WO2022018046A1 - Hydraulic power plant - Google Patents

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WO2022018046A1
WO2022018046A1 PCT/EP2021/070187 EP2021070187W WO2022018046A1 WO 2022018046 A1 WO2022018046 A1 WO 2022018046A1 EP 2021070187 W EP2021070187 W EP 2021070187W WO 2022018046 A1 WO2022018046 A1 WO 2022018046A1
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power plant
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unit according
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PCT/EP2021/070187
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Mikael Rüdlinger
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/08Tide or wave power plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/141Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy with a static energy collector
    • F03B13/144Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy with a static energy collector which lifts water above sea level
    • F03B13/145Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy with a static energy collector which lifts water above sea level for immediate use in an energy converter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to buoyant power plant units for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water, and corresponding methods.
  • renewable energy there are a number of different options for generating renewable energies, which can be relevant in different ways depending on local conditions.
  • One such source of renewable energy is hydroelectric power.
  • hydroelectric power plants are used, in which water is dammed with dams.
  • dams are used, in which water is dammed with dams.
  • different types of water turbines are used to convert the potential energy and/or kinetic energy of the dammed water as efficiently and effectively as possible into kinetic energy of the rotating turbine, which in turn generates electrical energy using electricity generators.
  • tidal power plants in which bays with a high Ti denhub are completed by barrages in order to use the tidal currents in both directions to generate energy using water turbines.
  • bays with a high Ti denhub are completed by barrages in order to use the tidal currents in both directions to generate energy using water turbines.
  • Larger hydroelectric power plants require complex fixed infrastructure with correspondingly high investment costs. This makes a correspondingly long planning horizon necessary.
  • the impact on the environment is usually significant, which can cause corresponding political resistance.
  • maintenance and logistics are often very complex.
  • Hydroelectric power plants have also been developed to utilize existing directional tidal currents in marine waters for energy without the need for construction of complex barriers.
  • Such power plant units which are small in comparison to the aforementioned tidal range power plants, use turbines or rotors arranged directly in a water flow to drive the power generators. In some cases, they can also be used to utilize the flow in rivers. They can be divided into different types based on their arrangement or attachment in the body of water.
  • the relevant devices are mounted on a support structure arranged on the ground.
  • US Pat. No. 5,440,176 shows a system with a plurality of Kaplan-like turbines arranged in the water flow on a supporting structure.
  • WO 2014/130840 A1 discloses a rotor arranged in the flow, which is fixed on a mast anchored on the ground.
  • turbine nacelles or rotor nacelles are arranged floating or hanging in the open water, as disclosed in US 2007/096472 A1 and GB 2256011 A, for example.
  • One object of the invention is to provide a buoyant power plant unit of the type mentioned at the outset which does not have the above-mentioned and other disadvantages.
  • a power plant unit according to the invention should be able to be produced more quickly and cost-effectively and be easier to transport and maintain. Furthermore, such a power plant unit should be easily adaptable to changing conditions.
  • a power plant unit according to the invention should be suitable for using surface currents in bodies of water, for example tidal currents, but also flow currents in rivers, for the generation of electrical energy.
  • a power plant unit according to the invention should be as maintenance-friendly and low-maintenance as possible.
  • a first aspect of the invention relates to a buoyant power plant unit for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water.
  • the buoyant power plant unit comprises at least one float; at least one hydroelectric power machine for driving a power generator; a damming device carried by the at least one floating body, with which, in the case of the power plant unit that is locally fixed in relation to a surface current of a body of water, inflowing water can be guided upwards in relation to a local water level of the body of water and to a first standing water wave on a first side a reference plane perpendicular to the direction of flow can be stacked; and a first delivery device for discharging water from the first standing wave into the at least one hydroelectric power machine.
  • Such a buoyant power plant unit according to the invention is intended to be fixed in place floating on a body of water, for example by suitable anchorages on the bottom or on the bank of the water body.
  • the Kraftwer unit is aligned for the inventive operation in relation to the direction of flow on the surface of the body of water such that the impounding device dams the inflowing water on the surface to a standing wave whose crest level is above the local water level.
  • the damming device thus converts the kinetic energy of the water flow into potential energy in the form of a pressure drop between the wave crest and the local water level.
  • the standing wave represents a dynamic equilibrium as a result of the relative movement between the body of water and an obstacle in the form of the power plant. However, a continuous barrage is not necessary.
  • the potential energy of the water can in turn be converted into electrical energy by diverting water from the standing wave into a hydroelectric power machine.
  • the electrical current generated by a power plant unit according to the invention is fed into the grid via suitable lines and in a suitable form.
  • Corresponding techno logies are known, for example, from the application for offshore wind power plants.
  • a power plant unit according to the invention can be used at different flow speeds, for example from 0.5 m/s to 5 m/s.
  • the formation of the standing wave can also be influenced by the angle of attack of the entire storage device, which can be achieved, for example, by changing the water position of the power plant unit with adjustable floats. These will be discussed further.
  • part of the volume flow can also flow around the obstacle that the power plant unit represents, in particular over the impoundment device, in the sense of an overflow, or past the side or under the power plant unit.
  • the damming device can be arranged parallel to the reference plane. However, it can also be concave or convex in relation to the flow direction, with the specific design being advantageously optimized with a view to the greatest possible fall height.
  • the fish-friendliness of a power plant unit according to the invention can be guaranteed by a suitable choice of the water power machine, for example by large, slowly rotating rotor blades.
  • the passage of larger animals, but also flotsam, wood or nets can be reduced by raking.
  • Floating power plant units according to the invention are mobile, since no fixed installations are necessary, apart from anchoring points, if necessary, and can be towed to other locations if necessary. For more complex maintenance work, power plant units according to the invention can be towed into a port or a dock.
  • the dimensioning of a power plant unit according to the invention can be selected depending on the area of use. For larger bodies of water, such as larger rivers or locations at sea with strong tidal currents, systems with larger dimensions can be used.
  • the size of a power plant unit according to the invention is advantageously selected such that it can be set up and maintained in a conventional dock.
  • the front side facing the oncoming water is advantageously designed to be as wide as possible.
  • a power plant unit according to the invention can be created by reversible or irreversible coupling of individual buoyant modules.
  • modules can be moored together in the longitudinal direction (parallel to the direction of flow), but mechanical ones are also possible Couplings for the positive and/or non-positive connection of modules to form a power plant unit can be provided.
  • a power plant unit according to the invention can be constructed, for example, from three individual power plant units each having a width of 12-14 m, a height of 4-6 m and a length of 40-60 m.
  • the overall width of the front of the entire power plant unit is advantageously five to six times the height of the power plant unit.
  • the width of a power plant unit according to the invention is 30 m, the length is 40 m and the draft is 12-15 m.
  • the individual modules can be designed as independent power plant units according to the invention. By coupling several individual power plant units, the size of an entire power plant unit can be scaled.
  • the impoundment device is constructed essentially mirror-symmetrically, so that when the direction of flow of the surface current of the body of water is reversed, water flowing from an opposite direction of flow can be guided upwards with the impoundment device in relation to the local water level of the body of water and to a second stand the water wave is alsstaubar on a second side of the reference plane.
  • a second supply device is provided for diverting water from the second standing wave into the at least one hydroelectric power machine.
  • Such an advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention has the advantage that when the flow direction is reversed by 180°, the power plant unit remains operational without the orientation of the power plant unit having to be changed in relation to the flow direction.
  • a reversal of flow direction occurs in tidal currents, four times in about 25 hours. Tidal currents can also occur in rivers near the sea, where they can interfere with and temporarily reverse the direction of river flow.
  • the power unit according to the invention can be switched between two corresponding operating modes. This is further discussed below.
  • a power plant unit according to the invention can also be fixed in the body of water in such a way that it automatically aligns itself in the direction of flow. In such a In this case, however, it must be able to rotate around a single fixation point, which is possible, for example, with a single anchorage on the bottom of the water.
  • a single fixation point which is possible, for example, with a single anchorage on the bottom of the water.
  • the damming device of a power plant unit according to the invention has a barrier arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water, for damming up the inflowing water.
  • Such a barrier in the simplest case a wall parallel to the reference plane perpendicular to the direction of flow, which is arranged on the upper side of the power plant unit, forms an obstacle for surface water flowing against it, which leads to a standing wave.
  • the damming device of a power plant unit according to the invention has at least one guide element arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water, with which inflowing water can be guided to the barrier.
  • Such a guide element can be designed, for example, as a vertical wall parallel to the direction of flow, which prevents or reduces the inflowing water from escaping transversely to the direction of flow.
  • two guide walls can be arranged upstream of a barrier of an impounding device on both sides of the barrier, which prevent flow around the barrier.
  • the damming device has a ramp arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water.
  • a ramp which rises in the direction of flow, can direct the inflowing water upwards against gravity and thus convert its kinetic energy into potential energy.
  • a ramp can be considered both as part of a barrier of the damming device and as a guiding element.
  • the damming device has a damming device located opposite the body of water Top of the power plant unit arranged ramp, which is laterally limited by a vertical right baffle.
  • the angle of inclination of the ramp in relation to the horizontal is advantageously 0° at the beginning of the ramp, on the front side of the power plant unit, and is below the water line during operation.
  • the slope of the ramp then steadily increases to 45°, exceeding the waterline, eventually turning the ramp into a barrier.
  • the ramp and the lateral guide walls thus form a channel in the direction of flow, into which the inflowing water enters.
  • the thickness of the turbulent flow in the water flow on the surfaces of the channel increases with increasing ramp in the channel, which additionally reduces the channel volume for inflowing water and the water rises upwards dodge.
  • the oncoming wave comes to a standstill in the stationary wave, which can also cause surf effects.
  • a rake can be arranged on the front surface of the channel in order to prevent larger objects from getting into the channel in the first place.
  • the crest of the standing wave is above the crest of the barrier, some of the water in the standing wave drains over the barrier. On the one hand, this limits the height of the standing wave to a maximum operating value and, on the other hand, has the advantage that floating foreign bodies can, in the best case, be washed over the barrier.
  • the feed device advantageously has a feed pipe which runs from an opening in the damming device to the at least one water power machine.
  • Water accumulated in the standing wave can thus be removed from the standing wave and routed to the hydroelectric power machine, where the potential energy of the water resulting from the drop height between the crest level of the standing wave and the hydroelectric power machine is converted into kinetic energy.
  • the opening through which the water flows out of the standing wave into the supply pipe is preferably provided with a rake in order to prevent foreign bodies from entering the hydroelectric power machine.
  • the at least one hydroelectric power machine of a power plant unit is advantageously a Kaplan turbine or a Kaplan-like turbine.
  • Kaplan turbines and Kaplan-like turbines offer the advantage that they can work efficiently even at comparatively low heads, such as those that occur in run-of-river power plants, and can be adapted to fluctuating operating parameters such as head or flow rate. This is advantageous in a power plant unit according to the invention, since strong fluctuations occur over the course of the day, particularly in the case of tidal currents.
  • Kaplan turbines convert potential energy in the form of water pressure into kinetic energy of the rotor.
  • Kaplan turbines have adjustable (rotatable) rotor blades so that the turbine can operate at optimum efficiency with fluctuating flow rates and/or run at a constant speed, which in particular enables direct injection into the power grid.
  • Kaplan turbines in which the rotor blades cannot be adjusted, whereby an adjustment to the flow rate can be achieved in this case by changing the speed, but an AC converter is required to feed the generated electrical energy into the grid power.
  • the additional control of the non-rotating guide vanes in order to adapt the turbine to fluctuating operating parameters.
  • the VLH (Very Low Head) turbine is a Kaplan-like turbine which is particularly suitable for low heads and has a low rotational frequency, which makes it easier for fish to pass through the turbine.
  • the flow rate is regulated and the efficiency is optimized by adjusting the rotor blades and regulating the rotational frequency.
  • the generator is arranged inside the impeller to save space.
  • a pipe is arranged downstream of the turbine, with which the water can be carried away after it has passed the turbine.
  • the water emerging from the water power machine can be fed back into the body of water below the water line via the pipe mentioned, which minimizes the noise development.
  • a suction pipe is arranged downstream of the water power machine, which opens below the water level towards the body of water.
  • intake pipes serve as a diffuser to dissipate residual energy in the water in order to prevent damage to the system, for example due to cavitation. Furthermore, a backflow of water should also be prevented.
  • a power plant unit according to the invention can comprise one or more floating bodies, with a floating body being understood in the context of this description as any element generating static buoyancy, in particular both non-closed hulls and pressure-tight closed hollow bodies.
  • a device is provided with which a floating body can be moved in relation to the damming device.
  • Such an embodiment of a power plant unit allows to change the location of the damming device in relation to the waterline.
  • Floating bodies can be provided, for example, which are moved or rotated with a suitable drive relative to a main structure of the power plant unit, which also includes the impounding device, in order to increase or decrease the buoyancy of the power plant unit.
  • ballast tanks can also be provided, which enable the buoyancy of the power plant unit to be controlled by targeted flooding and emptying. Since the actuation of such ballast tanks is more complex and slower, they are particularly suitable for long-term position optimization.
  • Adaptive water level adjustment can be used to compensate for the changing weight of the standing wave on top of the power plant unit, as well as a shifting center of mass.
  • Adaptive adjustment of the water level can also be used to bring a power plant unit into a secure state in unfavorable weather conditions such as a storm, for example by temporarily maximizing the buoyancy.
  • Dynamic drive elements can also be provided in order to set and control the water position of a power plant unit according to the invention, in particular horizontal lift or downforce wings, advantageously with an adjustable angle of attack or other operating parameters.
  • Rudders as passive controls but also active controls such as screw drives or propulsion nozzles can be provided in order to adjust and control the alignment of a buoyant power plant unit with respect to the direction of flow.
  • a first device is provided in a power plant unit according to the invention, with which the water power machine can be fluidically connected alternately to a first feed pipe and a second feed pipe.
  • Such an embodiment makes it possible to provide two different operating modes for a power plant unit according to the invention, in which the water power machine obtains the pressurized water required for its drive either from two different sources.
  • a power plant unit according to the invention which has a symmetrical impoundment device
  • the supply for the water power machine can be switched so that water instead of from the no longer existing first standing wave can be derived from the second standing wave in the hydroelectric power machine.
  • a second device is also advantageously provided in a power plant unit according to the invention, with which the water power machine can be fluidically connected alternately to a first pipe arranged downstream of the turbine and a second pipe arranged downstream of the turbine.
  • Such an embodiment of a power plant unit according to the invention is particularly advantageous when the power plant unit has to be switched from an operating mode with a first standing wave to an operating mode with a second standing wave.
  • the drainage direction of the water is advantageously changed by 180°. This can be achieved with a switchable outgoing pipe.
  • a second aspect of the invention relates to a method for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water.
  • Such a method comprises the provision of an impounding device carried by at least one floating body, which is fixed in place with respect to a surface current of a body of water.
  • Incoming water is directed upwards by the damming device with respect to a local water level of the body of water and is dammed to form a standing water wave. Water from the standing water wave is diverted into a hydroelectric power machine. Electrical energy is generated with a power generator driven by the hydroelectric power machine.
  • the method according to the invention is advantageously carried out with a power plant unit according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention in a longitudinal section.
  • FIG. 2 schematically shows a front view of the power plant unit according to the invention from FIG. 1, viewed from the direction of the inflowing water.
  • FIG. 3 schematically shows, in a longitudinal section, another advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, with an essentially symmetrical structure of the damming device.
  • FIG. 4 schematically shows, in a longitudinal section, a further advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, with an essentially symmetrical structure of the damming device.
  • FIG. 5 schematically shows an advantageous switchable water supply device for a vertical Kaplan turbine, (a) in a cross section, and (b) in a section through the horizontal section plane A-A.
  • FIG. 6 schematically shows an advantageous switchable water discharge device for a water power machine, (a) in a cross section and (b) in a plan view. implementation of the invention
  • the power plant unit 10 is floating in a Ge water 90 fixed in place.
  • the corresponding fixing means are not shown, but the known means for anchoring floating bodies can be used. It is possible, for example, to fix it at four points on the power plant unit, which are connected to anchoring elements on the bottom of the water body via anchor chains.
  • the power plant unit 10 is arranged with its longitudinal axis parallel to the flow direction 92a of the surface water flow 91 of the body of water.
  • a damming device 70 is constructed on a first box-shaped floating body 20 on the bottom 13 of the power plant unit 10 facing the body of water 90.
  • the floating body shown purely schematically in the figures must be dimensioned in such a way that the position of the water in the power plant unit is correct, possibly in conjunction with other floating bodies 20', 20''.
  • Two additional floating bodies 20', 20" are arranged laterally along the longitudinal axis of the power plant unit.
  • the floating bodies 20', 20" can be lowered or raised in relation to the rest of the power plant unit by means of devices not shown, which changes the overall buoyancy of the power plant unit accordingly. For example, actuation by means of hydraulic actuators or chain drives is possible.
  • the impounding device 70 comprises a ramp 73a, which begins at the bow side 13a with a gradient of 0° and becomes steeper downstream until it merges into a barrier 71.
  • Four vertical guide walls 72a together with the ramp 73a form three channels through which the water 98 flowing in from the bow side 13a is directed downstream.
  • the baffles 72a prevent the water from flowing off to the side, so that the achievable backwater height is greater.
  • the barrier 71 runs parallel to a virtual reference plane 14 perpendicular to the longitudinal axis of the power plant unit or the flow direction 92a of the surface water flow 91. Initially, the channels of the dam are below the waterline 96, but then rise steadily downstream so that the water flow 98 is directed against gravity upwards over the waterline 96 due to its kinetic energy. The speed of the water flow 98 steadily decreases until finally the water comes to a standstill in the standing wave 94a. When the crest height 95a of the standing wave 94a reaches the height of the barrier 71, some of the water continues to drain over the barrier.
  • the set in rotation rotor of the turbine in turn drives a generator 41, which generates electrical energy.
  • a suction pipe 44a is arranged downstream of the turbine 40, which reduces the residual energy of the water and opens 55a on the stern side 13b to the body of water.
  • the power plant unit is constructed in one piece.
  • the shape of the power plant unit is advantageously chosen so that the flow resistance and the formation of turbulence is as low as possible, so that the fixing means with which the power plant unit is fixed in the water flow can be dimensioned to a minimum.
  • the power plant unit discussed above is particularly suitable for generating energy in rivers where there are no tides, i.e. the direction of flow remains the same over the long term.
  • a symmetrical structure of the impounding device is advantageous for areas of application in which the direction of flow changes regularly, i.e. for the use of tidal currents, but also in rivers influenced by tides.
  • Such an embodiment of a power plant unit according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the damming device 70 with ramp, guide walls and barrier is realized in a manner similar to that shown in FIGS.
  • the power plant unit is in a first operating mode, in which the direction of flow 92a runs from left to right.
  • a first standing wave 94a forms on a first side 15a of the damming device 70 .
  • Water 98 flows from the first standing wave 94a through a first opening 74a in the barrier into a first feed tube 43a of a feeder which feeds the water into a hydroelectric power machine in the form of a Kaplan turbine 40 disposed vertically.
  • the water exiting the turbine flows off via a first suction pipe 44a, which empties itself through an opening in the barrier downstream to the rear side 13b.
  • an opening 74b is also arranged on the barrier downstream. From this second opening 74b, a second feed pipe 43b leads to the turbine 40. Downstream of the turbine, in turn, a second suction pipe 44b leads to an opening in the upstream barrier. Since the second feed pipe 43a and the second suction pipe 44a have no function in the first operating mode, switching devices 45, 46 are provided which deactivate the second feed pipe 43b and the second suction pipe 44b in the first operating mode shown, or the first feed pipe 43a in the second operating mode and deactivate the first intake manifold 44a. In the example shown, these switching devices are implemented by suitably placed plate-shaped slides 48, 49, which can be closed to deactivate the supply pipe or suction pipe.
  • FIG. 4 shows a further power plant unit according to the invention with a substantially symmetrical design of the impounding device.
  • the power plant unit is in a first operating mode, in which the flow direction 92a runs from left to right.
  • a first standing wave 94a forms, from which water 98 flows through a first opening 74a in the barrier into a first feed pipe 43a of a feed device.
  • the hydroelectric power machine 40 is again a vertically arranged Kaplan turbine.
  • the formation of the standing wave 94a is controlled by a pivotable first gate 75a.
  • a second pivotable storage flap 75b is in the rest position.
  • the first pivoting flap 75a is advantageously pivoted upwards from the horizontal rest position by an actuator device such that the height of the standing wave is as high as possible for a given amount of discharge into the feed device 43a without the standing wave breaking.
  • the static water pressure at the entrance to the hydroelectric power machine 40 becomes maximum. Avoiding the breaking of the standing wave, in turn, avoids wasting energy by converting potential energy into unusable thermal energy.
  • a small portion of the water from the standing wave flows over the barrage and onto the opposite side of the damming device 70 down the ramp 73b, where the corresponding flow of water flows into the stern water 97.
  • the storage flaps 75a, 75b can be implemented as plates, or alternatively in the form of a lattice structure or a plate with through-openings or slots, for example horizontal or vertical slots.
  • a plurality of rods arranged at a small distance from one another can also be used as a storage flap.
  • the use of such grid-like dam flaps has the advantage that the dam flap does not completely slow down the water flowing forward in the direction of flow, but instead increases the flow resistance. This also leads to a damming effect, with the amount of water flowing over the damming device and/or its speed being greater at the same time. This can be beneficial in terms of preventing the standing wave from breaking. The remaining flow velocity in the standing wave and the resulting dynamic pressure can also further increase the energy efficiency of the system.
  • a second switching device 46 in the form of a vertically rotatable valve body 53 is arranged below the turbine.
  • the functional principle of this two-way valve is analogous to the switching device as described in detail in FIG.
  • the water exiting the turbine flows off via a first suction pipe 44a, which empties into the stern water on the stern side 13b.
  • the suction pipe 44a of the power plant unit 10 according to the invention runs within the lower floating body 20.
  • the result is a lower-lying outlet opening 55a of the suction pipe, which is located at the very end of the floating body just below the level 97 of the stern water.
  • the water emerging from the first suction pipe 44a is sucked in due to the negative dynamic pressure in the stern water, which further increases the energy efficiency.
  • the second suction pipe 44b is arranged symmetrically and opens towards the bow side 13a.
  • the opening 55b of the second suction pipe 44b is open to the flow 92a. This in itself has no effect on the operation of the water power machine 40, since the suction pipe 44b is closed by the switching device 46. However, in order to optimize the flow resistance of the entire power plant unit, the opening can be covered by a suitable closure device.
  • the intrusion of Foreign bodies in the second intake manifold are not a problem, since such foreign bodies are simply flushed out of the intake manifold when the operating mode is switched.
  • the length of the stern water 97 i.e. the zone of the lower local water level downstream due to the water displacement of the power plant unit fixed in the flow, is longer than in the aforementioned examples and is, for example, 1/3 the length of the power plant unit.
  • a local water level in the stern water that is as low as possible allows the negative pressure difference between the output of the turbine 40 and the opening 55a of the suction pipe 44b to be maximized in the stern water, which increases the efficiency of the water power machine.
  • the position of the turbine 40 in relation to the height of the inlet opening 74a, 74b and the height of the outlet 55a, 55b of the suction pipe 44a, 44b is chosen so that the head of the inflowing water is sufficient for the operation of the turbine, and at the same time the head between the turbine outlet and the suction pipe outlet 55a, 55b maximum.
  • FIG. 5 An advantageous switching device 45 for the water supply of a vertically arranged Kaplan turbine 70 in a power plant unit according to the invention is shown in FIG.
  • An annular chamber 52 serves to impart a suitable swirl to the inflowing water before it passes through the guide vanes 51 .
  • the first feed tube 43a and the second feed tube 43b are aligned so that the water entering the chamber 52 flows around in the correct direction.
  • a semi-circular gate valve 48 closes the first feed pipe 43a while water is allowed to flow into the chamber from the second feed pipe 43b. In FIG. 5, the system is therefore in the second operating mode.
  • the slider forms a flush outer wall without any protruding structures with the wall section of the ring-shaped chamber 52 lying at the bottom in FIG. 5(b).
  • the arcuate slide 48 is rotated about the axis of rotational symmetry of the annular chamber 52, which here coincides with the longitudinal axis of the turbine.
  • the second Feed pipe 43b closed while the water can flow from the first feed pipe 43a into the chamber 52.
  • FIG. 1 An advantageous switching device 46 for selectively diverting the water flow emerging from a hydroelectric power machine of a power plant unit according to the invention, for example a vertically arranged Kaplan turbine, is shown in FIG.
  • the switching device 46 works according to the principle of the two-way valve.
  • a suction pipe 44 guides the water flowing out from the upstream hydraulic power machine to the switching device 46, which can fluidly connect the suction pipe 44 by turning a cylindrical valve body 53 by 180° with a first downstream suction pipe 44a and a second downstream suction pipe 44b.
  • the valve body 53 is realized in the example shown as a curved bore in a solid cylindri's block. In a less expensive embodiment, a suitably shaped curved pipe section is mounted in a pivoted support structure.
  • a sealing of the connections between the suction pipes 44, 44a, 44b and the valve body 53 can be achieved, for example, by labyrinth seals.
  • the exemplary embodiment shown can also be brought into a closed configuration by rotating the valve body by only 90°, in which the three intake pipes 44, 44a, 44b are fluidically separated.
  • the switching device 46 from FIG. 6 can also be used to switch between two feed pipes 43a, 43b.
  • the present invention is not limited in scope to the specific embodiments described herein. Rather, for the person skilled in the art, from the description and the associated figures, in addition to the examples disclosed here, there are various further modifications of the present invention that also fall within the scope of protection of the claims. In addition, various references are cited in the description, the disclosure content of which is hereby incorporated in its entirety by reference into the description.

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Abstract

A buoyant power plant unit (1) for generating electrical energy from a directional water flow (91) at the surface of a body of water (90) comprises at least one float element (20); at least one water prime mover (40) for driving an electricity generator (41); a build-up device (70) which is supported by the at least one float element and by means of which, in the case of the power plant unit spatially fixed in relation to a surface flow (91) of a body of water (90), inflowing (98) water can be conducted upward in relation to a local water level (96) of the body of water and can be built up perpendicularly with respect to the flow direction (92a, 92b) to form a first standing water wave (94a) on a first side of a reference plane (14); and a first supply device (42a) for diverting water from the first standing wave into the at least one water prime mover.

Description

STROM UNGSKRAFTWERK POWER PLANT
Gebiet der Technik field of technology
Die vorliegende Erfindung betrifft schwimmfähige Kraftwerkeinheiten zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einer gerichteten Wasserströmung an der Oberfläche eines Ge- wässers, und entsprechende Verfahren. The present invention relates to buoyant power plant units for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water, and corresponding methods.
Technologischer Hintergrund Technological background
Für die Erzeugung erneuerbarer Energien gibt es eine Vielzahl verschiedener Möglich keiten, die je nach lokalen Gegebenheiten unterschiedlich relevant sein können. Eine solche Quelle erneuerbarer Energie ist Wasserkraft. Zum einem grossen Teil werden dabei Wasserkraftwerke eingesetzt, bei welchen mit Stauwerken Wasser gestaut wird. Je nach zu Verfügung stehender Durchflussmenge und Fallhöhe kommen verschiedene dabei Typen von Wasserturbinen zum Einsatz, um die potentielle Energie und/oder ki netische Energie des gestauten Wassers möglichst effizient und effektiv in kinetische Energie der drehenden Turbine umzusetzen, die wiederum mittels Stromgeneratoren elektrische Energie erzeugen. There are a number of different options for generating renewable energies, which can be relevant in different ways depending on local conditions. One such source of renewable energy is hydroelectric power. For the most part, hydroelectric power plants are used, in which water is dammed with dams. Depending on the available flow rate and head, different types of water turbines are used to convert the potential energy and/or kinetic energy of the dammed water as efficiently and effectively as possible into kinetic energy of the rotating turbine, which in turn generates electrical energy using electricity generators.
Ebenfalls bekannt sind Gezeitenkraftwerke, bei welchen Meeresbuchten mit hohem Ti denhub durch Sperrwerke abgeschlossen werden, um die Gezeitenströme in beiden Richtungen zur Energiegewinnung mittels Wasserturbinen zu nutzen. Für solche Gross anlagen gibt es nur wenige technisch geeignete Standorte. Grössere Wasserkraftwerke benötigen eine aufwendige fixe Infrastruktur mit entspre chend hohen Investitionskosten. Dies macht einen entsprechend langen Planungshori zont notwendig. Der Eingriff in die Umwelt ist in der Regel erheblich, was entsprechende politische Widerstände verursachen kann. An abgelegenen Standorten wiederum ist die Instandhaltung und Logistik oft sehr aufwendig. Es wurden auch Wasserkraftanlagen entwickelt zur energetischen Nutzung vorhandener gerichteter Gezeitenströmungen in Meeresgewässern ohne die Notwendigkeit des Baus von aufwendigen Sperrwerken. Solche im Vergleich zu den vorgenannten Tidenhub- Kraftwerken kleine Kraftwerkseinheiten nutzen direkt in einer Wasserströmung angeord nete Turbinen oder Rotoren zum Antrieb der Stromgeneratoren. Sie können teilweise auch zur Nutzung der Strömung in Fliessgewässern genutzt werden. Sie lassen sich durch ihre Anordnung bzw. Befestigung im Gewässer in verschiedene Typen unterteilen. Also known are tidal power plants, in which bays with a high Ti denhub are completed by barrages in order to use the tidal currents in both directions to generate energy using water turbines. There are only a few technically suitable locations for such large-scale plants. Larger hydroelectric power plants require complex fixed infrastructure with correspondingly high investment costs. This makes a correspondingly long planning horizon necessary. The impact on the environment is usually significant, which can cause corresponding political resistance. In remote locations, on the other hand, maintenance and logistics are often very complex. Hydroelectric power plants have also been developed to utilize existing directional tidal currents in marine waters for energy without the need for construction of complex barriers. Such power plant units, which are small in comparison to the aforementioned tidal range power plants, use turbines or rotors arranged directly in a water flow to drive the power generators. In some cases, they can also be used to utilize the flow in rivers. They can be divided into different types based on their arrangement or attachment in the body of water.
Bei einem Typ solcher Kraftwerke sind die entsprechenden Vorrichtungen auf einer auf dem Grund angeordneten Tragstruktur angebracht. Beispielhaft dazu zeigt US 5440176 eine Anlage mit einer Mehrzahl von in der Wasserströmung angeordneten Kaplan-ähn lichen Turbinen auf einer Tragstruktur. WO 2014/130840 A1 offenbart einen in der Strö- mung angeordneten Rotor, der auf einem auf dem Grund verankerten Mast befestigt ist. In one type of such power plants, the relevant devices are mounted on a support structure arranged on the ground. By way of example, US Pat. No. 5,440,176 shows a system with a plurality of Kaplan-like turbines arranged in the water flow on a supporting structure. WO 2014/130840 A1 discloses a rotor arranged in the flow, which is fixed on a mast anchored on the ground.
Alternativ werden Turbinen- Gondeln bzw. Rotoren-Gondeln im freien Wasser schwe bend oder hängend angeordnet, wie beispielsweise in US 2007/096472 A1 und GB 2256011 A offenbart. Alternatively, turbine nacelles or rotor nacelles are arranged floating or hanging in the open water, as disclosed in US 2007/096472 A1 and GB 2256011 A, for example.
Für die Wartung der vorgenannten Anlagen müssen jeweils die Anlagen-Teile aus dem Wasser geborgen werden, was aufwendig ist. For the maintenance of the aforementioned systems, the system parts must be recovered from the water, which is expensive.
Bei einem weiteren Kraftwerks-Typ werden auf einer schwimmenden Plattform nach un ten ins Wasser ragende Strukturen verwendet, um die Rotoren- bzw. Turbineneinheiten zu tragen. Solche Anlagen sind beispielsweise aus DE 2635529 A1 und WO 2004/104411 A1 bekannt. Der resultierende Tiefgang solcher schwimmender Anlagen ist erheblich. Für geringere Wassertiefen wie beispielsweise in Fliessgewässern sind solche Vorrichtzunge deshalb wenig geeignet. Bei zeitweise geringeren Wasserständen besteht auch die Gefahr des Bodenkontakts und daraus folgender Beschädigungen. In another type of power plant, structures projecting downwards into the water are used on a floating platform to support the rotor and turbine units. Such systems are known, for example, from DE 2635529 A1 and WO 2004/104411 A1. The resulting draft of such floating systems is considerable. Such device tongues are therefore not very suitable for shallower water depths such as, for example, in rivers. If the water levels are temporarily lower, there is also a risk of ground contact and the resulting damage.
Es besteht ein allgemeines Bedürfnis nach Verbesserungen in diesem Gebiet. There is a general need for improvement in this area.
Darstellung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine schwimmfähige Kraftwerkeinheit der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, welche die oben erwähnten und andere Nach teile nicht aufweist. Insbesondere soll eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit schnel ler und kostengünstiger herstellbar und einfacher transportierbar und wartbar sein. Weiter soll eine solche Kraftwerkeinheit einfach an sich ändernde Bedingungen anpass bar sein. PRESENTATION OF THE INVENTION One object of the invention is to provide a buoyant power plant unit of the type mentioned at the outset which does not have the above-mentioned and other disadvantages. In particular, a power plant unit according to the invention should be able to be produced more quickly and cost-effectively and be easier to transport and maintain. Furthermore, such a power plant unit should be easily adaptable to changing conditions.
Eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit soll dazu geeignet sein, Oberflächenströmun gen in Gewässern, beispielsweise Gezeitenströmungen, aber auch Fliessströmungen in Fliessgewässern, für die Gewinnung von elektrischer Energie zu nutzen. A power plant unit according to the invention should be suitable for using surface currents in bodies of water, for example tidal currents, but also flow currents in rivers, for the generation of electrical energy.
Eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit soll möglichst wartungsfreundlich und war tungsarm sein. A power plant unit according to the invention should be as maintenance-friendly and low-maintenance as possible.
Der ökologische Effekt einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit soll möglichst klein sein. Diese und andere Aufgaben werden gelöst durch eine erfindungsgemässe schwimmfä hige Kraftwerkeinheit und ein erfindungsgemässes Verfahren gemäss den unabhängi gen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen ausserdem aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor. The ecological effect of a power plant unit according to the invention should be as small as possible. These and other objects are achieved by a buoyant power plant unit according to the invention and a method according to the invention according to the independent claims. Further advantageous embodiments also emerge from the dependent claims and the description.
Die erfindungsgemässe Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltun gen weiter verbessert werden. Auf diese Ausführungsformen und die mit ihnen verbun denen Vorteile ist im Folgenden eingegangen. The solution according to the invention can be further improved by various configurations that are advantageous in and of themselves and, unless stated otherwise, can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them are discussed below.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine schwimmfähige Kraftwerkeinheit zur Erzeu gung von elektrischer Energie aus einer gerichteten Wasserströmung an der Oberfläche eines Gewässers. Die schwimmfähige Kraftwerkeinheit umfasst mindestens einen Schwimmkörper; mindestens eine Wasserkraftmaschine zum Antrieb eines Stromgene rators; eine durch den mindestens einen Schwimmkörper getragene Aufstauvorrichtung, mit welcher bei der in Bezug auf eine Oberflächen-Strömung eines Gewässers örtlich fixierten Kraftwerkeinheit anströmendes Wasser in Bezug auf einen lokalen Wasserspie- gel des Gewässers nach oben leitbar und zu einer ersten stehenden Wasserwelle auf einer ersten Seite einer Bezugsebene senkrecht zur Strömungsrichtung aufstaubar ist; und eine erste Zuführvorrichtung zum Ableiten von Wasser aus der ersten stehenden Welle in die mindestens eine Wasserkraftmaschine. A first aspect of the invention relates to a buoyant power plant unit for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water. The buoyant power plant unit comprises at least one float; at least one hydroelectric power machine for driving a power generator; a damming device carried by the at least one floating body, with which, in the case of the power plant unit that is locally fixed in relation to a surface current of a body of water, inflowing water can be guided upwards in relation to a local water level of the body of water and to a first standing water wave on a first side a reference plane perpendicular to the direction of flow can be stacked; and a first delivery device for discharging water from the first standing wave into the at least one hydroelectric power machine.
Eine solche erfindungsgemässe schwimmfähige Kraftwerkeinheit ist dazu vorgesehen, auf einem Gewässer schwimmend ortsfest fixiert zu werden, beispielsweise durch geeignete Verankerungen auf dem Grund oder am Ufer des Gewässers. Die Kraftwer keinheit wird für den erfindungsgemässen Betrieb in Bezug auf die Strömungsrichtung an der Oberfläche des Gewässers derart ausgerichtet, dass die Aufstauvorrichtung das anströmende Wasser an der Oberfläche zu einer stehenden Wellen aufstaut, deren Scheitelniveau über dem lokalen Wasserspiegel liegt. Die Aufstauvorrichtung setzt somit die kinetische Energie der Wasserströmung in potenzielle Energie in Form eines Druck gefälles zwischen Wellenberg und lokalem Wasserspiegel um. Such a buoyant power plant unit according to the invention is intended to be fixed in place floating on a body of water, for example by suitable anchorages on the bottom or on the bank of the water body. The Kraftwer unit is aligned for the inventive operation in relation to the direction of flow on the surface of the body of water such that the impounding device dams the inflowing water on the surface to a standing wave whose crest level is above the local water level. The damming device thus converts the kinetic energy of the water flow into potential energy in the form of a pressure drop between the wave crest and the local water level.
Die stehende Welle stellt dabei ein dynamisches Gleichgewicht dar als Folge der Rela tivbewegung zwischen dem Wasserkörper und einem Hindernis in Form der Kraftwer keinheit. Ein durchgehendes Sperrwerk ist hingegen nicht notwendig. Die potenzielle Energie des Wassers kann durch Ableiten aus Wasser aus der stehenden Welle in eine Wasserkraftmaschine wiederum in elektrische Energie umgewandelt werden. The standing wave represents a dynamic equilibrium as a result of the relative movement between the body of water and an obstacle in the form of the power plant. However, a continuous barrage is not necessary. The potential energy of the water can in turn be converted into electrical energy by diverting water from the standing wave into a hydroelectric power machine.
Der von einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit erzeigte elektrische Strom wird über geeignete Leitungen und in geeigneter Form ins Netz geführt. Entsprechenden Techno logien sind beispielsweise aus die Anwendung für Offshore- Windkraft-Anlagen bekannt. The electrical current generated by a power plant unit according to the invention is fed into the grid via suitable lines and in a suitable form. Corresponding techno logies are known, for example, from the application for offshore wind power plants.
Eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit kann bei verschiedenen Strömungsgeschwin digkeiten eingesetzt werden, beispielsweise von 0.5 m/s bis 5 m/s. A power plant unit according to the invention can be used at different flow speeds, for example from 0.5 m/s to 5 m/s.
Die Bildung der stehenden Welle kann auch durch den Anstellwinkel der gesamten Auf stauvorrichtung beeinflusst werden, was beispielsweise durch eine Änderung der Was serlage der Kraftwerkeinheit mit verstellbaren Schwimmkörpern erreicht werden. Auf diese wird weiter eingegangen. The formation of the standing wave can also be influenced by the angle of attack of the entire storage device, which can be achieved, for example, by changing the water position of the power plant unit with adjustable floats. These will be discussed further.
Neben dem Volumenstrom, der zur Wasserkraftmaschine abgeleitet wird, kann ein Teil des Volumenstroms das Hindernis, welches die Kraftwerkeinheit darstellt, auch umflies- sen, insbesondere über die Aufstauvorrichtung hinweg, im Sinne eines Überlaufs, oder seitlich oder unter der Kraftwerkeinheit vorbei. In addition to the volume flow that is diverted to the hydroelectric power machine, part of the volume flow can also flow around the obstacle that the power plant unit represents, in particular over the impoundment device, in the sense of an overflow, or past the side or under the power plant unit.
Die Aufstauvorrichtung kann parallel zur Bezugsebene angeordnet sein. Sie kann jedoch auch in Bezug auf die Strömungsrichtung konkav oder konvex sein, wobei die konkrete Ausgestaltung vorteilhaft mit Blick auf eine möglichst grosse Fallhöhe optimiert ist. The damming device can be arranged parallel to the reference plane. However, it can also be concave or convex in relation to the flow direction, with the specific design being advantageously optimized with a view to the greatest possible fall height.
Es ist auch möglich, mehrere erfindungsgemässe Kraftwerkeinheiten in Strömungsrich tung nebeneinander und/oder hintereinander in einem Gewässer anzuordnen, wobei auf ausreichenden Abstand geachtet werden muss, damit die einzelnen Kraftwerkeinheit sich nicht gegenseitig in ihrer Effektivität negativ beeinflussen. Dies ist insbesondere wichtig, weil es sich bei den stehenden Wellen um einen dynamische Effekt handelt. Ist beispielsweise eine Kraftwerkeinheit stromabwärts zu nahe hinter einer anderen Kraft werkeinheit angeordnet, kann der resultierende Strömungsschatten der der Kraftwer keinheit stromaufwärts die stehende Welle in ihrer Höhe reduzieren. It is also possible to arrange several power plant units according to the invention next to one another in the direction of flow and/or one behind the other in a body of water Sufficient distance must be observed so that the individual power plant units do not negatively influence each other's effectiveness. This is particularly important because standing waves are a dynamic effect. For example, if a power plant unit is located too close behind another power plant unit downstream, the resulting flow shadow of the power plant unit upstream can reduce the height of the standing wave.
Da zwischen Grund und Kraftwerkeinheit das Wasserfrei passieren kann, ist der Einfluss auf die Ökologie wesentlich geringer als bei einem Stauwerk oder einer Anlage, welche auf dem Gewässergrund angeordnet wird. Die Fischfreundlichkeit eine erfindungsge- mässen Kraftwerkeinheit kann durch eine geeignete Wahl der Wasserkraftmaschine ge währleistet werden, beispielsweise durch grosse, langsam drehende Rotorflügel. Die Passage grösserer Tiere, aber auch von Treibgut, Holz oder Netzen kann durch Rechen vermindert werden. Since the water can pass between the ground and the power plant unit, the impact on the ecology is much lower than with a dam or a plant that is arranged on the water bed. The fish-friendliness of a power plant unit according to the invention can be guaranteed by a suitable choice of the water power machine, for example by large, slowly rotating rotor blades. The passage of larger animals, but also flotsam, wood or nets can be reduced by raking.
Erfindungsgemässe schwimmfähige Kraftwerkeinheiten sind mobil, da keine fixen Instal lationen ausser gegebenenfalls Verankerungspunkte notwendig sind, und können bei Bedarf an andere Einsatzorte geschleppt werden. Für aufwendigere Wartungsarbeiten können erfindungsgemässe Kraftwerkeinheiten in einen Hafen oderein Dock geschleppt werden. Floating power plant units according to the invention are mobile, since no fixed installations are necessary, apart from anchoring points, if necessary, and can be towed to other locations if necessary. For more complex maintenance work, power plant units according to the invention can be towed into a port or a dock.
Die Dimensionierung einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit kann je nach Einsatz gebiet gewählt werden. Für grössere Gewässer wie beispielsweise grössere Flüsse oder Standorte auf See mit starken Gezeitenströmungen sind Anlagen mit grösseren Dimen sionen einsetzbar. Vorteilhaft ist die Grösse einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit so gewählt, dass sie in einem herkömmlichen Dock aufgebaut bzw. gewartet werden kann. The dimensioning of a power plant unit according to the invention can be selected depending on the area of use. For larger bodies of water, such as larger rivers or locations at sea with strong tidal currents, systems with larger dimensions can be used. The size of a power plant unit according to the invention is advantageously selected such that it can be set up and maintained in a conventional dock.
Um ein Umfliessen einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit durch die Wasserströ mung zu erschweren, ist vorteilhaft die dem anströmenden Wasser zugewandte Front seite möglichst breit ausgestaltet. In order to make it more difficult for the water flow to flow around a power plant unit according to the invention, the front side facing the oncoming water is advantageously designed to be as wide as possible.
Dazu kann beispielsweise eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit durch reversible oder irreversible Kopplung von einzelnen schwimmfähigen Modulen erstellt werden. In einer einfachen Variante können beispielsweise Module in Längsrichtung (parallel zur Strömungsrichtung) miteinander vertäut werden, jedoch sind auch mechanische Kupplungen zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung von Modulen zu einer Kraft werkeinheit vorsehbar. For this purpose, for example, a power plant unit according to the invention can be created by reversible or irreversible coupling of individual buoyant modules. In a simple variant, for example, modules can be moored together in the longitudinal direction (parallel to the direction of flow), but mechanical ones are also possible Couplings for the positive and/or non-positive connection of modules to form a power plant unit can be provided.
Eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit kann beispielsweise aus drei einzelnen Kraft werkeinheiten mit einer Breite von je 12-14 m, einer Höhe von 4-6 m und einer Länge von 40-60 m aufgebaut werden. Die Gesamtbreite der Frontseite der gesamten Kraft werkeinheit ist vorteilhaft fünf bis sechs Mal die Höhe der Kraftwerkeinheit. A power plant unit according to the invention can be constructed, for example, from three individual power plant units each having a width of 12-14 m, a height of 4-6 m and a length of 40-60 m. The overall width of the front of the entire power plant unit is advantageously five to six times the height of the power plant unit.
In einem anderen Dimensionierungsbeispiel beträgt die Breite einer erfindungsgemäs- sen Kraftwerkeinheit 30m, die Länge 40 m und der Tiefgang 12-15 m. In another dimensioning example, the width of a power plant unit according to the invention is 30 m, the length is 40 m and the draft is 12-15 m.
Die einzelnen Module können als eigenständige erfindungsgemässe Kraftwerkeinheiten ausgestaltet sein. Durch Kopplung mehrerer einzelner Kraftwerkeinheiten kann so die Grösse einer gesamten Kraftwerkeinheit skaliert werden. The individual modules can be designed as independent power plant units according to the invention. By coupling several individual power plant units, the size of an entire power plant unit can be scaled.
Vorteilhaft ist bei einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit die Aufstauvorrichtung im Wesentlichen spiegelsymmetrisch aufgebaut, so dass bei einer Umkehrung der Strö mungsrichtung der Oberflächen-Strömung des Gewässers aus einer entgegengesetzten Strömungsrichtung anströmendes Wasser mit der Aufstauvorrichtung in Bezug auf den lokalen Wasserspiegel des Gewässers nach oben leitbar und zu einer zweiten stehen den Wasserwelle auf einer zweiten Seite der Bezugsebene aufstaubar ist. Eine zweite Zuführvorrichtung ist vorgesehen zum Ableiten von Wasser aus der zweiten stehenden Welle in die mindestens eine Wasserkraftmaschine. Advantageously, in a power plant unit according to the invention, the impoundment device is constructed essentially mirror-symmetrically, so that when the direction of flow of the surface current of the body of water is reversed, water flowing from an opposite direction of flow can be guided upwards with the impoundment device in relation to the local water level of the body of water and to a second stand the water wave is aufstaubar on a second side of the reference plane. A second supply device is provided for diverting water from the second standing wave into the at least one hydroelectric power machine.
Eine solche vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit hat den Vorteil, dass bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung um 180° die Kraftwer keinheit weiterhin betriebsfähig bleibt, ohne dass die Orientierung der Kraftwerkeinheit in Bezug auf die Strömungsrichtung geändert werden muss. Eine Umkehrung der Strö mungsrichtung tritt bei Gezeitenströmungen auf, viermal innerhalb von ca. 25 Stunden. Gezeitenströmungen können auch in Flüssen in Meeresnähe auftreten, wo sie sich mit der Strömungsrichtung des Flusses überlagern und diese vorübergehend auch umkeh ren können. Beim Wechsel der Strömungsrichtung kann die erfindungsgemässe Kraft werkeinheit zwischen zwei entsprechenden Betriebsmodi umgestellt werden. Darauf wird untenstehend noch eingegangen. Such an advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention has the advantage that when the flow direction is reversed by 180°, the power plant unit remains operational without the orientation of the power plant unit having to be changed in relation to the flow direction. A reversal of flow direction occurs in tidal currents, four times in about 25 hours. Tidal currents can also occur in rivers near the sea, where they can interfere with and temporarily reverse the direction of river flow. When changing the direction of flow, the power unit according to the invention can be switched between two corresponding operating modes. This is further discussed below.
Alternativ kann eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit auch so im Gewässer fixiert werden, dass sie sich automatisch in der Strömungsrichtung ausrichtet. In einem solchen Fall muss sie sich jedoch um einen einzelnen Fixationspunkt drehen können, was bei spielsweise mit einer einzelnen Verankerung auf dem Gewässergrund möglich ist. Der Platzbedarf ist bei einer solchen Lösung grösser, da sichergestellt werden muss, dass eine Kraftwerkeinheit bei der Positions- und Orientierungsänderung mit keinem Hinder- nis kollidieren kann. Alternatively, a power plant unit according to the invention can also be fixed in the body of water in such a way that it automatically aligns itself in the direction of flow. In such a In this case, however, it must be able to rotate around a single fixation point, which is possible, for example, with a single anchorage on the bottom of the water. Such a solution requires more space, since it must be ensured that a power plant unit cannot collide with any obstacles when changing its position and orientation.
Vorteilhaft weist die Aufstauvorrichtung einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit eine auf einer dem Gewässer entgegengesetzten Oberseite der Kraftwerkeinheit angeord nete Barriere zum Aufstauen des anströmenden Wassers auf. Advantageously, the damming device of a power plant unit according to the invention has a barrier arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water, for damming up the inflowing water.
Eine solche Barriere, im einfachsten Fall eine Wand parallel zur Bezugsebene senkrecht zu Strömungsrichtung, welche auf der Oberseite der Kraftwerkeinheit angeordnet ist, bildet ein Hindernis für dagegen anströmendes Oberflächenwasser, was zu einer ste henden Welle führt. Such a barrier, in the simplest case a wall parallel to the reference plane perpendicular to the direction of flow, which is arranged on the upper side of the power plant unit, forms an obstacle for surface water flowing against it, which leads to a standing wave.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Aufstauvorrichtung einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit mindestens ein auf einer dem Gewässer entgegengesetzten Oberseite der Kraftwerkeinheit angeordnetes Leitelement aufweist, mit welchem anströmendes Wasser zur Barriere führbar ist. It is also advantageous if the damming device of a power plant unit according to the invention has at least one guide element arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water, with which inflowing water can be guided to the barrier.
Ein solches Leitelement kann beispielsweise als senkrechte Wandung parallel zur Strö mungsrichtung ausgestaltet sein, welche ein Ausweichen des anströmenden Wassers quer zur Strömungsrichtung verhindert oder reduziert. Zum Beispiel können stromauf- wärts zu einer Barriere einer Aufstauvorrichtung auf beiden Seiten der Barriere zwei Leit wände angeordnet sein, welche ein Umfliessen der Barriere verhindern. Such a guide element can be designed, for example, as a vertical wall parallel to the direction of flow, which prevents or reduces the inflowing water from escaping transversely to the direction of flow. For example, two guide walls can be arranged upstream of a barrier of an impounding device on both sides of the barrier, which prevent flow around the barrier.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkein heit weist die Aufstauvorrichtung eine auf einer dem Gewässer entgegengesetzten Oberseite der Kraftwerkeinheit angeordnete Rampe auf. Eine solche in Strömungsrichtung ansteigende Rampe kann das anströmende Wasser entgegen der Schwerkraft nach oben leiten, und so dessen kinetische Energie in poten zielle Energie umwandeln. Funktionell kann eine solche Rampe sowohl als Teil einer Barriere der Aufstauvorrichtung betrachtet werden, als auch als Leitelement. In another advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, the damming device has a ramp arranged on an upper side of the power plant unit opposite the body of water. Such a ramp, which rises in the direction of flow, can direct the inflowing water upwards against gravity and thus convert its kinetic energy into potential energy. Functionally, such a ramp can be considered both as part of a barrier of the damming device and as a guiding element.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwer- keinheit weist die Aufstauvorrichtung eine auf einer dem Gewässer entgegengesetzten Oberseite der Kraftwerkeinheit angeordnete Rampe auf, die seitlich von je einer senk rechten Leitwand begrenzt ist. In a particularly advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, the damming device has a damming device located opposite the body of water Top of the power plant unit arranged ramp, which is laterally limited by a vertical right baffle.
Der Steigungswinkel der Rampe beträgt in Bezug auf die Waagrechte vorteilhaft am Be ginn der Rampe, an der Frontseite der Kraftwerkeinheit, 0° und liegt im operativen Be trieb unterhalb der Wasserlinie. Die Steigung der Rampe nimmt dann stetig zu bis 45°, und überschreitet die Wasserlinie, so dass schlussendlich die Rampe zu Barriere wird. The angle of inclination of the ramp in relation to the horizontal is advantageously 0° at the beginning of the ramp, on the front side of the power plant unit, and is below the water line during operation. The slope of the ramp then steadily increases to 45°, exceeding the waterline, eventually turning the ramp into a barrier.
Die Rampe und die seitlichen Leitwände bilden so einen Kanal in Strömungsrichtung, in welchen das anströmende Wasser eintritt. Ohne sich an die folgende Erklärung binden zu wollen, steigt im Kanal mit ansteigender Rampe die Dicke der turbulenten Strömung im Wasserstrom an den Oberflächen des Kanals (der Rampe und den Seitenwänden), was für nachströmendes Wasser das Kanalvolumen zusätzlich verkleinert und das Was ser nach oben ausweichen lässt. Schlussendlich kommt das anströmende in der stehen den Welle zum Stillstand, wobei auch Brandungseffekte auftreten können. The ramp and the lateral guide walls thus form a channel in the direction of flow, into which the inflowing water enters. Without wanting to be bound by the following explanation, the thickness of the turbulent flow in the water flow on the surfaces of the channel (the ramp and the side walls) increases with increasing ramp in the channel, which additionally reduces the channel volume for inflowing water and the water rises upwards dodge. Finally, the oncoming wave comes to a standstill in the stationary wave, which can also cause surf effects.
An der Frontfläche des Kanals kann ein Rechen angeordnet sein, um zu verhindern, dass grössere Objekte überhaupt erst in den Kanal geraten. A rake can be arranged on the front surface of the channel in order to prevent larger objects from getting into the channel in the first place.
Wenn der Scheitelpunkt der stehenden Welle über dem Scheitelpunkt der Barriere liegt, so fliesst ein Teil des Wassers der stehenden Welle über die Barriere hinweg ab. Dies begrenzt zum einen die Höhe der stehenden Welle auf einen maximalen Betriebswert, und hat zum anderen den Vorteil, dass schwimmende Fremdkörper im günstigsten Fall über die Barriere hinweg geschwemmt können. If the crest of the standing wave is above the crest of the barrier, some of the water in the standing wave drains over the barrier. On the one hand, this limits the height of the standing wave to a maximum operating value and, on the other hand, has the advantage that floating foreign bodies can, in the best case, be washed over the barrier.
In einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit weist vorteilhaft die Zuführvorrichtung ein Zufuhrrohr auf, welches von einer Öffnung in der Aufstauvorrichtung zu der mindestens einen Wasserkraftmaschine verläuft. In a power plant unit according to the invention, the feed device advantageously has a feed pipe which runs from an opening in the damming device to the at least one water power machine.
In der stehenden Welle angestautes Wasser kann so aus der stehenden Welle entnom men und zur Wasserkraftmaschine geleitet werden, wo die aus der Fallhöhe zwischen dem Scheitelniveau der stehenden Welle und der Wasserkraftmaschine resultierende potenzielle Energie des Wassers in kinetische Energie umgesetzt wird. Water accumulated in the standing wave can thus be removed from the standing wave and routed to the hydroelectric power machine, where the potential energy of the water resulting from the drop height between the crest level of the standing wave and the hydroelectric power machine is converted into kinetic energy.
Die Öffnung, durch welche das Wasser aus der stehenden Welle in das Zufuhrrohr ab- fliesst, ist vorzugsweise mit einem Rechen versehen, um das Eindringen von Fremdkör pern in die Wasserkraftmaschine zu verhindern. Die mindestens eine Wasserkraftmaschine einer Kraftwerkeinheit ist vorteilhaft eine Ka plan-Turbine oder eine Kaplan-ähnliche Turbine. The opening through which the water flows out of the standing wave into the supply pipe is preferably provided with a rake in order to prevent foreign bodies from entering the hydroelectric power machine. The at least one hydroelectric power machine of a power plant unit is advantageously a Kaplan turbine or a Kaplan-like turbine.
Kaplan-Turbinen und Kaplan-ähnliche Turbinen bieten den Vorteil, dass sie auch bei vergleichsweise niedrigen Fallhöhen, wie sie beispielsweise bei Flusskraftwerken auf- treten, effizient arbeiten können und an schwankende Betriebsparameter wie Fallhöhe oder Durchflussmenge angepasst werden können. Dies ist bei einer erfindungsgemäs- sen Kraftwerkeinheit von Vorteil, da insbesondere bei Gezeiten-Strömungen starke Schwankungen über der Tagesverlauf auftreten. Kaplan turbines and Kaplan-like turbines offer the advantage that they can work efficiently even at comparatively low heads, such as those that occur in run-of-river power plants, and can be adapted to fluctuating operating parameters such as head or flow rate. This is advantageous in a power plant unit according to the invention, since strong fluctuations occur over the course of the day, particularly in the case of tidal currents.
Kaplan-Turbinen wandeln potenzielle Energie in Form des Wasserdrucks in kinetische Energie des Rotors um. Kaplan-Turbinen haben verstellbare (drehbare) Rotoren-Flügel, so dass die Turbine bei schwankenden Durchflussmengen bei optimaler Effizienz arbei ten und/oder mit konstanter Drehzahl laufen kann, was insbesondere eine Direkteinspei sung ins Stromnetz ermöglicht. Es existieren auch Varianten von Kaplan-Turbinen, bei welchen die Rotoren-Flügel nicht verstellbar sind, wobei eine Anpassung an die Durch flussmenge in diesem Fall mit einer Änderung der Drehzahl erreichbar ist, jedoch für die Netzeinspeisung der erzeugten elektrischen Energie einen Wechselstrom-Umrichter notwendig macht. Ebenfalls möglich ist bei den vorgenannten Kaplan-Turbinen die zu sätzliche Steuerung der nicht rotierenden Leitschaufeln, um die Turbine an schwan kende Betriebsparameter anzupassen. Kaplan turbines convert potential energy in the form of water pressure into kinetic energy of the rotor. Kaplan turbines have adjustable (rotatable) rotor blades so that the turbine can operate at optimum efficiency with fluctuating flow rates and/or run at a constant speed, which in particular enables direct injection into the power grid. There are also variants of Kaplan turbines in which the rotor blades cannot be adjusted, whereby an adjustment to the flow rate can be achieved in this case by changing the speed, but an AC converter is required to feed the generated electrical energy into the grid power. Also possible in the aforementioned Kaplan turbines is the additional control of the non-rotating guide vanes in order to adapt the turbine to fluctuating operating parameters.
Die VLH (Very Low Head) Turbine, wie sie aus US 2007/286715 A1 bekannt ist, ist eine Kaplan-ähnliche Turbine, welche besonders für niedrige Fallhöhen geeignet ist und eine tiefe Drehfrequenz aufweist, was die Turbine für Fische leichter passierbar macht. Die Regelung des Durchflusses und die Optimierung des Wirkungsgrads erfolgen über die Einstellung der Rotoren-flügel und die Regelung der Drehfrequenz. Der Generator ist platzsparend im Inneren des Laufrades angeordnet. The VLH (Very Low Head) turbine, as known from US 2007/286715 A1, is a Kaplan-like turbine which is particularly suitable for low heads and has a low rotational frequency, which makes it easier for fish to pass through the turbine. The flow rate is regulated and the efficiency is optimized by adjusting the rotor blades and regulating the rotational frequency. The generator is arranged inside the impeller to save space.
Anstatt von Turbinen des Kaplan-Typs können auch andere Wasserkraftmaschinen ein gesetzt werden, welche bei vergleichsweise niedrigen Fallhöhen effizient arbeiten kön nen, beispielsweise Querstrom-Turbinen wie in DE 605291 erstmals offenbart, oder Schneckenantrieb-Wasserkraftmaschinen wie in DE 4139134 A1 offenbart. In einer vorteilhaften Form einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist stromabwärts von der T urbine ein Rohr angeordnet, mit welchem das Wasser nach dem Passieren der Turbine wegführbar ist. Instead of turbines of the Kaplan type, other water power machines can also be used which can work efficiently at comparatively low heads, for example cross-flow turbines as disclosed for the first time in DE 605291, or worm-drive water power machines as disclosed in DE 4139134 A1. In an advantageous form of a power plant unit according to the invention, a pipe is arranged downstream of the turbine, with which the water can be carried away after it has passed the turbine.
Beispielsweise kann das aus der Wasserkraftmaschine austretende Wasser über das genannte Rohr unterhalb der Wasserlinie wieder in das Gewässer eingeleitet werden, was die Geräuschentwicklung minimiert. For example, the water emerging from the water power machine can be fed back into the body of water below the water line via the pipe mentioned, which minimizes the noise development.
In einer weiteren vorteilhaften Form einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist stromabwärts von der Wasserkraftmaschine ein Saugrohr angeordnet, welches sich un terhalb des Wasserspiegels zum Gewässer hin öffnet. Insbesondere bei Turbinen des Kaplan-Typs dienen solche Saugrohre als Diffusor dazu, Restenergie des Wassers abzubauen, um Schäden an der Anlage, beispielsweise auf grund von Kavitation, zu verhindern. Weiter soll auch ein Zurückfliessen von Wasser verhindert werden. In a further advantageous form of a power plant unit according to the invention, a suction pipe is arranged downstream of the water power machine, which opens below the water level towards the body of water. In the case of turbines of the Kaplan type in particular, such intake pipes serve as a diffuser to dissipate residual energy in the water in order to prevent damage to the system, for example due to cavitation. Furthermore, a backflow of water should also be prevented.
Eine erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit kann einen oder mehrere Schwimmkörper umfassen, wobei unter einem Schwimmkörper im Rahmen dieser Beschreibung jedes statischen Auftrieb generierende Element verstanden wird, insbesondere sowohl nicht geschlossene Rümpfe als auch druckdicht geschlossene Hohlkörper. A power plant unit according to the invention can comprise one or more floating bodies, with a floating body being understood in the context of this description as any element generating static buoyancy, in particular both non-closed hulls and pressure-tight closed hollow bodies.
In einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit welcher ein Schwimmkörper in Bezug auf die Aufstau- Vorrichtung bewegt werden kann. In an advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, a device is provided with which a floating body can be moved in relation to the damming device.
Eine solche Ausführungsform einer Kraftwerkeinheit erlaubt es, die Anordnung der Auf stauvorrichtung in Bezug auf die Wasserlinie zu ändern. So können beispielsweise Schwimmkörper vorgesehen sein, die mit einem geeigneten Antrieb gegenüber einer Hauptstruktur der Kraftwerkeinheit, die auch die Aufstauvorrichtung umfasst, verscho- ben oder verdreht werden, um so den Auftrieb der Kraftwerkeinheit zu erhöhen oder zu erniedrigen. Such an embodiment of a power plant unit allows to change the location of the damming device in relation to the waterline. Floating bodies can be provided, for example, which are moved or rotated with a suitable drive relative to a main structure of the power plant unit, which also includes the impounding device, in order to increase or decrease the buoyancy of the power plant unit.
Es können auch mehrere Schwimmkörper vorgesehen sein, die so angeordnet sind, dass sie bei separater Betätigung nicht nur ein Anheben und Absenken der gesamten Kraftwerkeinheit in Bezug auf die Wasserlinie erlauben, sondern auch eine Verkippung. Ebenfalls vorgesehen werden können Ballasttanks, welche durch gezieltes Fluten und Entleeren eine Kontrolle des Auftriebs der Kraftwerkeinheit ermöglichen. Da die Betäti gung solcher Ballasttanks aufwendiger und langsamer ist, sind sie vor allem für eine langfristige Lageoptimierung geeignet. Several floating bodies can also be provided, which are arranged in such a way that, when actuated separately, they not only allow the entire power plant unit to be raised and lowered in relation to the waterline, but also tilting. Ballast tanks can also be provided, which enable the buoyancy of the power plant unit to be controlled by targeted flooding and emptying. Since the actuation of such ballast tanks is more complex and slower, they are particularly suitable for long-term position optimization.
Eine adaptive Anpassung der Wasserlage kann eingesetzt werden, um das sich än dernde Gewicht der stehenden Welle auf der Oberseite der Kraftwerkeinheit auszuglei chen, ebenso wie einen sich verschiebenden Masseschwerpunkt. Adaptive water level adjustment can be used to compensate for the changing weight of the standing wave on top of the power plant unit, as well as a shifting center of mass.
Eine adaptive Anpassung der Wasserlage kann weiter auch eingesetzt werden, um bei ungünstigen Wetterbedingungen wie beispielsweise einem Sturm eine Kraftwerkeinheit in einen gesicherten Zustand zu bringen, indem beispielsweise der Auftrieb vorüberge hend maximiert wird. Adaptive adjustment of the water level can also be used to bring a power plant unit into a secure state in unfavorable weather conditions such as a storm, for example by temporarily maximizing the buoyancy.
Es können auch dynamische Antriebselemente vorgesehen sein, um die Wasserlage einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit einzustellen und zu steuern, insbesondere waagrechte Auftriebs- oder Abtriebsflügel, vorteilhaft mit einstellbarem Anstellwinkel oder anderen Betriebsparametern. Dynamic drive elements can also be provided in order to set and control the water position of a power plant unit according to the invention, in particular horizontal lift or downforce wings, advantageously with an adjustable angle of attack or other operating parameters.
Steuerruder als passive Steuerelemente aber auch aktive Steuerelemente wie Schrau benantriebe oder Antriebsdüsen können vorgesehen werden, um die Ausrichtung einer schwimmfähigen Kraftwerkeinheit in Bezug auf die Strömungsrichtung einzustellen und zu steuern. Rudders as passive controls but also active controls such as screw drives or propulsion nozzles can be provided in order to adjust and control the alignment of a buoyant power plant unit with respect to the direction of flow.
Vorteilhaft ist in einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit eine erste Vorrichtung vor gesehen, mit welcher die Wasserkraftmaschine wechselweise mit einem ersten Zufuhr rohr und einem zweiten Zufuhrrohr fluidisch verbindbar ist. Advantageously, a first device is provided in a power plant unit according to the invention, with which the water power machine can be fluidically connected alternately to a first feed pipe and a second feed pipe.
Eine solche Ausführungsform erlaubt es, zwei verschiedene Betriebsmodi einer erfin dungsgemässen Kraftwerkeinheit vorzugsehen, in welchen die Wasserkraftmaschine das zu ihrem Antrieb notwendige druckbeaufschlagte Wasser wahlweise von zwei ver schiedenen Quellen bezieht. So kann beispielsweise bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäss Kraftwerkeinheit, welche eine symmetrische Aufstauvorrichtung auf weist, bei einer Änderung der Gezeitenströmung um 180° und einem daraus folgenden Wegfall der ersten stehenden Welle auf der einen Seite der Aufstauvorrichtung und der Bildung einer zweiten stehenden Welle auf der anderen Seite der Aufstauvorrichtung die Zufuhr für die Wasserkraftmaschine umgestellt werden, so dass Wasser anstatt aus der nicht mehr vorhandenen ersten stehenden Welle aus der zweiten stehenden Welle in die Wasserkraftmaschine abgeleitet werden kann. Such an embodiment makes it possible to provide two different operating modes for a power plant unit according to the invention, in which the water power machine obtains the pressurized water required for its drive either from two different sources. For example, in one embodiment of a power plant unit according to the invention, which has a symmetrical impoundment device, if the tidal flow changes by 180° and the first standing wave on one side of the impoundment device is eliminated and a second standing wave forms on the other Side of the damming device, the supply for the water power machine can be switched so that water instead of from the no longer existing first standing wave can be derived from the second standing wave in the hydroelectric power machine.
Ebenfalls vorteilhaft ist in einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit eine zweite Vor richtung vorgesehen, mit welcher die Wasserkraftmaschine wechselweise mit einem ers ten stromabwärts zur Turbine angeordneten Rohr und einem zweiten stromabwärts zur Turbine angeordneten Rohr fluidisch verbindbar ist. A second device is also advantageously provided in a power plant unit according to the invention, with which the water power machine can be fluidically connected alternately to a first pipe arranged downstream of the turbine and a second pipe arranged downstream of the turbine.
Auch eine solche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist be sonders vorteilhaft, wenn die Kraftwerkeinheit von einem Betriebsmodus mit einer ersten stehenden Welle umgestellt werden muss auf einen Betriebsmodus mit einer zweiten stehenden Welle. Um einen problemlosen Abfluss des aus der Wasserkraftmaschine austretenden Wassers zu ermöglichen, wird vorteilhaft auch die Abfuhrrichtung des Wassers, in der Regel stromabwärts, um 180° geändert. Dies kann mit einem umschalt- baren abgehenden Rohr erreicht werden. Such an embodiment of a power plant unit according to the invention is particularly advantageous when the power plant unit has to be switched from an operating mode with a first standing wave to an operating mode with a second standing wave. In order to enable problem-free drainage of the water emerging from the water power machine, the drainage direction of the water, generally downstream, is advantageously changed by 180°. This can be achieved with a switchable outgoing pipe.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einer gerichteten Wasserströmung an der Oberfläche eines Gewässers. Ein solches Verfahren umfasst das Bereitstellen einer von mindestens einem Schwimmkör per getragenen Aufstauvorrichtung, welche in Bezug auf eine Oberflächen-Strömung ei nes Gewässers örtlich fixiert ist. Anströmendes Wasser wird von der Aufstauvorrichtung in Bezug auf einen lokalen Wasserspiegel des Gewässers nach oben geleitet und zu einer stehenden Wasserwelle angestaut. Wasser aus der stehenden Wasserwelle wird in eine Wasserkraftmaschine abgeleitet. Mit einem von der der Wasserkraftmaschine angetriebenen Stromgenerator wird elektrische Energie erzeugt. A second aspect of the invention relates to a method for generating electrical energy from a directed flow of water on the surface of a body of water. Such a method comprises the provision of an impounding device carried by at least one floating body, which is fixed in place with respect to a surface current of a body of water. Incoming water is directed upwards by the damming device with respect to a local water level of the body of water and is dammed to form a standing water wave. Water from the standing water wave is diverted into a hydroelectric power machine. Electrical energy is generated with a power generator driven by the hydroelectric power machine.
Vorteilhaft wird das erfindungsgemässe Verfahren mit einer erfindungsgemässen Kraft werkeinheit durchgeführt. The method according to the invention is advantageously carried out with a power plant unit according to the invention.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Further aspects of the present invention also result from the following description. Brief description of the drawings
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf die Zeich nungen Bezug genommen. Diese zeigen lediglich Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstands, und sind nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken. For a better understanding of the present invention reference is made to the undersigned references. These merely show exemplary embodiments of the subject matter of the invention and are not suitable for restricting the invention to the features disclosed herein.
Für gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet. The same or similar reference symbols are used in the following figures and the associated description for parts that are the same or have the same effect.
Figur 1 zeigt schematisch in einem Längsschnitt eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit. Figur 2 zeigt schematisch eine Frontansicht der erfindungsgemässen Kraftwerkein heit aus Figur 1, mit Blick von der Richtung des anströmenden Wassers her. FIG. 1 schematically shows an advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention in a longitudinal section. FIG. 2 schematically shows a front view of the power plant unit according to the invention from FIG. 1, viewed from the direction of the inflowing water.
Figur 3 zeigt schematisch in einem Längsschnitt eine andere vorteilhafte Ausfüh rungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit, mit einem im We sentlichen symmetrischen Aufbau der Aufstauvorrichtung. Figur 4 zeigt schematisch in einem Längsschnitt eine weitere vorteilhafte Ausfüh rungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit, mit einem im We sentlichen symmetrischen Aufbau der Aufstauvorrichtung. FIG. 3 schematically shows, in a longitudinal section, another advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, with an essentially symmetrical structure of the damming device. FIG. 4 schematically shows, in a longitudinal section, a further advantageous embodiment of a power plant unit according to the invention, with an essentially symmetrical structure of the damming device.
Figur 5 zeigt schematisch eine vorteilhafte umschaltbare Wasser-Zufuhrvorrichtung für eine senkrechte Kaplan-Turbine, (a) in einem Querschnitt, und (b) in ei nem Schnitt durch die horizontale Schnittebene A-A. FIG. 5 schematically shows an advantageous switchable water supply device for a vertical Kaplan turbine, (a) in a cross section, and (b) in a section through the horizontal section plane A-A.
Figur 6 zeigt schematisch eine vorteilhafte umschaltbare Wasser-Abfuhrvorrichtung für eine Wasserkraftmaschine, (a) in einem Querschnitt, und (b) in einer Auf sicht. Ausführung der Erfindung FIG. 6 schematically shows an advantageous switchable water discharge device for a water power machine, (a) in a cross section and (b) in a plan view. implementation of the invention
Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit 10 ist in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt. Die Kraftwerkeinheit 10 ist in einem Ge wässer 90 schwimmend ortsfest fixiert. Die entsprechenden Fixierungsmittel sind nicht dargestellt, jedoch können die bekannten Mittel zur Verankerung von Schwimmkörpern angewandt werden. Möglich ist beispielsweise eine Fixierung an vier Punkten der Kraft werkeinheit, die über Ankerketten mit Verankerungselementen am Grund des Gewäs sers verbunden sind. An advantageous embodiment of a power plant unit 10 according to the invention is shown schematically in FIGS. The power plant unit 10 is floating in a Ge water 90 fixed in place. The corresponding fixing means are not shown, but the known means for anchoring floating bodies can be used. It is possible, for example, to fix it at four points on the power plant unit, which are connected to anchoring elements on the bottom of the water body via anchor chains.
Die Kraftwerkeinheit 10 ist mit ihrer Längsachse parallel zur Strömungsrichtung 92a der Oberflächen-Wasserströmung 91 des Gewässers angeordnet. The power plant unit 10 is arranged with its longitudinal axis parallel to the flow direction 92a of the surface water flow 91 of the body of water.
Auf einem ersten kastenförmigen Schwimmkörper 20 auf der dem Gewässer 90 zuge wandten Unterseite 13 der Kraftwerkeinheit 10 ist eine Aufstauvorrichtung 70 aufgebaut. Der im den Figuren rein schematisch gezeigte Schwimmkörper muss so dimensioniert werden, dass die Wasserlage der Kraftwerkeinheit stimmt, gegebenenfalls im Zusam- menspiel mit weiteren Schwimmkörpern 20', 20". On a first box-shaped floating body 20 on the bottom 13 of the power plant unit 10 facing the body of water 90, a damming device 70 is constructed. The floating body shown purely schematically in the figures must be dimensioned in such a way that the position of the water in the power plant unit is correct, possibly in conjunction with other floating bodies 20', 20''.
Zwei zusätzliche Schwimmkörper 20', 20" sind seitlich entlang der Längsachse der Kraft werkeinheit angeordnet. Durch nicht dargestellte Vorrichtungen können die Schwimm körper 20', 20" in Bezug auf die restliche Kraftwerkeinheit abgesenkt oder angehoben werden, was entsprechend den Gesamtauftrieb der Kraftwerkeinheit verändert. Möglich ist beispielsweise eine Betätigung mittels hydraulischen Aktuatoren oder über Kettenan triebe. Two additional floating bodies 20', 20" are arranged laterally along the longitudinal axis of the power plant unit. The floating bodies 20', 20" can be lowered or raised in relation to the rest of the power plant unit by means of devices not shown, which changes the overall buoyancy of the power plant unit accordingly. For example, actuation by means of hydraulic actuators or chain drives is possible.
Die Aufstauvorrichtung 70 umfasst eine Rampe 73a, welche an der Bugseite 13a mit einer Steigung von 0° beginnt und stromabwärts steiler wird, bis Sie in eine Barriere 71 übergeht. Vier senkrechte Leitwände 72a bilden zusammen mit der Rampe 73a drei Ka- näle, durch welche das von der Bugseite 13a einströmende Wasser 98 stromabwärts gelenkt wird. Die Leitwände 72a verhindern im Bereich der stehenden Welle ein seitli ches Abfliessen des Wassers, so dass die erreichbare Stauhöhe grösser ist. The impounding device 70 comprises a ramp 73a, which begins at the bow side 13a with a gradient of 0° and becomes steeper downstream until it merges into a barrier 71. Four vertical guide walls 72a together with the ramp 73a form three channels through which the water 98 flowing in from the bow side 13a is directed downstream. In the area of the standing wave, the baffles 72a prevent the water from flowing off to the side, so that the achievable backwater height is greater.
Die Barriere 71 verläuft parallel zu einer virtuellen Bezugsebene 14 senkrecht zur Längs achse der Kraftwerkeinheit bzw. der Strömungsrichtung 92a der Oberflächen-Was- serströmung 91. Zu Beginn sind die Kanäle der Aufstauvorrichtung unterhalb der Wasserlinie 96, steigen dann aber stromabwärts stetig an, so dass die Wasserströmung 98 aufgrund ihrer kine tischen Energie entgegen der Schwerkraft nach oben über die Wasserlinie 96 hinaus gelenkt wird. Dabei nimmt die Geschwindigkeit der Wasserströmung 98 stetig ab, bis schliesslich das Wasser in der stehenden Welle 94a zu Stillstand kommt. Wenn die Scheitelhöhe 95a der stehenden Welle 94a die Höhe der Barriere 71 erreicht, fliesst ein Teil des Wassers weiter über die Barriere ab. The barrier 71 runs parallel to a virtual reference plane 14 perpendicular to the longitudinal axis of the power plant unit or the flow direction 92a of the surface water flow 91. Initially, the channels of the dam are below the waterline 96, but then rise steadily downstream so that the water flow 98 is directed against gravity upwards over the waterline 96 due to its kinetic energy. The speed of the water flow 98 steadily decreases until finally the water comes to a standstill in the standing wave 94a. When the crest height 95a of the standing wave 94a reaches the height of the barrier 71, some of the water continues to drain over the barrier.
Je nach Geometrie der Barriere und Strömungsgeschwindigkeit kann es gegebenenfalls zu Brandungseffekten kommen, wenn ein Teil des Wassers aufgrund geometrischer Zwänge zurückfliessen muss und so die stehende Welle bricht. Das Brechen der ste hende Welle ist energetisch unvorteilhaft, da dabei ein Teil der potenziellen Energie der stehenden Welle in Wärmeenergie umgesetzt wird und so für die Energiegewinnung verloren ist. Die Geometrie und die anderen Parameter der Kraftwerkeinheit werden des halb vorteilhaft so gewählt, dass ein Brechen möglichst vermieden werden kann. In der Barriere 71 sind mit Rechen 47 abgedeckte Öffnungen 74a angeordnet, durch welche Wasser aus der stehenden Welle 94a in einen Schacht 43a einer Zuführvorrich tung 42a abfliessen kann, welche das Wasser zu einer Wasserkraftmaschine in Form einer Kaplan-Turbine 40 leitet. Der in Drehung versetze Rotor der Turbine treibt wiede rum einen Generator 41 an, welcher elektrische Energie erzeugt. Stromabwärts zur Tur- bine 40 ist ein Saugrohr 44a angeordnet, welches Restenergie des Wassers abbaut und sich auf der Heckseite 13b zu Gewässer hin öffnet 55a. Depending on the geometry of the barrier and the flow speed, surf effects can occur if part of the water has to flow back due to geometric constraints and the standing wave breaks up. The breaking of the standing wave is energetically unfavorable, since part of the potential energy of the standing wave is converted into thermal energy and is thus lost for energy generation. The geometry and the other parameters of the power plant unit are therefore advantageously selected in such a way that breaking can be avoided as far as possible. Arranged in the barrier 71 are openings 74a covered with rakes 47, through which water can flow out of the standing wave 94a into a shaft 43a of a feed device 42a, which directs the water to a water power machine in the form of a Kaplan turbine 40. The set in rotation rotor of the turbine in turn drives a generator 41, which generates electrical energy. A suction pipe 44a is arranged downstream of the turbine 40, which reduces the residual energy of the water and opens 55a on the stern side 13b to the body of water.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kraftwerkeinheit einteilig aufgebaut. Alternativ wäre auch denkbar, drei separate Module entlang der Längsachse aneinander zu kop peln. Die Formgebung der Kraftwerkeinheit wird vorteilhaft so gewählt, dass der Strömungs widerstand und die Wirbelbildung möglichst gering ist, so dass die Fixierungsmittel, mit welchen die Kraftwerkeinheit in der Wasserströmung fixiert ist, minimal dimensioniert werden können. In the exemplary embodiment shown, the power plant unit is constructed in one piece. Alternatively, it would also be conceivable to couple three separate modules to one another along the longitudinal axis. The shape of the power plant unit is advantageously chosen so that the flow resistance and the formation of turbulence is as low as possible, so that the fixing means with which the power plant unit is fixed in the water flow can be dimensioned to a minimum.
Die vorangehend diskutierte Kraftwerkeinheit ist vor allem für die Energiegewinnung in Flüssen geeignet, bei welchen keine Gezeiten auftreten, die Strömungsrichtung also dauerhaft gleich bleibt. Für Einsatzgebiete, in welchen die Strömungsrichtung regelmässig wechselt, also zur Nutzung von Gezeitenströmungen, aber auch in Flüssen mit Gezeiteneinfluss, ist ein symmetrischer Aufbau der Aufstauvorrichtung vorteilhaft, Eine solche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist in Figur 3 schematisch dargestellt. The power plant unit discussed above is particularly suitable for generating energy in rivers where there are no tides, i.e. the direction of flow remains the same over the long term. A symmetrical structure of the impounding device is advantageous for areas of application in which the direction of flow changes regularly, i.e. for the use of tidal currents, but also in rivers influenced by tides. Such an embodiment of a power plant unit according to the invention is shown schematically in FIG.
Die Aufstauvorrichtung 70 mit Rampe, Leitwänden und Barriere ist ähnlich zum Beispiel aus den Figuren 1 und 2 realisiert, jedoch in Bezug auf die Ebene 14 spiegelbildlich aufgebaut. The damming device 70 with ramp, guide walls and barrier is realized in a manner similar to that shown in FIGS.
In Figur 3 befindet sich die Kraftwerkeinheit in einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Strömungsrichtung 92a von links nach rechts verläuft. Es bildet sich auf einer ersten Seite 15a der Aufstauvorrichtung 70 eine erste stehende Welle 94a. Wasser 98 fliesst aus der ersten stehenden Welle 94a durch eine erste Öffnung 74a in der Barriere in ein erstes Zuführrohr 43a einer Zuführvorrichtung, welche das Wasser in eine Wasserkraft maschine in Form einer senkrecht angeordneten Kaplan-Turbine 40 leitet. Das aus der T urbine austretende Wasser fliesst über ein erstes Saugrohr 44a ab, welches sich durch eine Öffnung in der Barriere stromabwärts zur Heckseite 13b hin entleert. In FIG. 3, the power plant unit is in a first operating mode, in which the direction of flow 92a runs from left to right. A first standing wave 94a forms on a first side 15a of the damming device 70 . Water 98 flows from the first standing wave 94a through a first opening 74a in the barrier into a first feed tube 43a of a feeder which feeds the water into a hydroelectric power machine in the form of a Kaplan turbine 40 disposed vertically. The water exiting the turbine flows off via a first suction pipe 44a, which empties itself through an opening in the barrier downstream to the rear side 13b.
Aufgrund des symmetrischen Aufbaus ist auch auf der Barriere stromabwärts eine Öff nung 74b angeordnet. Von dieser zweiten Öffnung 74b führt ein zweites Zuführrohr 43b zur Turbine 40. Stromabwärts zur Turbine führt wiederum ein zweites Saugrohr 44b zu einer Öffnung in der stromaufwärts gelegenen Barriere. Da im ersten Betriebsmodus das zweite Zuführrohr 43a und das zweite Saugrohr 44a keine Funktion haben, sind Um schaltvorrichtungen 45, 46 vorgesehen, welche das zweite Zuführrohr 43b und das zweite Saugrohr 44b im gezeigten ersten Betriebsmodus deaktivieren, bzw. im zweiten Betriebsmodus das erste Zuführrohr 43a und das erste Saugrohr 44a deaktivieren. Im gezeigten Beispiel sind diese Umschaltvorrichtungen durch geeignet platzierte platten förmige Schieber 48, 49 realisiert, welche zur Deaktivierung des Zufuhrrohres bzw. Saugrohres geschlossen werden können. Due to the symmetrical structure, an opening 74b is also arranged on the barrier downstream. From this second opening 74b, a second feed pipe 43b leads to the turbine 40. Downstream of the turbine, in turn, a second suction pipe 44b leads to an opening in the upstream barrier. Since the second feed pipe 43a and the second suction pipe 44a have no function in the first operating mode, switching devices 45, 46 are provided which deactivate the second feed pipe 43b and the second suction pipe 44b in the first operating mode shown, or the first feed pipe 43a in the second operating mode and deactivate the first intake manifold 44a. In the example shown, these switching devices are implemented by suitably placed plate-shaped slides 48, 49, which can be closed to deactivate the supply pipe or suction pipe.
Wenn die Strömungsrichtung der Oberflächen- Wasserströmung 91 von 92a um 180° auf 92b dreht, so geschieht dies nicht plötzlich, sondern zu einem vorbekannten Zeitpunkt. Durch Schliessen aller Schieber 48, 49 wird der erste Betriebsmodus beendet und die Wasserkraftmaschine vorübergehend deaktiviert. Nachdem die erste stehende Welle 94a abgeflossen ist und sich die zweite stehende Welle 94 auf der zweiten Seite 15b gebildet hat, werden die Schieber 48, 49 für das zweite Zuführrohr 43b und das zweite Saugrohr 44b geöffnet, während nun das erste Zuführrohr 43a und das erste Saugrohr 44a bei geschlossenem Schieber 48 bzw. 49 deaktiviert bleiben. Die Kraftwerkeinheit ist nun im zweiten Betriebsmodus. When the direction of flow of the surface water flow 91 turns by 180° from 92a to 92b, this does not happen suddenly, but at a previously known point in time. Closing all slides 48, 49 ends the first operating mode and temporarily disables the water power machine. After the first standing wave 94a has drained and the second standing wave 94 has formed on the second side 15b, the pushers 48, 49 for the second feed tube 43b and the second Suction pipe 44b is opened, while now the first supply pipe 43a and the first suction pipe 44a remain deactivated when the slider 48 or 49 is closed. The power plant unit is now in the second operating mode.
Anstatt bei Umschalten alle Scheiber zu schliessen können auch die Schieber von einem oder beiden Schieberpaaren 48, 49 beide geöffnet sein. Die Sequenz der Schieberöff nungen und Schieberschliessungen muss bei einem Wechseln von dem einen Betriebs modus in den anderen Betriebsmodus so gewählt sein, dass eine Beschädigung der Anlage, insbesondere der Wasserkraftmaschine, nicht möglich ist, beispielsweise durch unerwünschte Rückflüsse oder durch Unterdruckbildung. Die gezeigte Realisierung der Umschaltvorrichtungen 45, 46 für die Wasserzufuhr und Wasserabfuhr der Wasserkraftmaschine mittels plattenförmigen Schiebern 48, 49 ist ein fach zu realisieren, jedoch strömungstechnisch nicht besonders ideal. Vorteilhaftere Ausführungsmöglichkeiten für Umschaltvorrichtungen 45, 46 werden untenstehend in den Figuren 5 und 6 beschrieben. Figur 4 zeigt eine weitere erfindungsgemässe Kraftwerkeinheit mit im Wesentlichen sym metrischen Aufbau der Aufstauvorrichtung. Die Kraftwerkeinheit befindet sich in einem ersten Betriebsmodus, in welchem die Strömungsrichtung 92a von links nach rechts ver läuft. Auf der ersten Seite 15a der Aufstauvorrichtung 70 bildet sich eine erste stehende Welle 94a, aus der Wasser 98 durch eine erste Öffnung 74a in der Barriere in ein erstes Zuführrohr 43a einer Zuführvorrichtung fliesst. Die Wasserkraftmaschine 40 ist wiede rum eine senkrecht angeordneten Kaplan-Turbine. Instead of closing all the slides when switching over, the slides of one or both pairs of slides 48, 49 can both be open. When changing from one operating mode to the other, the sequence in which the valve opens and closes must be selected in such a way that damage to the system, in particular to the hydroelectric power machine, is not possible, for example due to undesired backflows or the formation of negative pressure. The shown implementation of the switching devices 45, 46 for the water supply and water discharge of the water power machine by means of plate-shaped slides 48, 49 is easy to implement, but not particularly ideal in terms of flow technology. More advantageous design options for switching devices 45, 46 are described below in FIGS. 5 and 6. FIG. 4 shows a further power plant unit according to the invention with a substantially symmetrical design of the impounding device. The power plant unit is in a first operating mode, in which the flow direction 92a runs from left to right. On the first side 15a of the damming device 70, a first standing wave 94a forms, from which water 98 flows through a first opening 74a in the barrier into a first feed pipe 43a of a feed device. The hydroelectric power machine 40 is again a vertically arranged Kaplan turbine.
Die Bildung der stehenden Welle 94a wird durch eine schwenkbare erste Stauklappe 75a gesteuert. Eine zweite schwenkbare Stauklappe 75b befindet sich in der Ruhestel lung. Die erste Schwenkklappe 75a wird durch eine Aktuatorvorrichtung vorteilhaft so- weit aus der horizontalen Ruheposition nach oben geschwenkt, dass bei gegebener Ab flussmenge in die Zuführvorrichtung 43a die Höhe der stehenden Welle so hoch als möglich ist, ohne dass die stehende Welle bricht. Dies hat zur Folge, dass der statische Wasserdruck am Eingang der Wasserkraftmaschine 40 maximal wird. Das Vermeiden des Brechens der stehenden Welle wiederum vermeidet einen Energieverlust durch Um- Wandlung von potenzieller Energie in nicht nutzbare Wärmeenergie. Ein kleiner Teil des Wassers der stehenden Welle fliesst über die Stauklappe hinweg und auf der gegenüberliegenden Seite der Aufstauvorrichtung 70 die Rampe 73b hinunter, wo der entsprechende Wasserstrom ins Heckwasser 97 fliesst. The formation of the standing wave 94a is controlled by a pivotable first gate 75a. A second pivotable storage flap 75b is in the rest position. The first pivoting flap 75a is advantageously pivoted upwards from the horizontal rest position by an actuator device such that the height of the standing wave is as high as possible for a given amount of discharge into the feed device 43a without the standing wave breaking. As a result, the static water pressure at the entrance to the hydroelectric power machine 40 becomes maximum. Avoiding the breaking of the standing wave, in turn, avoids wasting energy by converting potential energy into unusable thermal energy. A small portion of the water from the standing wave flows over the barrage and onto the opposite side of the damming device 70 down the ramp 73b, where the corresponding flow of water flows into the stern water 97.
Die Stauklappen 75a, 75b können als Platten realisiert werden, oder alternativ in Form einer Gitterstruktur oder einer Platte mit Durchgangsöffnungen oder Schlitzen, beispiels weise horizontalen oder vertikalen Schlitzen. Es können auch eine Mehrzahl von in ge ringem Abstand zueinander angeordnete Stangen als Stauklappe verwendet werden. Die Verwendung von solchen gitterähnlichen Stauklappen hat den Vorteil, dass die Stau klappe das in Strömungsrichtung vorwärts fliessende Wasser nicht vollständig abbremst, sondern stattdessen der Durchflusswiderstand erhöht. Dies führt ebenfalls zu einer Stau wirkung, wobei gleichzeitig die über die Stauvorrichtung fliessende Wassermenge und/oder deren Geschwindigkeit grösser ist. Dies kann vorteilhaft sein in Bezug auf das Verhindern des Brechens der stehenden Welle. Die restliche Fliessgeschwindigkeit in der stehenden Welle und der daraus resultierende Staudruck kann zudem die Energie effizienz der Anlage weiter erhöhen. The storage flaps 75a, 75b can be implemented as plates, or alternatively in the form of a lattice structure or a plate with through-openings or slots, for example horizontal or vertical slots. A plurality of rods arranged at a small distance from one another can also be used as a storage flap. The use of such grid-like dam flaps has the advantage that the dam flap does not completely slow down the water flowing forward in the direction of flow, but instead increases the flow resistance. This also leads to a damming effect, with the amount of water flowing over the damming device and/or its speed being greater at the same time. This can be beneficial in terms of preventing the standing wave from breaking. The remaining flow velocity in the standing wave and the resulting dynamic pressure can also further increase the energy efficiency of the system.
Unterhalb der Turbine ist eine zweite Umschaltvorrichtung 46 in Form eines senkrecht rotierbaren Ventilkörpers 53 angeordnet. Das Funktionsprinzip dieses Zwei-Wege-Ven- tis ist dabei analog zu der Umschaltvorrichtung wie sie in Figur 6 im Detail beschrieben wird. A second switching device 46 in the form of a vertically rotatable valve body 53 is arranged below the turbine. The functional principle of this two-way valve is analogous to the switching device as described in detail in FIG.
Das aus der Turbine austretende Wasser fliesst über ein erstes Saugrohr 44a ab, das sich zur Heckseite 13b hin ins Heckwasser entleert. Das Saugrohr 44a verläuft bei der gezeigten Ausführungsform dererfindungsgemässen Kraftwerkseinheit 10 innerhalb des unteren Schwimmkörpers 20. Es resultiert eine tiefer liegende Ausgangsöffnung 55a des Saugrohrs, welche ganz am Ende des Schwimmkörpers knapp unterhalb des Niveau 97 des Heckwassers angeordnet ist. Das aus dem ersten Saugrohr 44a austretende Was ser aufgrund des negativen dynamischen Drucks im Heckwasser angesogen, was die Energieeffizienz weiter erhöht. The water exiting the turbine flows off via a first suction pipe 44a, which empties into the stern water on the stern side 13b. In the embodiment shown, the suction pipe 44a of the power plant unit 10 according to the invention runs within the lower floating body 20. The result is a lower-lying outlet opening 55a of the suction pipe, which is located at the very end of the floating body just below the level 97 of the stern water. The water emerging from the first suction pipe 44a is sucked in due to the negative dynamic pressure in the stern water, which further increases the energy efficiency.
Das zweite Saugrohr 44b ist symmetrisch angeordnet, und öffnet sich zur Bugseite 13a hin. Im gezeigten Beispiel ist die Öffnung 55b des zweiten Saugrohres 44b zur Strömung 92a hin offen. Dies hat an sich keinen Einfluss auf den Betrieb der Wasserkraftmaschine 40, da durch die Umschaltvorrichtung 46 das Saugrohr 44b geschlossen ist. Um den Strömungswiederstand der gesamten Kraftwerkeinheit zu optimieren, kann die Öffnung jedoch durch eine geeignete Verschlussvorrichtung abgedeckt sein. Das Eindringen von Fremdkörpern in das zweite Saugrohr ist hingegen wenig problematisch, da beim Um schalten des Betriebsmodus solche Fremdkörper einfach wieder aus dem Saugrohr ge spült werden. The second suction pipe 44b is arranged symmetrically and opens towards the bow side 13a. In the example shown, the opening 55b of the second suction pipe 44b is open to the flow 92a. This in itself has no effect on the operation of the water power machine 40, since the suction pipe 44b is closed by the switching device 46. However, in order to optimize the flow resistance of the entire power plant unit, the opening can be covered by a suitable closure device. The intrusion of Foreign bodies in the second intake manifold, on the other hand, are not a problem, since such foreign bodies are simply flushed out of the intake manifold when the operating mode is switched.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Heckwassers 97, also der Zone des tieferen lokalen Wasserspiegels stromabwärts aufgrund der Wasserverdrängung der in der Strömung fixierten Kraftwerkeinheit, länger als in den vorgenannten Beispielen, und beträgt beispielsweise 1/3 der Länger der Kraftwerkeinheit. Ein möglichst tiefer lokaler Wasserstand im Heckwasser erlaubt es, die negative Druckdifferenz zwischen dem Aus gang der Turbine 40 und der Öffnung 55a des Saugrohrs 44b ins Heckwasser zu maxi mieren, was die Effizienz der Wasserkraftmaschine erhöht. In the exemplary embodiment shown, the length of the stern water 97, i.e. the zone of the lower local water level downstream due to the water displacement of the power plant unit fixed in the flow, is longer than in the aforementioned examples and is, for example, 1/3 the length of the power plant unit. A local water level in the stern water that is as low as possible allows the negative pressure difference between the output of the turbine 40 and the opening 55a of the suction pipe 44b to be maximized in the stern water, which increases the efficiency of the water power machine.
Vorteilhaft wird die Position der Turbine 40 in Bezug auf die Höhe der Einlauföffnung 74a, 74b und die Höhe des Ausgangs 55a, 55b des Saugrohres 44a, 44b so gewählt, dass die Fallhöhe des einfliessenden Wasser ausreichend ist für den Betrieb der Tur bine, und gleichzeitig die Fallhöhe zwischen dem Turbinenausgang und dem Saugrohr ausgang 55a, 55b maximal. Advantageously, the position of the turbine 40 in relation to the height of the inlet opening 74a, 74b and the height of the outlet 55a, 55b of the suction pipe 44a, 44b is chosen so that the head of the inflowing water is sufficient for the operation of the turbine, and at the same time the head between the turbine outlet and the suction pipe outlet 55a, 55b maximum.
Eine vorteilhafte Umschaltvorrichtung 45 für die Wasserzufuhr einer senkrecht angeord neten Kaplan-Turbine 70 in einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit ist in Figur 5 dargestellt. Eine ringförmige Kammer 52 dient dazu, dem zufliessenden Wasser vor dem Passieren der Leitschaufeln 51 einen passenden Drall zu versetzen. Das erste Zuführ rohr 43a und das zweite Zuführrohr 43b sind so ausgerichtet, dass das in die Kammer 52 eintretende Wasser in der richtigen Richtung herum fliesst. Ein halbkreisförmiger Schieber 48 verschliesst das erste Zuführrohr 43a, während Wasser aus dem zweiten Zuführrohr 43b in die Kammer fliessen kann. Die Anlage befindet sich in Figur 5 also im zweiten Betriebsmodus. An advantageous switching device 45 for the water supply of a vertically arranged Kaplan turbine 70 in a power plant unit according to the invention is shown in FIG. An annular chamber 52 serves to impart a suitable swirl to the inflowing water before it passes through the guide vanes 51 . The first feed tube 43a and the second feed tube 43b are aligned so that the water entering the chamber 52 flows around in the correct direction. A semi-circular gate valve 48 closes the first feed pipe 43a while water is allowed to flow into the chamber from the second feed pipe 43b. In FIG. 5, the system is therefore in the second operating mode.
Der Schieber bildet mit dem in Figur 5(b) unten liegenden Wandabschnitt der ringförmi gen Kammer 52 eine bündige äussere Wand ohne vorstehende Strukturen. The slider forms a flush outer wall without any protruding structures with the wall section of the ring-shaped chamber 52 lying at the bottom in FIG. 5(b).
Zum Umschalten vom zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebsmodus wird der bogenförmige Schieber 48 um die Rotationssymmetrie-Achse der ringförmigen Kammer 52 Achse gedreht, welche hier mit der Längsachse der Turbine zusammenfällt. In der gestrichelt dargestellten Schlussposition des Schiebers 48 ist dann das zweite Zuführrohr 43b verschlossen, während das Wasser aus dem ersten Zuführrohr 43a in die Kammer 52 fliessen kann. To switch from the second operating state to the first operating mode, the arcuate slide 48 is rotated about the axis of rotational symmetry of the annular chamber 52, which here coincides with the longitudinal axis of the turbine. In the final position of the slide 48 shown in dashed lines is then the second Feed pipe 43b closed while the water can flow from the first feed pipe 43a into the chamber 52.
Mit der gezeigten Umschaltvorrichtung ist ein gleichzeitiges Verschliessen beider Zu führrohre 43a, 43b nicht möglich. Dazu wären zwei separate Schieber notwendig. Je- doch ist ein gleichzeitiges Schliessen gar nicht notwendig. Ein gemeinsamer Schieber ist zudem einfacher aufgebaut, da nur ein Aktuator notwendig ist. Separate Schieber wiederum wären strömungstechnisch weniger optimal, da in der äusseren Wand der Kammer 52 hervorstehende Kanten resultieren würden, welche die Effizienz der Was serkraftmaschine senken. Eine vorteilhafte Umschaltvorrichtung 46 für die wahlweise Umleitung des aus einer Wasserkraftmaschine einer erfindungsgemässen Kraftwerkeinheit, beispielsweise einer senkrecht angeordneten Kaplan-Turbine, austretenden Wasserflusses ist in Figur 6 dar gestellt. With the switching device shown, it is not possible to close both feed pipes 43a, 43b at the same time. This would require two separate sliders. However, it is not necessary to close them at the same time. A common slide is also simpler in design, since only one actuator is required. Separate slides, in turn, would be less optimal in terms of flow technology, since protruding edges would result in the outer wall of the chamber 52, which would reduce the efficiency of the water power machine. An advantageous switching device 46 for selectively diverting the water flow emerging from a hydroelectric power machine of a power plant unit according to the invention, for example a vertically arranged Kaplan turbine, is shown in FIG.
Die Umschaltvorrichtung 46 funktioniert nach dem Prinzip des Zweiwegeventils. Ein Saugrohr 44 führt das abfliessende Wasser von der stromaufwärts gelegenen Wasser kraftmaschine zur Umschaltvorrichtung 46, welche das Saugrohr 44 durch Drehen eines zylinderförmigen Ventilkörpers 53 um 180° wahlweise mit einem ersten nachgeschalte ten Saugrohr 44a und einem zweiten nachgeschalteten Saugrohr 44b fluidisch verbin den kann. Der Ventilkörper 53 ist im gezeigten Beispiel als gekrümmte Bohrung in einem zylindri schen massiven Block realisiert. In einer kostengünstigeren Ausführungsform ist ein ge eignet geformter gekrümmter Rohrabschnitt in einer drehbar gelagerten Stützstruktur montiert. The switching device 46 works according to the principle of the two-way valve. A suction pipe 44 guides the water flowing out from the upstream hydraulic power machine to the switching device 46, which can fluidly connect the suction pipe 44 by turning a cylindrical valve body 53 by 180° with a first downstream suction pipe 44a and a second downstream suction pipe 44b. The valve body 53 is realized in the example shown as a curved bore in a solid cylindri's block. In a less expensive embodiment, a suitably shaped curved pipe section is mounted in a pivoted support structure.
Eine Abdichtung der Verbindungen zwischen den Saugrohren 44, 44a, 44b und dem Ventilkörper 53 kann beispielsweise durch Labyrinthdichtungen erreicht werden. A sealing of the connections between the suction pipes 44, 44a, 44b and the valve body 53 can be achieved, for example, by labyrinth seals.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann alternativ durch eine Drehung des Ventilkörpers um nur 90° auch in eine geschlossene Konfiguration gebracht werden, in welcher die drei Saugrohre 44, 44a, 44b fluidisch getrennt sind. Alternatively, the exemplary embodiment shown can also be brought into a closed configuration by rotating the valve body by only 90°, in which the three intake pipes 44, 44a, 44b are fluidically separated.
Die Umschaltvorrichtung 46 aus Figur 6 kann auch zum Umschalten zwischen zwei Zu- führrohren 43a, 43b verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist in ihrem Umfang nicht auf die hier beschriebenen spezifi schen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ergeben sich für den Fachmann aus der Beschreibung und den dazugehörigen Figuren zusätzlich zu den hier offenbarten Beispielen verschiedene weitere Modifikationen der vorliegenden Erfindung, die eben- falls in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Zusätzlich werden in der Beschreibung verschiedene Referenzen zitiert, deren Offenbarungsgehalt hiermit in deren Gesamtheit durch Referenz in die Beschreibung mit aufgenommen wird. The switching device 46 from FIG. 6 can also be used to switch between two feed pipes 43a, 43b. The present invention is not limited in scope to the specific embodiments described herein. Rather, for the person skilled in the art, from the description and the associated figures, in addition to the examples disclosed here, there are various further modifications of the present invention that also fall within the scope of protection of the claims. In addition, various references are cited in the description, the disclosure content of which is hereby incorporated in its entirety by reference into the description.
Bezugszeichenliste Reference List
10 Kraftwerkeinheit 10 power plant unit
11 Oberseite 11 top
12 Unterseite 12 bottom
13a erste Bugseite, der Strömung zugewandte erste Seite13a first bow side, first side facing the current
13b Heckseite, der Strömung abgewandte zweite Seite 13b Stern side, second side facing away from the current
14 Bezugsebene, senkrechte Ebene quer zur Strömungsrichtung14 Reference plane, vertical plane perpendicular to the direction of flow
15a erste Seite 15a first page
15b zweite Seite 15b second page
20, 20', 20” Schwimmkörper 20, 20', 20” float
40 Wasserkraftmaschine 40 hydroelectric machine
41 Stromgenerator 42a erste Zuführvorrichtung 42b zweite Zuführvorrichtung 41 power generator 42a first feeder 42b second feeder
43a, 43b Zufuhrrohr 44, 44a, 44b Saugrohr 43a, 43b supply pipe 44, 44a, 44b suction pipe
45 erste Umschaltvorrichtung 45 first switching device
46 zweite Umschaltvorrichtung 46 second switching device
47 Rechen 47 rakes
48 Schieber 48 sliders
49 Schieber 49 sliders
50 Turbine 50 Turbine
51 Leitwerk 51 empennage
52 ringförmige Kammer 52 annular chamber
53 Ventilkörper 53 valve body
55a, 55b Ausgang des Saugrohrs 55a, 55b outlet of the intake manifold
70 Aufstauvorrichtung 70 impoundment device
71 Barriere 71 barrier
72a, 72b Leitelement 73a, 73b Rampe 74a, 74b Öffnung 75a, 75b Stauklappe 72a, 72b guide element 73a, 73b ramp 74a, 74b opening 75a, 75b storage flap
90 Gewässer 90 bodies of water
91 Oberflächen-Wasserströmung 91 surface water flow
92a, 92b Strömungsrichtung 94a, 94b stehende Welle 95a, 95b Niveau der stehenden Welle 92a, 92b direction of flow 94a, 94b standing wave 95a, 95b level of standing wave
96 lokaler Wasserspiegel des Gewässers 96 local water level of the body of water
97 Wasserspiegel im Heckwasser der Kraftwerkseinheit97 Water level in the stern water of the power plant unit
98 anströmendes Wasser 98 oncoming water

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Schwimmfähige Kraftwerkeinheit (1) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einer gerichteten Wasserströmung (91) an der Oberfläche eines Gewässers (90), umfassend mindestens einen Schwimmkörper (20); mindestens eine Wasserkraftmaschine (40) zum Antrieb eines Stromgenerators (41); eine durch den mindestens einen Schwimmkörper getragene Aufstauvorrichtung (70), mit welcher bei der in Bezug auf eine Oberflächen-Strömung (91) eines Ge wässers (90) örtlich fixierten Kraftwerkeinheit anströmendes (98) Wasser in Bezug auf einen lokalen Wasserspiegel (96) des Gewässers nach oben leitbar und zu einer ersten stehenden Wasserwelle (94a) auf einer ersten Seite einer Bezugs ebene (14) senkrecht zur Strömungsrichtung (92a, 92b) aufstaubar ist; und eine erste Zuführvorrichtung (42a) zum Ableiten von Wasser aus der ersten ste henden Welle in die mindestens eine Wasserkraftmaschine. 1. Floating power plant unit (1) for generating electrical energy from a directed water flow (91) on the surface of a body of water (90), comprising at least one floating body (20); at least one water power machine (40) for driving a power generator (41); a damming device (70) carried by the at least one floating body, with which, in the case of the power plant unit that is locally fixed in relation to a surface flow (91) of a body of water (90), inflowing (98) water is pumped in relation to a local water level (96) of the Water can be directed upwards and to form a first standing water wave (94a) on a first side of a reference plane (14) perpendicular to the direction of flow (92a, 92b); and a first supply device (42a) for discharging water from the first standing wave into the at least one hydroelectric power machine.
2. Kraftwerkeinheit nach Anspruch 1 , wobei die Aufstauvorrichtung (70) im Wesentli chen spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, so dass bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung der Oberflächen-Strömung (91) des Gewässers (90) aus einer entgegengesetzten Strömungsrichtung (92b) anströmendes Wasser (98) mit der Aufstauvorrichtung () in Bezug auf den lokalen Wasserspiegel (96) des Gewässers nach oben leitbar und zu einer zweiten ste henden Wasserwelle (94b) auf einer zweiten Seite (15b) der Bezugsebene auf staubar ist; und wobei eine zweite Zuführvorrichtung (42b) vorgesehen ist zum Ableiten von Was ser aus der zweiten stehenden Welle in die mindestens eine Wasserkraftmaschine (40). 2. Power plant unit according to claim 1, wherein the damming device (70) is constructed essentially mirror-symmetrically, so that when the flow direction of the surface flow (91) of the body of water (90) is reversed, water (98 ) with the damming device () in relation to the local water level (96) of the body of water can be guided upwards and to a second standing water wave (94b) on a second side (15b) of the reference plane; and wherein a second supply device (42b) is provided for discharging water from the second standing wave into the at least one hydroelectric power machine (40).
3. Kraftwerkeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufstauvorrichtung (70) eine auf einer dem Gewässer (90) entgegengesetzten Oberseite (11) der Kraftwerkein heit (10) angeordnete Barriere (71) zum Aufstauen des anströmenden Wassers (98) aufweist. 3. Power plant unit according to claim 1 or 2, wherein the impounding device (70) has an upper side (11) of the power plant unit (10) arranged opposite the body of water (90) for impounding the inflowing water (98).
4. Kraftwerkeinheit nach Anspruch 3, wobei die Aufstauvorrichtung (70) mindestens ein auf einer dem Gewässer (90) entgegengesetzten Oberseite (11) der Kraftwer keinheit (10) angeordnetes Leitelement (72a, 72b) aufweist, mit welchem anströ mendes Wasser (98) zur Barriere (71) führbar ist. 4. Power plant unit according to claim 3, wherein the damming device (70) has at least one guide element (72a, 72b) arranged on an upper side (11) of the power plant unit (10) opposite the body of water (90) and with which inflowing water (98) can be led to the barrier (71).
5. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufstau vorrichtung (70) eine auf einer dem Gewässer (90) entgegengesetzten Oberseite (11) der Kraftwerkeinheit (10) angeordnete Rampe (73a, 73b) aufweist. 5. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein the damming device (70) on a body of water (90) opposite top (11) of the power plant unit (10) arranged ramp (73a, 73b).
6. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zuführvor richtung (42a, 42b) ein Zufuhrrohr (43a, 43b) aufweist, welches von einer Öffnung (74a, 74b) in der Aufstauvorrichtung (70) zu der mindestens einen Wasserkraftma schine (40) verläuft. 6. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein the feed device (42a, 42b) has a feed pipe (43a, 43b) which runs from an opening (74a, 74b) in the damming device (70) to the at least one hydroelectric power machine (40 ) runs.
7. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindes tens eine Wasserkraftmaschine (40) eine Kaplan-Turbine oder eine Kaplan-ähnli che Turbine, beispielsweise eine VLH (Very Low Head) Turbine ist. 7. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein the at least one hydroelectric power machine (40) is a Kaplan turbine or a Kaplan-like turbine, for example a VLH (Very Low Head) turbine.
8. Kraftwerkeinheit nach Anspruch 7, wobei stromabwärts von der Turbine (40) ein8. Power plant unit according to claim 7, wherein downstream of the turbine (40).
Rohr (44) angeordnet ist, mit welchem das Wasser nach dem Passieren der Tur bine wegführbar ist. Pipe (44) is arranged, with which the water bine can be carried away after passing through the turbine.
9. Kraftwerkeinheit nach Anspruch 7 oder 8, wobei stromabwärts von der Turbine (40) ein Saugrohr (44) angeordnet ist, welches sich unterhalb des Wasserspiegels (96, 97) zum Gewässer (90) hin öffnet. 9. Power plant unit according to claim 7 or 8, wherein a suction pipe (44) is arranged downstream of the turbine (40), which opens below the water level (96, 97) to the body of water (90).
10. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Vorrich tung vorgesehen ist, mit welcher ein Schwimmkörper (20’) in Bezug auf die Auf stauvorrichtung (70) bewegt werden kann. 10. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein a device is provided with which a floating body (20') can be moved in relation to the storage device (70).
11. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Vorrich- tung vorgesehen ist, mit welcher ein Schwimmkörper (20’) in Bezug auf die Auf stauvorrichtung (70) bewegt werden kann. 11. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein a device is provided with which a floating body (20') can be moved in relation to the damming device (70).
12. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine erste Vor richtung (45) vorgesehen ist, mit welcher die Wasserkraftmaschine (40) wechsel weise mit einem ersten Zufuhrrohr (43a) und einem zweiten Zufuhrrohr (43b) flui- disch verbindbar ist. 12. Power plant unit according to one of the preceding claims, wherein a first device (45) is provided, with which the water power machine (40) alternately with a first feed pipe (43a) and a second feed pipe (43b) is fluidly connected.
13. Kraftwerkeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine zweite13. Power plant unit according to any one of the preceding claims, wherein a second
Vorrichtung (46) vorgesehen ist, mit welcher die Wasserkraftmaschine (40) wech selweise mit einem ersten stromabwärts zur T urbine angeordneten Rohr (44a) und einem zweiten stromabwärts zur Turbine angeordneten Rohr (44b) fluidisch ver bindbar ist. Device (46) is provided, with which the water power machine (40) alternately with a first tube (44a) arranged downstream of the turbine and a second tube (44b) arranged downstream of the turbine can be connected fluidically ver.
14. Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einer gerichteten Was serströmung (91) an der Oberfläche eines Gewässers (90), umfassend das Bereitstellen einer von mindestens einem Schwimmkörper (20) getragenen Aufstauvorrichtung (70), welche in Bezug auf eine Oberflächen-Strömung (91) ei nes Gewässers (90) örtlich fixiert ist, wobei anströmendes (98) Wasser von der Aufstauvorrichtung in Bezug auf einen lokalen Wasserspiegel (96) des Gewässers nach oben geleitet und zu einer stehenden Wasserwelle (94a, 94b) angestaut wird; das Ableiten von Wasser aus der stehende Wasserwelle 94a, 94b) in eine Was serkraftmaschine; das Erzeugen von elektrischer Energie mit einem von der der Wasserkraftma- schine (40) angetriebenen Stromgenerator (41). 14. A method for generating electrical energy from a directed water flow (91) on the surface of a body of water (90), comprising providing a damming device (70) carried by at least one floating body (20), which in relation to a surface flow (91) a body of water (90) is fixed in place, with inflowing (98) water being guided upwards by the damming device in relation to a local water level (96) of the body of water and being dammed to form a standing water wave (94a, 94b); diverting water from the standing water wave 94a, 94b) into a water power machine; the generation of electrical energy with a power generator (41) driven by the water power machine (40).
15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren mit einer Kraftwerkeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird. 15. The method according to claim 10, wherein the method is carried out with a power plant unit (1) according to any one of claims 1 to 9.
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