EP4328444A1 - Hydropower system and method for operating a hydropower system - Google Patents

Hydropower system and method for operating a hydropower system Download PDF

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Publication number
EP4328444A1
EP4328444A1 EP23191271.8A EP23191271A EP4328444A1 EP 4328444 A1 EP4328444 A1 EP 4328444A1 EP 23191271 A EP23191271 A EP 23191271A EP 4328444 A1 EP4328444 A1 EP 4328444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
buffer
buffer stores
generator module
plant according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23191271.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leso Sustainable Solutions GmbH
Original Assignee
Leso Sustainable Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leso Sustainable Solutions GmbH filed Critical Leso Sustainable Solutions GmbH
Publication of EP4328444A1 publication Critical patent/EP4328444A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B8/00Details of barrages or weirs ; Energy dissipating devices carried by lock or dry-dock gates
    • E02B8/08Fish passes or other means providing for migration of fish; Passages for rafts or boats
    • E02B8/085Devices allowing fish migration, e.g. fish traps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/02Water-ways
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/40Use of a multiplicity of similar components

Definitions

  • the invention relates to a hydroelectric power plant and a method for operating a hydroelectric power plant.
  • a fish lock for overcoming height differences in such waters in order to enable organisms to migrate in both directions.
  • the fish lock consists of two chambers that are equipped with closure devices for the upper and lower water.
  • the closure elements are controlled in such a way that one chamber is always open to the upper water and the other chamber to the lower water. After a time interval has elapsed or after the number of organisms in the chambers, the closure organs are activated again, so that the chamber that was previously open to the upper water is now open to the lower water and the second chamber to the upper water.
  • a lure current is provided that enters from the upper water, leads through a channel and then exits into the downstream water.
  • One object of the invention is to provide a hydroelectric power plant that enables organisms and/or sediment to pass through the water during continuous operation or at least quasi-continuous operation of a generator.
  • Another task is to provide a method for operating such a hydroelectric power plant.
  • a hydroelectric power plant which is designed to be located in a body of water with a gradient in a direction of gravity between the upper water and the lower water of the body of water.
  • the hydroelectric power plant includes at least three intermediate storage facilities, each of which has a closure element to the upstream water and a closure element to the downstream water as well as a storage area.
  • the hydroelectric power plant further comprises at least one generator module, which has a working chamber in which a drive of a generator is arranged.
  • the hydropower plant also includes a regulating and/or control device for, in particular cyclically, opening one of the closure elements and closing the other of the closure elements of each of the buffer stores.
  • the intermediate storage and the generator module are fluidly connected via at least two manifolds.
  • One of the collecting pipes supplies water to the working chamber from the headwater.
  • the other of the collecting pipes drains water from the working chamber to the underwater.
  • At least one of the at least three buffer stores is in a first phase at all times, in which this at least one buffer store is opened to the upper water and one of the collecting lines between this buffer store and the generator module is activated.
  • at least one other of the at least three buffers is in a second phase, in which this at least one buffer is opened to the underwater and one of the collecting lines between the generator module and that buffer is activated, while at least a third of the at least three buffers is in the first or in the second phase or in a transition between the phases.
  • the regulating and/or control device is set up to cyclically switch the at least three buffers between the two phases and to adapt the power of the generator module accordingly so that a critical flow velocity is not exceeded.
  • the storage area of the buffer store is advantageously used for the temporary storage of aquatic organisms and/or aquatic sediment that enters the buffer store from the upper water or from the downstream water through opened closure elements. Because there is always a flow path between the upper water and the lower water through the generator module, the generator can be operated continuously or at least quasi-continuously, especially for a short time with reduced power.
  • at least one valve is provided between the storage area of the respective buffer store and the manifolds, which can be designed, for example, as a check valve.
  • a large number of buffers can be provided. If there are sufficient numbers, the generator can be operated continuously. An interruption in operation can be avoided.
  • the buffers can be arranged parallel to one another with their longitudinal extent between the closure elements on the upstream and downstream sides.
  • the collecting lines can advantageously comprise segments of the buffer, which can be formed by an area of the buffer between the storage area and at least one or more openings in a side wall of the respective buffer. If the intermediate stores are arranged next to one another, in particular parallel to one another, in such a way that the openings of adjacent intermediate stores overlap, in this case the collecting lines are formed which extend transversely to the longitudinal extent of the intermediate stores. If a buffer is arranged between further buffers or a buffer and, for example, the generator module, this buffer has corresponding openings on both side walls.
  • a buffer as an end piece expediently has openings only on one side wall, or is otherwise closed at the free end.
  • the respective area can be separated from the storage area with at least one shielding arrangement.
  • the shielding arrangement ensures that no organisms or sediment can enter the manifolds.
  • One manifold forms an inlet manifold for water to the respective working chamber.
  • this inlet manifold forms an outflow manifold for the respective buffer stores, whereby the water from the buffer stores can be fed to the respective working chamber.
  • the other collecting line forms a drain collecting line for water that is discharged from the respective working chamber.
  • this drain manifold forms an inlet manifold for the respective buffer stores, with the water from the working chamber being fed to the respective buffer stores.
  • the inlet manifold to the working chamber can be arranged in the direction of gravity above the outlet manifold from the working chamber.
  • the inlet manifold to the working chamber can be arranged at the same height as the outlet manifold from the working chamber.
  • water can flow through the working space in the preferred direction; here the preferred direction is aligned so that the water reliably drives a generator in the working space.
  • the collecting lines can advantageously be provided with valves, in particular check valves, on the side of the respective buffer store.
  • the valves can advantageously be arranged between the shielding arrangement and the breakthrough.
  • the closure elements of a buffer and the two valves for the two manifolds form a switching group.
  • the flow rate of the water in the manifold to the working chamber is advantageously dependent on the number of buffers in the first phase. This allows the flow speed of the water in the manifold to the working chamber and the power of the generator coupled to the corresponding generator module to be easily adjusted as required.
  • the flow speed of the water in the respective storage areas of the intermediate storage does not change.
  • different flow velocities of the water can prevail in the buffer stores and the collecting line to the working chamber.
  • the further parallelization of the closure elements and any valves, in particular check valves, in the buffer stores allows an optimized flow speed for the generator on the one hand and the respective storage area of the buffer store, which provides the passage path for the organisms that have reached the storage area formed by the buffer, can be optimized independently of each other.
  • the flow speed of the water in the intermediate storage can therefore be favorably adapted to the survival conditions of existing aquatic organisms.
  • the flow speed of the water in the manifold to the working chamber can be adapted to the currently required power of the generator.
  • At least three of the buffers are connected to the same generator module, continuous operation of the generator can be achieved.
  • At least two intermediate storage devices establish a connection between the working chamber of the generator module and the downstream or upstream water at any time via appropriate manifolds.
  • a drive of the generator which protrudes into the working chamber of the generator module, can absorb energy via the water flow through the working chamber.
  • the drive can be a turbine or a propeller, in particular with rotating and/or adjustable blades. The direction of rotation of the drive and thus the generator remains the same.
  • a constant flow direction in the working chamber can be achieved thanks to the collecting lines and the presence of at least three intermediate stores.
  • the flow rate in the manifolds depends on the number of coupled buffer stores.
  • the working chamber can be divided into two flow paths, which are then only flowed through in one preferred direction. Additional parallel paths of the valve groups, in particular check valves, in the buffer stores or before or after the manifolds allow continuous operation. Further conversion into electrical energy corresponds to the state of the art.
  • the inflow of living beings into the working chamber can expediently be prevented using a shielding arrangement, such as a fine screen, a net, a grid or the like.
  • the flow rate through the shielding arrangement can advantageously be below a critical value when water flows towards the working chamber.
  • the total area of the shielding arrangement can be chosen to be at least so large that the cross section through which flow corresponds to that of the inlet pipe into the intermediate storage.
  • a valve in particular a check valve, can be arranged between the storage area and the collecting line.
  • the valve can advantageously prevent a backflow of water against the intended flow direction. This makes it possible, for example, to effectively prevent a backflow from the collecting line into one of the storage areas. Furthermore, the valve can simply be opened by a flow of water in the intended flow direction without any further technical elements such as sensors.
  • the storage area can be formed between the closure elements and separated from the collecting lines with at least one water-permeable shielding arrangement, which shields aquatic organisms and / or aquatic sediment from the at least one working chamber.
  • aquatic organisms can stay safely in the storage area and the at least one shielding arrangement can effectively prevent aquatic organisms from getting into the collecting lines and working chambers that are dangerous for them.
  • the sediment can be transported through the storage area, so that the transport of sediment downstream, as occurs in natural waters, can also be made possible despite the hydroelectric power plant.
  • the at least one shielding arrangement can prevent sediments from getting into the manifolds and/or working chambers, settling there and/or clogging the manifolds.
  • the at least one shielding arrangement can prevent sediments from damaging the generator in the respective working chamber. Furthermore, cleaning of the collecting lines and/or the working chambers can be omitted or a cleaning interval can be extended if sediments do not get into the collecting lines and/or working chambers.
  • a common shielding arrangement for two valves, in particular check valves, at least one of the buffer stores can be present, in particular when the manifolds connected or connectable to the upstream and downstream water are arranged at the same height.
  • the shielding device can be cleaned by alternating the flow direction.
  • the net or the fine screen can have a correspondingly large area, so that the development of a critical flow speed for the aquatic organisms in the direction of the shielding arrangement can be made more difficult.
  • one shielding arrangement can be used to prevent aquatic organisms from flowing out of the storage area through the valves, in particular check valves. Furthermore, the shielding arrangement can prevent sediments from the storage area from flowing through the valves.
  • a separate shielding arrangement can be present for each valve, in particular check valve, at least one of the buffers, in particular when the manifolds connected or connectable to the upstream and downstream water are arranged with a height offset.
  • a shielding arrangement to a valve, it is possible to prevent aquatic organisms from flowing or swimming from the storage area through the corresponding valve without any design effort.
  • the respective shielding arrangement can prevent sediments from flowing from the storage area through the respective valves, in particular check valves.
  • the valves can include passive flaps, which can be opened or closed by water pressure.
  • This type of valve can advantageously be obtained easily and inexpensively in different designs. Furthermore, their maintenance effort is low.
  • the collecting lines can be arranged transversely to the buffers, in particular by the segments of joined buffers separated from the storage area of the respective buffer by means of at least one shielding device, if the openings in the respective side walls are placed congruently overlapping.
  • This arrangement enables the manifolds to be implemented in a way that saves installation space and building materials.
  • the hydroelectric power plant can be easily expanded with such a structure if the width of the corresponding body of water allows this.
  • a shut-off module such as a shelter module
  • a shut-off module can be arranged between the buffer storage adjacent to the generator module and the generator module, which has closure elements for shutting off and releasing the manifolds.
  • the closure elements of the shut-off module assigned to a generator module can have a shut-off state, which prevents water from flowing into or out of the generator module. This advantageously enables maintenance of the corresponding generator module and/or the connected manifolds and/or intermediate storage.
  • the closure elements can have the releasing state during normal operation.
  • the intermediate storage can be designed in the same way with a closure element to the upper water, a closure element to the underwater, a storage area between the closure elements, and two openings in at least one side wall.
  • a construction of the hydroelectric power plant and/or an expansion of a hydroelectric power plant and/or an upgrade of a hydroelectric power plant with intermediate storage can be facilitated.
  • a buffer is arranged between further buffers or a buffer and, for example, the generator module, this buffer can have corresponding openings on both side walls.
  • a buffer as an end piece can expediently have openings only on one side wall, or is otherwise closed at the free end or its free side wall.
  • the buffer stores can each have a supply line at their inlet, which protrudes from the shut-off element to the headwater. This has the advantage that the hydropower plant can be operated in a manner adapted to different total head heights.
  • the at least one generator module can be arranged between a plurality of buffer stores. This makes possible, for example, an operation in which the pressure drop in the manifolds can be reduced or even minimized by an alternating distribution of the operating phases along the manifolds. The changes to a different phase can be staggered so that continuous operation is possible.
  • the generator module can be arranged on one side of a plurality of buffer stores.
  • a flow of the generator module in the preferred direction is possible regardless of the arrangement of the buffer stores and regardless of the distribution of the phases in which the respective buffer stores are. This means that continuous operation is possible even with a one-sided arrangement of the buffers.
  • At least two generator modules can be coupled to a plurality of buffer stores. This allows the performance of the hydroelectric power plant to be increased. Furthermore, operation can be enabled even if one of the generator modules is defective or is being serviced. The reliability of the hydroelectric power plant can be advantageously increased by additional generator modules. Furthermore, this approach makes it possible to easily standardize the system, since the number and/or size of the buffer storage and the generator modules can be optimized independently of one another.
  • a method for operating a hydroelectric power plant wherein a regulating and/or control device operates at least three buffer stores, each of which has a closure element to the upper water and a closure element to the underwater as well as a storage area.
  • a regulating and/or control device operates at least three buffer stores, each of which has a closure element to the upper water and a closure element to the underwater as well as a storage area.
  • at least one of the at least three buffer stores is kept open to the upper water at any time in a first phase and water flows via a collecting line between this buffer and generator module.
  • at least one other of the at least three buffer stores is kept open to the underwater in a second phase and water flows via a collecting line between the generator module and that buffer store, while the third of the at least three buffer stores is kept open in the first or second phase or carries out a transition between the phases becomes.
  • the regulating and/or control device cyclically switches the at least three buffers between the two phases.
  • aquatic organisms and/or aquatic sediment are temporarily stored in the storage area of the buffer, which reach the buffer from the upper water or from the downstream through opened closure elements. Because there is always a flow path between the upper water and the lower water through the generator module, the generator can be operated continuously or at least quasi-continuously, especially for a short time with reduced power. At the same time, however, aquatic organisms can always enter from the upper water and be released into the lower water when the closure element of the respective intermediate storage is open, or vice versa.
  • One manifold can form an inlet manifold for water from the respective intermediate storage.
  • the other collecting line can form a drain collecting line for water that is discharged from the respective intermediate storage.
  • the collecting lines can advantageously be provided with valves, in particular check valves, on the side of the respective buffer store.
  • valves in particular check valves
  • the flow rate of the water in the manifold to the working chamber is advantageously dependent on the number of buffers in the first phase. This allows the flow speed of the water in the manifold to the working chamber and the power of the generator coupled to the corresponding generator module to be easily adjusted as required.
  • the flow speed of the water in the respective storage areas of the intermediate storage does not change.
  • different flow velocities of the water can prevail in the buffer stores and the collecting line to the working chamber.
  • the further parallelization of the closure elements and any valves, in particular check valves, in the buffer stores allows an optimized flow speed for the generator on the one hand and the respective storage area of the buffer store, which provides the passage path for the organisms that have reached the storage area formed by the buffer, can be optimized independently of each other.
  • the flow speed of the water in the intermediate storage can therefore be adapted favorably to the survival conditions of existing aquatic organisms.
  • the flow speed of the water in the manifold to the working chamber can be adjusted to the currently required power of the generator.
  • At least three of the buffers are connected to the same generator module, continuous operation of the generator can be achieved.
  • At least two intermediate storage devices establish a connection between the working chamber of the generator module and the downstream or upstream water at any time via appropriate manifolds.
  • a drive of the generator which protrudes into the working chamber of the generator module, can absorb energy via the water flow through the working chamber.
  • the drive can be a turbine or a propeller, in particular with rotating and/or adjustable blades.
  • the direction of rotation of the drive and thus the generator remains the same.
  • a constant flow direction in the working chamber can be achieved thanks to the collecting lines and the presence of at least three intermediate stores.
  • the flow rate in the manifolds depends on the number of coupled buffer stores.
  • the working chamber can be divided into two flow paths, which are then only flowed through in one preferred direction. Additional parallel paths of the valve groups, in particular check valves in the buffer stores or before or after the manifolds, allow continuous operation. Further conversion into electrical energy corresponds to the state of the art.
  • a purely time-based switchover can be advantageous, which can potentially make it more difficult to detect the load in the intermediate storage.
  • it may make sense to switch over each individual buffer every few minutes, for example every 5 minutes. If no large migrations of living beings are to be expected, switching each individual buffer at longer intervals, for example every hour, may be sufficient. This value can be adjusted if necessary if the water has a high particle load.
  • the operational management can advantageously be adapted for individual intermediate storage facilities so that sediment loads that change transversely to the flow direction can be taken into account.
  • the proportion of suspended matter is low, it may be useful to detect incoming or outgoing living beings, for example using sensors, such as light barriers or ultrasonic sensors. Detected objects within the hydropower plant could therefore trigger a switchover within the next few minutes, for example within the next 3 minutes. If no objects are detected, switching over at a longer interval, for example every hour, may also be sufficient here.
  • the closure elements can be switched cyclically in a matter of minutes. This can advantageously reduce the residence time of aquatic organisms and/or sediments in the respective buffer stores.
  • FIGS. 1 to 10 show a first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention as well as detailed representations of buffers 120, generator modules 170 and shut-off modules 160 of the first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention.
  • This exemplary embodiment is suitable for generating electrical power in the range of 10 - 500 MW.
  • the Figures 11 to 15 show a second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention and. Detailed representations of buffers 120 of the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention.
  • This exemplary embodiment is suitable for generating smaller electrical powers of advantageously 500 kW to 5 MW.
  • the illustrated embodiments of the hydropower plant 100 according to the invention are each designed to be arranged in a body of water with a gradient in a direction of gravity between the upper water 2 and the lower water 4 of the body of water.
  • the illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention each include at least three buffer stores 120 ( Figures 8 and 14 ).
  • Each of the intermediate stores 120 has a closure element 122 to the upper water 2 and a closure element 124 to the underwater 4 as well as a storage area 128 ( Figures 1 to 5 and 11 to 13 ), which extends between the closure elements 122, 124.
  • the illustrated embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention further comprise at least one generator module 170, which has a working chamber 130 in which a drive 134 of a generator 132 is arranged ( Figure 7 ).
  • the drive 134 can be, for example, a turbine or a propeller.
  • the illustrated embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention includes two generator modules 170, but an embodiment with only one generator module 170 or with more than two generator modules 170 is also conceivable.
  • the second in Figure 14 The illustrated embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention includes a generator module 170, but an embodiment with more than one generator module 170 is also conceivable.
  • the illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention further comprise a regulating and/or control device 180 for, in particular cyclically, opening one of the closure elements 122, 124 and closing the other of the closure elements 122, 124 of each of the buffer stores 120 ( Figures 1 and 11 ).
  • the intermediate storage 120 and the generator module 170 are fluidly connected via at least two collecting lines 110, 112.
  • One of the collecting lines 110 supplies water from the upper water 2 to the working chamber 130 and the other of the collecting lines 112 leads water from the working chamber 130 to the lower water 4 ( Figures 1 to 8 and 11 to 15 ).
  • the collecting lines 110, 112 lead through areas of the buffers 120 transversely to the longitudinal extent of the buffers 120. In addition, the collecting lines 110, 112 open into the respective working chamber 130.
  • At least one of the at least three buffer stores 120 is in a first phase at any time.
  • the corresponding buffer 120 is opened to the headwater 2 and one of the collecting lines 110 between this buffer 120 and the generator module 170 is activated ( Figures 1 to 3 and 11 to 12 ).
  • the flow direction 118 of the water (symbolized by block arrows with solid lines) in the first phase runs within the buffer 120 from the closure element 122 in the area of an inlet 102 of the buffer 120 to the released manifold 110. From there the water flows to the working chamber 130 of the with this Collector line 110 coupled generator module 170.
  • a collecting line 110 in the illustrated embodiment is formed by segments of several buffers 120 and is thereby fluidly coupled to several inlets.
  • the water flows from the working space 130 of a corresponding generator module 170 into a collecting line 112 coupled to the generator module 170. From there, the water can flow into the intermediate storage 120 in the second phase.
  • a collecting line 112 in the illustrated embodiment is formed by segments of several buffer stores 120 and is thereby fluidly coupled to several buffer stores 120.
  • the flow direction 119 of the water (symbolized by block arrows with broken lines) in the buffer 120 in the second phase runs from the coupling with the manifold 112 in the direction of the closure element 124 in the area of an outlet 104 of the buffer 120.
  • a manifold 112 or the working chamber 130 is fluidically coupled to several intermediate stores 120 and thereby to several outlets 104.
  • the collecting lines 110, 112 are formed in that the intermediate stores 120 each have two opposite openings 114, 116 in at least one side wall and at least one area between the openings 114, 116 and the storage area 128, which is separated from the storage area 128 is separated.
  • the openings 114 are assigned to the manifold 110 and the openings 116 are assigned to the manifold 112.
  • a collecting line 110, 112 is formed by arranging several buffers 120 in parallel next to one another and the openings 114, 116 overlap each other congruently.
  • the respective generator module 170 in the first and second exemplary embodiments as well as the respective shut-off module 160 also have such openings 114, 116 in their side walls, which adjoin the buffers 120, so that the openings 114, 116 each overlap congruently.
  • FIG 8 This shows Figure 8 as a front view of a shut-off module 160 according to an embodiment of the invention, while Figure 9 The shut-off module 160 is shown in an isometric view Figure 8 shows.
  • the generator module 170 With the shut-off module 160 arranged between the intermediate storage 120 adjacent to the generator module 170 and the generator module 170, the generator module 170 can be decoupled from the manifolds 110, 112, for example for maintenance purposes.
  • closure elements 162, 164 for shutting off and releasing the manifolds 110, 112.
  • the closure elements 162, 164 allow isolation of partial areas and enable operation with at least half power in the event of simple errors or during maintenance work on the hydroelectric power plant 100 or the generator module 170.
  • the regulating and/or control device 180 is set up to cyclically switch the at least three buffer stores 120 between the two phases.
  • the collecting line 110 is always flowed through by the buffer stores 120 in the direction of the corresponding working chamber 130.
  • the collecting line 112 is always flowed through by the corresponding working chamber 130 in the direction of the intermediate storage 120.
  • additional collecting lines 110, 112 are also conceivable.
  • the constant flow direction in the working chamber 130 can be implemented through the collecting lines 110, 112.
  • the flow strength in the manifolds 110, 112 depends on the number of coupled buffer stores 120.
  • the working chamber 130 can be divided into two turbine paths by the manifolds 120 and the closure elements 122, 124, which then only run in the respective preferred direction, ie in the Flow directions 118, 119 are flowed through.
  • the first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention differs, among other things, from the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention in that the manifolds 110, 112 in the first exemplary embodiment have a height offset 129 (only in Figure 4 numbered).
  • This height offset 129 can be used in the generator module 170 to reduce cavitation risks when converting the kinetic and potential energy of the water into rotational energy of the corresponding generator 132 or its drive 134.
  • the rotational energy is converted into electricity in a known manner.
  • the manifolds 110, 112 of the second exemplary embodiment ( Figures 11 to 15 are arranged essentially at the same height.
  • the conversion of height energy of the water into kinetic energy is ultimately implemented in the respective buffer stores 120 by the height offset between inlet 102 and outlet 104.
  • the buffers 120 have a corresponding gradient in the storage area 128.
  • the kinetic energy of the water conducted to the work space 130 via the corresponding collecting line 110 is also converted into rotational energy of the corresponding generator 132 or its drive 134.
  • the rotational energy is converted into electricity in a known manner.
  • a valve 125, 225 in particular a check valve, is arranged between the storage area 128 and the collecting line 110, 112.
  • the valve 125 prevents water from flowing from the collecting line 110 into the intermediate storage 120 in the opposite direction to the preferred direction (corresponding to the flow direction 118).
  • the valve 225 prevents water from flowing from the buffer stores 120 into the collecting line 112 in the opposite direction to the preferred direction (corresponding to the flow direction 119).
  • the valves 125 include passive flaps that can be opened or closed by water pressure. Other versions are also conceivable as options.
  • the storage area 128 of the respective intermediate storage 120 is formed between the closure elements 122, 124 and separated from the collecting lines 110, 112 with at least one water-permeable shielding arrangement 126, 226, for example a fine screen, a net, a sieve or something similar.
  • the at least one water-permeable shielding arrangement 126, 226 keeps aquatic organisms and/or aquatic sediment away from the at least one working chamber 130.
  • the flow velocity of the at least one shielding arrangement 126, 226 should be below a critical value when water flows towards the working space 130.
  • the total area of a barrier of the shielding arrangement 126, 226 is expediently chosen to be at least so large in the exemplary embodiments shown that the cross section through which flow corresponds to the minimum cross section of the buffer 120.
  • the storage areas 128 of the buffers 120 are suitable for the temporary storage of aquatic organisms and/or aquatic sediment, which can get into and out of the buffer 120 in the respective phase through the corresponding closure elements 122, 124. Since the closure elements 122, 124 of the buffers open alternately at regular intervals, the corresponding buffer 120 can be flowed through by aquatic organisms from both end regions 102, 104. Aquatic sediment usually flows through the intermediate storage 120 in the direction of flow from the upstream end region 102 to the downstream end region 104.
  • the first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 differs, among other things, from the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 in that, according to the first exemplary embodiment, each valve 125, 225 of a buffer 120 is coupled to a shielding arrangement 126, 226.
  • the shielding arrangements 126, 226 separate the storage area 128 from the valves 125, 225 and the segment of the buffer 120 of the upper manifold 110 in the gravity direction and the segment of the buffer 120 of the lower manifold 112 in the gravity direction. This means that organisms located in the storage area 128 are securely held in the storage area 128 and cannot reach the areas of the segments of the collecting lines 110, 112 in the intermediate storage 120 or the valves 125, 225.
  • the buffers 120 therefore have two separate segments for collecting lines 110, 112.
  • a segment of the collecting line 110 is arranged in the upper region opposite the closure element 122.
  • a segment of the collecting line 112 is arranged in the lower region opposite the closure element 124.
  • a shielding arrangement 126, 226 is arranged in front of each valve 125, 225. This area or these areas of the intermediate storage 120 are separated from the storage area 128 by the valves 125, 225.
  • the buffer stores 120 have an upper area which is divided into two segments, each of which is separated from the storage area 128 by a valve 125, 225, in particular a check valve, with one segment forming a segment of the collecting line 110 and a segment a segment of the manifold 112 forms.
  • a common shielding arrangement 126 is arranged in front of the valves 125, 225, which prevents sediment or living beings from getting into the collecting lines through one of the valves.
  • the openings 114, 116 in the side wall of the buffer 120 are arranged at the same height.
  • the buffers 120 can advantageously be constructed as similar modules, with a closure element 122 to the upper water 2, a closure element 124 to the underwater 4, a storage area 128 between the closure elements 122, 124 and a first opening 114 in a side wall and a second opening 116 in same side wall. Valves 125, 225 are also present.
  • two shielding devices 126, 226 are present, so that the storage area 128 is separated from the openings 114, 116 and the valves 125, 225 by an upper and a lower shielding device 126, 226.
  • a shielding device 126 is present, so that the storage area 128 is separated from the openings 114, 116 and the valves 125, 225 by the upper shielding device 126.
  • Figure 16 shows a flowchart of an exemplary method for operating a hydroelectric power plant according to the invention, wherein a regulating and/or control device 180 operates at least three buffer stores 120, each of which has a closure element 122 to the upstream water 2 and a closure element 124 to the downstream water 4 as well as a storage area 128.
  • a first step S100 in a group of at least three buffers 120, one of the buffers 120 is in a first phase, in which the closure element 122 is open to the upper water 2 and the closure element 124 to the underwater 4 is closed.
  • Another buffer 120 of the group is in a second phase, in which the closure element 122 is closed to the upper water 2 and the closure element 124 to the underwater 4 is open.
  • Each additional buffer store 120 of the group is in the first phase or second phase, with the sum of the buffer stores opened towards the upstream water ideally being equal to or greater than the sum of the stores opened towards the underwater direction.
  • step S102 it is checked whether switching is required.
  • the query is preferably carried out cyclically, with the rate depending on the number of buffers installed. The check must be carried out so frequently that it is possible to switch over each individual buffer every few minutes.
  • step S104 the valves 122 and 124 of a buffer store 120 are first closed.
  • the time of switching is chosen so that one of the buffer stores 120 always goes to the upper water 2 and one of the buffer stores 120 to the Underwater 4 is open and a fluid path for the water via the generator module 170 is present.
  • step S106 one of the valves 122 and 124 of the buffer store 120, whose valves were closed in the previous step, is now opened so that this buffer store 120 is in the other phase compared to the state in step S102.
  • the frequency with which the intermediate storage is switched can advantageously be adapted to a sediment load in the water and/or a density of fish movements and/or other organisms in the water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage (100) und ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftanlage (100). Die Wasserkraftanlage (100) umfasst, wenigstens drei Zwischenspeicher (120), von denen jeder ein Verschlusselement (122) zum Oberwasser (2) und ein Verschlusselement (124) zum Unterwasser (4) sowie einen Speicherbereich (128) aufweist, wenigstens ein Generatormodul (170), sowie eine Regel- und/oder Steuereinrichtung (180). Die Zwischenspeicher (120) und das Generatormodul (170) sind über wenigstens zwei Sammelleitungen (110, 112) fluidisch verbunden. In einem bestimmungsgemäßen Betrieb ist zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer ersten Phase, in welcher dieser zum Oberwasser (2) geöffnet ist. Gleichzeitig ist wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer zweiten Phase, in welcher dieser zum Unterwasser (4) geöffnet ist. Wenigstens ein dritter der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) ist in der ersten oder der zweiten Phase oder in einem Übergang zwischen den Phasen.The invention relates to a hydroelectric power plant (100) and a method for operating a hydroelectric power plant (100). The hydropower plant (100) comprises at least three buffer stores (120), each of which has a closure element (122) to the upper water (2) and a closure element (124) to the downstream water (4) as well as a storage area (128), at least one generator module ( 170), as well as a regulating and/or control device (180). The buffer stores (120) and the generator module (170) are fluidly connected via at least two collecting lines (110, 112). During normal operation, at least one of the at least three buffer stores (120) is in a first phase at all times, in which it is open to the upstream water (2). At the same time, at least one other of the at least three buffer stores (120) is in a second phase in which it is open to the underwater (4). At least a third of the at least three buffers (120) is in the first or second phase or in a transition between the phases.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Wasserkraftanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftanlage.The invention relates to a hydroelectric power plant and a method for operating a hydroelectric power plant.

Strömungsführende Gewässer wie Flüsse sind aufgrund von Querbauten, wie beispielsweise Staumauern, nur begrenzt für Organismen oder Sedimente durchgängig.Current waters such as rivers have limited passage for organisms or sediments due to cross structures such as dams.

Es ist bekannt, Fischwege um das Querbauwerk anzulegen, welches die Durchgängigkeit behindert. Derartige Umgehungsmöglichkeiten gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise als Schlitzpasse, Umgehungsgerinne oder naturnahe Beckenpassagen.It is known to create fishways around the transverse structure, which hinders continuity. Such bypass options are available in different designs, for example as slot passes, bypass channels or natural basin passages.

Aus der EP 3156546 A1 ist eine Fischschleuse zum Überwinden von Höhenunterschieden in derartigen Gewässern bekannt, um eine Organismenwanderung in beide Richtungen zu ermöglichen. Die Fischschleuse besteht aus zwei Kammern, die mit Verschlussorganen zum Oberwasser und Unterwasser ausgeführt sind. Die Verschlussorgane werden so angesteuert, dass immer eine Kammer zum Oberwasser und die andere Kammer zum Unterwasser hin geöffnet ist. Nach Ablauf eines Zeitintervalls oder nach Organismenbestand in den Kammern erfolgt eine neue Ansteuerung der Verschlussorgane, sodass die zuvor zum Oberwasser geöffnete Kammer nun zum Unterwasser geöffnet ist und die zweite Kammer zum Oberwasser.From the EP 3156546 A1 A fish lock is known for overcoming height differences in such waters in order to enable organisms to migrate in both directions. The fish lock consists of two chambers that are equipped with closure devices for the upper and lower water. The closure elements are controlled in such a way that one chamber is always open to the upper water and the other chamber to the lower water. After a time interval has elapsed or after the number of organisms in the chambers, the closure organs are activated again, so that the chamber that was previously open to the upper water is now open to the lower water and the second chamber to the upper water.

Zur Lockung der Organismen wird eine Lockströmung vorgesehen, die vom Oberwasser eintritt, durch einen Kanal führt und dann in das Unterwasser austritt. Im Kanal befindet sich ein Antrieb eines Generators, welcher elektrische Energie bereitstellt beziehungsweise den Durchfluss begrenzt.To attract the organisms, a lure current is provided that enters from the upper water, leads through a channel and then exits into the downstream water. There is a generator drive in the channel, which provides electrical energy or limits the flow.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Wasserkraftanlage, die eine Passage von Organismen und/oder Sediment im Wasser bei kontinuierlichem Betrieb oder zumindest quasikontinuierlichem Betrieb eines Generators ermöglicht.One object of the invention is to provide a hydroelectric power plant that enables organisms and/or sediment to pass through the water during continuous operation or at least quasi-continuous operation of a generator.

Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer solchen Wasserkraftanlage.Another task is to provide a method for operating such a hydroelectric power plant.

Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.The tasks are solved by the features of the independent claims. Favorable refinements and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Es wird eine Wasserkraftanlage vorgeschlagen, die zur Anordnung in einem Gewässer mit einem Gefälle in einer Schwererichtung zwischen Oberwasser und Unterwasser des Gewässers ausgebildet ist. Die Wasserkraftanlage umfasst wenigstens drei Zwischenspeicher, von denen jeder ein Verschlusselement zum Oberwasser und ein Verschlusselement zum Unterwasser sowie einen Speicherbereich aufweist. Die Wasserkraftanlage umfasst weiter wenigstens ein Generatormodul, das eine Arbeitskammer aufweist, in der ein Antrieb eines Generators angeordnet ist. Die Wasserkraftanlage umfasst zudem eine Regel- und/oder Steuereinrichtung zum, insbesondere zyklischen, Öffnen des einen der Verschlusselemente und Schließen der anderen der Verschlusselemente jedes der Zwischenspeicher.A hydroelectric power plant is proposed which is designed to be located in a body of water with a gradient in a direction of gravity between the upper water and the lower water of the body of water. The hydroelectric power plant includes at least three intermediate storage facilities, each of which has a closure element to the upstream water and a closure element to the downstream water as well as a storage area. The hydroelectric power plant further comprises at least one generator module, which has a working chamber in which a drive of a generator is arranged. The hydropower plant also includes a regulating and/or control device for, in particular cyclically, opening one of the closure elements and closing the other of the closure elements of each of the buffer stores.

Die Zwischenspeicher und das Generatormodul sind über wenigstens zwei Sammelleitungen fluidisch verbunden. Die eine der Sammelleitungen führt der Arbeitskammer Wasser vom Oberwasser her zu. Die andere der Sammelleitungen führt aus der Arbeitskammer Wasser zum Unterwasser hin ab.The intermediate storage and the generator module are fluidly connected via at least two manifolds. One of the collecting pipes supplies water to the working chamber from the headwater. The other of the collecting pipes drains water from the working chamber to the underwater.

In einem bestimmungsgemäßen Betrieb ist zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher in einer ersten Phase, in welcher dieser wenigstens eine Zwischenspeicher zum Oberwasser geöffnet ist und eine der Sammelleitungen zwischen diesem Zwischenspeicher und dem Generatormodul freigeschaltet ist. Gleichzeitig ist wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher in einer zweiten Phase, in welcher dieser wenigstens eine Zwischenspeicher zum Unterwasser geöffnet ist und eine der Sammelleitungen zwischen Generatormodul und jenem Zwischenspeicher freigeschaltet ist, während wenigstens ein dritter der wenigstens drei Zwischenspeicher in der ersten oder in der zweiten Phase oder in einem Übergang zwischen den Phasen ist.In normal operation, at least one of the at least three buffer stores is in a first phase at all times, in which this at least one buffer store is opened to the upper water and one of the collecting lines between this buffer store and the generator module is activated. At the same time, at least one other of the at least three buffers is in a second phase, in which this at least one buffer is opened to the underwater and one of the collecting lines between the generator module and that buffer is activated, while at least a third of the at least three buffers is in the first or in the second phase or in a transition between the phases.

Die Regel- und/oder Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die wenigstens drei Zwischenspeicher zwischen den beiden Phasen zyklisch umzuschalten und die Leistung des Generatormodul dementsprechend anzupassen, dass eine kritische Fließgeschwindigkeit nicht überschritten wird.The regulating and/or control device is set up to cyclically switch the at least three buffers between the two phases and to adapt the power of the generator module accordingly so that a critical flow velocity is not exceeded.

Vorteilhaft dient der Speicherbereich des Zwischenspeichers zum temporären Speichern von aquatischen Organismen und/oder aquatischem Sediment, das vom Oberwasser oder vom Unterwasser her durch geöffnete Verschlusselemente in die Zwischenspeicher gelangt. Dadurch, dass immer ein Strömungspfad zwischen Oberwasser und Unterwasser durch das Generatormodul vorhanden ist, kann der Generator kontinuierlich oder wenigstens quasikontinuierlich, insbesondere kurzzeitig mit verringerter Leistung, betrieben werden.The storage area of the buffer store is advantageously used for the temporary storage of aquatic organisms and/or aquatic sediment that enters the buffer store from the upper water or from the downstream water through opened closure elements. Because there is always a flow path between the upper water and the lower water through the generator module, the generator can be operated continuously or at least quasi-continuously, especially for a short time with reduced power.

Gleichzeitig können jedoch immer aquatische Organismen bei geöffnetem Verschlusselement des jeweiligen Zwischenspeichers aus dem Oberwasser eintreten und ins Unterwasser entlassen werden, oder umgekehrt. Günstigerweise ist zwischen dem Speicherbereich des jeweiligen Zwischenspeichers und den Sammelleitungen jeweils wenigstens ein Ventil vorgesehen, das beispielsweise als Rückschlagventil ausgeführt sein kann.At the same time, however, aquatic organisms can always enter from the upper water and be released into the lower water when the closure element of the respective intermediate storage is open, or vice versa. Conveniently, at least one valve is provided between the storage area of the respective buffer store and the manifolds, which can be designed, for example, as a check valve.

Es kann eine Vielzahl von Zwischenspeichern vorgesehen sein. Bei einer ausreichenden Anzahl kann der Generator kontinuierlich betrieben werden. Eine Unterbrechung des Betriebs kann vermieden werden. Vorteilhaft können die Zwischenspeicher mit ihrer Längserstreckung zwischen den Verschlusselementen zu Oberwasser und Unterwasser parallel zueinander angeordnet sein.A large number of buffers can be provided. If there are sufficient numbers, the generator can be operated continuously. An interruption in operation can be avoided. Advantageously, the buffers can be arranged parallel to one another with their longitudinal extent between the closure elements on the upstream and downstream sides.

Die Sammelleitungen können vorteilhaft Segmente der Zwischenspeichers umfassen, welche durch jeweils einen Bereich der Zwischenspeicher zwischen dem Speicherbereich und wenigstens einem oder mehreren Durchbrüchen in einer Seitenwand des jeweiligen Zwischenspeichers gebildet sein kann. Werden die Zwischenspeicher nebeneinander, insbesondere parallel zueinander so angeordnet, dass sich die Durchbrüche benachbarter Zwischenspeicher überdecken, werden in diesem Fall die Sammelleitungen ausgebildet, die sich quer zur Längserstreckung der Zwischenspeicher erstrecken. Ist ein Zwischenspeicher zwischen weiteren Zwischenspeichern oder einem Zwischenspeicher und beispielsweise dem Generatormodul angeordnet, weist dieser Zwischenspeicher auf beiden Seitenwänden entsprechende Durchbrüche auf. Ein Zwischenspeicher als Endstück weist zweckmäßigerweise Durchbrüche nur an einer Seitenwand auf, oder ist am freien Ende anderweitig verschlossen.The collecting lines can advantageously comprise segments of the buffer, which can be formed by an area of the buffer between the storage area and at least one or more openings in a side wall of the respective buffer. If the intermediate stores are arranged next to one another, in particular parallel to one another, in such a way that the openings of adjacent intermediate stores overlap, in this case the collecting lines are formed which extend transversely to the longitudinal extent of the intermediate stores. If a buffer is arranged between further buffers or a buffer and, for example, the generator module, this buffer has corresponding openings on both side walls. A buffer as an end piece expediently has openings only on one side wall, or is otherwise closed at the free end.

Günstigerweise kann der jeweilige Bereich mit wenigstens einer Abschirmanordnung zu dem Speicherbereich abgetrennt sein. Die Abschirmanordnung stellt sicher, dass keine Organismen oder Sediment in die Sammelleitungen gelangen können.Conveniently, the respective area can be separated from the storage area with at least one shielding arrangement. The shielding arrangement ensures that no organisms or sediment can enter the manifolds.

Die eine Sammelleitung bildet eine Zulaufsammelleitung für Wasser zu der jeweiligen Arbeitskammer. Gleichzeitig bildet diese Zulaufsammelleitung eine Ablaufsammelleitung für die jeweiligen Zwischenspeicher, wobei das Wasser aus den Zwischenspeichern der jeweiligen Arbeitskammer zugeführt werden kann. Die andere Sammelleitung bildet eine Ablaufsammelleitung für Wasser, das aus der jeweiligen Arbeitskammer abgeführt wird. Gleichzeitig bildet diese Ablaufsammelleitung eine Zulaufsammelleitung für die jeweiligen Zwischenspeicher, wobei das Wasser aus der Arbeitskammer den jeweiligen Zwischenspeichern zugeführt wird. Hierbei kann die Zulaufsammelleitung zur Arbeitskammer in Schwerrichtung oberhalb der Ablaufsammelleitung von der Arbeitskammer angeordnet sein. Alternativ kann die Zulaufsammelleitung zur Arbeitskammer auf gleicher Höhe wie die Ablaufsammelleitung von der Arbeitskammer angeordnet sein. In vorteilhafter Weise kann der Arbeitsraum in Vorzugsrichtung von Wasser durchströmt werden, hier ist die Vorzugsrichtung so ausgerichtet, dass das Wasser einen Generator im Arbeitsraum zuverlässig antreibt.One manifold forms an inlet manifold for water to the respective working chamber. At the same time, this inlet manifold forms an outflow manifold for the respective buffer stores, whereby the water from the buffer stores can be fed to the respective working chamber. The other collecting line forms a drain collecting line for water that is discharged from the respective working chamber. At the same time, this drain manifold forms an inlet manifold for the respective buffer stores, with the water from the working chamber being fed to the respective buffer stores. Here, the inlet manifold to the working chamber can be arranged in the direction of gravity above the outlet manifold from the working chamber. Alternatively, the inlet manifold to the working chamber can be arranged at the same height as the outlet manifold from the working chamber. Advantageously, water can flow through the working space in the preferred direction; here the preferred direction is aligned so that the water reliably drives a generator in the working space.

Vorteilhaft können die Sammelleitungen auf Seiten des jeweiligen Zwischenspeichers mit Ventilen, insbesondere Rückschlagventilen, versehen sein. Die Ventile können vorteilhaft zwischen der Abschirmanordnung und dem Durchbruch angeordnet sein. Die Verschlusselemente eines Zwischenspeichers und die beiden Ventile für die beiden Sammelleitungen bilden eine Schaltgruppe.The collecting lines can advantageously be provided with valves, in particular check valves, on the side of the respective buffer store. The valves can advantageously be arranged between the shielding arrangement and the breakthrough. The closure elements of a buffer and the two valves for the two manifolds form a switching group.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer ist in vorteilhafter Weise abhängig von der Anzahl der Zwischenspeicher in der ersten Phase. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer und die Leistung des mit dem korrespondierenden Generatormodul gekoppelten Generators einfach nach Bedarf eingestellt werden.The flow rate of the water in the manifold to the working chamber is advantageously dependent on the number of buffers in the first phase. This allows the flow speed of the water in the manifold to the working chamber and the power of the generator coupled to the corresponding generator module to be easily adjusted as required.

Hierbei verändert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in den jeweiligen Speicherbereichen der Zwischenspeicher nicht. In vorteilhafter Weise können dadurch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers in den Zwischenspeichern und der Sammelleitung zur Arbeitskammer herrschen.The flow speed of the water in the respective storage areas of the intermediate storage does not change. Advantageously, different flow velocities of the water can prevail in the buffer stores and the collecting line to the working chamber.

Dadurch können, wenn eine Mehrzahl von Zwischenspeichern betrieben werden, durch die weitere Parallelisierung der Verschlusselemente und etwaigen Ventilen, insbesondere Rückschlagventilen, in den Zwischenspeichern eine optimierte Strömungsgeschwindigkeit für Generator einerseits und den jeweiligen Speicherbereich der Zwischenspeicher, welcher den Passagepfad für die in den Speicherbereich gelangten Organismen durch den Zwischenspeicher bildet, unabhängig voneinander optimiert werden.As a result, if a plurality of buffer stores are operated, the further parallelization of the closure elements and any valves, in particular check valves, in the buffer stores allows an optimized flow speed for the generator on the one hand and the respective storage area of the buffer store, which provides the passage path for the organisms that have reached the storage area formed by the buffer, can be optimized independently of each other.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in den Zwischenspeichern kann daher günstig an Überlebensbedingungen vorhandener aquatischer Organismen angepasst sein.The flow speed of the water in the intermediate storage can therefore be favorably adapted to the survival conditions of existing aquatic organisms.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer kann an die aktuell erforderliche Leistung des Generators angepasst sein.The flow speed of the water in the manifold to the working chamber can be adapted to the currently required power of the generator.

Sind mindestens drei der Zwischenspeicher an demselben Generatormodul angeschlossen, lässt sich ein kontinuierlicher Betrieb des Generators erreichen. Mindestens je zwei Zwischenspeicher stellen dabei über entsprechende Sammelleitungen zu jedem Zeitpunkt eine Verbindung zwischen Arbeitskammer des Generatormoduls und Unterwasser bzw. Oberwasser her.If at least three of the buffers are connected to the same generator module, continuous operation of the generator can be achieved. At least two intermediate storage devices establish a connection between the working chamber of the generator module and the downstream or upstream water at any time via appropriate manifolds.

Ein Antrieb des Generators, der in die Arbeitskammer des Generatormoduls ragt, kann über die Wasserströmung durch die Arbeitskammer Energie aufnehmen. Der Antrieb kann eine Turbine sein oder ein Propeller, insbesondere mit rotierenden und/oder verstellbaren Flügeln. Die Rotationsrichtung des Antriebs und damit des Generators bleibt erhalten.A drive of the generator, which protrudes into the working chamber of the generator module, can absorb energy via the water flow through the working chamber. The drive can be a turbine or a propeller, in particular with rotating and/or adjustable blades. The direction of rotation of the drive and thus the generator remains the same.

Durch die Sammelleitungen und das Vorhandensein von wenigstens drei Zwischenspeichern ist eine gleichbleibende Strömungsrichtung in der Arbeitskammer umsetzbar. Die Strömungsstärke in den Sammelleitungen ist abhängig von der Anzahl gekoppelter Zwischenspeicher. Durch die Sammelleitungen und die Verschlusselemente der Zwischenspeicher kann die Arbeitskammer auf zwei Strömungspfade aufgeteilt werden, die dann für sich nur in der einen Vorzugsrichtung durchströmt werden. Zusätzliche Parallelpfade der Ventilgruppen, insbesondere Rückschlagventile, in den Zwischenspeichern oder vor oder hinter den Sammelleitungen, erlauben einen kontinuierlichen Betrieb. Die weitere Umwandlung in elektrische Energie entspricht dem Stand der Technik.A constant flow direction in the working chamber can be achieved thanks to the collecting lines and the presence of at least three intermediate stores. The flow rate in the manifolds depends on the number of coupled buffer stores. Through the manifolds and the closure elements of the intermediate storage, the working chamber can be divided into two flow paths, which are then only flowed through in one preferred direction. Additional parallel paths of the valve groups, in particular check valves, in the buffer stores or before or after the manifolds allow continuous operation. Further conversion into electrical energy corresponds to the state of the art.

Zweckmäßigerweise kann dabei mit einer Abschirmanordnung, etwa ein Feinrechen, ein Netz, ein Gitter oder dergleichen, das Einströmen von Lebewesen in die Arbeitskammer verhindert werden. Dabei kann vorteilhaft die Durchströmungsgeschwindigkeit der Abschirmanordnung unter einem kritischen Wert liegen, wenn Wasser Richtung Arbeitskammer fließt. Die Gesamtfläche der Abschirmanordnung kann dazu mindestens so groß gewählt werden, dass der durchströmte Querschnitt dem des Zulaufrohrs in die Zwischenspeicher entspricht.The inflow of living beings into the working chamber can expediently be prevented using a shielding arrangement, such as a fine screen, a net, a grid or the like. The flow rate through the shielding arrangement can advantageously be below a critical value when water flows towards the working chamber. The total area of the shielding arrangement can be chosen to be at least so large that the cross section through which flow corresponds to that of the inlet pipe into the intermediate storage.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann zwischen dem Speicherbereich und der Sammelleitung ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, angeordnet sein. Das Ventil kann in vorteilhafter Weise einen Rückstrom von Wasser entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung verhindern. Dadurch kann beispielsweise ein Rückstrom aus der Sammelleitung in einen der Speicherbereiche effektiv verhindert werden. Des Weiteren kann das Ventil einfach von einer Strömung des Wassers in der vorgesehenen Strömungsrichtung ohne weitere technische Elemente wie beispielsweise Sensoren geöffnet werden.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, a valve, in particular a check valve, can be arranged between the storage area and the collecting line. The valve can advantageously prevent a backflow of water against the intended flow direction. This makes it possible, for example, to effectively prevent a backflow from the collecting line into one of the storage areas. Furthermore, the valve can simply be opened by a flow of water in the intended flow direction without any further technical elements such as sensors.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann der Speicherbereich zwischen den Verschlusselementen ausgebildet sein und zu den Sammelleitungen mit wenigstens einer wasserdurchlässigen Abschirmanordnung abgetrennt sein, welche aquatische Organismen und/oder aquatisches Sediment von der wenigstens einen Arbeitskammer abschirmt.According to a favorable embodiment of the hydropower plant, the storage area can be formed between the closure elements and separated from the collecting lines with at least one water-permeable shielding arrangement, which shields aquatic organisms and / or aquatic sediment from the at least one working chamber.

In vorteilhafter Weise können sich aquatischen Organismen in dem Speicherbereich sicher aufhalten und die wenigstens eine Abschirmanordnung kann effektiv verhindern, dass aquatische Organismen in die für sie gefährlichen Sammelleitungen und Arbeitskammern gelangen. Des Weiteren kann das Sediment durch den Speicherbereich transportiert werden, so dass ein Transport von Sedimenten Flussabwärts, wie er in natürlichen Gewässern stattfindet, ebenfalls trotz Wasserkraftanlage ermöglicht werden kann. Die wenigstens eine Abschirmanordnung kann verhindern, dass Sedimente in die Sammelleitungen und/oder Arbeitskammern gelangen, sich dort absetzten und/oder die Sammelleitungen verstopfen.Advantageously, aquatic organisms can stay safely in the storage area and the at least one shielding arrangement can effectively prevent aquatic organisms from getting into the collecting lines and working chambers that are dangerous for them. Furthermore, the sediment can be transported through the storage area, so that the transport of sediment downstream, as occurs in natural waters, can also be made possible despite the hydroelectric power plant. The at least one shielding arrangement can prevent sediments from getting into the manifolds and/or working chambers, settling there and/or clogging the manifolds.

Des Weiteren kann die wenigstens eine Abschirmanordnung verhindern, dass Sedimente den Generator in der jeweiligen Arbeitskammer beschädigen. Des Weiteren kann ein Reinigen der Sammelleitungen und/oder der Arbeitskammern entfallen oder ein Reinigungsintervall kann verlängert werden, wenn Sedimente nicht in die Sammelleitungen und/oder Arbeitskammern gelangen.Furthermore, the at least one shielding arrangement can prevent sediments from damaging the generator in the respective working chamber. Furthermore, cleaning of the collecting lines and/or the working chambers can be omitted or a cleaning interval can be extended if sediments do not get into the collecting lines and/or working chambers.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann eine gemeinsame Abschirmanordnung für zwei Ventile, insbesondere Rückschlagventile, wenigstens eines der Zwischenspeicher vorhanden sein, insbesondere bei einer Anordnung der mit dem Oberwasser und dem Unterwasser verbundenen oder verbindbaren Sammelleitungen auf gleicher Höhe.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, a common shielding arrangement for two valves, in particular check valves, at least one of the buffer stores can be present, in particular when the manifolds connected or connectable to the upstream and downstream water are arranged at the same height.

In vorteilhafter Weise können Kosten für weitere Abschirmanordnungen eingespart werden. Zudem kann eine Reinigung der Abschirmeinrichtung durch das Alternieren der Durchströmungsrichtung erfolgen. Des Weiteren kann das Netz oder der Feinrechen eine entsprechend große Fläche aufweisen, so dass das Entstehen einer für die aquatischen Organismen kritische Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Abschirmanordnung erschwert werden kann.Advantageously, costs for additional shielding arrangements can be saved. In addition, the shielding device can be cleaned by alternating the flow direction. Furthermore, the net or the fine screen can have a correspondingly large area, so that the development of a critical flow speed for the aquatic organisms in the direction of the shielding arrangement can be made more difficult.

Des Weiteren kann mit der einen Abschirmanordnung verhindert werden, dass aquatische Organismen aus dem Speicherbereich durch die Ventile, insbesondere Rückschlagventile, strömen. Des Weiteren kann die Abschirmanordnung verhindern, dass Sedimente aus dem Speicherbereich durch die Ventile strömen.Furthermore, one shielding arrangement can be used to prevent aquatic organisms from flowing out of the storage area through the valves, in particular check valves. Furthermore, the shielding arrangement can prevent sediments from the storage area from flowing through the valves.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann für jedes Ventil, insbesondere Rückschlagventil, wenigstens eines der Zwischenspeicher eine separate Abschirmanordnung vorhanden sein, insbesondere bei einer Anordnung der mit dem Oberwasser und dem Unterwasser verbundenen oder verbindbaren Sammelleitungen mit einem Höhenversatz. In vorteilhafter Weise kann durch die Zuordnung von einer Abschirmanordnung zu einem Ventil einfach ohne konstruktiven Aufwand verhindert werden, dass aquatische Organismen aus dem Speicherbereich durch das entsprechende Ventil strömen oder schwimmen. Des Weiteren kann durch die jeweilige Abschirmanordnung verhindert werden, dass Sedimente aus dem Speicherbereich durch die jeweiligen Ventile, insbesondere Rückschlagventile, strömen.According to an alternative embodiment of the hydroelectric power plant, a separate shielding arrangement can be present for each valve, in particular check valve, at least one of the buffers, in particular when the manifolds connected or connectable to the upstream and downstream water are arranged with a height offset. Advantageously, by assigning a shielding arrangement to a valve, it is possible to prevent aquatic organisms from flowing or swimming from the storage area through the corresponding valve without any design effort. Furthermore, the respective shielding arrangement can prevent sediments from flowing from the storage area through the respective valves, in particular check valves.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage können die Ventile passive Klappen umfassen, welche durch Wasserdruck zu öffnen oder zu schließen sind. Diese Art Ventile sind in vorteilhafter Weise in unterschiedlichen Ausführungen einfach und kostengünstig zu erhalten. Des Weiteren ist deren Wartungsaufwand gering.According to a favorable design of the hydropower plant, the valves can include passive flaps, which can be opened or closed by water pressure. This type of valve can advantageously be obtained easily and inexpensively in different designs. Furthermore, their maintenance effort is low.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage können die Sammelleitungen quer zu den Zwischenspeichern angeordnet sein, insbesondere durch die mittels wenigstens einer Abschirmeinrichtung vom Speicherbereich des jeweiligen Zwischenspeichers abgeteilten Segmente von aneinandergefügten Zwischenspeichern gebildet sein, wenn die Durchbrüche in den jeweiligen Seitenwänden sich kongruent überdeckend platziert sind. Diese Anordnung ermöglicht eine Bauraum und Baustoff sparende Umsetzung der Sammelleitungen. Des Weiteren kann die Wasserkraftanlage durch einen solchen Aufbau einfach erweitert werden, wenn die Breite des korrespondierenden Gewässers dies zulässt.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, the collecting lines can be arranged transversely to the buffers, in particular by the segments of joined buffers separated from the storage area of the respective buffer by means of at least one shielding device, if the openings in the respective side walls are placed congruently overlapping. This arrangement enables the manifolds to be implemented in a way that saves installation space and building materials. Furthermore, the hydroelectric power plant can be easily expanded with such a structure if the width of the corresponding body of water allows this.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann zwischen dem an das Generatormodul angrenzenden Zwischenspeicher und dem Generatormodul ein Absperrmodul, etwa ein Schützhausmodul, angeordnet sein, welches Verschlusselemente zum Absperren und Freigeben der Sammelleitungen aufweist. In vorteilhafter Weise können die Verschlusselemente des einem Generatormodul zugeordneten Absperrmoduls einen absperrenden Zustand aufweisen, welcher einen Zulauf bzw. Ablauf von Wasser in das Generatormodul hinein oder aus diesem heraus verhindern. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Wartung des entsprechenden Generatormoduls und/oder der verbundenen Sammelleitungen und/oder Zwischenspeicher. Die Verschlusselemente können im normalen Betrieb den Freigebenden Zustand aufweisen.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, a shut-off module, such as a shelter module, can be arranged between the buffer storage adjacent to the generator module and the generator module, which has closure elements for shutting off and releasing the manifolds. Advantageously, the closure elements of the shut-off module assigned to a generator module can have a shut-off state, which prevents water from flowing into or out of the generator module. This advantageously enables maintenance of the corresponding generator module and/or the connected manifolds and/or intermediate storage. The closure elements can have the releasing state during normal operation.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage können die Zwischenspeicher gleichartig ausgebildet sein mit einem Verschlusselement zum Oberwasser, einem Verschlusselement zum Unterwasser, einem Speicherbereich zwischen den Verschlusselementen, sowie zwei Durchbrüchen in wenigstens einer Seitenwand. In vorteilhafter Weise kann bei gleichartiger Ausführung der Zwischenspeicher eine Konstruktion der Wasserkraftanlage und/oder eine Erweiterung einer Wasserkraftanlage und/oder eine Aufrüstung einer Wasserkraftanlage mit Zwischenspeichern erleichtert werden. Ist ein Zwischenspeicher zwischen weiteren Zwischenspeichern oder einem Zwischenspeicher und beispielsweise dem Generatormodul angeordnet, kann dieser Zwischenspeicher auf beiden Seitenwänden entsprechende Durchbrüche aufweisen. Ein Zwischenspeicher als Endstück kann zweckmäßigerweise Durchbrüche nur an einer Seitenwand aufweisen, oder ist am freien Ende bzw. seiner freien Seitenwand anderweitig verschlossen.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, the intermediate storage can be designed in the same way with a closure element to the upper water, a closure element to the underwater, a storage area between the closure elements, and two openings in at least one side wall. Advantageously, with a similar design of the intermediate storage, a construction of the hydroelectric power plant and/or an expansion of a hydroelectric power plant and/or an upgrade of a hydroelectric power plant with intermediate storage can be facilitated. If a buffer is arranged between further buffers or a buffer and, for example, the generator module, this buffer can have corresponding openings on both side walls. A buffer as an end piece can expediently have openings only on one side wall, or is otherwise closed at the free end or its free side wall.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage können die Zwischenspeicher an ihrem Zulauf jeweils eine Zuleitung aufweisen, die vom Absperrelement zum Oberwasser in die Höhe ragt. Dies hat den Vorteil, dass ein Betrieb der Wasserkraftanlage an unterschiedliche Gesamtfallhöhen angepasst erfolgen kann.According to a favorable design of the hydroelectric power plant, the buffer stores can each have a supply line at their inlet, which protrudes from the shut-off element to the headwater. This has the advantage that the hydropower plant can be operated in a manner adapted to different total head heights.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann das wenigstens eine Generatormodul zwischen einer Mehrzahl von Zwischenspeichern angeordnet sein. Dadurch ist beispielsweise ein Betrieb möglich, in welchem der Druckabfall in den Sammelleitungen durch eine alternierende Verteilung der Betriebsphasen entlang der Sammelleitungen verringert oder sogar minimiert werden kann. Hierbei können die Wechsel in jeweils eine andere Phase zeitlich versetzt erfolgen, so dass ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, the at least one generator module can be arranged between a plurality of buffer stores. This makes possible, for example, an operation in which the pressure drop in the manifolds can be reduced or even minimized by an alternating distribution of the operating phases along the manifolds. The changes to a different phase can be staggered so that continuous operation is possible.

Es sind auch andere Verteilungen der Phasen vorstellbar. Durch die Sammelleitungen ist ein Durchfluss des Generatormoduls in Vorzugsrichtung unabhängig von der Anordnung der Zwischenspeicher und unabhängig von der Verteilung der Phasen, in welcher die jeweiligen Zwischenspeicher sind, möglich.Other distributions of the phases are also conceivable. Through the manifolds, a flow of the generator module in the preferred direction is possible regardless of the arrangement of the buffer stores and regardless of the distribution of the phases in which the respective buffer stores are.

In einer alternativen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage kann das Generatormodul einseitig an einer Mehrzahl von Zwischenspeichern angeordnet sein. Durch die Sammelleitungen ist ein Durchfluss des Generatormoduls in Vorzugsrichtung unabhängig von der Anordnung der Zwischenspeicher und unabhängig von der Verteilung der Phasen, in welcher die jeweiligen Zwischenspeicher sind, möglich. Dadurch ist auch bei einer einseitigen Anordnung der Zwischenspeicher ein kontinuierlicher Betrieb möglich.In an alternative embodiment of the hydropower plant, the generator module can be arranged on one side of a plurality of buffer stores. Through the manifolds, a flow of the generator module in the preferred direction is possible regardless of the arrangement of the buffer stores and regardless of the distribution of the phases in which the respective buffer stores are. This means that continuous operation is possible even with a one-sided arrangement of the buffers.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Wasserkraftanlage können wenigstens zwei Generatormodule mit einer Mehrzahl von Zwischenspeichern gekoppelt sein. Dadurch kann die Leistung der Wasserkraftanlage erhöht werden. Des Weiteren kann ein Betrieb selbst dann ermöglicht werden, wenn eins der Generatormodule defekt ist oder gewartet wird. Durch weitere Generatormodule kann die Zuverlässigkeit der Wasserkraftanlage in vorteilhafter Weise erhöht werden. Des Weiteren kann durch diese Vorgehensweise eine einfache Standardisierung der Anlage ermöglicht werden, da die Anzahl und/oder Größe der Zwischenspeicher und der Generatormodule unabhängig voneinander optimiert werden können.According to a favorable embodiment of the hydroelectric power plant, at least two generator modules can be coupled to a plurality of buffer stores. This allows the performance of the hydroelectric power plant to be increased. Furthermore, operation can be enabled even if one of the generator modules is defective or is being serviced. The reliability of the hydroelectric power plant can be advantageously increased by additional generator modules. Furthermore, this approach makes it possible to easily standardize the system, since the number and/or size of the buffer storage and the generator modules can be optimized independently of one another.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftanlage vorgeschlagen, wobei eine Regel- und/oder Steuereinrichtung wenigstens drei Zwischenspeicher betreibt, von denen jeder ein Verschlusselement zum Oberwasser und ein Verschlusselement zum Unterwasser sowie einen Speicherbereich aufweist. In einem bestimmungsgemäßen Betrieb wird zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher in einer ersten Phase zum Oberwasser offengehalten und über eine Sammelleitung fließt Wasser zwischen diesem Zwischenspeicher und Generatormodul. Gleichzeitig wird wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher in einer zweiten Phase zum Unterwasser offengehalten und über eine Sammelleitung fließt Wasser zwischen Generatormodul und jenem Zwischenspeicher, während der dritte der wenigstens drei Zwischenspeicher in der ersten oder zweiten Phase offengehalten wird oder ein Übergang zwischen den Phasen durchführt wird.According to a further aspect of the invention, a method for operating a hydroelectric power plant is proposed, wherein a regulating and/or control device operates at least three buffer stores, each of which has a closure element to the upper water and a closure element to the underwater as well as a storage area. In normal operation, at least one of the at least three buffer stores is kept open to the upper water at any time in a first phase and water flows via a collecting line between this buffer and generator module. At the same time, at least one other of the at least three buffer stores is kept open to the underwater in a second phase and water flows via a collecting line between the generator module and that buffer store, while the third of the at least three buffer stores is kept open in the first or second phase or carries out a transition between the phases becomes.

Die Regel- und/oder Steuereinrichtung schaltet die wenigstens drei Zwischenspeicher zyklisch zwischen den beiden Phasen um.The regulating and/or control device cyclically switches the at least three buffers between the two phases.

Vorteilhaft werden im Speicherbereich des Zwischenspeichers aquatische Organismen und/oder aquatisches Sediment temporär gespeichert, welche vom Oberwasser oder vom Unterwasser her durch geöffnete Verschlusselemente in die Zwischenspeicher gelangen. Dadurch, dass immer ein Strömungspfad zwischen Oberwasser und Unterwasser durch das Generatormodul vorhanden ist, kann der Generator kontinuierlich oder wenigstens quasikontinuierlich, insbesondere kurzzeitig mit verringerter Leistung, betrieben werden. Gleichzeitig können jedoch immer aquatische Organismen bei geöffnetem Verschlusselement des jeweiligen Zwischenspeichers aus dem Oberwasser eintreten und ins Unterwasser entlassen werden, oder umgekehrt.Advantageously, aquatic organisms and/or aquatic sediment are temporarily stored in the storage area of the buffer, which reach the buffer from the upper water or from the downstream through opened closure elements. Because there is always a flow path between the upper water and the lower water through the generator module, the generator can be operated continuously or at least quasi-continuously, especially for a short time with reduced power. At the same time, however, aquatic organisms can always enter from the upper water and be released into the lower water when the closure element of the respective intermediate storage is open, or vice versa.

Die eine Sammelleitung kann eine Zulaufsammelleitung für Wasser von dem jeweiligen Zwischenspeicher bilden. Die andere Sammelleitung kann eine Ablaufsammelleitung für Wasser, das aus dem jeweiligen Zwischenspeicher abgeführt wird bilden.One manifold can form an inlet manifold for water from the respective intermediate storage. The other collecting line can form a drain collecting line for water that is discharged from the respective intermediate storage.

Vorteilhaft können die Sammelleitungen auf Seiten des jeweiligen Zwischenspeichers mit Ventilen, insbesondere Rückschlagventilen, versehen sein. Die Verschlusselemente eines Zwischenspeichers und die beiden Ventile für die Sammelleitungen bilden eine Schaltgruppe.The collecting lines can advantageously be provided with valves, in particular check valves, on the side of the respective buffer store. The closure elements of a buffer and the two valves for the manifolds form a switching group.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer ist in vorteilhafter Weise abhängig von der Anzahl der Zwischenspeicher in der ersten Phase. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer und die Leistung des mit dem korrespondierenden Generatormodul gekoppelten Generators einfach nach Bedarf eingestellt werden. Hierbei verändert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in den jeweiligen Speicherbereichen der Zwischenspeicher nicht. In vorteilhafter Weise können dadurch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers in den Zwischenspeichern und der Sammelleitung zur Arbeitskammer herrschen.The flow rate of the water in the manifold to the working chamber is advantageously dependent on the number of buffers in the first phase. This allows the flow speed of the water in the manifold to the working chamber and the power of the generator coupled to the corresponding generator module to be easily adjusted as required. The flow speed of the water in the respective storage areas of the intermediate storage does not change. Advantageously, different flow velocities of the water can prevail in the buffer stores and the collecting line to the working chamber.

Dadurch können, wenn eine Mehrzahl von Zwischenspeichern betrieben wird, durch die weitere Parallelisierung der Verschlusselemente und etwaigen Ventilen, insbesondere Rückschlagventilen, in den Zwischenspeichern eine optimierte Strömungsgeschwindigkeit für Generator einerseits und den jeweiligen Speicherbereich der Zwischenspeicher, welcher den Passagepfad für die in den Speicherbereich gelangten Organismen durch den Zwischenspeicher bildet, unabhängig voneinander optimiert werden.As a result, if a plurality of buffer stores are operated, the further parallelization of the closure elements and any valves, in particular check valves, in the buffer stores allows an optimized flow speed for the generator on the one hand and the respective storage area of the buffer store, which provides the passage path for the organisms that have reached the storage area formed by the buffer, can be optimized independently of each other.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in den Zwischenspeichern kann daher günstig an Überlebensbedingungen vorhandener aquatischer Organismen angepasst werden.The flow speed of the water in the intermediate storage can therefore be adapted favorably to the survival conditions of existing aquatic organisms.

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Sammelleitung zur Arbeitskammer kann an die aktuell erforderliche Leistung des Generators angepasst werden.The flow speed of the water in the manifold to the working chamber can be adjusted to the currently required power of the generator.

Sind mindestens drei der Zwischenspeicher an demselben Generatormodul angeschlossen, lässt sich ein kontinuierlicher Betrieb des Generators erreichen. Mindestens je zwei Zwischenspeicher stellen dabei über entsprechende Sammelleitungen zu jedem Zeitpunkt eine Verbindung zwischen Arbeitskammer des Generatormoduls und Unterwasser bzw. Oberwasser her.If at least three of the buffers are connected to the same generator module, continuous operation of the generator can be achieved. At least two intermediate storage devices establish a connection between the working chamber of the generator module and the downstream or upstream water at any time via appropriate manifolds.

Ein Antrieb des Generators, der in die Arbeitskammer des Generatormoduls ragt, kann über die Wasserströmung durch die Arbeitskammer Energie aufnehmen. Der Antrieb kann eine Turbine sein oder ein Propeller, insbesondere mit rotierenden und/oder verstellbaren Flügeln. Die Rotationsrichtung des Antriebs und damit des Generators bleibt erhalten. Durch die Sammelleitungen und das Vorhandensein von wenigstens drei Zwischenspeichern ist eine gleichbleibende Strömungsrichtung in der Arbeitskammer umsetzbar. Die Strömungsstärke in den Sammelleitungen ist abhängig von der Anzahl gekoppelter Zwischenspeicher.A drive of the generator, which protrudes into the working chamber of the generator module, can absorb energy via the water flow through the working chamber. The drive can be a turbine or a propeller, in particular with rotating and/or adjustable blades. The direction of rotation of the drive and thus the generator remains the same. A constant flow direction in the working chamber can be achieved thanks to the collecting lines and the presence of at least three intermediate stores. The flow rate in the manifolds depends on the number of coupled buffer stores.

Durch die Sammelleitungen und die Verschlusselemente der Zwischenspeicher kann die Arbeitskammer auf zwei Strömungspfade aufgeteilt werden, die dann für sich nur in der einen Vorzugsrichtung durchströmt werden. Zusätzliche Parallelpfade der Ventilgruppen, insbesondere Rückschlagventile in den Zwischenspeichern oder vor oder hinter den Sammelleitungen, erlauben einen kontinuierlichen Betrieb. Die weitere Umwandlung in elektrische Energie entspricht dem Stand der Technik.Through the manifolds and the closure elements of the intermediate storage, the working chamber can be divided into two flow paths, which are then only flowed through in one preferred direction. Additional parallel paths of the valve groups, in particular check valves in the buffer stores or before or after the manifolds, allow continuous operation. Further conversion into electrical energy corresponds to the state of the art.

Vorteilhaft kann bei Vorliegen eines hohen Schwebstoffanteils eine rein zeitbasierte Umschaltung sinnvoll sein, womit eine hierdurch möglicherweise erschwerte Beladungserkennung der Zwischenspeicher vermieden werden kann. Zu Zeiten intensiver Fischwanderungen kann beispielsweise eine Umschaltung jedes einzelnen Zwischenspeichers im Abstand weniger Minuten, beispielsweise alle 5 Minuten, sinnvoll sein. Sind keine großen Wanderungen von Lebewesen zu erwarten, so kann eine Umschaltung jedes einzelnen Zwischenspeichers in längeren Abständen, beispielsweise stündlich, ausreichend sein. Dieser Wert kann bei hoher Partikelbeladung des Wassers gegebenenfalls angepasst werden. Optional kann die Betriebsführung vorteilhaft bei einzelnen Zwischenspeichern so angepasst werden, dass eine sich quer zur Flussrichtung ändernde Sedimentbelastung berücksichtigt werden kann.If there is a high proportion of suspended matter, a purely time-based switchover can be advantageous, which can potentially make it more difficult to detect the load in the intermediate storage. At times of intensive fish migration, for example, it may make sense to switch over each individual buffer every few minutes, for example every 5 minutes. If no large migrations of living beings are to be expected, switching each individual buffer at longer intervals, for example every hour, may be sufficient. This value can be adjusted if necessary if the water has a high particle load. Optionally, the operational management can advantageously be adapted for individual intermediate storage facilities so that sediment loads that change transversely to the flow direction can be taken into account.

Bei einem geringen Schwebstoffanteil kann eine Erkennung von eintretenden oder austretenden Lebewesen beispielsweise mittels Sensoren, etwa über Lichtschranken oder Ultraschallsensoren, zweckmäßig sein. Detektierte Objekte innerhalb der Wasserkraftanlage könnten daher eine Umschaltung innerhalb der nächsten Minuten, beispielsweise innerhalb der nächsten 3 Minuten, auslösen. Werden keine Objekte erkannt, kann eine Umschaltung mit längerem Abstand, beispielsweise stündlich, auch hier ausreichend sein.If the proportion of suspended matter is low, it may be useful to detect incoming or outgoing living beings, for example using sensors, such as light barriers or ultrasonic sensors. Detected objects within the hydropower plant could therefore trigger a switchover within the next few minutes, for example within the next 3 minutes. If no objects are detected, switching over at a longer interval, for example every hour, may also be sufficient here.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann ein zyklisches Umschalten der Verschlusselemente im Minutenbereich erfolgen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Verweilzeit aquatischer Organismen und/oder Sedimenten in den jeweiligen Zwischenspeichern reduziert werden.According to a favorable embodiment of the method, the closure elements can be switched cyclically in a matter of minutes. This can advantageously reduce the residence time of aquatic organisms and/or sediments in the respective buffer stores.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures. The figures, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.

Es zeigen beispielhaft:They show, for example:

Fig. 1Fig. 1
ein Schaltbild eines Wasserkraftwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;a circuit diagram of a hydroelectric power plant according to an embodiment of the invention;
Fig. 2Fig. 2
als Schnittdarstellung einen Zwischenspeicher eines Wasserkraftwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Phase in Verbindung mit einem Oberwasser;as a sectional view of a buffer storage of a hydroelectric power plant according to an exemplary embodiment of the invention in a first phase in connection with a headwater;
Fig. 3Fig. 3
in isometrischer Darstellung den Zwischenspeicher aus Figur 2 in einer ersten Phase;in an isometric view of the buffer Figure 2 in a first phase;
Fig. 4Fig. 4
als Schnittdarstellung den Zwischenspeicher nach Figur 2 und 3 in einer zweiten Phase in Verbindung mit einem Unterwasser;as a sectional view of the buffer Figures 2 and 3 in a second phase in connection with an underwater;
Fig. 5Fig. 5
in isometrischer Darstellung den Zwischenspeicher aus den Figuren 2 bis 4 in einer zweiten Phase;in an isometric view the buffer from the Figures 2 to 4 in a second phase;
Fig. 6Fig. 6
in isometrischer Darstellung ein Generatormodul eines Wasserkraftwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;an isometric view of a generator module of a hydroelectric power plant according to an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 7Fig. 7
in Schnittdarstellung das Generatormodul in Figur 6;A sectional view of the generator module Figure 6 ;
Fig. 8Fig. 8
in isometrischer Darstellung ein Wasserkraftwerk nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Generatormodulen mit Absperrmodulen und mit einer Mehrzahl von parallel aneinandergefügten Zwischenspeichern;an isometric view of a hydroelectric power plant according to an exemplary embodiment of the invention with two generator modules with shut-off modules and with a plurality of buffer stores connected in parallel;
Fig. 9Fig. 9
als Frontansicht ein Absperrmodul nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;as a front view, a shut-off module according to an embodiment of the invention;
Fig. 10Fig. 10
in isometrischer Darstellung das Absperrmodul aus Figur 9;The shut-off module is shown in an isometric view Figure 9 ;
Fig. 11Fig. 11
ein Schaltbild eines Wasserkraftwerks nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;a circuit diagram of a hydroelectric power plant according to a further embodiment of the invention;
Fig. 12Fig. 12
als Schnittdarstellung einen Zwischenspeicher eines Wasserkraftwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Phase in Verbindung mit einem Oberwasser;as a sectional view of a buffer storage of a hydroelectric power plant according to an exemplary embodiment of the invention in a first phase in connection with a headwater;
Fig. 13Fig. 13
als Schnittdarstellung den Zwischenspeicher nach Figur 12 in einer zweiten Phase in Verbindung mit einem Unterwasser;as a sectional view of the buffer Figure 12 in a second phase in connection with an underwater;
Fig. 14Fig. 14
in isometrischer Darstellung ein Wasserkraftwerk nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Generatormodul und mit einer Mehrzahl von parallel aneinandergefügten Zwischenspeichern;an isometric view of a hydroelectric power plant according to a further exemplary embodiment of the invention with a generator module and with a plurality of buffer stores connected in parallel;
Fig. 15Fig. 15
eine Seitenansicht des Generatormoduls aus Figur 14;a side view of the generator module Figure 14 ;
Fig. 16Fig. 16
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Wasserkraftanlage.a flowchart of a method for operating a hydroelectric power plant.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, components of the same type or with the same effect are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before the invention is described in detail, it should be noted that it is not limited to the respective components of the device or the respective process steps, since these components and processes can vary. The terms used herein are intended solely to describe particular embodiments and are not used in a limiting sense. Furthermore, if the singular or indefinite articles are used in the description or in the claims, this also refers to the plurality of these elements, unless the overall context clearly indicates otherwise.

Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie "links", "rechts", "oben", "unten", "davor" "dahinter", "danach" und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.Directional terminology used below with terms such as "left", "right", "above", "below", "before", "behind", "after" and the like only serves to better understand the figures and is in no way intended to limit the represent generality. The components and elements shown, their design and use can vary according to the considerations of a person skilled in the art and can be adapted to the respective applications.

Die Figuren 1 bis 10 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 sowie Detaildarstellungen von Zwischenspeichern 120, Generatormodulen 170 und Absperrmodulen 160 des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100. Dieses Ausführungsbeispiel ist für die Gewinnung elektrischer Leistungen Bereich von günstigerweise 10 - 500 MW geeignet.The Figures 1 to 10 show a first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention as well as detailed representations of buffers 120, generator modules 170 and shut-off modules 160 of the first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention. This exemplary embodiment is suitable for generating electrical power in the range of 10 - 500 MW.

Die Figuren 11 bis 15 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 sowie. Detaildarstellungen von Zwischenspeichern 120 des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100. Dieses Ausführungsbeispiel ist für die Gewinnung kleinerer elektrischer Leistungen von günstigerweise 500 kW bis 5 MW geeignet.The Figures 11 to 15 show a second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention and. Detailed representations of buffers 120 of the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention. This exemplary embodiment is suitable for generating smaller electrical powers of advantageously 500 kW to 5 MW.

In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kombinationen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich. Des Weiteren sind weitere nicht dargestellte Komponenten möglich.In an alternative exemplary embodiment, not shown, combinations of the exemplary embodiments shown are possible. Furthermore, other components not shown are possible.

Wie aus den Figuren 1 bis 5, 8, und 10 bis 13 ersichtlich ist, sind die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 jeweils zur Anordnung in einem Gewässer mit einem Gefälle in einer Schwererichtung zwischen Oberwasser 2 und Unterwasser 4 des Gewässers ausgebildet.Like from the Figures 1 to 5 , 8th , and 10 to 13 As can be seen, the illustrated embodiments of the hydropower plant 100 according to the invention are each designed to be arranged in a body of water with a gradient in a direction of gravity between the upper water 2 and the lower water 4 of the body of water.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 umfassen jeweils wenigstens drei Zwischenspeicher 120 (Figuren 8 und 14).The illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention each include at least three buffer stores 120 ( Figures 8 and 14 ).

Von den Zwischenspeichern 120 weist jeder ein Verschlusselement 122 zum Oberwasser 2 und ein Verschlusselement 124 zum Unterwasser 4 sowie einen Speicherbereich 128 auf (Figuren 1 bis 5 und 11 bis 13), der sich zwischen den Verschlusselementen 122, 124 erstreckt.Each of the intermediate stores 120 has a closure element 122 to the upper water 2 and a closure element 124 to the underwater 4 as well as a storage area 128 ( Figures 1 to 5 and 11 to 13 ), which extends between the closure elements 122, 124.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 umfassen weiter wenigstens ein Generatormodul 170, das eine Arbeitskammer 130 aufweist, in der ein Antrieb 134 eines Generators 132 angeordnet ist (Figur 7). Der Antrieb 134 kann beispielsweise eine Turbine oder ein Propeller sein.The illustrated embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention further comprise at least one generator module 170, which has a working chamber 130 in which a drive 134 of a generator 132 is arranged ( Figure 7 ). The drive 134 can be, for example, a turbine or a propeller.

Das erste in Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 umfasst zwei Generatormodule 170, es ist aber auch eine Ausführung mit nur einem Generatormodul 170 oder mit mehr als zwei Generatormodulen 170 vorstellbar.The first in Figure 8 The illustrated embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention includes two generator modules 170, but an embodiment with only one generator module 170 or with more than two generator modules 170 is also conceivable.

Das zweite in Figur 14 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 umfasst ein Generatormodul 170, es ist aber auch eine Ausführung mit mehr als einem Generatormodul 170 vorstellbar.The second in Figure 14 The illustrated embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention includes a generator module 170, but an embodiment with more than one generator module 170 is also conceivable.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 umfassen weiter eine Regel- und/oder Steuereinrichtung 180 zum, insbesondere zyklischen, Öffnen des einen der Verschlusselemente 122, 124 und Schließen der anderen der Verschlusselemente 122, 124 jedes der Zwischenspeicher 120 (Figuren 1 und 11).The illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention further comprise a regulating and/or control device 180 for, in particular cyclically, opening one of the closure elements 122, 124 and closing the other of the closure elements 122, 124 of each of the buffer stores 120 ( Figures 1 and 11 ).

Die Zwischenspeicher 120 und das Generatormodul 170 sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 über wenigstens zwei Sammelleitungen 110, 112 fluidisch verbunden. Die eine der Sammelleitungen 110 führt der Arbeitskammer 130 Wasser vom Oberwasser 2 her zu und die andere der Sammelleitungen 112 führt aus der Arbeitskammer 130 Wasser zum Unterwasser 4 hin ab (Figuren 1 bis 8 und 11 bis 15). Die Sammelleitungen 110, 112 führen dabei quer zur Längserstreckung der Zwischenspeicher 120 durch Bereiche der Zwischenspeicher 120 hindurch. Zudem münden die Sammelleitungen 110, 112 in die jeweilige Arbeitskammer 130.In the illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100 according to the invention, the intermediate storage 120 and the generator module 170 are fluidly connected via at least two collecting lines 110, 112. One of the collecting lines 110 supplies water from the upper water 2 to the working chamber 130 and the other of the collecting lines 112 leads water from the working chamber 130 to the lower water 4 ( Figures 1 to 8 and 11 to 15 ). The collecting lines 110, 112 lead through areas of the buffers 120 transversely to the longitudinal extent of the buffers 120. In addition, the collecting lines 110, 112 open into the respective working chamber 130.

In einem bestimmungsgemäßen Betrieb ist zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher 120 in einer ersten Phase. In der ersten Phase ist der entsprechende Zwischenspeicher 120 zum Oberwasser 2 geöffnet und eine der Sammelleitungen 110 zwischen diesem Zwischenspeicher 120 und dem Generatormodul 170 ist freigeschaltet (Figuren 1 bis 3 und 11 bis 12). Die Strömungsrichtung 118 des Wassers (mit Blockpfeilen mit durchgezogenen Linien symbolisiert) in der ersten Phase verläuft innerhalb der Zwischenspeicher 120 vom Verschlusselement 122 im Bereich eines Einlasses 102 des Zwischenspeichers 120 zu der freigegebenen Sammelleitung 110. Von dort strömt das Wasser zur Arbeitskammer 130 des mit dieser Sammelleitung 110 gekoppelten Generatormoduls 170.In normal operation, at least one of the at least three buffer stores 120 is in a first phase at any time. In the first phase, the corresponding buffer 120 is opened to the headwater 2 and one of the collecting lines 110 between this buffer 120 and the generator module 170 is activated ( Figures 1 to 3 and 11 to 12 ). The flow direction 118 of the water (symbolized by block arrows with solid lines) in the first phase runs within the buffer 120 from the closure element 122 in the area of an inlet 102 of the buffer 120 to the released manifold 110. From there the water flows to the working chamber 130 of the with this Collector line 110 coupled generator module 170.

Hierbei ist eine Sammelleitung 110 im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Segmente mehrerer Zwischenspeicher 120 gebildet und dadurch mit mehreren Einlässen fluidisch gekoppelt.Here, a collecting line 110 in the illustrated embodiment is formed by segments of several buffers 120 and is thereby fluidly coupled to several inlets.

Gleichzeitig ist wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher 120 in einer zweiten Phase, bei dem dieser zum Unterwasser 4 geöffnet ist und eine der Sammelleitungen 112 zwischen Generatormodul 170 und jenem Zwischenspeicher 120 freigeschaltet ist (Figuren 1, 4, 5, 11 und 13). Das Wasser strömt vom Arbeitsraum 130 eines entsprechenden Generatormoduls 170 in eine mit dem Generatormodul 170 gekoppelte Sammelleitung 112. Von dort kann das Wasser in die Zwischenspeicher 120 in der zweiten Phase einströmen. Hierbei ist eine Sammelleitung 112 im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Segmente mehrerer Zwischenspeicher 120 gebildet und dadurch mit mehreren Zwischenspeichern 120 fluidisch gekoppelt. Die Strömungsrichtung 119 des Wassers (mit Blockpfeilen mit durchbrochenen Linien symbolisiert) in dem Zwischenspeicher 120 in der zweiten Phase verläuft von der Kopplung mit der Sammelleitung 112 in Richtung des Verschlusselements 124 im Bereich eines Auslasses 104 des Zwischenspeichers 120. Hierbei ist eine Sammelleitung 112 bzw. die Arbeitskammer 130 mit mehreren Zwischenspeichern 120 und dadurch mit mehreren Auslässen 104 fluidisch gekoppelt.At the same time, at least one other of the at least three buffers 120 is in a second phase, in which it is open to the underwater 4 and one of the collecting lines 112 between generator module 170 and that buffer 120 is activated ( Figures 1 , 4 , 5 , 11 and 13 ). The water flows from the working space 130 of a corresponding generator module 170 into a collecting line 112 coupled to the generator module 170. From there, the water can flow into the intermediate storage 120 in the second phase. Here, a collecting line 112 in the illustrated embodiment is formed by segments of several buffer stores 120 and is thereby fluidly coupled to several buffer stores 120. The flow direction 119 of the water (symbolized by block arrows with broken lines) in the buffer 120 in the second phase runs from the coupling with the manifold 112 in the direction of the closure element 124 in the area of an outlet 104 of the buffer 120. Here is a manifold 112 or the working chamber 130 is fluidically coupled to several intermediate stores 120 and thereby to several outlets 104.

Während zwei der wenigstens drei Zwischenspeicher 120 in der ersten und zweiten Phase sind, ist ein dritter der wenigstens drei Zwischenspeicher 120 in der ersten oder der zweiten Phase oder in einem Übergang zwischen den Phasen. Es ist damit sichergestellt, dass wenigstens ein Fluidpfad vom Oberwasser 2 durch die Arbeitskammer 130 des Generatormoduls zum Unterwasser 4 zur Verfügung steht.While two of the at least three latches 120 are in the first and second phases, a third of the at least three latches 120 is in the first or second phase or in a transition between the phases. This ensures that at least one fluid path from the upper water 2 through the working chamber 130 of the generator module to the lower water 4 is available.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Sammelleitungen 110, 112 dadurch ausgebildet, dass die Zwischenspeicher 120 jeweils zwei einander gegenüberliegende Durchbrüche 114, 116 in wenigstens einer Seitenwand sowie wenigstens einen Bereich zwischen den Durchbrüchen 114, 116 und dem Speicherbereich 128 aufweisen, der von dem Speicherbereich 128 abgetrennt ist. Die Durchbrüche 114 sind der Sammelleitung 110 zugeordnet und die Durchbrüche 116 sind der Sammelleitung 112 zugeordnet. Eine Sammelleitung 110, 112 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel gebildet, indem mehrere Zwischenspeicher 120 parallel nebeneinander angeordnet werden und jeweiligen die Durchbrüche 114, 116 sich kongruent überdecken.In the exemplary embodiments shown, the collecting lines 110, 112 are formed in that the intermediate stores 120 each have two opposite openings 114, 116 in at least one side wall and at least one area between the openings 114, 116 and the storage area 128, which is separated from the storage area 128 is separated. The openings 114 are assigned to the manifold 110 and the openings 116 are assigned to the manifold 112. In the exemplary embodiment shown, a collecting line 110, 112 is formed by arranging several buffers 120 in parallel next to one another and the openings 114, 116 overlap each other congruently.

Auch das jeweilige Generatormodul 170 im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sowie das jeweilige Absperrmodul 160 weisen derartige Durchbrüche 114, 116 in ihren Seitenwänden auf, an die Zwischenspeicher 120 angrenzen, so dass sich die Durchbrüche 114, 116 jeweils kongruent überlappen.The respective generator module 170 in the first and second exemplary embodiments as well as the respective shut-off module 160 also have such openings 114, 116 in their side walls, which adjoin the buffers 120, so that the openings 114, 116 each overlap congruently.

Dabei zeigt Figur 8 als Frontansicht ein Absperrmodul 160 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während Figur 9 in isometrischer Darstellung das Absperrmodul 160 aus Figur 8 zeigt. Mit dem zwischen dem an das Generatormodul 170 angrenzenden Zwischenspeicher 120 und dem Generatormodul 170 angeordneten Absperrmodul 160 kann das Generatormodul 170 beispielsweise zu Wartungszwecken von den Sammelleitungen 110, 112 abgekoppelt werden.This shows Figure 8 as a front view of a shut-off module 160 according to an embodiment of the invention, while Figure 9 The shut-off module 160 is shown in an isometric view Figure 8 shows. With the shut-off module 160 arranged between the intermediate storage 120 adjacent to the generator module 170 and the generator module 170, the generator module 170 can be decoupled from the manifolds 110, 112, for example for maintenance purposes.

Dieses weist dazu entsprechende Verschlusselemente 162, 164 zum Absperren und Freigeben der Sammelleitungen 110, 112 auf. Die Verschlusselemente 162, 164 erlauben eine Isolation von Teilbereichen und ermöglichen den Betrieb mit mindestens halber Leistung bei Einfachfehlern oder während Wartungsarbeiten der Wasserkraftanlage 100 oder des Generatormoduls 170.This has corresponding closure elements 162, 164 for shutting off and releasing the manifolds 110, 112. The closure elements 162, 164 allow isolation of partial areas and enable operation with at least half power in the event of simple errors or during maintenance work on the hydroelectric power plant 100 or the generator module 170.

Die Regel- und/oder Steuereinrichtung 180 ist dazu eingerichtet, die wenigstens drei Zwischenspeicher 120 zwischen den beiden Phasen zyklisch umzuschalten.The regulating and/or control device 180 is set up to cyclically switch the at least three buffer stores 120 between the two phases.

Durch den alternierenden Betrieb der Verschlusselementen 122, 124 der Zwischenspeicher 120 für die entsprechenden Phasen ist bei entsprechender Schaltung ein kontinuierlicher Betrieb des Generators 132 möglich.Due to the alternating operation of the closure elements 122, 124 of the buffer stores 120 for the corresponding phases, continuous operation of the generator 132 is possible with the appropriate circuit.

Die Sammelleitung 110 wird in den dargestellten Ausführungsbeispielen immer von den Zwischenspeichern 120 in Richtung der korrespondierenden Arbeitskammer 130 durchströmt.In the exemplary embodiments shown, the collecting line 110 is always flowed through by the buffer stores 120 in the direction of the corresponding working chamber 130.

Die Sammelleitung 112 wird in den dargestellten Ausführungsbeispielen immer von der korrespondierenden Arbeitskammer 130 in Richtung der Zwischenspeicher 120 durchströmt.In the exemplary embodiments shown, the collecting line 112 is always flowed through by the corresponding working chamber 130 in the direction of the intermediate storage 120.

Es sind in einer alternativen Ausführung der Wasserkraftanlage 100 auch weitere Sammelleitungen 110, 112 vorstellbar.In an alternative embodiment of the hydropower plant 100, additional collecting lines 110, 112 are also conceivable.

Durch die Sammelleitungen 110, 112 ist die gleichbleibende Strömungsrichtung in der Arbeitskammer 130 umsetzbar. Die Strömungsstärke in den Sammelleitungen 110, 112 ist abhängig von der Anzahl gekoppelter Zwischenspeicher 120. Durch die Sammelleitungen 120 und die Verschlusselemente 122, 124 kann die Arbeitskammer 130 auf zwei Turbinenpfade aufgeteilt werden, die dann für sich nur in der jeweiligen Vorzugsrichtung, d.h. in den Strömungsrichtungen 118, 119, durchströmt werden.The constant flow direction in the working chamber 130 can be implemented through the collecting lines 110, 112. The flow strength in the manifolds 110, 112 depends on the number of coupled buffer stores 120. The working chamber 130 can be divided into two turbine paths by the manifolds 120 and the closure elements 122, 124, which then only run in the respective preferred direction, ie in the Flow directions 118, 119 are flowed through.

Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 unterscheidet sich unter anderem von dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage 100 dadurch, dass die Sammelleitungen 110, 112 im ersten Ausführungsbeispiel einen Höhenversatz 129 (nur in Figur 4 beziffert) aufweisen. Dieser Höhenversatz 129 kann im Generatormodul 170 genutzt werden, um Kavitationsrisiken bei der Umwandlung der kinetischen und potentiellen Energie des Wassers in Rotationsenergie des entsprechenden Generators 132 bzw. dessen Antrieb 134 zu verringern. Die Rotationsenergie wird in bekannter Weise in Strom umgewandelt.The first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention differs, among other things, from the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 according to the invention in that the manifolds 110, 112 in the first exemplary embodiment have a height offset 129 (only in Figure 4 numbered). This height offset 129 can be used in the generator module 170 to reduce cavitation risks when converting the kinetic and potential energy of the water into rotational energy of the corresponding generator 132 or its drive 134. The rotational energy is converted into electricity in a known manner.

Die Sammelleitungen 110, 112 des zweiten Ausführungsbeispiels (Figuren 11 bis 15 sind im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet. Die Umwandlung von Höhenenergie des Wassers in kinetische Energie wird letztlich in den jeweiligen Zwischenspeichern 120 durch den Höhenversatz zwischen Einlass 102 und Auslass 104 umgesetzt. Die Zwischenspeicher 120 weisen im Speicherbereich 128 ein entsprechendes Gefälle auf. Die kinetische Energie des über die entsprechende Sammelleitung 110 zum Arbeitsraum 130 geleiteten Wassers wird ebenfalls in Rotationsenergie des entsprechenden Generators 132 bzw. dessen Antrieb 134 umgewandelt. Die Rotationsenergie wird in bekannter Weise in Strom umgewandelt.The manifolds 110, 112 of the second exemplary embodiment ( Figures 11 to 15 are arranged essentially at the same height. The conversion of height energy of the water into kinetic energy is ultimately implemented in the respective buffer stores 120 by the height offset between inlet 102 and outlet 104. The buffers 120 have a corresponding gradient in the storage area 128. The kinetic energy of the water conducted to the work space 130 via the corresponding collecting line 110 is also converted into rotational energy of the corresponding generator 132 or its drive 134. The rotational energy is converted into electricity in a known manner.

Wie aus den Figuren 1 bis 5 und 11 bis 13 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Wasserkraftanlage 100 zwischen dem Speicherbereich 128 und der Sammelleitung 110, 112 ein Ventil 125, 225, insbesondere ein Rückschlagventil angeordnet. Das Ventil 125 verhindert, dass Wasser entgegen der Vorzugsrichtung (entsprechend der Strömungsrichtung 118) aus der Sammelleitung 110 in die Zwischenspeicher 120 strömt.Like from the Figures 1 to 5 and 11 to 13 It can also be seen that in the illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100, a valve 125, 225, in particular a check valve, is arranged between the storage area 128 and the collecting line 110, 112. The valve 125 prevents water from flowing from the collecting line 110 into the intermediate storage 120 in the opposite direction to the preferred direction (corresponding to the flow direction 118).

Das Ventil 225 verhindert, dass Wasser entgegen der Vorzugsrichtung (entsprechend der Strömungsrichtung 119) aus den Zwischenspeichern 120 in die Sammelleitung 112 strömt. Die Ventile 125 umfassen in den dargestellten Ausführungsbeispielen passive Klappen, welche durch Wasserdruck zu öffnen oder zu schließen sind. Optional sind auch andere Ausführungen vorstellbar.The valve 225 prevents water from flowing from the buffer stores 120 into the collecting line 112 in the opposite direction to the preferred direction (corresponding to the flow direction 119). In the exemplary embodiments shown, the valves 125 include passive flaps that can be opened or closed by water pressure. Other versions are also conceivable as options.

Wie aus den Figuren 2 bis 5, 12 und 13 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Wasserkraftanlage 100 der Speicherbereich 128 der jeweiligen Zwischenspeicher 120 zwischen den Verschlusselementen 122, 124 ausgebildet und zu den Sammelleitungen 110, 112 mit wenigstens einer wasserdurchlässigen Abschirmanordnung 126, 226 abgetrennt, etwa ein Feinrechen, ein Netz, ein Sieb oder dergleichen. Die wenigstens eine wasserdurchlässige Abschirmanordnung 126, 226 hält aquatische Organismen und/oder aquatisches Sediment von der wenigstens einen Arbeitskammer 130 ab.Like from the Figures 2 to 5 , 12 and 13 It can also be seen that in the illustrated exemplary embodiments of the hydroelectric power plant 100, the storage area 128 of the respective intermediate storage 120 is formed between the closure elements 122, 124 and separated from the collecting lines 110, 112 with at least one water-permeable shielding arrangement 126, 226, for example a fine screen, a net, a sieve or something similar. The at least one water-permeable shielding arrangement 126, 226 keeps aquatic organisms and/or aquatic sediment away from the at least one working chamber 130.

Hierbei sollte die Durchströmungsgeschwindigkeit der wenigstens einen Abschirmanordnung 126, 226 unter einem kritischen Wert liegen, wenn Wasser Richtung Arbeitsraum 130 fließt. Die Gesamtfläche einer Barriere der Abschirmanordnung 126, 226 wird dazu zweckmäßigerweise in den dargestellten Ausführungsbeispielen mindestens so groß gewählt, dass der durchströmte Querschnitt dem des Mindestquerschnitts des Zwischenspeichers 120 entspricht.The flow velocity of the at least one shielding arrangement 126, 226 should be below a critical value when water flows towards the working space 130. For this purpose, the total area of a barrier of the shielding arrangement 126, 226 is expediently chosen to be at least so large in the exemplary embodiments shown that the cross section through which flow corresponds to the minimum cross section of the buffer 120.

Dadurch ist gewährleistet, dass Lebewesen an der Abschirmanordnung 126, 226 nicht signifikant stärker belastet werden als an den restlichen durch sie passierten Anlagenteilen.This ensures that living beings are not exposed to significantly greater stress on the shielding arrangement 126, 226 than on the remaining parts of the system that they pass through.

Die Speicherbereiche 128 der Zwischenspeicher 120 sind zum temporären Speichern von aquatischen Organismen und/oder aquatischem Sediment geeignet, welche in der jeweiligen Phase durch die entsprechenden Verschlusselemente 122, 124 in den Zwischenspeicher 120 und aus dem Zwischenspeicher 120 gelangen können. Da sich die Verschlusselemente 122, 124 der Zwischenspeicher in regelmäßigen Abständen alternierend öffnen, kann der entsprechende Zwischenspeicher 120 von beiden Endbereichen 102, 104 her von aquatischen Organismen durchströmt werden. Aquatisches Sediment durchströmt den Zwischenspeicher 120 üblicherweise in Strömungsrichtung vom oberwasserseitigen Endbereich 102 zum unterwasserseitigen Endbereich 104.The storage areas 128 of the buffers 120 are suitable for the temporary storage of aquatic organisms and/or aquatic sediment, which can get into and out of the buffer 120 in the respective phase through the corresponding closure elements 122, 124. Since the closure elements 122, 124 of the buffers open alternately at regular intervals, the corresponding buffer 120 can be flowed through by aquatic organisms from both end regions 102, 104. Aquatic sediment usually flows through the intermediate storage 120 in the direction of flow from the upstream end region 102 to the downstream end region 104.

Das erste Ausführungsbeispiel der Wasserkraftanlage 100 unterscheidet sich unter anderem von dem zweiten Ausführungsbeispiel der Wasserkraftanlage 100 dadurch, dass gemäß des ersten Ausführungsbeispiels jedes Ventil 125, 225 eines Zwischenspeichers 120 mit einer Abschirmanordnung 126, 226 gekoppelt ist.The first exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 differs, among other things, from the second exemplary embodiment of the hydroelectric power plant 100 in that, according to the first exemplary embodiment, each valve 125, 225 of a buffer 120 is coupled to a shielding arrangement 126, 226.

Die Abschirmanordnungen 126, 226 trennen den Speicherbereich 128 von den Ventilen 125, 225 und dem Segment des Zwischenspeichers 120 der in Schwererichtung oberen Sammelleitung 110 und dem Segment des Zwischenspeichers 120 der in Schwererichtung unteren Sammelleitung 112 ab. Damit sind im Speicherbereich 128 befindliche Organismen sicher im Speicherbereich 128 gehalten und können nicht in die Bereiche der Segmente der Sammelleitungen 110, 112 im Zwischenspeicher 120 oder die Ventile 125, 225 gelangen.The shielding arrangements 126, 226 separate the storage area 128 from the valves 125, 225 and the segment of the buffer 120 of the upper manifold 110 in the gravity direction and the segment of the buffer 120 of the lower manifold 112 in the gravity direction. This means that organisms located in the storage area 128 are securely held in the storage area 128 and cannot reach the areas of the segments of the collecting lines 110, 112 in the intermediate storage 120 or the valves 125, 225.

Im ersten Ausführungsbeispiel weisen die Zwischenspeicher 120 demnach zwei abgetrennte Segmente für Sammelleitungen 110, 112 auf. Ein Segment der Sammelleitung 110 ist im oberen Bereich gegenüberliegend zum Verschlusselement 122 angeordnet. Ein Segment der Sammelleitung 112 ist im unteren Bereich gegenüberliegend zum Verschlusselement 124 angeordnet. Vor jedem Ventil 125, 225 ist jeweils eine Abschirmanordnung 126, 226 angeordnet. Dieser Bereich oder diese Bereiche der Zwischenspeicher 120 sind durch die Ventile 125, 225 von dem Speicherbereich 128 abgetrennt.In the first exemplary embodiment, the buffers 120 therefore have two separate segments for collecting lines 110, 112. A segment of the collecting line 110 is arranged in the upper region opposite the closure element 122. A segment of the collecting line 112 is arranged in the lower region opposite the closure element 124. A shielding arrangement 126, 226 is arranged in front of each valve 125, 225. This area or these areas of the intermediate storage 120 are separated from the storage area 128 by the valves 125, 225.

Im zweiten Ausführungsbeispiel weisen die Zwischenspeicher 120 einen oberen Bereich auf, welcher in zwei Segmente aufgeteilt ist, welche jeweils durch ein Ventil 125, 225, insbesondere Rückschlagventil, von dem Speicherbereich 128 abgetrennt sind, wobei ein Segment ein Segment der Sammelleitung 110 ausbildet und ein Segment ein Segment der Sammelleitung 112 ausbildet. Vor den Ventilen 125, 225 ist eine diesen gemeinsame Abschirmanordnung 126 angeordnet, welche verhindert, dass Sediment oder Lebewesen durch eines die Ventile in die Sammelleitungen gelangen können. Die Durchbrüche 114, 116 in der Seitenwand des Zwischenspeichers 120 sind auf gleicher Höhe angeordnet.In the second exemplary embodiment, the buffer stores 120 have an upper area which is divided into two segments, each of which is separated from the storage area 128 by a valve 125, 225, in particular a check valve, with one segment forming a segment of the collecting line 110 and a segment a segment of the manifold 112 forms. A common shielding arrangement 126 is arranged in front of the valves 125, 225, which prevents sediment or living beings from getting into the collecting lines through one of the valves. The openings 114, 116 in the side wall of the buffer 120 are arranged at the same height.

Mit Vorteil können die Zwischenspeicher 120 als gleichartige Module aufgebaut sein, mit einem Verschlusselement 122 zum Oberwasser 2, einem Verschlusselement 124 zum Unterwasser 4, einem Speicherbereich 128 zwischen den Verschlusselementen 122, 124 sowie einem ersten Durchbruch 114 in einer Seitenwand sowie einem zweiten Durchbruch 116 in derselben Seitenwand. Weiterhin sind Ventile 125, 225 vorhanden.The buffers 120 can advantageously be constructed as similar modules, with a closure element 122 to the upper water 2, a closure element 124 to the underwater 4, a storage area 128 between the closure elements 122, 124 and a first opening 114 in a side wall and a second opening 116 in same side wall. Valves 125, 225 are also present.

In der ersten Ausführungsform mit höhenversetzten Durchbrüchen 114, 116 sind zwei Abschirmvorrichtungen 126, 226 vorhanden, so dass der Speicherbereich 128 durch eine obere und eine untere Abschirmvorrichtung 126, 226 von den Durchbrüchen 114, 116 und den Ventilen 125, 225 abgetrennt ist.In the first embodiment with height-offset openings 114, 116, two shielding devices 126, 226 are present, so that the storage area 128 is separated from the openings 114, 116 and the valves 125, 225 by an upper and a lower shielding device 126, 226.

In der zweiten Ausführungsform mit Durchbrüchen 114, 116 auf gleicher Höhe ist eine Abschirmvorrichtungen 126 vorhanden, so dass der Speicherbereich 128 durch die obere Abschirmvorrichtung 126 von den Durchbrüchen 114, 116 und den Ventilen 125, 225 abgetrennt ist.In the second embodiment with openings 114, 116 at the same height, a shielding device 126 is present, so that the storage area 128 is separated from the openings 114, 116 and the valves 125, 225 by the upper shielding device 126.

Figur 16 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wasserkraftanlage wobei eine Regel- und/oder Steuereinrichtung 180 wenigstens drei Zwischenspeicher 120 betreibt, von denen jeder ein Verschlusselement 122 zum Oberwasser 2 und ein Verschlusselement 124 zum Unterwasser 4 sowie einen Speicherbereich 128 aufweist. Figure 16 shows a flowchart of an exemplary method for operating a hydroelectric power plant according to the invention, wherein a regulating and/or control device 180 operates at least three buffer stores 120, each of which has a closure element 122 to the upstream water 2 and a closure element 124 to the downstream water 4 as well as a storage area 128.

In einem ersten Schritt S100 befindet sich bei einer Gruppe von wenigstens drei Zwischenspeichern 120 einer der Zwischenspeicher 120 in einer ersten Phase, bei dem das Verschlusselement 122 zum Oberwasser 2 geöffnet ist und das Verschlusselement 124 zum Unterwasser 4 geschlossen ist. Ein anderer Zwischenspeicher 120 der Gruppe befindet sich in einer zweiten Phase, bei dem das Verschlusselement 122 zum Oberwasser 2 geschlossen ist und das Verschlusselement 124 zum Unterwasser 4 geöffnet ist.In a first step S100, in a group of at least three buffers 120, one of the buffers 120 is in a first phase, in which the closure element 122 is open to the upper water 2 and the closure element 124 to the underwater 4 is closed. Another buffer 120 of the group is in a second phase, in which the closure element 122 is closed to the upper water 2 and the closure element 124 to the underwater 4 is open.

Jeder weitere Zwischenspeicher 120 der Gruppe befindet sich in der ersten Phase oder zweiten Phase, wobei die Summe der Richtung Oberwasser geöffneten Zwischenspeicher idealerweise gleich oder größer der Summe der Richtung Unterwasser geöffneten Speicher ist.Each additional buffer store 120 of the group is in the first phase or second phase, with the sum of the buffer stores opened towards the upstream water ideally being equal to or greater than the sum of the stores opened towards the underwater direction.

In Schritt S102 wird geprüft, ob ein Umschalten erforderlich ist. Die Abfrage erfolgt vorzugsweise zyklisch, wobei die Rate von der Anzahl der installierten Zwischenspeicher abhängt. Die Überprüfung muss so häufig erfolgen, dass eine Umschaltung jedes einzelnen Zwischenspeichers im Abstand einiger Minuten möglich ist.In step S102, it is checked whether switching is required. The query is preferably carried out cyclically, with the rate depending on the number of buffers installed. The check must be carried out so frequently that it is possible to switch over each individual buffer every few minutes.

Ist kein Umschalten erforderlich ("n" im Flussdiagramm) springt der Ablauf zurück zu Schritt S100.If no switching is required ("n" in the flowchart), the flow jumps back to step S100.

Falls ja ("j" im Flussdiagramm), erfolgt in Schritt S104 zunächst ein Schließen der Ventile 122 und 124 eines Zwischenspeichers 120. Der Zeitpunkt des Umschaltens wird jeweils so gewählt, dass stets einer der Zwischenspeicher 120 zum Oberwasser 2 und einer der Zwischenspeicher 120 zum Unterwasser 4 geöffnet ist und ein Fluidpfad für das Wasser über das Generatormodul 170 vorliegt.If yes ("y" in the flowchart), in step S104 the valves 122 and 124 of a buffer store 120 are first closed. The time of switching is chosen so that one of the buffer stores 120 always goes to the upper water 2 and one of the buffer stores 120 to the Underwater 4 is open and a fluid path for the water via the generator module 170 is present.

In Schritt S106 wird nun eines der Ventile 122 und 124 des Zwischenspeichers 120, dessen Ventile im vorhergehenden Schritt geschlossen wurden, so geöffnet, dass sich dieser Zwischenspeicher 120 gegenüber dem Zustand in Schritt S102 in der anderen Phase befindet.In step S106, one of the valves 122 and 124 of the buffer store 120, whose valves were closed in the previous step, is now opened so that this buffer store 120 is in the other phase compared to the state in step S102.

Die Frequenz, mit der ein Umschalten der Zwischenspeicher erfolgt, kann vorteilhaft an eine Sedimentbeladung des Gewässers und/oder eine Dichte von Fischbewegungen und/oder anderer Organismen im Gewässer, angepasst werden.The frequency with which the intermediate storage is switched can advantageously be adapted to a sediment load in the water and/or a density of fish movements and/or other organisms in the water.

BezugszeichenReference symbols

22
OberwasserUpper water
44
UnterwasserUnderwater
100100
WasserkraftanlageHydroelectric plant
102102
ZulaufIntake
104104
AblaufSequence
110110
Sammelleitungmanifold
112112
Sammelleitungmanifold
114114
WanddurchbruchWall breakthrough
116116
WanddurchbruchWall breakthrough
118118
erste Phase Strömungsrichtungfirst phase flow direction
119119
zweite Phase Strömungsrichtungsecond phase flow direction
120120
ZwischenspeicherCache
122122
VerschlusselementClosure element
124124
VerschlusselementClosure element
125125
VentilValve
225225
VentilValve
126126
AbschirmanordnungShielding arrangement
226226
AbschirmanordnungShielding arrangement
128128
SpeicherbereichStorage area
129129
HöhenversatzHeight offset
130130
ArbeitskammerChamber of Labor
132132
Generatorgenerator
134134
Antrieb (Propeller, Turbine)Drive (propeller, turbine)
150150
StaumauerDam wall
160160
AbsperrmodulShut-off module
162162
AbsperrelementShut-off element
164164
AbsperrelementShut-off element
170170
GeneratormodulGenerator module
180180
Regel- und/oder SteuereinrichtungRegulating and/or control device

Claims (15)

Wasserkraftanlage (100), die zur Anordnung in einem Gewässer mit einem Gefälle in einer Schwererichtung zwischen Oberwasser (2) und Unterwasser (4) des Gewässers ausgebildet ist, umfassend wenigstens drei Zwischenspeicher (120), von denen jeder ein Verschlusselement (122) zum Oberwasser (2) und ein Verschlusselement (124) zum Unterwasser (4) sowie einen Speicherbereich (128) aufweist, wenigstens ein Generatormodul (170), das eine Arbeitskammer (130) aufweist, in der ein Antrieb (134) eines Generators (132) angeordnet ist, sowie eine Regel- und/oder Steuereinrichtung (180) zum, insbesondere zyklischen, Öffnen des einen der Verschlusselemente (122, 124) und Schließen der anderen der Verschlusselemente (122, 124) jedes der Zwischenspeicher (120), wobei die Zwischenspeicher (120) und das Generatormodul (170) über wenigstens zwei Sammelleitungen (110, 112) fluidisch verbunden sind, wobei die eine der Sammelleitungen (110, 112) der Arbeitskammer (130) Wasser vom Oberwasser (2) her zuführt und die andere der Sammelleitungen (112, 110) aus der Arbeitskammer (130) Wasser zum Unterwasser (4) hin abführt, wobei in einem bestimmungsgemäßen Betrieb zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer ersten Phase ist, in welcher dieser wenigstens eine Zwischenspeicher (120) zum Oberwasser (2) geöffnet ist und eine der Sammelleitungen (110) zwischen diesem Zwischenspeicher (120) und dem Generatormodul (170) freigeschaltet ist und gleichzeitig wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer zweiten Phase ist, in welcher dieser wenigstens eine Zwischenspeicher (120) zum Unterwasser (4) geöffnet ist und eine der Sammelleitungen (112) zwischen Generatormodul (170) und jenem Zwischenspeicher (120) freigeschaltet ist, während wenigstens ein dritter der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in der ersten oder der zweiten Phase oder in einem Übergang zwischen den Phasen ist, wobei die Regel- und/oder Steuereinrichtung (180) dazu eingerichtet ist, die wenigstens drei Zwischenspeicher (120) zwischen der ersten und zweiten Phasen zyklisch umzuschalten. Hydropower plant (100), which is designed to be arranged in a body of water with a gradient in a direction of gravity between the upper water (2) and the lower water (4) of the body of water at least three buffer stores (120), each of which has a closure element (122) to the upper water (2) and a closure element (124) to the underwater (4) and a storage area (128), at least one generator module (170) which has a working chamber (130) in which a drive (134) of a generator (132) is arranged, and a regulating and/or control device (180) for, in particular cyclically, opening one of the closure elements (122, 124) and closing the other of the closure elements (122, 124) of each of the buffer stores (120), wherein the intermediate storage (120) and the generator module (170) are fluidly connected via at least two manifolds (110, 112), one of the manifolds (110, 112) supplying water to the working chamber (130) from the headwater (2) and the other of the collecting lines (112, 110) drain water from the working chamber (130) to the underwater (4), wherein in normal operation at any time at least one of the at least three buffer stores (120) is in a first phase, in which this at least one buffer store (120) is open to the upstream water (2) and one of the collecting lines (110) between this buffer store ( 120) and the generator module (170) is activated and at the same time at least one other of the at least three buffer stores (120) is in a second phase, in which this at least one buffer store (120) is opened to the underwater (4) and one of the collecting lines (112 ) is activated between the generator module (170) and that buffer (120), while at least a third of the at least three buffers (120) is in the first or second phase or in a transition between the phases, wherein the regulating and/or control device (180) is set up to cyclically switch the at least three buffers (120) between the first and second phases. Wasserkraftanlage nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Speicherbereich (128) und der Sammelleitung (110, 112) ein Ventil (125, 225), insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet ist.Hydroelectric power plant according to claim 1, wherein a valve (125, 225), in particular a check valve, is arranged between the storage area (128) and the collecting line (110, 112). Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicherbereich (128) zwischen den Verschlusselementen (122, 124) ausgebildet ist und zu den Sammelleitungen (110, 112) mit wenigstens einer wasserdurchlässigen Abschirmanordnung (126) abgetrennt ist.Hydropower plant according to claim 1 or 2, wherein the storage area (128) is formed between the closure elements (122, 124) and is separated from the manifolds (110, 112) with at least one water-permeable shielding arrangement (126). Wasserkraftanlage nach Anspruch 3, wobei eine gemeinsame Abschirmanordnung (126) für zwei Ventile (125, 225), insbesondere Rückschlagventile, wenigstens eines der Zwischenspeicher (120) vorhanden ist, insbesondere bei einer Anordnung der mit dem Oberwasser (2) und dem Unterwasser (4) verbundenen oder verbindbaren Sammelleitungen (110, 112) auf gleicher Höhe.Hydroelectric power plant according to claim 3, wherein a common shielding arrangement (126) for two valves (125, 225), in particular check valves, at least one of the buffer stores (120) is present, in particular in an arrangement with the upper water (2) and the lower water (4 ) connected or connectable manifolds (110, 112) at the same height. Wasserkraftanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei für jedes Ventil (125, 225) wenigstens eines der Zwischenspeicher (120) eine separate Abschirmanordnung (126) vorhanden ist, insbesondere bei einer Anordnung der mit dem Oberwasser (2) und dem Unterwasser (4) verbundenen oder verbindbaren Sammelleitungen (110, 112) mit einem Höhenversatz (129).Hydropower plant according to claim 3 or 4, wherein a separate shielding arrangement (126) is present for each valve (125, 225) of at least one of the buffer stores (120), in particular in an arrangement of the ones connected to the upper water (2) and the lower water (4). or connectable manifolds (110, 112) with a height offset (129). Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Ventile (125) passive Klappen umfassen, welche durch Wasserdruck zu öffnen oder zu schließen sind.Hydroelectric power plant according to one of claims 2 to 5, wherein the valves (125) comprise passive flaps which can be opened or closed by water pressure. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelleitungen (110, 112) quer zu den Zwischenspeichern (120) angeordnet sind, insbesondere durch durchgehende Öffnungen von aneinandergefügten Zwischenspeichern (120) gebildet sind.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein the collecting lines (110, 112) are arranged transversely to the buffer stores (120), in particular are formed by continuous openings of intermediate stores (120) joined together. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem an das Generatormodul (170) angrenzende Zwischenspeicher (120) und dem Generatormodul (170) ein Absperrmodul (160) angeordnet ist, welches Verschlusselemente (162, 164) zum Absperren und Freigeben der Sammelleitungen (110, 112) aufweist.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein a shut-off module (160) is arranged between the intermediate storage (120) adjacent to the generator module (170) and the generator module (170), which closure elements (162, 164) for shutting off and releasing the manifolds (110 , 112). Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenspeicher (120) gleichartig ausgebildet sind mit einem Verschlusselement (122) zum Oberwasser (2), einem Verschlusselement (124) zum Unterwasser (4), einem Speicherbereich (128) zwischen den Verschlusselementen (122, 124), sowie zwei Durchbrüchen (114, 116) in wenigstens einer Seitenwand, sowie wenigstens einem Bereich zwischen den Durchbrüchen (114, 116) und dem Speicherbereich (128), wobei der wenigstens eine Bereich ein Segment der jeweiligen Sammelleitungen (110, 112) bildet.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein the intermediate storage (120) are designed similarly with a closure element (122) to the upper water (2), a closure element (124) to the underwater (4), a storage area (128) between the closure elements (122, 124), as well as two openings (114, 116) in at least one side wall, and at least one area between the openings (114, 116) and the storage area (128), the at least one area being a segment of the respective manifolds (110, 112) forms. Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenspeicher (120) an ihrem Zulauf (102) jeweils eine Zuleitung aufweisen, welche insbesondere vom Absperrelement zum Oberwasser (2) in die Höhe ragt.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein the intermediate storage (120) each has a supply line at its inlet (102), which in particular projects upwards from the shut-off element to the headwater (2). Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Generatormodul (170) zwischen einer Mehrzahl von Zwischenspeichern (120) angeordnet ist.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein the at least one generator module (170) is arranged between a plurality of buffer stores (120). Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Generatormodul (170) einseitig an einer Mehrzahl von Zwischenspeichern (120) angeordnet ist.Hydropower plant according to one of claims 1 to 10, wherein the generator module (170) is arranged on one side of a plurality of buffer stores (120). Wasserkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Generatormodule (170) mit einer Mehrzahl von Zwischenspeichern (120) gekoppelt sind.Hydropower plant according to one of the preceding claims, wherein at least two generator modules (170) are coupled to a plurality of buffer stores (120). Verfahren zum Betreiben einer Wasserkraftanlage (100) in einem Gewässer mit einem Gefälle in einer Schwererichtung zwischen Oberwasser (2) und Unterwasser (4), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Regel- und/oder Steuereinrichtung (180) wenigstens drei Zwischenspeicher (120) betreibt, von denen jeder ein Verschlusselement (122) zum Oberwasser (2) und ein Verschlusselement (124) zum Unterwasser (4) sowie einen Speicherbereich (128) aufweist, in einem bestimmungsgemäßen Betrieb wird zu jedem Zeitpunkt wenigstens einer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer ersten Phase zum Oberwasser (2) offengehalten und über eine Sammelleitung (110) fließt Wasser zwischen diesem Zwischenspeicher (120) und Generatormodul (170) und gleichzeitig wird wenigstens ein anderer der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in einer zweiten Phase zum Unterwasser (4) offengehalten und über eine Sammelleitung (114) fließt Wasser zwischen Generatormodul (170) und jenem Zwischenspeicher (120), während der dritte der wenigstens drei Zwischenspeicher (120) in der ersten oder zweiten Phase offengehalten wird oder ein Übergang zwischen den Phasen durchführt wird, wobei die Regel- und/oder Steuereinrichtung (180) die wenigstens drei Zwischenspeicher (120) zwischen der ersten und zweiten Phasen zyklisch umschaltet. Method for operating a hydroelectric power plant (100) in a body of water with a gradient in a gravity direction between upper water (2) and lower water (4), according to one of the preceding claims, wherein a regulating and/or control device (180) operates at least three buffer stores (120), each of which has a closure element (122) to the upper water (2) and a closure element (124) to the underwater (4) and a storage area (128), In normal operation, at least one of the at least three buffer stores (120) is kept open at any time in a first phase to the upper water (2) and water flows via a collecting line (110) between this buffer (120) and generator module (170) and at the same time at least one other of the at least three buffer stores (120) is kept open to the underwater (4) in a second phase and water flows via a collecting line (114) between the generator module (170) and that buffer store (120), while the third of the at least three buffer stores (120 ) is kept open in the first or second phase or a transition between the phases is carried out, wherein the regulating and/or control device (180) cyclically switches the at least three buffers (120) between the first and second phases. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein zyklisches Umschalten der Verschlusselemente (122, 124) im Minutenbereich erfolgt.Method according to claim 14, wherein the closure elements (122, 124) are switched cyclically in the minute range.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014060102A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-24 Technische Universität München Systems comprising a plurality of shafts and connecting channel
EP2725142A1 (en) * 2012-10-23 2014-04-30 Kraftwerk am Höllenstein AG Fishway system and method for operating a fishway system, water power installation with such a fishway system, and kit with such a fishway system for retrofitting a dam-construction in a waterstream
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EP3156546A1 (en) 2015-10-12 2017-04-19 Bernhard Mayrhofer Fish lock

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