WO2003083291A1 - Stauanlage mit heb-und senkbaren turbinen-generatormodul - Google Patents

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WO2003083291A1
WO2003083291A1 PCT/EP2003/002596 EP0302596W WO03083291A1 WO 2003083291 A1 WO2003083291 A1 WO 2003083291A1 EP 0302596 W EP0302596 W EP 0302596W WO 03083291 A1 WO03083291 A1 WO 03083291A1
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turbine generator
generator module
dam
turbine
lifting
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PCT/EP2003/002596
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French (fr)
Inventor
Volker Kienberger
Heinrich Panholzer
Original Assignee
Va Tech Hydro Gmbh & Co.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
    • 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
    • F05B2240/00—Components
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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 a dam for a liquid with at least one raisable and lowerable turbine generator module consisting of at least one turbine generator unit, and with a lifting device for raising and lowering the turbine generator module, and a turbine generator module for such a dam and a method for operating a dam, a method for determining a downward force in a raisable and lowerable turbine generator module, a method for constructing a raisable and lowerable turbine generator module for a dam and a method for constructing a lifting device for a Liftable and lowerable turbine generator module.
  • stowage units such as e.g. a weir closure, which can be lowered into the flow to perform the stowage function, or else to clear the waterway, e.g. in a flood, can be lifted out of the flow.
  • a separate crane is normally available at the dam.
  • Such storage units can now be designed as a turbine generator module with a plurality of juxtaposed and / or superimposed turbine generator units, in which the module simultaneously fulfills the storage function and also generates electrical energy.
  • these turbine generator modules as described above, also be raised and lowered.
  • the lifting and lowering of the turbine generator module can now be carried out under pressure equalization, i. the water level of the upper water corresponds to that of the underwater, or at different upper and Unterwasserapt done, which is usually the case in practice.
  • the crane In the first case, ie with still water, the crane essentially only needs to raise or lower the intrinsic weight of the turbine-generator module, and possibly the weight of lifted water loads and deposits, overcoming frictional forces, e.g. Sliding roll or seal friction, be designed.
  • the invention has now taken on the task of using a dam when maintaining all the required functions as small and cheap lifting devices for lifting and lowering the turbine generator modules and so to reduce the cost of such a dam.
  • This object is achieved in that by the structural design of the turbine generator module and / or the surrounding accumulation system acting on the turbine generator module during the at least partially lifting and / or lowering the turbine generator module, downward force based on the weight of the turbine generator module in a range of 101% to 500% of its own weight can be specified.
  • a maximum lifting force can be set, to which the lifting device can be designed without significant increase in the dimensions.
  • the dam can thus be realized without significant cost increase.
  • the downward force is specified in a range between 105% and 200%, since the lifting device then has to be increased only insignificantly or not at all.
  • the operation of a storage system can be substantially simplified by the turbine generator module and / or the surrounding dam are formed in such a way that at least temporarily during the lifting and / or lowering below the turbine generator module, a flow of the medium from the upper water of the reservoir to underwater the dam can be generated.
  • a flow of the medium from the upper water of the reservoir to underwater the dam can be generated.
  • the turbine generator module and / or the surrounding dam in such a way that the turbine generator module with the lifting device for liquid level up to a predetermined maximum liquid level upstream and downstream of the turbine generator module and / or up to a minimum predetermined liquid level downstream of the turbine generator module can be lowered, or that the turbine generator module with the lifting device for liquid level up to a predetermined maximum difference between the liquid levels upstream and downstream of the turbine generator module can be raised and / or lowered.
  • a particularly simple embodiment results when the constructive shape of the turbine generator module is at least partially predetermined by a plurality of juxtaposed and / or superimposed turbine generator units of the turbine generator module, since then no additional design elements, such as frames or covers, etc ., be needed.
  • a construction in which the turbine generator module has a lower side, which is formed from a lower side of a number of turbine generator units arranged next to one another proves to be particularly favorable, wherein a possibly existing tube in the direction of flow of the medium adjoins the turbine , preferably a suction tube, at least partially forms a part of the underside.
  • the resulting suction forces can be reduced if, due to the structural design of the turbine generator module, preferably the underside of the turbine generator module, and / or the accumulation system, the flow arising during lifting and / or lowering without or without substantial mutual interaction at the downstream End of the pipes, preferably suction pipes, which bypasses turbine generator units. If the flow flows freely under the module without hitting the suction tube ends, the resulting suction effect is reduced considerably, which of course makes the lifting devices even smaller.
  • the underside of the turbine-generator module has a great influence on the resulting forces and is structurally advantageously optimized with regard to the force which is directed downward during lifting and lowering, in order to keep the suction forces as low as possible.
  • a reduction in the forces acting downwards can be achieved by providing a ventilation device, wherein the ventilation device is advantageously arranged at at least one point in the region of the underside of the turbine generator module.
  • the ventilation can be carried out very cheaply and simply by means of ambient air at atmospheric pressure, with a simple connection line to the ambient air is sufficient.
  • the ventilation may also be by means of a pressure generator, preferably a compressor, wherein a gaseous medium, preferably air, can be injected under a predetermined pressure.
  • a particularly advantageous embodiment of a lifting device results in the form of a crane, which is at least partially disposed above the turbine generator module and supported on the reservoir.
  • the existing lifting device and its support on the accumulation system are best adapted to receive the downward force, since then can be dispensed with additional lifting equipment.
  • Turbine generator module or the liquid itself at least reduced, preferably substantially eliminated.
  • the turbine generator module can thus be made simpler and easier, since no significant additional loads due to vibrations are to be expected.
  • An embodiment which is particularly advantageous with respect to the lifting device results when the resulting downward forces and buoyancy forces cancel out at least partially, preferably approximately, by the structural design of the turbine generator module, preferably the underside of the turbine generator module.
  • the buoyancy forces counteract the resulting suction forces and can thus be used to reduce the necessary lifting forces.
  • a single turbine generator module for such a backup system is advantageously designed constructively in such a way that the force acting on the turbine generator module by a liquid flow, acting on the turbine generator module, downwardly directed force based on the weight of the turbine generator module in a Range of 101% to 500% can be specified.
  • the method for operating a dam with a raisable and lowerable turbine generator module is advantageously carried out in such a way that the turbine generator module by means of a lifting device from an operating position in a liquid keitsströmung in a lifting position in or outside the liquid flow, or vice versa, is raised or lowered, wherein the resulting by the liquid flow down-acting force based on the weight of the turbine generator module in a range of 101% to 500% of the weight of the turbine - Generator module is specified.
  • the method for determining a downward force on a raisable and lowerable turbine generator module is advantageously carried out in such a way that the upper water and underwater level is determined and depending on different level differences between the upper water level and underwater level by a lifting and lowering caused by the turbine generator module below the turbine generator module fluid flow caused downward forces for different lifting heights of the turbine generator module measured and / or calculated from a hydrodynamic model.
  • This method may be conveniently extended by plotting the measured and / or calculated downward forces for at least some of the level differences into a plot, plotting and plotting the level difference, or an equivalent magnitude, on an axis of the plot the other axis is plotted with the determined downward force, or an equivalent magnitude, and an envelope is determined by a graphical or mathematical method about the individual resulting curves so that the envelope is substantially the maximum downward force expected for a type of a turbine generator module for different level differences.
  • a resulting in such a diagram can be easily used at a later date to determine the expected suction and lifting forces of a particular turbine generator module in a very simple and rapid way, without having to repeat complex measurements or calculations.
  • the downward forces are advantageously determined by means of a hydraulic model experiment and converted into real values in a manner known per se.
  • a model experiment can be carried out much cheaper in practice, such as complex measurements on a real plant and, of course, even before a real plant exists.
  • the method for constructing a raisable and lowerable turbine generator module for a storage system is advantageously carried out in such a way that the constructive design of the turbine generator module, preferably the underside of the turbine generator module, which during raising or lowering of the turbine generator module.
  • Generator module by the below the turbine generator module resulting fluid flow down-acting force based on the weight of the turbine generator module in a range of 101% to 500% of the net weight of the turbine generator module is given.
  • the method for constructing a lifting device for a raisable and lowerable turbine generator module is advantageously carried out in such a way that the design of the turbine generator module, preferably the underside of the turbine generator module, during the raising or lowering of the turbine generator module.
  • FIG. 1 shows schematically the arrangement of a typical dam
  • FIG. 2 shows a side view of a dam
  • FIG. 4 shows a side view of a storage plant with a turbine generator module with a ventilation device
  • FIG. 5 shows a diagram of the suction forces that is produced by way of example.
  • a waterway 4 is shown in the transverse to the flow direction, indicated by an arrow, a dam 1 is arranged.
  • This dam 1 consists essentially of stationary structures, here pillars 3, and located between the pillars 3 turbine generator modules 2, which are guided in non-illustrated guide means in the pillars 3 and between the pillars 3 by means of a lifting device, here an indicated crane 6, which is at least partially supported on the storage system 1, can be raised or lowered.
  • the turbine-generator modules 2 are normally in their fully lowered operating position B (FIG. 2), ie they are supported at the bottom of the dam 1 by a part of the dam 1, such as a weir crown 7.
  • FIG. 2 now shows a turbine generator module 2 in its operating position B and in a lifting position H.
  • the turbine generator module 2 is substantially watertight on the weir crown 7.
  • the turbine generator module 2 is used to deward the liquid and to create a downward gradient between the upstream water level OW upstream and the downstream water level UW, which is subsequently used to generate energy by means of the turbine generator modules 2 of the turbine generator module 2 arranged above and / or below one another becomes.
  • the turbine generator module 2 In order to bring the turbine generator module 2 from this operating position B to a lifting position H, preferably above the upper water level OW, the turbine generator module 2 is connected to a crane 6, which lifts the turbine generator module 2 out of the water.
  • a downstream weir closure 5 may be provided, which can be completely or partially closed before lifting or lowering as needed and the turbine generator module 2 can be raised or lowered under balanced water levels. Thereafter, the weir lock 5 can be opened if necessary and the waterway can be released.
  • dams conceivable in which the raising or lowering of the turbine generator module 2 under an existing gradient between the upper water level OW and underwater mirror UW takes place, for example, if no weir lock 5 is present.
  • a lifting operation is now shown by way of example, this being of course equivalent for the lowering equivalent.
  • the turbine generator module 2 is in this case already lifted slightly, which, caused by the gradient between the upper water OW and underwater UW, below the turbine generator module 2 between the turbine generator module 2 and the weir crown 7 downstream forms a flow S.
  • the flow velocity of the flow S results essentially from the gap height and is related to the pressure by the known hydrodynamic basic equation that the product of pressure and velocity is constant.
  • a negative pressure is created with respect to the hydrostatic pressure, which generates a downward suction force F s on the turbine generator module 2.
  • this suction force F s also counteracts a certain buoyancy force F A in a well-known manner.
  • the crane 6 therefore does not only have to lift its own weight F G , but a resulting lifting force F H , which is composed as follows:
  • F H F G + F s - F A + F
  • the crane 6 is therefore to be dimensioned larger and also adapt the supports of the crane to the storage facility 1 in order to accommodate these additional suction forces F s , caused by the suction effect described above. In F otherwise .
  • inertial forces flow in, which are mainly dependent on the lifting speed.
  • the greater the lifting speed the greater will of course be the inertial forces and thus, in some cases, considerably influences the resulting lifting force F H.
  • the lifting speed naturally also influences the suction force F s , so that the suction forces F s also increase with increasing lifting speed.
  • the resulting suction effect is influenced by various factors, such as the gradient or the level difference, the lifting speed or the structural design of the turbine generator module 2.
  • various factors such as the gradient or the level difference, the lifting speed or the structural design of the turbine generator module 2.
  • F Sma the maximum suction forces F Sma ⁇ with 200% of the own weight F G of the turbine generator module. 2 can be limited.
  • the suction force F s could even be brought below 100%, or even below 50%, of the own weight F G of the turbine generator module 2.
  • the resulting suction forces F s can be reduced if, as indicated in FIG. 4, a ventilation device 8 is provided on the turbine generator module 2.
  • Aeration device 8 here simply consists of an arbitrarily shaped opening, which is connected via a line 9 with the atmospheric pressure p A. Through this ventilation, the negative pressure is reduced locally, so that the resulting suction forces F s also reduce.
  • any number of ventilation devices 8 in any desired embodiments, eg different opening diameters, etc., may be provided on the turbine generator module 2
  • the ventilation device 8 could also be connected to a pressure-generating device, not shown, with which the ventilation can be carried out with a predeterminable pressure. The ventilation effect can thus be easily controlled, for example, via the ventilation pressure.
  • Damage system 1 and a turbine generator module 2 for different level differences .DELTA.h and lifting positions H, to H n measured the suction forces F s and entered in a diagram.
  • a diagram is shown by way of example in FIG. 5.
  • an envelope E can be determined graphically or mathematically using well-known methods, which then indicates the maximum suction force F s as a function of the level difference ⁇ h.
  • the turbine generator module 2 is designed so that the resulting suction forces F s and the buoyancy forces F A cancel at least partially.
  • the turbine generator module 2 or the accumulation unit 1 should therefore be designed, for example, by appropriate stiffening, favorable mass distribution, integration of damping structures, etc., that minimizes flow-induced vibration, if possible, substantially eliminated.

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Abstract

Um die Kosten einer Stauanlage so gering wie möglich zu halten ist es unter anderem erwünscht, die zum Heben und Absenken der Staueinheiten erfoderlichen Hebeeinrichtungen, wie Kräne, so klein wie möglich zu dimensionieren. Vor allem beimHeben oder Absenken der Staueinheiten unter einem bestehenden Gefälle zwischen Oberwasser und Unterwasser, entstehen jedoch zum Teil sehr grosse Sogkräfte, die auf die Staueinheiten wirken und von der Hebeeinrichtung aufzunehmen sind, weshalb diese wiederum grösser und daher teuerer dimensioniert werden müssen. Die vorliegende Erfindung beschränkt nun die entstehenden Sogkräfte durch eine belüftungseinrichtung.

Description

STAUANLAGE MIT HEB-UND SENKBAREN TURBINEN-GENERATORMODUL
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stauanlage für eine Flüssigkeit mit zumindest einem heb- und senkbaren Turbinen-Generatormodul bestehend aus zumindest einer Turbinen- Generatoreinheit, und mit einer Hebeeinrichtung zum Heben und Senken des Turbinen- Generatormoduls, sowie einem Turbinen-Generatormodul für eine solche Stauanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Stauanlage, einem Verfahren zum Ermitteln einer nach unten gerichteten Kraft bei einem heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls, ein Verfahren zur Konstruktion eines heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls für eine Stauanlage und einem Verfahren zur Konstruktion einer Hebeeinrichtung für ein heb- und senkbares Turbinen-Generatormodul.
In Stauanlagen an Wasserwegen gibt es im Regelfall ein Gefälle zwischen Oberwasser und Unterwasser. Dieses Gefälle, das durch Abstauen des Wasserweges entsteht, kann zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden. Das Abstauen des Wasserweges erfolgt oftmals mittels Staueinheiten, wie z.B. ein Wehrverschluss, die zur Erfüllung der Staufunktion in die Strömung abgesenkt werden können, oder aber auch zur Freigabe des Wasserweges, z.B. bei einem Hochwasser, aus der Strömung herausgehoben werden können. Für diese Hebe- bzw. Absenktätigkeiten steht an der Stauanlage in Normalfall ein eigener Kran zur Verfügung. Solche Staueinheiten können nun als Turbinen-Generatormodul mit mehreren neben- und/oder übereinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten ausgeführt sein, bei denen das Modul gleichzeitig die Staufunktion erfüllt und auch elektrische Energie erzeugt. Um die Funktion der Stauanlage sicherzustellen müssen diese Turbinen-Generatormodule, wie oben beschrieben, ebenso heb- und senkbar sein. Das Heben und Absenken des Turbinen-Generatormoduls kann nun unter Druckausgleich, d.h. der Wasserspiegel des Oberwassers entspricht dem des Unterwassers, oder bei unterschiedlichen Oberwasser- und Unterwasserspiegel erfolgen, was in der Praxis meistens der Fall ist. Im ersten Fall, also bei ruhendem Wasser, muss der Kran im Wesentlichen nur zum Heben bzw. Absenken des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls, sowie unter Umständen des Gewichtes mitgehobener Wasserlasten und Ablagerungen unter Überwindung von Reibkräften, z.B. Gleit- Roll- oder Dichtungsreibung, ausgelegt sein.
Im zweiten Fall entsteht jedoch durch das Unterströmen des Turbinen-Generatormoduls während des Hebens oder Absenkens an dessen Unterseite ein Unterdruck gegenüber dem statischen Wasserdruck, der nach unten gerichtete Kräfte am Turbinen-Generatormodul bewirkt, die zusätzlich vom Kran aufzunehmen sind. Der Kran muss daher aufgrund der höheren Hubkräfte größer dimensioniert werden, was die Kosten einer solchen Stauanlage erhöht.
In beiden Fällen wirken die entstehenden Auftriebskräfte am Turbinen-Generatormodul ent- lastend für den Kran.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt an einer Stauanlage bei Beibehaltung aller erforderlicher Funktionen möglichst kleine und günstige Hebeeinrichtungen zum Heben und Absenken der Turbinen-Generatormodule einzusetzen und so die Kosten für eine solche Stauanlage zu verkleinern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls und/oder der umgebenden Stauanlage die am Turbinen-Generatormodul während des zumindest abschnittsweisen Hebens und/oder Senkens des Turbinen-Generatormoduls wirkende, nach unten gerichtete Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101% bis 500% des Eigengewichtes vorgebbar ist.
Somit kann eine maximale Hubkraft festgelegt werden, auf die die Hebeeinrichtung, ohne wesentliche Vergrößerung der Dimensionen ausgelegt werden kann. Die Stauanlage kann also ohne wesentliche Kostenerhöhung realisiert werden.
Besonders vorteilhaft wird die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich zwischen 105% und 200% vorgegeben, da die Hebeeinrichtung dann nur unwesentlich bzw. überhaupt nicht vergrößert werden muss.
Der Betrieb einer Stauanlage kann wesentlich vereinfacht werden, indem das Turbinen- Generatormodul und/oder die umgebende Stauanlage in der Weise ausgebildet werden, sodass sich zumindest zeitweise während des Hebens und/oder Senkens unterhalb des Turbinen-Generatormoduls eine Strömung des Mediums vom Oberwasser der Stauanlage zum Unterwasser der Stauanlage erzeugbar ist. Damit ist es nicht mehr erforderlich, vor dem Heben bzw. Senken einen Pegelausgleich vor und hinter der Stauanlage vorzunehmen, da das Turbinen-Generatormodul auch unter einer Strömung gehoben bzw. gesenkt werden kann. Um bestimmte Anforderungen der Stauanlage an die maximalen und minimalen Pegelstände erfüllen zu können, ist es vorteilhaft, das Turbinen-Generatormodul und/oder die umgebende Stauanlage in der Weise auszubilden, dass das Turbinen-Generatormodul mit der Hebeeinrichtung für Flüssigkeitspegel bis zu einem vorbestimmten maximalen Flüssigkeitspegel stromauf des Turbinen-Generatormoduls und/oder bis zu einem minimalen vorbestimmten Flüssigkeitspegel stromab des Turbinen-Generatormoduls heb- und/oder senkbar ist, bzw. dass das Turbinen-Generatormodul mit der Hebeeinrichtung für Flüssigkeitspegel bis zu einer vorbestimmten maximalen Differenz zwischen den Flüssigkeitspegeln stromauf und stromab des Turbinen-Generatormoduls heb- und/oder senkbar ist.
Eine ganz besonders einfache Ausführung ergibt sich, wenn die konstruktive Gestalt des Turbinen-Generatormoduls zumindest teilweise durch eine Mehrzahl neben- und/oder übereinander angeordnete Turbinen-Generatoreinheiten des Turbinen-Generatormoduls vorgegeben wird, da dann keine zusätzlichen Konstruktionselemente, wie Rahmen oder Abdeckungen, etc., benötigt werden. Ganz besonders günstig erweist sich dabei eine Konstruktion, bei der das Turbinen- Generatormodul eine Unterseite aufweist, die aus einer Unterseite einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten gebildet wird, wobei in günstiger Weise ein eventuell vorhandenes in Strömungsrichtung des Mediums an der Turbine anschließendes Rohr, vorzugsweise ein Saugrohr, zumindest abschnittsweise einen Teil der Unterseite bildet.
Die entstehenden Sogkräfte können reduziert werden, wenn durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls, und/oder der Stauanlage die beim Heben und/oder Senken entstehende Strömung ohne bzw. ohne wesentlicher gegenseitiger Wechselwirkung am stromabwärts- liegenden Ende der Rohre, vorzugsweise Saugrohre, der Turbinen-Generatoreinheiten vorbeifließt. Fließt die Strömung frei unter dem Modul durch, ohne auf die Saugrohrenden zu treffen, reduziert sich die entstehende Sogwirkung beträchtlich, wodurch die Hebeeinrichtungen natürlich noch kleiner dimensioniert werden können.
Die Unterseite des Turbinen-Generatormoduls hat einen großen Einfluss auf die ent- stehenden Kräfte und wird konstruktiv vorteilhafter Weise hinsichtlich der beim Heben und Senken nach unten gerichteten Kraft optimiert, um die Sogkräfte so gering wie möglich zu halten.
Eine Verringerung der nach unten wirkenden Kräfte kann durch das Vorsehen einer Belüftungseinrichtung erzielt werden, wobei die Belüftungseinrichtung günstiger Weise an zumindest einer Stelle im Bereich der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls angeordnet ist.
Die Belüftung kann sehr günstig und einfach mittels Umgebungsluft unter atmosphärischen Druck durchgeführt werden, wobei eine einfache Verbindungsleitung zur Umgebungsluft ausreicht. Alternativ kann die Belüftung auch mittels einer Druckerzeugungseinrichtung, vorzugsweise ein Kompressor, durchgeführt werden, wobei ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft, unter einem vorgegebenen Druck eingeblasen werden kann.
Durch eine Verschlusseinrichtung, mittels welcher das Turbinen-Generatormodul beim Heben und/oder Senken zumindest teilweise gegen eine Flüssigkeitsströmung durch die Turbinen des Turbinen-Generatormoduls verschließbar ist, kann vermieden werden, dass sich während des Hebens und/oder Senkens des Turbinen-Generatormoduls eine Strömung durch das Modul hindurch ausbilden kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Hebeeinrichtung ergibt sich in Form eines Kranes, welcher zumindest teilweise oberhalb des Turbinen-Generatormoduls angeordnet und an der Stauanlage abgestützt ist.
Die bestehende Hebeeinrichtung und deren Auflager an der Stauanlage sind am Besten zur Aufnahme der nach unten gerichteten Kraft eingerichtet, da dann auf zusätzliche Hebeeinrichtungen verzichtet werden kann.
Durch geeignete bauliche bzw. konstruktive Maßnahmen an der Stauanlage und/oder am Turbinen-Generatormodul kann eine strömungsinduzierte Schwingungsanregung des
Turbinen-Generatormoduls bzw. der Flüssigkeit selbst zumindest verringert, vorzugsweise im Wesentlichen eliminiert, werden. Der Turbinen-Generatormodul kann somit einfacher und leichter aufgebaut werden, da keine wesentlichen zusätzlichen Belastungen durch Schwingungen zu erwarten sind.
Eine hinsichtlich der Hebeeinrichtung ganz besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn sich durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls, die entstehenden unten gerichteten Kräfte und Auftriebskräfte zumindest teilweise, vorzugsweise annähernd, aufheben. Die Auftriebskräfte wirken den entstehenden Sogkräften entgegen und können somit zur Reduzierung der erforderlichen Hubkräfte verwendet werden.
Ein einzelnes Turbinen-Generatormodul für eine solche Stauanlage wird vorteilhafter Weise konstruktiv in der Weise ausgebildet, dass die am Turbinen-Generatormodul durch eine Flüssigkeitsströmung entstehende, auf das Turbinen-Generatormodul wirkende, nach unten gerichtete Kraft bezogen auf das Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101% bis 500% vorgebbar ist.
Das Verfahren zum Betreiben einer Stauanlage mit einem heb- und senkbaren Turbinen- Generatormodul wird vorteilhafter Weise in der Art durchgeführt, dass das Turbinen- Generatormodul mittels einer Hebeeinrichtung von einer Betriebsposition in einer Flüssig- keitsströmung in eine Hebeposition in oder außerhalb der Flüssigkeitsströmung, oder umgekehrt, gehoben bzw. gesenkt wird, wobei die durch die Flüssigkeitsströmung entstehende nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen- Generatormoduls in einem Bereich von 101 % bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen- Generatormoduls vorgegeben wird.
Das Verfahren zum Ermitteln einer nach unten gerichteten Kraft bei einem heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls wird vorteilhafter Weise in der Art durchgeführt, dass der Oberwasser- und Unterwasserpegel bestimmt wird und in Abhängigkeit verschiedener Pegeldifferenzen zwischen Oberwasserpegel und Unterwasserpegel die durch eine beim Heben und Senken des Turbinen-Generatormoduls unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachten nach unten gerichteten Kräfte für verschiedene Hebehöhen des Turbinen-Generatormoduls gemessen und/oder aus einem hydrodynamischen Modell berechnet werden. Dieses Verfahren kann noch in günstiger Weise erweitert werden, indem die gemessenen und/oder berechneten nach unten gerichteten Kräfte für zumindest einige der Pegeldifferenzen in ein Diagramm übertragen werden, wobei auf einer Achse des Diagramms die Pegeldifferenz, oder eine äquivalente Größe, aufgetragen wird und auf der anderen Achse die ermittelte nach unten gerichtete Kraft, oder eine äquivalente Größe, aufgetragen wird und durch ein graphisches oder mathematisches Verfahren eine Einhüllende um die einzelnen entstandenen Kurven ermittelt wird, sodass die Einhüllende im Wesentlichen die maximale zu erwartende nach unten wirkende Kraft für einen Typ eines Turbinen-Generatormoduls für verschiedene Pegeldifferenzen anzeigt. Ein auf solcher Weise entstandenes Diagramm kann zu einem späteren Zeitpunkt einfach verwendet werden, um die zu erwartenden Sog- bzw. Hubkräfte eines bestimmten Turbinen-Generatormodul auf sehr einfache und rasche Art ermitteln zu können, ohne aufwendige Messungen bzw. Berechnungen wiederholen zu müssen.
Die nach unten gerichteten Kräfte werden vorteilhaft anhand eines hydraulischen Modellversuches ermittelt und in an sich bekannter Weise in reale Werte umgerechnet. Ein Modellversuch kann in der Praxis wesentlich günstiger durchgeführt werden, wie aufwendige Messungen an einer realen Anlage und weiters natürlich auch bereits bevor eine reale Anlage existiert. Die gesamte Anlage mit allen notwendigen Einrichtungen, wie z.B. Hebeeinrichtungen, kann somit bereits vorab ausgelegt werden.
Das Verfahren zur Konstruktion eines heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls für eine Stauanlage wird vorteilhafter Weise in der Art durchgeführt, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls, die beim Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls durch die unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachte nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101 % bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls vorgegeben wird.
Das Verfahren zur Konstruktion einer Hebeeinrichtung für ein heb- und senkbares Turbinen- Generatormodul wird vorteilhafter Weise in der Art durchgeführt, dass die durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls, beim Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls durch die unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachte nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101 % bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls vorgegeben und die Hebeeinrichtung zum Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls zur Aufnahme dieser Kraft ausgelegt wird.
Die Erfindung wird anhand der beispielhaften, nicht einschränkenden, spezielle Aus- führungsbeispiele zeigende Figuren 1 bis 4 beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch die Anordnung einer typischen Stauanlage, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Stauanlage,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Stauanlage während eines Hebe- bzw. Absenkvorganges, Fig. 4 eine Seitenansicht einer Stauanlage mit einem Turbinen-Generatormodul mit einer Belüftungseinrichtung und Fig. 5 ein beispielhaft ermitteltes Diagramm für die entstehenden Sogkräfte.
In Fig. 1 ist ein Wasserweg 4 gezeigt in dem quer zur Strömungsrichtung, angedeutet durch einen Pfeil, eine Stauanlage 1 angeordnet ist. Diese Stauanlage 1 besteht im Wesentlichen aus ortfesten Strukturen, hier Pfeiler 3, und zwischen den Pfeilern 3 befindliche Turbinen- Generatormodule 2, die in nicht näher dargestellten Führungseinrichtungen in den Pfeilern 3 geführt werden und zwischen den Pfeilern 3 mittels einer Hebeeinrichtung, hier ein angedeuteter Kran 6, der an der Stauanlage 1 zumindest teilweise abgestützt wird, heb- bzw. senkbar sind. Die Turbinen-Generatormodule 2 befinden sich normalerweise in ihrer vollständig abgesenkten Betriebsposition B (Fig. 2), d.h. sie werden am Grund der Stauanlage 1 von einem Teil der Stauanlage 1 , wie eine Wehrkrone 7, abgestützt. In gewissen Situationen, wie z.B. bei einem Hochwasser oder zu Wartungsarbeiten, müssen diese Turbinen-Generatormodule 2 jedoch aus ihrer Betriebsposition herausgehoben werden, dabei insbesondere auch über den Oberwasserspiegel OW. Die Fig. 2 zeigt nun ein Turbinen-Generatormodul 2 in seiner Betriebsposition B und in einer Hebeposition H. In der Betriebsposition B liegt das Turbinen-Generatormodul 2 im Wesentlich wasserdicht auf der Wehrkrone 7 auf. Der Turbinen-Generatormodul 2 wird verwendet um die Flüssigkeit abzustauen und ein Gefälle zwischen dem Oberwasserspiegel OW stromaufwärts und dem Unterwasserspiegel UW stromabwärts zu erzeugen, dass in Folge mittels der über- und/oder untereinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten des Turbinen-Generatormoduls 2 zur Energieerzeugung genutzt wird. Um den Turbinen-Generatormodul 2 von dieser Betriebsposition B in eine Hebeposition H, vorzugsweise oberhalb des Oberwasserspiegels OW, zu bringen, wird der Turbinen- Generatormodul 2 mit einem Kran 6 verbunden, der den Turbinen-Generatormodul 2 aus dem Wasser heraushebt. Das Absenken eines Turbinen-Generatormoduls 2 von einer Hebeposition H in eine Betriebsposition B läuft natürlich im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ab. Dazu kann ein stromabwärtsliegender Wehrverschluss 5 vorgesehen sein, der vor dem Heben bzw. Senken bei Bedarf ganz oder teilweise geschlossen werden kann und das Turbinen-Generatormodul 2 unter ausgeglichenen Pegelständen gehoben bzw. gesenkt werden kann. Danach kann der Wehrverschluss 5 bei Bedarf geöffnet und der Wasserweg freigegeben werden. Es sind jedoch auch Stauanlagen denkbar, bei denen das Heben bzw. Senken der Turbinen-Generatormodul 2 unter einem bestehenden Gefälle zwischen dem Oberwasserspiegel OW und Unterwasserspiegel UW erfolgt, z.B. wenn kein Wehrverschluss 5 vorhanden ist.
In Fig. 3 ist nun ein Hebevorgang beispielhaft gezeigt, wobei dies für das Absenken natürlich äquivalent gültig ist. Der Turbinen-Generatormodul 2 ist hierbei bereits etwas gehoben, wodurch sich, hervorgerufen durch das Gefälle zwischen Oberwasser OW und Unterwasser UW, unterhalb des Turbinen-Generatormodul 2 zwischen Turbinen-Generatormodul 2 und Wehrkrone 7 stromabwärts eine Strömung S ausbildet. Die Fließgeschwindigkeit der Strömung S ergibt sich dabei im Wesentlichen aus der Spalthöhe und steht mit dem Druck durch die bekannte hydrodynamische Grundgleichung, dass das Produkt aus Druck und Geschwindigkeit konstant ist, in Beziehung. Durch diese Strömung S entsteht gemäß den allgemein bekannten hydrodynamischen Grundgesetzen an der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls 2 gegenüber dem hydrostatischen Druck ein Unterdruck, der am Turbinen- Generatormodul 2 eine nach unten gerichtete Sogkraft Fs erzeugt. Gleichzeitig wirkt dieser Sogkraft Fs auch in hinlänglich bekannter Weise eine gewisse Auftriebskraft FA entgegen. Der Kran 6 muss also nicht nur das Eigengewicht FG heben, sondern eine resultierende Hubkraft FH, die sich folgendermaßen zusammensetzt:
FH = FG + Fs - FA + F, sonst.- sonst berücksichtigt dabei noch sonstige auftretende Kräfte, wie z.B. das Gewicht mitgehobener Wasserlasten und Ablagerungen oder Reibkräfte, z.B. Gleit- Roll- oder Dichtungsreibung. Der Kran 6 ist also größer zu dimensionieren und die Auflager des Kranes an der Stauanlage 1 gleichfalls anzupassen, um diese zusätzlichen Sogkräfte Fs, hervorgerufen durch die oben beschriebene Sogwirkung, aufnehmen zu können. In Fsonst. fließen natürlich auch noch Trägheitskräfte ein, die hauptsächlich von der Hubgeschwindigkeit abhängig sind. Je größer die Hubgeschwindigkeit, umso größer werden natürlich auch die Trägheitskräfte werden und beeinflusst somit die resultierende Hubkraft FH zum Teil erheblich. Die Hubgeschwindigkeit beeinflusst aber, durch diverse hydrodynamische Effekte, natürlich ebenfalls die Sogkraft Fs, sodass die Sogkräfte Fs mit steigender Hubgeschwindigkeit ebenfalls größer werden.
Die entstehende Sogwirkung wird von verschiedenen Faktoren, wie dem Gefälle bzw. der Pegeldifferenz, der Hebegeschwindigkeit oder der konstruktiven Gestaltung des Turbinen- Generatormoduls 2, beeinflusst. Experimente an Modellen einer solchen Stauanlage 1 oder hydrodynamische Berechnungen, z.B. anhand geeigneter hydrodynamischer Modelle, zeigen dabei, dass durch eine geeignete konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls 2, die maximalen Sogkräfte FSmaχ mit 200% des Eigengewichtes FG des Turbinen-Generatormoduls 2 begrenzt werden können. Bei optimaler konstruktiver Gestaltung konnte die Sogkraft Fs sogar unter 100%, oder gar unter 50%, des Eigengewichtes FG des Turbinen-Generatormoduls 2 gebracht werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Sogkräfte Fs am größten werden, wenn die Strömung auf die stromabwärtsliegenden Enden der Saugrohre der Turbinen-Generatoreinheiten auftrifft, da dann als Ergebnis der Strömungsablenkung zusätzlicher negativer Druck und dadurch eine zusätzliche Sogwirkung entsteht. Außerdem kann diese turbulente Strömung um die Saugrohre auch zur Entstehung von Vibrationen in einzelnen Turbinen-Generatoreinheiten oder dem gesamten Turbinen- Generatormodul 2 führen, was vermieden werden sollte, oder eine verstärkte bzw. ange- passte Konstruktion des Turbinen-Generatormoduls 2 vorgesehen werden sollte.
Die entstehenden Sogkräfte Fs können verringert werden, wenn wie in Fig. 4 angedeutet, eine Belüftungseinrichtung 8 am Turbinen-Generatormodul 2 vorgesehen wird. Die
Belüftungseinrichtung 8 besteht hier einfach aus einer beliebig geformten Öffnung, die über eine Leitung 9 mit dem atmosphärischen Umgebungsdruck pA verbunden ist. Durch diese Belüftung wird der Unterdruck lokal verringert, sodass sich die entstehenden Sogkräfte Fs ebenfalls reduzieren. Es können natürlich beliebig viele Belüftungseinrichtung 8 in beliebigen Ausführungen, z.B. unterschiedliche Öffnungsdurchmesser, etc., am Turbinen-Generatormodul 2 vorgesehen werden, vorzugsweise im Bereich der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls 2. Natürlich könnte die Belüftungseinrichtung 8 auch mit einer nicht dargestellten Druckerzeugungseinrichtung verbunden sein, womit die Belüftung mit einem vorgebbaren Druck durchgeführt werden kann. Der Belüftungseffekt kann somit beispielsweise über den Belüftungsdruck einfach gesteuert werden.
Für die Praxis ist es vorteilhaft, die zu erwartenden Sogkräfte Fs vorab für bestimmte Typen von Turbinen-Generatormodulen 2 zu ermitteln. Für eine neue Anlage können dann diese Werte einfach übernommen werden, ohne erneute aufwendige Messungen oder Berechnungen durchführen zu müssen. Dazu werden z.B. in einem hydraulischen Modellversuch, anhand eines Modells einer
Stauanlage 1 und eines Turbinen-Generatormoduls 2 für verschiedene Pegeldifferenzen Δh und Hebepositionen H, bis Hn die Sogkräfte Fs gemessen und in einem Diagramm eingetragen. Ein solches Diagramm ist beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Für die einzelnen ermittelten Kurven kann eine Einhüllende E mit hinlänglich bekannten Methoden graphisch oder mathematisch ermittelt werden, die dann die maximale Sogkraft Fs in Abhängigkeit der Pegeldifferenz Δh angibt.
Die Ergebnisse eines solchen Modellversuches können mit hinlänglich bekannten Methoden auf reale Dimensionen übertragen werden. Insbesondere wäre es auch möglich die Sogkräfte Fs bezogen auf eine Längeneinheit anzugeben. Die entstehenden Sogkräfte Fs könnten natürlich auch aus hydraulischen Modellrechnungen ermittelt werden. Gleichfalls wäre es auch denkbar, im Diagramm beliebige andere gleichwertige Werte, wie z.B. eine Spaltbreite anstelle einer Hebeposition H, den Unterwasserpegel UW anstelle einer Pegeldifferenz Δh, oder die Hubkraft FH anstelle der Sogkraft Fs etc., aufragen. Diese ermittelten maximalen Sogkräfte Fs können dann z.B. zur Auslegung der Hebeeinrichtungen herangezogen werden.
Im Idealfall wird der Turbinen-Generatormodul 2 so ausgelegt, dass sich die entstehenden Sogkräfte Fs und die Auftriebskräfte FA zumindest teilweise aufheben.
Durch die oben beschriebenen hydrodynamischen Effekte kann es eventuell auch zu einer Schwingungsanregung beim Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls 2 kommen. Hier kann es einerseits aufgrund des Gesamtsystems - Wasserkörper + Feder (Seilaufhängung) + Masse (Turbinen-Generatormoduls 2) - zu einer strömungsinduzierten Schwingung in vertikaler Richtung kommen. Andererseits ist aber auch eine strömungs- induzierte Schwingung in horizontaler Richtung während des Hebens bzw. Senkens aufgrund der geringeren horizontalen Modulgesamtsteifigkeit vorstellbar. Eine kritische Situation ergibt sich, wie aus der hinlänglich bekannten Schwingungstheorie bekannt, wenn die Anregung in Nähe der Resonanzfrequenz, bzw. einem Vielfachen davon, erfolgt. Aber auch in allen anderen Fällen ist es erwünscht, die Schwingungen im Turbinen- Generatormodul 2 so gering wie möglich zu halten, um eventuelle Beschädigungen am Turbinen-Generatormoduls 2 oder an der Stauanlage 1 , bzw. Teilen der Stauanlage 1 , zu vermeiden. Der Turbinen-Generatormodul 2 bzw. die Stauanlage 1 sollte daher so ausgelegt werden, z.B. durch entsprechende Versteifungen, günstige Masseverteilung, einbinden von Dämpfungskonstruktionen, etc., dass strömungsinduzierten Schwingung minimiert, wenn möglich im Wesentlichen eliminiert, werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stauanlage für eine Flüssigkeit mit zumindest einem heb- und senkbaren Turbinen- Generatormodul bestehend aus zumindest einer Turbinen-Generatoreinheit, und mit einer Hebeeinrichtung zum Heben und Senken des Turbinen-Generatormoduls, dadurch gekennzeichnet, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls und/oder der umgebenden Stauanlage die am Turbinen-Generatormodul während des zumindest abschnittsweisen Hebens und/oder Senkens des Turbinen-Generatormoduls wirkende, nach unten gerichtete Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen- Generatormoduls in einem Bereich von 101% bis 500% des Eigengewichtes vorgebbar ist.
2. Stauanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich größer als 105%, vorzugsweise größer als 110%, vorgebbar ist.
3. Stauanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich kleiner als 200%, vorzugsweise kleiner als 150% vorgebbar ist.
4. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul und/oder die umgebende Stauanlage in der Weise ausgebildet sind, dass sich zumindest zeitweise während des Hebens und/oder Senkens unterhalb des Turbinen-Generatormoduls eine Strömung des Mediums vom Oberwasser der Stauanlage zum Unterwasser der Stauanlage erzeugbar ist.
5. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul und/oder die umgebende Stauanlage in der Weise ausgebildet sind, dass das Turbinen-Generatormodul mit der Hebeeinrichtung für Flüssigkeitspegel bis zu einem vorbestimmten maximalen Flüssigkeitspegel stromauf des Turbinen-Generatormoduls und/oder bis zu einem minimalen vorbestimmten Flüssigkeitspegel stromab des Turbinen-Generatormoduls heb- und/oder senkbar ist.
6. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul und/oder die umgebende Stauanlage in der Weise ausgebildet sind, dass das Turbinen-Generatormodul mit der Hebeeinrichtung für Flüssigkeitspegel bis zu einer vorbestimmten maximalen Differenz zwischen den Flüssigkeitspegeln stromauf und stromab des Turbinen-Generatormoduls heb- und/oder senkbar ist
7. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul eine Mehrzahl neben- und/oder übereinander angeordnete Turbinen-Generatoreinheiten aufweist, welche zumindest teilweise die konstruktive Gestalt des Turbinen-Generatormoduls bilden.
8. Stauanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen- Generatormodul eine Unterseite aufweist, die aus einer Unterseite einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten gebildet wird.
9. Stauanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Turbinen-Generatoreinheit des Turbinen-Generatormoduls ein, in Strömungsrichtung des Mediums an der Turbine anschließendes Rohr, vorzugsweise ein Saugrohr, aufweist, welches zumindest abschnittsweise einen Teil der Unterseite bildet.
10. Stauanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls, und/oder der Stauanlage die beim Heben und/oder Senken entstehende Strömung ohne bzw. ohne wesentlicher gegenseitiger Wechselwirkung am stromabwärtsliegenden Ende der Rohre, vorzugsweise Saugrohre, der Turbinen-Generatoreinheiten vorbeifließt.
11. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul eine Unterseite aufweist, deren konstruktive Gestalt hinsichtlich der beim Heben und Senken nach unten gerichteten Kraft optimiert ist.
12. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul zur Verringerung der nach untenwirkenden Kräfte mit einer Belüftungseinrichtung ausgestattet ist.
13. Stauanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsein- richtung an zumindest einer Stelle im Bereich der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls angeordnet ist.
14. Stauanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung über eine Leitung mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist.
15. Stauanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- lüftungseinrichtung über eine Leitung mit einer Druckerzeugungseinrichtung, vorzugsweise ein Kompressor, verbunden ist.
16. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlusseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das Turbinen-Generatormodul beim Heben und/oder Senken zumindest teilweise gegen eine Flüssigkeitsströmung durch die Turbinen des Turbinen-Generatormoduls verschließbar ist.
17. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung ein Kran ist, welcher zumindest teilweise oberhalb des Turbinen-Generatormoduls angeordnet und an der Stauanlage abgestützt ist.
18. Stauanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung zur Aufnahme der nach unten gerichteten Kraft eingerichtet ist.
19. Stauanlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflager für die Hebeeinrichtung an der Stauanlage vorgesehen ist, welches zur Aufnahme der nach unten gerichteten Kraft eingerichtet ist.
20. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls, die entstehenden unten gerichteten Kräfte und Auftriebskräfte zumindest teilweise, vorzugsweise annähernd, aufheben.
21. Stauanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass durch bauliche bzw. konstruktive Maßnahmen an der Stauanlage und/oder am Turbinen- Generatormodul die strömungsinduzierte Schwingungsanregung des Turbinen-Generator- moduls bzw. der Flüssigkeit selbst zumindest verringerbar, vorzugsweise im Wesentlichen eliminierbar, ist.
22. Turbinen-Generatormodul für eine Stauanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul konstruktiv in der Weise ausgebildet ist, dass die am Turbinen- Generatormodul in einer von der Betriebsposition angehobenen Position durch eine Flüssig- keitsströmung entstehende, auf das Turbinen-Generatormodul wirkende, nach unten gerichtete Kraft bezogen auf das Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101% bis 500% vorgebbar ist.
23. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich größer als 105%, vorzugsweise größer als 110%, vorgebbar ist.
24. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich kleiner als 200%, vorzugsweise kleiner als 150% vorgebbar ist.
25. Turbinen-Generatormodul nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul eine Mehrzahl neben- und/oder übereinander angeordnete Turbinen-Generatoreinheiten aufweist, welche zumindest teilweise die konstruktive Gestalt des Turbinen-Generatormoduls bilden.
26. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul eine Unterseite aufweist, die aus einer Unterseite einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Turbinen-Generatoreinheiten gebildet wird.
27. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Turbinen-Generatoreinheit des Turbinen-Generatormoduls ein, in Strömungsrichtung des Mediums an der Turbine anschließendes Rohr, vorzugsweise ein Saugrohr, aufweist, welches zumindest abschnittsweise einen Teil der Unterseite bildet.
28. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls, die Flüssigkeitsströmung ohne bzw. ohne wesentlicher gegenseitiger Wechselwirkung am stromabwärtsliegenden Ende der Rohre der Turbinen- Generatoreinheiten vorbeifließt.
29. Turbinen-Generatormodul nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul eine Unterseite aufweist, deren konstruktive Gestalt hinsichtlich der Größe der nach unten gerichteten Kraft optimiert, vorzugsweise minimiert, ist.
30. Turbinen-Generatormodul nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul zur Verringerung der nach untenwirkenden
Kräfte mit einer Belüftungseinrichtung ausgestattet ist.
31. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die
Belüftungseinrichtung an zumindest einer Stelle im Bereich der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls angeordnet ist.
32. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung über eine Leitung mit dem atmosphärischen Druck verbunden ist.
33. Turbinen-Generatormodul nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung über eine Leitung mit einer Druckerzeugungseinrichtung, vorzugsweise ein Kompressor, verbunden ist.
34. Turbinen-Generatormodul nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Verschlusseinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das Turbinen- Generatormodul zumindest teilweise gegen eine Flüssigkeitsströmung durch die Turbinen des Turbinen-Generatormoduls verschließbar ist.
35. Turbinen-Generatormodul nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass durch bauliche bzw. konstruktive Maßnahmen am Turbinen-Generatormodul die strömungsinduzierte Schwingungsanregung des Turbinen-Generatormoduls verringerbar, vorzugsweise im Wesentlichen eliminierbar, ist.
36. Verfahren zum Betreiben einer Stauanlage mit einem heb- und senkbaren Turbinen- Generatormodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinen-Generatormodul mittels einer Hebeeinrichtung von einer Betriebsposition in einer Flüssigkeitsströmung in eine Hebeposition in oder außerhalb der Flüssigkeitsströmung, oder umgekehrt, gehoben bzw. gesenkt wird, wobei die durch die Flüssigkeitsströmung entstehende nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101% bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls vorgegeben wird.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich größer als 105%, vorzugsweise größer als 110%, vorgegeben wird.
38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich kleiner als 200%, vorzugsweise kleiner als 150% vorgegeben wird.
39. Verfahren zum Ermitteln einer nach unten gerichteten Kraft bei einem heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Oberwasser- und Unterwasserpegel bestimmt werden, b) in Abhängigkeit verschiedener Pegeldifferenzen zwischen Oberwasserpegel und Unterwasserpegel die durch eine beim Heben und Senken des Turbinen-Generatormoduls unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachten nach unten gerichteten Kräfte für verschiedene Positionen des Turbinen-Generatormoduls gemessen und/oder aus einem hydrodynamischen Modell berechnet werden
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass a) die gemessenen und/oder berechneten nach unten gerichteten Kräfte für zumindest einige der Höhendifferenzen in ein Diagramm übertragen werden, wobei auf einer Achse des Diagramms die Pegeldifferenz, oder eine äquivalente Größe, aufgetragen wird und auf der anderen Achse die ermittelte nach unten gerichtete Kraft, oder eine äquivalente Größe, aufgetragen wird und b) durch ein graphisches oder mathematisches Verfahren eine Einhüllende um die einzelnen entstandenen Kurven ermittelt wird, wobei die Einhüllende im Wesentlichen die maximale zu erwartende nach unten wirkende Kraft für einen Typ eines Turbinen- Generatormoduls für verschiedene Pegeldifferenzen angibt.
41. Verfahren nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichteten Kräfte anhand eines hydraulischen Modellversuches ermittelt und in an sich bekannter Weise in reale Werte umgerechnet werden.
42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41 , dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft für einen bestimmten Typ eines Turbinen-Generatormoduls anhand eines bereits erstellten Diagramms der zu erwartenden nach unten wirkenden Kraft ermittelt wird.
43. Verfahren zur Konstruktion eines heb- und senkbaren Turbinen-Generatormoduls für eine Stauanlage in Abhängigkeit von einem Oberwasser- und Unterwasserpegel bzw. einer Pegeldifferenz, dadurch gekennzeichnet, dass durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen-Generatormoduls, die beim Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls durch die unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachte nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101 % bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls vorge- geben wird.
44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich größer als 105%, vorzugsweise größer als 110%, vorgegeben wird.
45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich kleiner als 200%, vorzugsweise kleiner als 150% vorgegeben wird.
46. Verfahren zur Konstruktion einer Hebeeinrichtung für ein heb- und senkbares Turbinen-Generatormodul, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die konstruktive Gestaltung des Turbinen-Generatormoduls, vorzugsweise der Unterseite des Turbinen- Generatormoduls, beim Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls durch die unterhalb des Turbinen-Generatormoduls entstehende Flüssigkeitsströmung verursachte nach unten wirkende Kraft bezogen auf das Eigengewicht des Turbinen-Generatormoduls in einem Bereich von 101 % bis 500% des Eigengewichtes des Turbinen-Generatormoduls vorgegeben und die Hebeeinrichtung zum Heben bzw. Senken des Turbinen-Generatormoduls zur Aufnahme dieser Kraft ausgelegt wird.
47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich größer als 105%, vorzugsweise größer als 1 10%, vorgegeben und von der Hebeeinrichtung aufgenommen wird.
48. Verfahren nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass die nach unten gerichtete Kraft in einem Bereich kleiner als 200%, vorzugsweise kleiner als 150% vorgegeben und von der Hebeeinrichtung aufgenommen wird.
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