DE202009000184U1

DE202009000184U1 - Modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung

Info

Publication number: DE202009000184U1
Application number: DE202009000184U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2019-01-09

Abstract

Modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung, umfassend mindestens eine Einheit aus Wasserrad (2) oder Wasserschnecke (5) sowie Generator (3) und Steuerelektronik (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsquelle (2) oder (5) in einem Gehäuse (1) untergebracht ist, über Wasserleitungssystem (7) (8) (9) (10) mit Wasser gespeist wird, den Generator (3) antreibt und somit der Erzeugung und Aufbereitung vom elektrischen Strom dient.

Description

Die Problematik der nachhaltigen Energiegewinnung und zuverlässigen Versorgung mit elektrischem Strom bleibt nicht nur wie zuvor aktuell, sonder angesichts der zunehmend knapper werdenden Naturressourcen und deren steigendem Bedarf samt der hohen Preise bedeutender.
Die Wasserkraft birgt in vielen Regionen der Erde ein großes Potential an natürlicher Energie. Die Nutzung dieser Energiequellen ist jedoch aufgrund diverser technischer bzw. ökonomischer Umstände erschwert oder nicht möglich.
Zu den ergiebigsten und wirtschaftlich profitabelsten Wegen zur Gewinnung des elektrischen Stromes zählen die Wasserkraftwerke verschiedenster Arten und Bauweisen. Solche Anlagen weisen in der Regel einen hohen Nutzungsgrad auf. Interessant und gefragt sind dabei nicht nur die großen und mittelgroßen Vorrichtungen, die ihrerseits den größten Anteil an der gesamten Stromproduktion haben, sondern auch verhältnismäßig kleinere Lösungen, die zugleich in vielen Fällen besonders vorteilhaft und manchmal einzig möglich sind.
Die folgende Erfindung wendet sich vorzugsweise dem Bereich der vergleichsweise kleineren Wasserkraftwerkanlagen, die die vorhandenen Naturressourcen ohne großen Aufwand und Kosten, ohne weit reichende Eingriffe in die bestehenden Ökosysteme nützt. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die zusätzliche Nutzung des fließenden Wassers in den größeren Anlagen: für den Betrieb der Turbinen ist bestimmte Fallhöhe bzw. Wassergeschwindigkeit erforderlich; anschließend könnte die erfindergemäß gestaltete modulare Wasserkraft-Vorrichtung eingesetzt werden, da sie mit geringsten noch vorhandenen Wasserflussneigung auskommen kann.
Vorteile

– die modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung lässt sich schnell und ohne großen Aufwand im Einklang zu den naturgegebenen Potenziale und den möglichen Anforderungen installieren sowie anwenderfreundlich und kostengünstig vertreiben
– die potenzielle Energie des Wassers kann mehrfach mit hoher Effizienz genützt werden
– das modulare Prinzip gibt einen großen Spielraum bei der Entwicklung der einzelnen Komponenten bzw. Modelle je nach der erforderlichen Größe, Leistung und Design. Zudem macht solch ein Prinzip eine kostengünstige massenhafte Herstellung möglich. Die einzelnen Module können durch weitere Module/Komponente erweitert, kombiniert oder ausgetauscht werden
– die gesamte Vorrichtung bleibt optisch unauffällig und in die gegebenen natürliche Umgebung gut integriert
– das für einen optimalen Betrieb erforderliche Gesamtgewicht des kombinierten Wasserrades kann als eine der möglichen Ausführungsvarianten durch Ballastwasser erreicht werden, was eine erhebliche Reduzierung des Transportgewichtes sowie des eingesetzten Materials ermöglicht
– die Anlage könnte die Stromversorgung in den sonst schwer zugängigen Orten mit Hilfe der vorhandenen natürlichen Wasserquellen gewährleisten
– die Anlage kann weitgehend autonom arbeiten: in den regenreichen Jahreszeiten kann sie schnell in Betrieb genommen werden oder gegebenenfalls stillgelegt werden, wenn kein Wasser vorhanden ist

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1 In perspektivischer Darstellung erfindungsgemäß gestaltete modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung in Ausführung als minimales Modulsystem

• Modul WR (kombiniertes Wasserrad)

2 In perspektivischer Darstellung erfindungsgemäß gestaltete modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung in Ausführung als minimales Modulsystem

• Modul WS (Wasserschnecke)

3 In perspektivischer Darstellung erfindungsgemäß gestaltete modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung in Ausführung als erweitertes Modulsystem

• 2 × Modul WR (kombiniertes Wasserrad)
• 1 × Modul WS (Wasserschnecke)
• 1 × Modul ES (elektronische Steuerung)

4 Kombiniertes Wasserrad mit Generator-Einrichtung
Aufbau
Die modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung besteht aus einem Modul WR (kombiniertes Wasserrad) (1) oder WS (Wasserschnecke) (2) mit Gehäuse 1. In dem Gehäuse 1 ist ein erfindungsgemäß gestaltetes kombiniertes Wasserrad 2 (4) oder eine Wasserschnecke 5 als Antriebskomponente untergebracht sowie das Wasserleitungssystem mit Zulauf-Rinne 7 und Ablauf-Rinne 8. Mitintegriert sind auch der Generator 3 (4) und die elektronische Steuerung 4. Als eine der möglichen Ausführungsvariante weist modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung ein Steuerungsmodul auf (3). Als weitere Komponente sind die Röhre 9 und 10 als Wasserleitungen (3 und 4) an die gesamte Vorrichtung angeschlossen.
Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise aus einem verwitterungsfestem Material (Kunststoff oder Metall) gemacht. Die Beschaffenheit der Oberfläche und das gesamte Design soll die Anlage gut in die vorhandene Landschaft anpassbar machen. Der vordere Teil der Module WR oder WS ist vorzugsweise mit einem Kontrollfenster 13 versehen; damit lässt sich die Beobachtung bzw. Kontrolle über die Vorgänge im Gehäuse von außen machen. Das Gehäuse 1 ist in seiner Konstruktion so aufgebaut, dass eine Erweiterung durch weitere Module (3) möglich ist. Die Verbindung geschieht vorzugsweise durch genormt abgestimmte Verbindungsvorrichtungen.
Funktion
Die modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung wird vorzugsweise in der Nähe von Wasserquellen aufgestellt, so dass das Wasser die Module WR bzw. WS direkt oder durch Wasserleitungssystem speist. Aufgrund des Arbeitsprinzips vom erfindungsgemäß gestalteten kombinierten Wasserrades, ist die Fallhöhe für den Nutzungsgrad der Vorrichtung nicht entscheidend: hier wird primär die potenzielle Energie (das Gewicht des Wasser) genützt.
Wenn der vorhandene Wasserverlauf eine ausreichende Neigung und Länge hat, können mehrere modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtungen als Batterien installiert werden. Dadurch wird die vorhandene Energiequelle mehrfach genützt und über die zentrale Steuerung 11 aufbereitet und gebündelt an den Verbraucher geleitet.
Kombiniertes Wasserrad 2 (4)
Das Wasserrad besteht aus mehreren Komponenten. Die Konstruktion des Rades weist mindestens jeweils eine Komponente als oberschlächtiges Wasserrad (OWR) und als unterschlächtiges Wasserrad (UWR) auf, die fest miteinander verbunden sind und so eine Einheit bilden. Das kombinierte Wasserrad kann vorzugsweise aus einem stabilen, langlebigen Kunststoff hergestellt werden und eine hohle Innenkammer enthalten. Diese Kammer dient der Aufnahme vom Ballastwasser, um das nötige Gesamtgewicht zu erlangen; für den Transport bzw. Lagerung ist solch eine Lösung bezüglich des Gesamtgewichtes vorteilhaft. Für den Betrieb unter Gefrierpunkt ist die Antifrostmischung als Ballastwasser sinnvoll. Solch eine Ausgestaltung des kombinierten Wasserrades ist jedoch nur eine der möglichen Ausführungen, der Fachmann wird je nach dem Model und den Anforderungen eine optimale Lösung gewähren.
Das Wasser gelingt über die Zulauf-Rinne 7 oberhalb des Wasserrades in die Wasserradzellen 12 (1). Durch die Gewichtskraft des aufgenommenen Wassers wird das Rad aus dem Gleichgewicht gebracht und kann dadurch in die Rotationsbewegung versetzt werden. Das Wasser fällt anschließend in die erfindungsgemäß gestaltete Ablaufrinne, die das Wasser zu den tiefer liegenden Schaufeln des integrierten unterschlächtigen Wasserrades führt. Auf diese Weise unterstützt das abfließende Wasser die Rotation des gesamten kombinierten Wasserrades und erhöht somit den erzielten Wirkungsgrad.
Anschließend wird das Wasser durch die Ablauf-Rinne 8 sowie durch die Wasserleitungen 9 und 10 aus dem Modul nach außen bzw. in das nächste Modul ab- oder weitergeleitet (3).
Wasserschnecke (archimedische Schraube) 5 (2)
Als weitere Ausgestaltung des Antriebes kann eine Wasserschnecke verwendet werden. Die Wasserschnecke kommt mit einer relativ niedrigen Fallhöhe aus. Das Modul mit Wasserschnecke kann bevorzugt als Ergänzung zum Modul mit dem kombinierten Wasserrad eingesetzt werden, indem Modul mit Wasserschnecke tiefer platziert sein kann oder ganz selbständig, wenn die vorhandene Fallhöhe für den Betrieb des Moduls mit Wasserrad nicht ausreicht.
Das grundlegende Prinzip der Wasserschnecke als Vorrichtung zum Antrieb von Generatoren ist bekannt und wird in vielen Wasserkraftanlagen benützt. Neu in der vorliegenden Erfindung ist der Einbau der Wasserschnecke in ein Gehäuse und Verwendung als Modul.
Generator 3 (4)
Um die Gesamteffizienz der Anlage zu optimieren, sind die Verfahren zu bevorzugen, die möglichst direkte Umwandlung der Drehebewegung in den elektrischen Strom gewähren. Vorteilhaft wäre zum Beispiel die Anwendung des Nabendynamos als Prinzip, um einerseits die Verluste der Reibung zu reduzieren und andererseits die Zahl der einzelnen Komponenten bzw. Vorrichtungen so gering zu halten, wie es möglich ist. Grundsätzlich ist die Anwendung der anderen Arten und Typen von Generatoren möglich, wenn solch eine Anwendung aus der Sicht eines Fachmanns sinnvoll ist.
Steuerelektronik 4 und Steuerungsmodul 11
Die im Gehäuse installierte elektrische Steuerung dient der notwendigen Umwandlung und Weiterleitung des elektrischen Stromes zum Steuerungsmodul bzw. Verbraucher. Die Steuerelektronik ist von außen leicht zugänglich und enthält je nach Ausführung verschieden platzierbar Anschluss- und Kontrollvorrichtungen. Im Inneren ist die Steuerelektronik wasserdicht.
Das Steuerungsmodul 11 sammelt und aufbereitet die elektrische Energie aus der gesamten modularen Wasserkraftwerk-Vorrichtung zur weiteren Übertragung und Nutzung.

1: Gehäuse
2: kombiniertes Wasserrad
3: Generator
4: Steuerelektronik
5: Wasserschnecke
6: Wasserradzelle
7: Zulauf-Rinne
8: Ablauf-Rinne
9: Wasserzuleitung
10: Wasserableitung
11: Modul für elektronische Gesamtsteuerung
12: Wasserradschaufeln
13: Kontrollfenster

Claims

Modulare Wasserkraftwerk-Vorrichtung, umfassend mindestens eine Einheit aus Wasserrad (2) oder Wasserschnecke (5) sowie Generator (3) und Steuerelektronik (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsquelle (2) oder (5) in einem Gehäuse (1) untergebracht ist, über Wasserleitungssystem (7) (8) (9) (10) mit Wasser gespeist wird, den Generator (3) antreibt und somit der Erzeugung und Aufbereitung vom elektrischen Strom dient.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus einem witterungsbeständigen, schallisolierenden und langlebigen Material ausgestaltet ist.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (2) aus miteinander gekoppelten Komponenten besteht, die als mindestens ein oberschlächtiges Wasserrad mit Zellen (6) und als ein unterschlächtiges Wasserrad mit Wasserschaufeln (12) ausgebildet sind.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente mit Wasserschaufeln (12) einen vergleichsweise größeren Radius als die Komponente mit Wasserzellen aufweist und vom abfließenden Wasser angetrieben wird.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Ablauf-Rinne (8) in ihrer Form so gestaltet ist, dass das aus den Wasserradzellen herabfließende Wasser direkt zu den Schaufeln (12) geleitet wird und dadurch die gesamte Rotation des Wasserrades unterstützt.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserrad (2) wenigstens bereichsweise hohl ausgebildet ist und in seinem inneren eine Aufnahme für das Ballastwasser aufweist.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (3) mit dem Wasserrad (2) gekoppelt ist und vorzugsweise nach dem Prinzip eines Nabendynamos den elektrischen Strom erzeugt.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Kontrollfenster (13) aufweist.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) im oberen, unteren und hinteren Bereiche die Anschlussvorrichtungen für Wasserzuleitung (9) sowie Wasserableitung (10) ausgebildet sind.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (4) im Gehäuse (1) untergebracht, von innen wasserdicht ausgestaltet und von außen bedienbar und anschließbar ist.
Wasserkraftwerk-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Vorrichtung beliebig viele Module zur Stromerzeugung sowie für die Gesamtsteuerung (11) beinhalten kann.