WO2003023223A2 - Device and method for the generation of electrical energy - Google Patents

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WO2003023223A2
WO2003023223A2 PCT/EP2002/009638 EP0209638W WO03023223A2 WO 2003023223 A2 WO2003023223 A2 WO 2003023223A2 EP 0209638 W EP0209638 W EP 0209638W WO 03023223 A2 WO03023223 A2 WO 03023223A2
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generator units
turbine generator
rotor
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Stefan Winkler
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Va Tech Hydro Gmbh & Co
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F03B13/105—Bulb groups
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for generating electrical energy from a flowing medium, e.g. Water, with a number of turbine generator units, which are at least partially arranged one above the other and / or side by side and connected to one or more modules. Furthermore, the invention relates to a system for generating electrical energy and a method for the conversion of such a system.
  • a flowing medium e.g. Water
  • turbine generator units which are at least partially arranged one above the other and / or side by side and connected to one or more modules.
  • the invention relates to a system for generating electrical energy and a method for the conversion of such a system.
  • a device of the type mentioned above is apparent for example from US 4,804,855 and 4,755,690 (Obermeyer).
  • a device is described with a plurality of superimposed and juxtaposed and connected to modules turbine generator units which are arranged on a dam between two pillars and can be raised and lowered by means of a crane.
  • the turbine generator units are in the form of so-called tube generators, in which a pear-shaped tube is provided for receiving the generator, at the tapered end of a turbine is arranged, which is rotatably connected to the generator via a horizontal shaft, which in the tube is stored.
  • the tube is supported at its front, tapered end via baffles on a surrounding the generator and the turbine inlet pipe.
  • the arrangement of several comparatively much smaller turbine generator units side by side and on top of each other has the advantage of a significantly shorter structural length and associated lower expenses in infrastructure, but also a flexible operation.
  • a large number of turbine generator units there is a risk that strong stresses on a module occur due to the superposition of vibrations of individual units.
  • a comparatively high weight of the module is to be expected, which results in a correspondingly reinforced crane and a corresponding infrastructure. It is an object of the present invention to further improve the device known from the prior art and in particular to reduce the weight and to improve the efficiency of a module, as well as its vibration behavior.
  • the above object is achieved such that a plurality of superimposed and / or juxtaposed, mutually connected to a turbine turbine generator units are simultaneously flowed through by the medium, wherein rotatably mounted turbine blades of the turbines of the turbine generator units of Module and rotatably connected in the region of the outer ends of the turbine blades rotatably connected rotors of the generators of the turbine generator units of the module, and wherein the rotors of the generators in cooperation with concentrically about the rotors rotatably mounted in the module stators of the generator of turbine generator units generate electrical energy, which is dissipated via an electrical line.
  • the modules of this type also provide essential environmental aspects, namely a protection of living beings, especially fish, which leave the weir through the turbine and remain unharmed due to the comparatively large flow cross-section and the fact that the impeller has no gap ,
  • a system for generating electrical energy with a dam structure is advantageously designed such that a plurality of modules are arranged next to one another and supported on the dam structure, the turbines of the turbine generator units having rotatably mounted turbine blades which are located in the region their outer ends are frictionally connected to a respective annular rotor of the generator of the turbine generator units, and that the associated stators of the generators of the turbine generator units are arranged concentrically around the rotor rotationally fixed in the associated module.
  • a plant of this type is particularly environmentally friendly due to the CO2-free energy production.
  • this structure has at least one detachable, usable for storing the medium element, such as a weir, being produced in the context of the inventive method, the dimensions of the detachable element corresponding module, which comprises a number of juxtaposed and / or superimposed turbine generator units optionally, adjusting or reinstalling a means for raising and lowering the releasable element to the weight of the module and removing the releasable element from the structure by means of the lifting and lowering means and the module having the turbine generator units instead of the detachable one Elements in the structure is positioned by means of the lifting and lowering means, wherein the turbine generator units arranged in the module are connected via a line for discharging the electrical energy generated by the turbine generator units with a power supply network and, if necessary ls, at least partially draining the
  • the turbine generator units connected to each other to form a module are simultaneously driven by flows through the medium, the rotatably mounted turbine blades of the turbines of the turbine generator units of the module and the frictionally connected in the outer ends of the turbine blades rotors of the generators of the turbine generator units of the module set in rotation, and it is by means of the rotors of the generators in Cooperation with stators of the generator of the turbine-generator unit arranged concentrically around the rotors and rotatably mounted in the module produces electrical energy.
  • the environmental aspect can be further increased, since no environmental measures affecting infrastructure must be set.
  • a further improvement with regard to the dimensioning results when the turbine generator units or the modules can be connected to a device for raising and lowering, wherein the center of gravity of the turbine generator units or the modules - while avoiding a tilting torque - substantially below the point of application or the attack points of the device for raising and lowering is arranged.
  • turbine generator units are provided with inlet pipes, which are flowed through by the turbine-generator units driving medium.
  • the inflatable surface can be further optimized if the inlet pipes of adjacent turbine generator units are arranged directly adjacent to one another and / or one above the other, wherein the opening cross section of the inlet pipe in the region of the turbine is smaller than the opening cross section of the inlet pipe at the upstream in front of the turbine End is and the difference of these opening cross sections is greater than or equal to the sum of the cross sections of the rotor and the stator of the generator.
  • a particularly simple construction results from the fact that the inlet pipe is formed in the region of the turbine or of the generator as a housing in which the stator is anchored.
  • guide vanes in the inlet pipes of the turbine generator units, by means of which the turbine and the rotor of the generator are held.
  • a particularly simple and cost-effective device results from the fact that the annular space between the rotor and stator of the generator is connected to a space portion which is flowed through by the medium flowing through the turbine, and in that this annular space can be flowed through by the medium.
  • the annular space can be traversed on both sides of the rotor or generator over the entire circumference. In this case eliminates the need for a seal and the units or modules can be made particularly cost-effective and largely maintenance-free.
  • the stator and the rotor are sealed off against penetration of the medium flowing past or formed electrically insulated from the medium.
  • a further improvement in the flexibility of such a device results from the fact that the turbine is designed to be rotatable in both directions to generate energy.
  • the efficiency of a module can be further improved, in which the orientation of the turbine blades with respect to the flow direction of the medium are adjustable.
  • the electric power of the generator of a single turbine generator unit is between 100 KW and 1000 KW, preferably between 200 KW and 700 KW.
  • a plant can be produced and operated economically and efficiently, in particular, if the number of stacked and / or juxtaposed Turbine generator units between 5 and 500, preferably between 50 and 250.
  • FIG. 1 shows a section through an exemplary embodiment of a turbine generator unit for a device according to the invention
  • Figure 2 shows an embodiment of a device of the type according to the invention.
  • the turbine generator unit 1 has a turbine 2 with turbine blades 3a, 3b, which are non-positively connected with one another and with a shaft 4, which in a pear-shaped bearing housing 5 of the turbine generator unit 1 by means of rolling, sliding and / or Ball bearings rotatably mounted and against the flowing medium, eg Water, is sealed.
  • a turbine 2 with turbine blades 3a, 3b, which are non-positively connected with one another and with a shaft 4, which in a pear-shaped bearing housing 5 of the turbine generator unit 1 by means of rolling, sliding and / or Ball bearings rotatably mounted and against the flowing medium, eg Water, is sealed.
  • the bearing housing 5 is fixed by means of baffles 6a, 6b to a conical inlet pipe 7.
  • the generator 8 In the region of the ends of the turbine blades 3a, 3b is the generator 8, which has an annular rotor 9 of the generator 8 of the turbine generator unit 1, which is positively connected to the turbine blades 3a, 3b. Concentrically around the rotor 9, the likewise annular stator 10 of the generator 8 is arranged, which is arranged rotationally fixed in the module and, in the embodiment shown, is anchored in a section of the inlet pipe 7 designed as a housing.
  • annular gap 11 Between the rotor and the stator there is also an annular gap 11, which in the present embodiment can be flowed through by the medium flowing through the inlet pipe, so that this gap 11 is constantly filled with the medium, eg water, during operation.
  • this gap gap may also be filled with gas, for example air, in which the rotor is sealed against the medium flowing through the inlet pipe, for example by a seal between the end faces of the rotor 9 and the opposite end face of the formed by the inlet pipe 7 housing.
  • Similar turbines with generators are already known for applications as single stationary units with comparatively high power class. Among other things, a turbine generator set of this type is described in US 4,046,403, US 4,123,666 and US 4,464,580.
  • An essential advantage of the present invention results from the arrangement of a number of such turbine generator units side by side and / or one above the other, since the conical inlet pipes have a larger cross-section at their inlet openings due to the flow than in the region of the turbine.
  • Another significant advantage of the invention results inter alia, but also by the compared to tube generators particularly close position of the center of gravity of the turbine-generator unit with respect to the storage, so that individual turbines cause lower vibrations, the superposition of such vibrations of individual units harmless for the module and therefore a smaller dimensioning of the entire module and a cheaper production is possible.
  • Figure 2 shows a plant for generating electrical energy from a flowing medium, namely water, having a dam structure 12 by means of which a higher water level area (UPPER POOL) can be separated from a lower water level area (LOWER POOL), in the present case by a weir 13, which is raised and lowered by pivoting about a horizontal axis, wherein in the raised position of the weir 13, a drainage of the water from the area with the higher water level in the area with lower water level is possible and is prevented in the lowered position of the weir 13.
  • UPPER POOL higher water level area
  • LOWER POOL lower water level area
  • the individual turbine generator units can also be arranged honeycomb-shaped or in any other arbitrary structure, e.g. offset in the flow direction, etc.
  • the module 15 has on its upper side a load-receiving means 17 for a crane 18, which is arranged on the dam structure 12, and by means of which the module 15 can be raised and lowered, with all the turbine generator units 1 of a module 15 in the lowered state to Generating electrical energy from the water flowing through the turbines can be used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser, mit einer Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten, die übereinander und/oder nebeneinander angeordnet und miteinander zu einem oder mehreren Modulen verbunden sind, wobei die Turbine einer Turbinen-Generatoreinheit drehbar gelagerte Turbinenschaufeln aufweist, die im Bereich ihrer äusseren Enden kraftschlüsssig mit einem ringförmigen Rotor des Generators der Turbinen-Generatoreinheit verbunden sind, und wobei der Stator des Generators der Turbinen-Generatoreinheit konzentrisch um den Rotor drehfest in dem Modul angeordnet ist. Ebenso betrifft die Erfindung eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie und ein Verfahren zum Umbau einer solchen Anlage. Durch den erfindungsgemässen Aufbau des Moduls werden das Gewicht und die Baulänge erheblich verringert. Zusätzlich werden bei dieser Erfindung aufgrund der geringeren Momente der Turbinen-Generatoreinheiten auch Schwingungen der Turbinen-Generatoreinheiten bzw. des Moduls im Betrieb und Kippmomente beim Anheben und Absenken des Moduls vermieden.

Description

Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie Device and method for generating electrical energy
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser, mit einer Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten, die zumindest abschnittsweise übereinander und/oder nebeneinander angeordnet und miteinander zu einem oder mehreren Modulen verbunden sind. Weiters betrifft die Erfindung eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie und ein Verfahren zum Umbau einer solchen Anlage.The present invention relates to an apparatus and method for generating electrical energy from a flowing medium, e.g. Water, with a number of turbine generator units, which are at least partially arranged one above the other and / or side by side and connected to one or more modules. Furthermore, the invention relates to a system for generating electrical energy and a method for the conversion of such a system.
Eine Einrichtung der oben genannten Art geht beispielsweise aus der US 4,804,855 und der 4,755,690 (Obermeyer) hervor. Darin ist eine Einrichtung mit einer Vielzahl von übereinander und nebeneinander angeordneten und zu Modulen verbundenen Turbinen-Generatoreinheiten beschrieben, die an einem Damm zwischen zwei Pfeilern angeordnet sind und mittels eines Krans angehoben und abgesenkt werden können. Die Turbinen- Generatoreinheiten sind in Form von sogenannten Rohrgeneratoren ausgebildet, bei welchen eine birnenförmige Röhre zur Aufnahme des Generators vorgesehen ist, an deren sich verjüngenden Ende eine Turbine angeordnet ist, welche drehfest mit dem Generator über eine horizontale Welle verbunden ist, welche in der Röhre gelagert ist. Die Röhre ist an ihrem vorderen, sich verjüngenden Ende über Leitbleche an einem den Generator und die Turbine umgebenden Einlaufrohr abgestützt.A device of the type mentioned above is apparent for example from US 4,804,855 and 4,755,690 (Obermeyer). Therein a device is described with a plurality of superimposed and juxtaposed and connected to modules turbine generator units which are arranged on a dam between two pillars and can be raised and lowered by means of a crane. The turbine generator units are in the form of so-called tube generators, in which a pear-shaped tube is provided for receiving the generator, at the tapered end of a turbine is arranged, which is rotatably connected to the generator via a horizontal shaft, which in the tube is stored. The tube is supported at its front, tapered end via baffles on a surrounding the generator and the turbine inlet pipe.
Im Vergleich zu großen Rohrgeneratoren herkömmlicher Kraftwerke bietet die Anordnung von mehreren vergleichsweise wesentlich kleineren Turbinen-Generatoreinheiten nebeneinander und übereinander den Vorteil einer erheblich kürzeren baulichen Länge und damit verbunden geringere Aufwendungen im Bereich Infrastruktur, aber auch eines flexiblen Betriebes. Bei einer großen Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten besteht die Gefahr, dass durch Überlagerung von Schwingungen einzelner Einheiten starke Beanspruchungen eines Moduls auftreten. Weiters ist bei einer großen Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten mit einem vergleichsweise hohen Gewicht des Moduls zu rechnen, welches einen entsprechend verstärkten Kran und eine entsprechende Infrastruktur zur Folge hat. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtung weiter zu verbessern und insbesondere das Gewicht zu verringern und den Wirkungsgrad eines Moduls, sowie dessen Schwingverhalten zu verbessern.Compared to large tube generators conventional power plants, the arrangement of several comparatively much smaller turbine generator units side by side and on top of each other has the advantage of a significantly shorter structural length and associated lower expenses in infrastructure, but also a flexible operation. In the case of a large number of turbine generator units, there is a risk that strong stresses on a module occur due to the superposition of vibrations of individual units. Furthermore, with a large number of turbine generator units, a comparatively high weight of the module is to be expected, which results in a correspondingly reinforced crane and a corresponding infrastructure. It is an object of the present invention to further improve the device known from the prior art and in particular to reduce the weight and to improve the efficiency of a module, as well as its vibration behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen der unabhängigen Ansprüche gelöst, in dem die drehbar gelagerten Turbinenschaufeln der Turbine einer Turbinen- Generatoreinheit im Bereich ihrer äußeren Enden kraftschlusssig mit einem ringförmigen Rotor des Generators der Turbinen-Generatoreinheit verbunden sind, und in dem der Stator des Generators der Turbinen-Generatoreinheit konzentrisch um den Rotor drehfest in dem Modul angeordnet ist. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die obenstehende Aufgabe derart gelöst, dass eine Mehrzahl übereinander und/oder nebeneinander angeordnete, miteinander zu einem Modul verbundene Turbinen- Generatoreinheiten zeitgleich von dem Medium durchströmt werden, wobei drehbar gelagerte Turbinenschaufeln der Turbinen der Turbinen-Generatoreinheiten des Moduls und im Bereich der äußeren Enden der Turbinenschaufeln kraftschlusssig verbundene Rotoren der Generatoren der Turbinen-Generatoreinheiten des Moduls in Rotation versetzt werden, und wobei die Rotoren der Generatoren in Zusammenwirken mit konzentrisch um die Rotoren drehfest in dem Modul angeordnete Statoren des Generators der Turbinen- Generatoreinheiten elektrische Energie erzeugen, welche über eine elektrische Leitung abgeführt wird.This object is achieved by the measures of the independent claims, in which the rotatably mounted turbine blades of the turbine of a turbine generator unit in the region of its outer ends are frictionally connected to an annular rotor of the generator of the turbine-generator unit, and in which the stator of the generator the turbine-generator unit is arranged concentrically around the rotor in a rotationally fixed manner in the module. In a method of the type mentioned above, the above object is achieved such that a plurality of superimposed and / or juxtaposed, mutually connected to a turbine turbine generator units are simultaneously flowed through by the medium, wherein rotatably mounted turbine blades of the turbines of the turbine generator units of Module and rotatably connected in the region of the outer ends of the turbine blades rotatably connected rotors of the generators of the turbine generator units of the module, and wherein the rotors of the generators in cooperation with concentrically about the rotors rotatably mounted in the module stators of the generator of turbine generator units generate electrical energy, which is dissipated via an electrical line.
Durch die Erfindung wird das bekannte und erprobte Konzept der Rohrgeneratoren verlassen und es wird ein neuer Typ eines Generators eingesetzt, welcher den Vorteil einer noch kürzeren Baulänge hat. Beim Einsatz dieses Generatortyps in einem Modul mit nebeneinander und/oder übereinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten ergibt sich zusätzlich zu der kürzeren Baulänge aber auch der wesentliche Vorteil, dass das Gewicht erheblich verringert wird, wodurch zum Installieren solcher Module eine geringer dimensionierte Infrastruktur und zum Anheben und Absenken der Module ein kleinerer Kran verwendet werden kann, was sich in hohem Maße auf die Baukosten einer Anlage auswirkt. Durch die günstige Lage des Schwerpunktes der Turbinen-Generatoreinheiten in Bezug auf die Befestigung der Einheiten selbst, aber auch in Bezug auf die Verankerung des Moduls und der Lastaufnahmemittel werden insbesondere Schwingungen und Kippmomente vermieden, sodass die Konstruktion des Moduls selbst, aber auch deren Führung und Halterung in vorteilhafter Weise geringer dimensioniert und somit leichter ausgeführt werden kann. Der bei herkömmlichen Anlagen durch den Rohrgenerator beanspruchte zentrale Bereich der Turbinen-Generatoreinheiten wird bei der erfindungsgemäßen Lösung frei und kann als Durchströmquerschnitt genutzt werden, sodass sich der Wirkungsgrad der Turbinen-Generatoreinheiten wesentlich verbessern lässt. Zusätzlich zu den energetischen Vorteilen bieten die Module dieser Art auch wesentliche umweltrelevante Aspekte, nämlich eine Schonung von Lebewesen, insbesondere Fische, welche durch die Turbine das Wehr verlassen und aufgrund des vergleichsweise großen Durchströmquerschnittes und dem Umstand, dass das Laufrad keinen Spalt aufweist, unverletzt bleiben.As a result of the invention, the known and proven concept of tube generators is abandoned and a new type of generator is used which has the advantage of an even shorter overall length. When using this type of generator in a module with side-by-side and / or superposed turbine generator units results in addition to the shorter length but also the significant advantage that the weight is significantly reduced, thereby installing such modules a smaller-sized infrastructure and lifting and Lowering the modules a smaller crane can be used, which has a high impact on the construction costs of a plant. Due to the favorable location of the center of gravity of the turbine-generator units with respect to the attachment of the units themselves, but also with respect to the anchoring of the module and the load-receiving devices in particular vibrations and tilting moments are avoided, so that the construction of the module itself, but also their leadership and Holder advantageously dimensioned smaller and thus can be performed easily. The claimed in conventional systems by the tube generator central region of the turbine generator units is released in the inventive solution and Can be used as a flow area, so that the efficiency of the turbine generator units can be significantly improved. In addition to the energetic advantages, the modules of this type also provide essential environmental aspects, namely a protection of living beings, especially fish, which leave the weir through the turbine and remain unharmed due to the comparatively large flow cross-section and the fact that the impeller has no gap ,
Eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit einer Dammstruktur wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass eine Mehrzahl von Modulen nebeneinander angeordnet und an der Dammstruktur abgestützt sind, wobei die Turbinen der Turbinen-Generatoreinheiten drehbar gelagerte Turbinenschaufeln aufweisen, die im Bereich ihrer äußeren Enden kraftschlusssig mit je einem ringförmigen Rotor des Generators der Turbinen-Generatoreinheiten verbunden sind, und dass die zugehörigen Statoren der Generatoren der Turbinen-Generatoreinheiten konzentrisch um den Rotor drehfest in dem zugehörigen Modul angeordnet sind. Eine Anlage dieses Typs ist aufgrund der CO2-freien Energieerzeugung besonders umweltfreundlich.In the context of the present invention, a system for generating electrical energy with a dam structure is advantageously designed such that a plurality of modules are arranged next to one another and supported on the dam structure, the turbines of the turbine generator units having rotatably mounted turbine blades which are located in the region their outer ends are frictionally connected to a respective annular rotor of the generator of the turbine generator units, and that the associated stators of the generators of the turbine generator units are arranged concentrically around the rotor rotationally fixed in the associated module. A plant of this type is particularly environmentally friendly due to the CO2-free energy production.
Weiters eignet sich die vorliegende Erfindung in besonderem Maße zum Umbau bestehender Anlagen, die vorwiegend zum zumindest temporären Speichern von Wasser vorgesehen sind, wie z.B. Schleusen, in eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie. Dabei verfügt diese Struktur über zumindest ein lösbares, zum Speichern des Mediums nutzbares Element, z.B. ein Wehr, wobei im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein den Abmessungen des lösbaren Elements entsprechendes Modul hergestellt wird, welches eine Anzahl von nebeneinander und/oder übereinander angeordnete Turbinen- Generatoreinheiten aufweist, gegebenenfalls ein Mittel zum Heben und Senken des lösbaren Elementes an das Gewicht des Moduls angepasst oder neu installiert wird, und das lösbare Element mit Hilfe des Mittels zum Heben und Senken von der Struktur entfernt und das Modul mit den Turbinen-Generatoreinheiten anstelle des lösbaren Elements in der Struktur mit Hilfe des Mittels zum Heben und Senken positioniert wird, wobei die in dem Modul angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten über eine Leitung zum Abführen der durch die Turbinen-Generatoreinheiten erzeugten elektrischen Energie mit einem Energieversorgungs- Netzwerk verbunden werden und, erforderlichenfalls, bei zumindest teilweisem Abließen des gespeicherten Mediums durch die Turbinen-Generatoreinheiten des Moduls, elektrische Energie erzeugt wird, und wobei gegebenenfalls zur Wiederherstellung der Speicherfunktion der Struktur das Modul entfernt und durch das lösbare Element ersetzt wird. Dabei werden die miteinander zu einem Modul verbundenen Turbinen-Generatoreinheiten zeitgleich von dem Medium durchströmt, wobei die drehbar gelagerten Turbinenschaufeln der Turbinen der Turbinen-Generatoreinheiten des Moduls und die im Bereich der äußeren Enden der Turbinenschaufeln kraftschlusssig verbundenen Rotoren der Generatoren der Turbinen- Generatoreinheiten des Moduls in Rotation versetzt, und es wird mittels der Rotoren der Generatoren in Zusammenwirken mit konzentrisch um die Rotoren drehfest in dem Modul angeordneten Statoren des Generators der Turbinen-Generatoreinheit elektrische Energie erzeugt. Bei einer Nutzung der Erfindung an einer bereits vorhandenen Struktur kann der Umweltaspekt weiter gesteigert werden, da keinerlei die Umwelt beeinträchtigende Infrastrukturmaßnahmen gesetzt werden müssen.Furthermore, the present invention is particularly suitable for the conversion of existing plants, which are primarily intended for at least temporary storage of water, such as locks, in a system for generating electrical energy. In this case, this structure has at least one detachable, usable for storing the medium element, such as a weir, being produced in the context of the inventive method, the dimensions of the detachable element corresponding module, which comprises a number of juxtaposed and / or superimposed turbine generator units optionally, adjusting or reinstalling a means for raising and lowering the releasable element to the weight of the module and removing the releasable element from the structure by means of the lifting and lowering means and the module having the turbine generator units instead of the detachable one Elements in the structure is positioned by means of the lifting and lowering means, wherein the turbine generator units arranged in the module are connected via a line for discharging the electrical energy generated by the turbine generator units with a power supply network and, if necessary ls, at least partially draining the stored medium by the turbine generator units of the module, electrical energy is generated, and optionally to restore the memory function of the structure, the module is removed and replaced by the releasable element. In this case, the turbine generator units connected to each other to form a module are simultaneously driven by flows through the medium, the rotatably mounted turbine blades of the turbines of the turbine generator units of the module and the frictionally connected in the outer ends of the turbine blades rotors of the generators of the turbine generator units of the module set in rotation, and it is by means of the rotors of the generators in Cooperation with stators of the generator of the turbine-generator unit arranged concentrically around the rotors and rotatably mounted in the module produces electrical energy. When the invention is used on an already existing structure, the environmental aspect can be further increased, since no environmental measures affecting infrastructure must be set.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the present invention will become apparent from the dependent subclaims.
Eine optimale Ausnützung der in dem Medium verfügbaren Energie bei geringem Platzverbrauch ergibt sich dadurch, dass die durch den Rotor bzw. Stator des Generators definierte Öffnung von dem die Turbine antreibenden Medium durchströmbar ist.An optimal utilization of the available energy in the medium with low space consumption results from the fact that the opening defined by the rotor or stator of the generator can be flowed through by the medium which drives the turbine.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Dimensionierung ergibt sich, wenn die Turbinen- Generatoreinheiten bzw. die Module mit einer Einrichtung zum Heben und Senken verbindbar sind, wobei der Schwerpunkt der Turbinen-Generatoreinheiten bzw. der Module - unter Vermeidung eines Kippmomentes- im wesentlichen unterhalb des Angriffspunktes bzw. der Angriffspunkte der Einrichtung zum Heben und Senken angeordnet ist.A further improvement with regard to the dimensioning results when the turbine generator units or the modules can be connected to a device for raising and lowering, wherein the center of gravity of the turbine generator units or the modules - while avoiding a tilting torque - substantially below the point of application or the attack points of the device for raising and lowering is arranged.
Ein optimaler Wirkungsgrad solcher Turbinen-Generatoreinheiten wird dadurch erreicht, dass die Turbinen-Generatoreinheiten mit Einlaufrohren versehen sind, welche von dem die Turbinen-Generatoreinheiten antreibenden Medium durchströmbar sind.An optimal efficiency of such turbine generator units is achieved in that the turbine generator units are provided with inlet pipes, which are flowed through by the turbine-generator units driving medium.
Eine Verbesserung des Platzverbrauches der Turbinen-Generatoreinheiten in dem Modul ergibt sich, wenn die Statoren benachbarter Turbinen-Generatoreinheiten eines Moduls unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind.An improvement in the space requirement of the turbine generator units in the module results when the stators of adjacent turbine generator units of a module are arranged directly adjacent to one another and / or one above the other.
Die anströmbare Fläche kann weiter optimiert werden, wenn die Einlaufrohre benachbarter Turbinen-Generatoreinheiten unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind, wobei der Öffnungsquerschnitt des Einlaufrohres im Bereich der Turbine kleiner als der Öffnungsquerschnitt des Einlaufrohres an dem -in Strömungsrichtung- vor der Turbine liegenden offenen Ende ist und die Differenz dieser Öffnungsquerschnitte größer oder gleich der Summe der Querschnitte des Rotors und des Stators des Generators ist. Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich dadurch, dass das Einlaufrohr im Bereich der Turbine bzw. des Generators als ein Gehäuse ausgebildet ist, in welchem der Stator verankert ist. Darüber hinaus ist es von Vorteil, in den Einlaufrohren der Turbinen- Generatoreinheiten Leitschaufeln anzuordnen, mittels welchen die Turbine und der Rotor des Generators gehalten werden.The inflatable surface can be further optimized if the inlet pipes of adjacent turbine generator units are arranged directly adjacent to one another and / or one above the other, wherein the opening cross section of the inlet pipe in the region of the turbine is smaller than the opening cross section of the inlet pipe at the upstream in front of the turbine End is and the difference of these opening cross sections is greater than or equal to the sum of the cross sections of the rotor and the stator of the generator. A particularly simple construction results from the fact that the inlet pipe is formed in the region of the turbine or of the generator as a housing in which the stator is anchored. Moreover, it is advantageous to arrange guide vanes in the inlet pipes of the turbine generator units, by means of which the turbine and the rotor of the generator are held.
Eine besonders einfache und kostengünstige Einrichtung ergibt sich dadurch, dass der Ringraum zwischen Rotor und Stator des Generators mit einem Raumabschnitt verbunden ist, welcher von dem durch die Turbine fließenden Medium durchströmt wird, und dass dieser Ringraum von dem Medium durchströmbar ist. Bevorzugt ist der Ringraum zu beiden Seiten des Rotors bzw. Generators über den gesamten Umfang durchströmbar. In diesem Fall entfällt das Erfordernis einer Dichtung und die Einheiten bzw. Module können besonders kostengünstig und weitgehend wartungsfrei gestaltet werden. Dabei sind der Stator und der Rotor für sich gegen Eindringen des vorbeiströmenden Mediums abgedichtet bzw. gegenüber dem Medium elektrisch isoliert ausgebildet.A particularly simple and cost-effective device results from the fact that the annular space between the rotor and stator of the generator is connected to a space portion which is flowed through by the medium flowing through the turbine, and in that this annular space can be flowed through by the medium. Preferably, the annular space can be traversed on both sides of the rotor or generator over the entire circumference. In this case eliminates the need for a seal and the units or modules can be made particularly cost-effective and largely maintenance-free. In this case, the stator and the rotor are sealed off against penetration of the medium flowing past or formed electrically insulated from the medium.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Spalt zwischen Rotor und Stator desIn an alternative embodiment, the gap between the rotor and stator of
Generators gegenüber dem die Turbine antreibenden Medium gedichtet und der Ringraum zwischen Rotor und Stator mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt. In diesem Fall ist es von Vorteil, die Dichtung entlang des Rotors anzuordnen, und zwar kann die Dichtung wahlweise am rotierenden Teil oder am Stator befestigt sein.Generators compared to the turbine driving medium sealed and the annular space between the rotor and stator with a gas, in particular air, filled. In this case, it is advantageous to arrange the seal along the rotor, namely, the seal may optionally be attached to the rotating part or to the stator.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Flexibilität einer solchen Einrichtung ergibt sich dadurch, dass die Turbine zur Energieerzeugung in beide Richtungen drehbar ausgebildet ist.A further improvement in the flexibility of such a device results from the fact that the turbine is designed to be rotatable in both directions to generate energy.
Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad eines Moduls weiter verbessert werden, in dem die Ausrichtung der Turbinenschaufeln bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums verstellbar sind.In addition, the efficiency of a module can be further improved, in which the orientation of the turbine blades with respect to the flow direction of the medium are adjustable.
Bei einer bevorzugten, besonders wirtschaftlichen Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung beträgt die elektrische Leistung des Generators einer einzelnen Turbinen- Generatoreinheit zwischen 100 KW und 1000 KW, vorzugsweise zwischen 200 KW und 700 KW.In a preferred, particularly economical variant of the device according to the invention, the electric power of the generator of a single turbine generator unit is between 100 KW and 1000 KW, preferably between 200 KW and 700 KW.
Eine Anlage kann insbesondere dann wirtschaftlich und effizient hergestellt und betrieben werden, wenn die Anzahl der übereinander und/oder nebeneinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 50 und 250 beträgt.A plant can be produced and operated economically and efficiently, in particular, if the number of stacked and / or juxtaposed Turbine generator units between 5 and 500, preferably between 50 and 250.
Weitere Vorteile und erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, die folgendes zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following non-limiting description of an embodiment of the invention, reference being made to the accompanying drawings, in which:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Turbinen-Generatoreinheit für eine erfindungsgemäße Einrichtung und1 shows a section through an exemplary embodiment of a turbine generator unit for a device according to the invention and
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung der erfindungsgemäßen Art.Figure 2 shows an embodiment of a device of the type according to the invention.
Die Turbinen-Generatoreinheit 1 gemäß Figur 1 weist eine Turbine 2 mit Turbinenschaufeln 3a, 3b auf, die kraftschlüssig miteinander und mit einer Welle 4 verbunden sind, welche in einem birnenförmigen Lagergehäuse 5 der Turbinen-Generatoreinheit 1 mittels Wälz-, Gleit- und/oder Kugellager drehbar gelagert und gegen das umströmende Medium, z.B. Wasser, gedichtet ist.The turbine generator unit 1 according to FIG. 1 has a turbine 2 with turbine blades 3a, 3b, which are non-positively connected with one another and with a shaft 4, which in a pear-shaped bearing housing 5 of the turbine generator unit 1 by means of rolling, sliding and / or Ball bearings rotatably mounted and against the flowing medium, eg Water, is sealed.
Das Lagergehäuse 5 ist mittels Leitblechen 6a, 6b an einem konischen Einlaufrohr 7 befestigt.The bearing housing 5 is fixed by means of baffles 6a, 6b to a conical inlet pipe 7.
Im Bereich der Enden der Turbinenschaufeln 3a, 3b befindet sich der Generator 8, welcher einen ringförmigen Rotor 9 des Generators 8 der Turbinen-Generatoreinheit 1 aufweist, der mit den Turbinenschaufeln 3a, 3b kraftschlüssig verbunden ist. Konzentrisch um den Rotor 9 ist der ebenso ringförmige Stator 10 des Generators 8 angeordnet, welcher drehfest in dem Modul angeordnet ist und, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, in einem als Gehäuse ausgebildeten Abschnitt des Einlaufrohres 7 verankert ist.In the region of the ends of the turbine blades 3a, 3b is the generator 8, which has an annular rotor 9 of the generator 8 of the turbine generator unit 1, which is positively connected to the turbine blades 3a, 3b. Concentrically around the rotor 9, the likewise annular stator 10 of the generator 8 is arranged, which is arranged rotationally fixed in the module and, in the embodiment shown, is anchored in a section of the inlet pipe 7 designed as a housing.
Zwischen dem Rotor und dem Stator befindet sich ein ebenso ringförmiger Spalt- Zwischenraum 11 , der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem durch das Einlaufrohr fließenden Medium durchströmt werden kann, sodass dieser Spalt 11 im Betrieb ständig mit dem Medium, z.B. Wasser, gefüllt ist. Alternativ kann dieser Spalt-Zwischenraum auch mit Gas, z.B. Luft, gefüllt sein, in dem der Rotor gegenüber dem durch das Einlaufrohr fließende Medium gedichtet wird, beispielsweise durch eine Dichtung zwischen den Stirnflächen des Rotors 9 und der gegenüberliegenden Stirnfläche des durch das Einlaufrohr 7 gebildeten Gehäuses. Ähnliche Turbinen mit Generatoren sind für Anwendungen als einzelne stationäre Einheiten mit vergleichsweise großer Leistungsklasse bereits bekannt. Unter anderem ist ein Turbinen- Generatorsatz dieses Typs in den US 4,046,403, US 4,123,666 und US 4,464,580 beschrieben.Between the rotor and the stator there is also an annular gap 11, which in the present embodiment can be flowed through by the medium flowing through the inlet pipe, so that this gap 11 is constantly filled with the medium, eg water, during operation. Alternatively, this gap gap may also be filled with gas, for example air, in which the rotor is sealed against the medium flowing through the inlet pipe, for example by a seal between the end faces of the rotor 9 and the opposite end face of the formed by the inlet pipe 7 housing. Similar turbines with generators are already known for applications as single stationary units with comparatively high power class. Among other things, a turbine generator set of this type is described in US 4,046,403, US 4,123,666 and US 4,464,580.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich durch die Anordnung einer Anzahl von solchen Turbinen-Generatoreinheiten nebeneinander und/oder übereinander, da die konischen Einlaufrohre strömungsbedingt an ihren Eintrittsöffnungen einen größeren Querschnitt aufweisen als im Bereich der Turbine. Dadurch entsteht zwischen zwei unmittelbar benachbarten Einlaufrohren im Bereich der benachbarten Turbinen ein Zwischenraum, welcher erfindungsgemäß durch die Anordnung der Generatoren optimal genutzt werden kann, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Rohrgeneratoren der gesamte, für den Generator notwendige Platz im Mittelteil des Einlaufrohres als Durchströmfläche für das Medium freigegeben und somit der Wirkungsgrad der Turbinen- Generatoreinheit und dadurch die Wirtschaftlichkeit eines Moduls wesentlich verbessert wird.An essential advantage of the present invention results from the arrangement of a number of such turbine generator units side by side and / or one above the other, since the conical inlet pipes have a larger cross-section at their inlet openings due to the flow than in the region of the turbine. This creates between two immediately adjacent inlet pipes in the region of the adjacent turbines a gap, which can be optimally used according to the invention by the arrangement of the generators, which compared to conventional tube generators, the total space required for the generator in the central part of the inlet pipe as a flow area for the medium released and thus the efficiency of the turbine generator unit and thereby the efficiency of a module is significantly improved.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich unter anderem aber auch durch die im Vergleich zu Rohrgeneratoren besonders nahe Lage des Schwerpunktes der Turbinen-Generatoreinheit bezüglich der Lagerung, sodass einzelne Turbinen geringere Schwingungen verursachen, wobei die Überlagerung solcher Schwingungen einzelner Einheiten für das Modul unbedenklich sind und demnach eine geringere Dimensionierung des gesamten Moduls und eine kostengünstigere Herstellung möglich ist.Another significant advantage of the invention results inter alia, but also by the compared to tube generators particularly close position of the center of gravity of the turbine-generator unit with respect to the storage, so that individual turbines cause lower vibrations, the superposition of such vibrations of individual units harmless for the module and therefore a smaller dimensioning of the entire module and a cheaper production is possible.
Darüber hinaus liegt der Schwerpunkt eines gesamten Moduls -von der Seite betrachtet- in einer Vertikalebene im Bereich der Generatoren bzw. Turbinen, wo üblicherweise auch das Lastaufnahmemittel bzw. die seitlichen Führungen zum Heben und Senken des Moduls angeordnet sind, sodass auch beim Heben und Senken keinerlei Momente auftreten, welche eine geringere Dimensionierung des Moduls, der Führungen und des Lasthebemittels und damit eine weitere Verringerung der Herstellkosten ermöglichen.In addition, the center of gravity of an entire module-viewed from the side-lies in a vertical plane in the area of the generators or turbines, where usually also the load-carrying means or the lateral guides for raising and lowering the module are arranged, so that also during lifting and lowering no moments occur which allow a smaller dimensioning of the module, the guides and the lifting means and thus a further reduction in manufacturing costs.
Figur 2 zeigt eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, nämlich Wasser, mit einer Dammstruktur 12, mittels welcher ein Bereich mit höherem Wasserpegel (UPPER POOL) von einem Bereich mit niedrigerem Wasserpegel (LOWER POOL) getrennt werden kann, im vorliegenden Fall durch ein Wehr 13, welches durch Verschwenken um eine horizontale Achse heb und senkbar ist, wobei in der gehobenen Position des Wehrs 13 ein Abfließen des Wassers aus dem Bereich mit dem höheren Wasserpegel in den Bereich mit niedrigerem Wasserpegel möglich ist und in der abgesenkten Position des Wehrs 13 verhindert wird.Figure 2 shows a plant for generating electrical energy from a flowing medium, namely water, having a dam structure 12 by means of which a higher water level area (UPPER POOL) can be separated from a lower water level area (LOWER POOL), in the present case by a weir 13, which is raised and lowered by pivoting about a horizontal axis, wherein in the raised position of the weir 13, a drainage of the water from the area with the higher water level in the area with lower water level is possible and is prevented in the lowered position of the weir 13.
Weiters weist die Dammstruktur 12 zu beiden Seiten dem Wehr 13 benachbarte vertikale seitliche Führungen 14 auf, welche zur Führung und Abstützung von Turbinen- Generatoreinheiten 1 dienen, die im vorliegenden Fall nebeneinander und übereinander angeordnet und matrixförmig zu einem Modul 15 zusammengefasst sind, welches bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Rahmen 16 integriert ist, welcher zusätzlich zur Aufnahme weiterer Elemente, wie beispielsweise einem Rechen, Serviceeinrichtungen u.dgl., ausgestattet ist. Abweichend von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die einzelnen Turbinen-Generatoreinheiten aber auch wabenförmig oder in jeder anderen beliebigen Struktur angeordnet sein, z.B. in Strömungsrichtung versetzt etc.Furthermore, the dam structure 12 on both sides of the weir 13 adjacent vertical side guides 14, which serve to guide and support of turbine generator units 1, which are arranged side by side and one above the other in the present case and combined into a module 15, which in the embodiment shown is integrated in a frame 16, which in addition to receiving other elements, such as a rake, service facilities, etc., is equipped. Unlike the present embodiment, however, the individual turbine generator units can also be arranged honeycomb-shaped or in any other arbitrary structure, e.g. offset in the flow direction, etc.
Der Modul 15 weist an seiner Oberseite ein Lastaufnahmemittel 17 für einen Kran 18 auf, welcher an der Dammstruktur 12 angeordnet ist, und mittels welchem der Modul 15 gehoben und gesenkt werden kann, wobei alle Turbinen-Generatoreinheiten 1 eines Moduls 15 in dessen abgesenkten Zustand zur Erzeugung elektrischer Energie aus dem durch die Turbinen fließenden Wasser genutzt werden können. The module 15 has on its upper side a load-receiving means 17 for a crane 18, which is arranged on the dam structure 12, and by means of which the module 15 can be raised and lowered, with all the turbine generator units 1 of a module 15 in the lowered state to Generating electrical energy from the water flowing through the turbines can be used.

Claims

ANSPRUCHE
1. Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser, mit einer Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten (1 ), die zumindest abschnittsweise übereinander und/oder nebeneinander angeordnet und miteinander zu einem oder mehreren Modulen (15) verbunden sind, wobei die Turbine (2) einer Turbinen-Generatoreinheit (1) drehbar gelagerte Turbinenschaufeln (3a, 3b) aufweist, die im Bereich ihrer äußeren Enden kraftschlusssig mit einem ringförmigen Rotor (9) des Generators (8) der Turbinen-Generatoreinheit (1) verbunden sind, und wobei der Stator1. Device for generating electrical energy from a flowing medium, e.g. Water, with a number of turbine generator units (1) which are at least partially arranged one above the other and / or side by side and connected to one or more modules (15), wherein the turbine (2) of a turbine generator unit (1) rotatably mounted Turbine blades (3a, 3b) which are frictionally connected in the region of its outer ends with an annular rotor (9) of the generator (8) of the turbine-generator unit (1), and wherein the stator
(10) des Generators der Turbinen-Generatoreinheit (1) konzentrisch um den Rotor (9) drehfest in dem Modul (15) angeordnet ist.(10) of the generator of the turbine generator unit (1) concentrically around the rotor (9) rotatably in the module (15) is arranged.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Rotor (9) bzw. Stator (10) des Generators (8) definierte Öffnung von dem die Turbine (2) antreibenden Medium durchströmbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the through the rotor (9) or stator (10) of the generator (8) defined by the opening of the turbine (2) driving medium can be flowed through.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen- Generatoreinheiten (1) bzw. die Module (15) mit einer Einrichtung zum Heben und Senken (18) verbindbar sind, wobei der Schwerpunkt der Turbinen-Generatoreinheiten bzw. der Module -unter Vermeidung eines Kippmomentes- im wesentlichen unterhalb Angriffspunktes bzw. der Angriffspunkte des Lastaufnahmemittels (17) für die Einrichtung zum Heben und Senken (18) angeordnet ist.3. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the turbine generator units (1) or the modules (15) with a means for lifting and lowering (18) are connectable, wherein the center of gravity of the turbine generator units or the module is arranged, while avoiding a tilting moment, essentially below the point of application or the points of application of the load-receiving means (17) for the device for lifting and lowering (18).
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen-Generatoreinheiten (1) mit Einlauf röhren (7) versehen sind, welche von dem die Turbinen-Generatoreinheiten (1 ) antreibenden Medium durchströmbar sind.4. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the turbine generator units (1) with inlet tubes (7) are provided, which can be flowed through by the turbine-generator units (1) driving medium.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoren (10) benachbarter Turbinen-Generatoreinheiten (1) eines Moduls (15) unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind.5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the stators (10) of adjacent turbine generator units (1) of a module (15) are arranged directly next to one another and / or one above the other.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufrohre (7) benachbarter Turbinen-Generatoreinheiten (1) unmittelbar nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind, wobei der Öffnungsquerschnitt des Einlaufrohres (7) im Bereich der Turbine (2) kleiner als der Öffnungsquerschnitt des Einlaufrohres an dem -in Strömungsrichtung- vor der Turbine liegenden offenen Ende ist und die Differenz dieser Öffnungsquerschnitte größer oder gleich der Summe der Querschnitte des Rotors (9) und des Stators (10) des Generators (8) ist.6. Device according to claim 4 or claims 4 and 5, characterized in that the inlet pipes (7) of adjacent turbine generator units (1) directly are arranged side by side and / or one above the other, wherein the opening cross section of the inlet pipe (7) in the region of the turbine (2) is smaller than the opening cross-section of the inlet pipe at the -in Strömungsrichtung- lying in front of the turbine open end and the difference of these opening cross-sections greater than or equal the sum of the cross sections of the rotor (9) and the stator (10) of the generator (8).
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlaufrohr (7) im Bereich der Turbine (2) bzw. des Generators (8) als ein Gehäuse ausgebildet ist, in welchem der Stator (10) verankert ist.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the inlet pipe (7) in the region of the turbine (2) and the generator (8) is designed as a housing in which the stator (10) is anchored.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlaufrohren (7) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) eines Moduls (15) Leitschaufeln8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that in the inlet pipes (7) of the turbine generator units (1) of a module (15) vanes
(6a, 6b) angeordnet sind, mittels welchen die Turbine (2) und der Rotor (9) des Generators (8) an dem Einlaufrohr (7) gehalten werden.(6a, 6b) are arranged, by means of which the turbine (2) and the rotor (9) of the generator (8) are held on the inlet pipe (7).
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (11) zwischen Rotor (9) und Stator (10) des Generators (8) mit einem Raumabschnitt verbunden ist, welcher von dem durch die Turbine fließenden Medium durchströmt wird, und dass dieser Ringraum (11) von dem Medium durchströmbar ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the annular space (11) between the rotor (9) and stator (10) of the generator (8) is connected to a space portion which flows through the fluid flowing through the turbine is, and that this annular space (11) can be flowed through by the medium.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (11) zu beiden Seiten des Rotors (9) bzw. Generators (8) über den gesamten Umfang durchströmbar ist.10. Device according to claim 9, characterized in that the annular space (11) on both sides of the rotor (9) or generator (8) can be flowed through over the entire circumference.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator und der Rotor einzeln gegen Eindringen des vorbeiströmenden Mediums abgedichtet bzw. gegenüber dem Medium elektrisch isoliert ausgebildet sind.11. Device according to claim 9 or 10, characterized in that the stator and the rotor are individually sealed against penetration of the medium flowing past or formed electrically isolated from the medium.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt zwischen Rotor und Stator des Generators gegenüber dem die Turbine antreibenden Medium gedichtet ist und der Ringraum zwischen Rotor und Stator mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt ist.12. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gap between the rotor and the stator of the generator relative to the turbine driving medium is sealed and the annular space between the rotor and stator with a gas, in particular air, is filled.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung entlang des Rotors bzw. des Stators angeordnet und vorzugsweise am Rotor oder am Stator befestigt ist. 13. Device according to claim 12, characterized in that the seal is arranged along the rotor or the stator and is preferably fastened to the rotor or to the stator.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (2) zur Energieerzeugung in beide Richtungen drehbar ausgebildet ist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the turbine (2) is designed to generate energy in both directions rotatable.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 114, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Turbinenschaufeln (3a, 3b) bezüglich der Strömungsrichtung des Mediums verstellbar sind.15. Device according to one of claims 1 to 114, characterized in that the orientation of the turbine blades (3a, 3b) are adjustable with respect to the flow direction of the medium.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung des Generators (8) einer einzelnen Turbinen-Generatoreinheit (1) zwischen 100 KW und 1000 KW, vorzugsweise zwischen 200 KW und 700 KW beträgt.16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the electrical power of the generator (8) of a single turbine generator unit (1) between 100 KW and 1000 KW, preferably between 200 KW and 700 KW.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der übereinander und/oder nebeneinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten (1 ) zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 50 und 250 beträgt.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the number of superposed and / or juxtaposed turbine generator units (1) between 5 and 500, preferably between 50 and 250.
18. Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser, mit einer Dammstruktur (12) und mit einer Mehrzahl von Turbinen-Generatoreinheiten (1), die übereinander und/oder nebeneinander angeordnet und miteinander zu einem oder mehreren Modulen (15) verbunden sind und gegebenenfalls eine Mehrzahl von18. System for generating electrical energy from a flowing medium, e.g. Water, with a dam structure (12) and with a plurality of turbine generator units (1), which are arranged one above the other and / or next to each other and connected to one or more modules (15) and optionally a plurality of
Modulen (15) nebeneinander angeordnet und an der Dammstruktur (12) abgestützt sind, wobei die Turbinen (2) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) drehbar gelagerte Turbinenschaufeln (3a, 3b) aufweisen, die im Bereich ihrer äußeren Enden kraftschlusssig mit je einem ringförmigen Rotor (9) des Generators (8) der Turbinen- Generatoreinheiten (1) verbunden sind, und der zugehörige Stator (10) des GeneratorsModules (15) are arranged side by side and supported on the dam structure (12), wherein the turbines (2) of the turbine generator units (1) rotatably mounted turbine blades (3a, 3b), which in the region of their outer ends frictionally each with an annular Rotor (9) of the generator (8) of the turbine generator units (1) are connected, and the associated stator (10) of the generator
(8) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) konzentrisch um den Rotor (9) drehfest in dem zugehörigen Modul (15) angeordnet ist.(8) of the turbine generator units (1) concentrically around the rotor (9) rotationally fixed in the associated module (15) is arranged.
19. Anlange nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt des Moduls -in seiner vertikalen Betriebsposition- in einer Vertikalebene liegt, welche -von der Seite gesehen- im Bereich des durch die Generatoren (8) bzw. die Turbinen (2) definierten Abschnittes liegt.19. Anlange according to claim 18, characterized in that the center of gravity of the module -in its vertical operating position-lies in a vertical plane, which-seen from the side- in the region defined by the generators (8) and the turbines (2) Section lies.
20. Anlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dammstruktur (12) eine Mehrzahl von Dammpfeilern aufweist, zwischen welchen das Medium vorbeiströmen kann, wobei zwischen zwei benachbarten Pfeilern je ein mittels einer Hebeeinrichtung (18) heb- und senkbares Modul (15) mit je einer Mehrzahl von Turbinen-20. Plant according to claim 18 or 19, characterized in that the dam structure (12) has a plurality of dam pillars, between which the medium can flow past, wherein between two adjacent pillars each by means of a lifting device (18) can be raised and lowered module ( 15) each having a plurality of turbine
Generatoreinheiten (1) angeordnet und an den Pfeilern abgestützt und geführt ist. Generator units (1) arranged and supported and guided on the pillars.
21. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser, bei welchem eine Mehrzahl übereinander und/oder nebeneinander angeordnete, miteinander zu einem Modul (15) verbundene Turbinen-Generatoreinheiten (15) zeitgleich von dem Medium durchströmt werden, wobei drehbar gelagerte Turbinenschaufeln (3a, 3b) der Turbinen (2) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) des21. Method for generating electrical energy from a flowing medium, e.g. Water, in which a plurality of superposed and / or juxtaposed, each other to a module (15) turbine generator units (15) are simultaneously flowed through by the medium, wherein rotatably mounted turbine blades (3a, 3b) of the turbines (2) of the turbines Generator units (1) of the
Moduls (15) und im Bereich der äußeren Enden der Turbinenschaufeln (3a, 3b) kraftschlusssig verbundene Rotoren (9) der Generatoren (8) der Turbinen- Generatoreinheiten (1) des Moduls (15) in Rotation versetzt werden, und wobei die Rotoren (9) der Generatoren (8) in Zusammenwirken mit konzentrisch um die Rotoren (9) drehfest in dem Modul (15) angeordnete Statoren (10) der Generatoren (8) der Turbinen-Module (15) and in the region of the outer ends of the turbine blades (3a, 3b) frictionally connected rotors (9) of the generators (8) of the turbine generator units (1) of the module (15) are set in rotation, and wherein the rotors ( 9) of the generators (8) in cooperation with concentrically about the rotors (9) rotatably in the module (15) arranged stators (10) of the generators (8) of the turbine
Generatoreinheiten (1) elektrische Energie erzeugen, welche über eine elektrische Leitung abgeführt wird.Generator units (1) generate electrical energy, which is dissipated via an electrical line.
22. Verfahren zum Umbau einer Struktur (12) zum zumindest temporären Speichern eines fließfähigen Mediums, z.B. Wasser, in eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, bei welchem die Struktur zumindest ein Element zum Speichern des Mediums aufweist, z.B. ein Wehr (13), und bei welchem ein den Abmessungen des lösbaren Elements entsprechendes Modul (15) hergestellt wird, welches eine Anzahl von nebeneinander und/oder übereinander angeordnete Turbinen-Generatoreinheiten (1) aufweist, gegebenenfalls ein Mittel zum Heben und Senken des lösbaren Elementes an das Gewicht des Moduls (15) angepasst oder neu installiert wird, und das lösbare Element mit Hilfe des Mittels zum Heben und Senken (18) von der Struktur (12) entfernt und das Modul (15) mit den Turbinen-Generatoreinheiten (1) anstelle des lösbaren Elements in der Struktur mit Hilfe des Mittels zum Heben und Senken (18) positioniert wird, wobei die in dem Modul (15) angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten (1) über eine Leitung zum Abführen der durch die Turbinen-Generatoreinheiten (1) erzeugten elektrischen Energie mit einem Energieversorgungsnetzwerk verbunden werden und, erforderlichenfalls, bei zumindest teilweisem Abfließen des gespeicherten Mediums durch die Turbinen- Generatoreinheiten (1) des Moduls (15), elektrische Energie erzeugt wird, und wobei gegebenenfalls zur Wiederherstellung der Speicherfunktion der Struktur (12) das Modul (15) entfernt und durch das lösbare Element ersetzt wird.22. A method of reconstructing a structure (12) for at least temporarily storing a flowable medium, e.g. Water, in a plant for generating electrical energy, wherein the structure comprises at least one element for storing the medium, e.g. a weir (13), and in which a module (15) corresponding to the dimensions of the detachable element is produced, which comprises a number of turbine generator units (1) arranged side by side and / or one above the other, optionally a means for raising and lowering the detachable element Element is adapted or reinstalled to the weight of the module (15) and the releasable element is removed from the structure (12) by means of the lifting and lowering means (18) and the module (15) is connected to the turbine generator units (1 ) is positioned in place of the releasable element in the structure by means of the lifting and lowering means (18), wherein the turbine generator units (1) arranged in the module (15) are connected via a line for discharging the turbine generator units (1 ) are connected to a power supply network and, if necessary, in at least partial flow of the stored medium through the turbine Gener power units (1) of the module (15), electrical energy is generated, and optionally to restore the memory function of the structure (12), the module (15) is removed and replaced by the releasable element.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu einem Modul (15) verbundenen Turbinen-Generatoreinheiten (1) zeitgleich von dem Medium durchströmt werden, wobei die drehbar gelagerten Turbinenschaufeln (3a, 3b) der Turbinen (2) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) des Moduls (15) und die im Bereich der äußeren Enden der Turbinenschaufeln (3a, 3b) kraftschlusssig verbundenen Rotoren (9) der Generatoren (8) der Turbinen-Generatoreinheiten (1 ) des Moduls (15) in Rotation versetzt werden, und wobei mittels der Rotoren (9) der Generatoren (8) in Zusammenwirken mit konzentrisch um die Rotoren (9) drehfest in dem Modul (15) angeordneten Statoren (10) der Generatoren (8) der Turbinen-Generatoreinheiten (1) elektrische Energie erzeugt wird. 23. The method according to claim 22, characterized in that the mutually connected to a module (15) turbine generator units (1) are simultaneously flowed through by the medium, wherein the rotatably mounted turbine blades (3a, 3b) of the turbines (2) of the turbines -Generatoreinheiten (1) of the module (15) and in the field of outer ends of the turbine blades (3a, 3b) rotatably connected rotors (9) of the generators (8) of the turbine generator units (1) of the module (15) are set in rotation, and wherein by means of the rotors (9) of the generators (8) in cooperation with concentrically around the rotors (9) rotatably in the module (15) arranged stators (10) of the generators (8) of the turbine generator units (1) electrical energy is generated.
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