DE202018000353U1

DE202018000353U1 - waterworks

Info

Publication number: DE202018000353U1
Application number: DE202018000353.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2028-01-25

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Wasserkraft aus einem strömenden Gewässer durch Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des Wassers ohne zusätzliche Stauwerke. Vorrichtung nach Anspruch 1Device for generating electrical energy by means of water power from a flowing water by increasing the flow rate of the water without additional dams. Apparatus according to claim 1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Fließgeschwindigkeit von langsam laufenden Gewässern, um sie dann zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzen zu können.The present invention relates to a device for increasing the flow rate of slow-moving waters in order to then use them to generate electrical energy.

Sie zielt insbesondere auf Kanäle wie z. B. den Isarkanal oder andere Kanäle, welche einem natürlichen Flusslauf zur Stromerzeugung abgezweigt wurden und bei denen die Fließgeschwindigkeit des Wassers zwischen den bereits vorhandenen Staustufen nicht ausreicht um ein Wasserrad / Turbine wirtschaftlich anzutreiben. In diesem langsam laufenden Wasser zwischen den Staustufen befindet sich aber noch eine ungeheure Menge an ungenutzter Energie, welche mit der vorliegenden Erfindung noch zusätzlich zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden kann.It aims in particular at channels such. As the Isarkanal or other channels, which were branched off a natural river for power generation and where the flow rate of water between the existing barrages is not sufficient to drive a water wheel / turbine economically. In this slow-running water between the barrages but there is still a tremendous amount of unused energy, which can be used with the present invention in addition to the generation of electricity.

Vorrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Wasserkraft aus einem strömenden Gewässer sind im Stand der Technik bekannt. Dafür werden in den meisten Fällen Turbinen verschiedener Bauart verwendet.Devices for generating electrical energy by means of water power from a flowing body of water are known in the art. For this purpose, turbines of various types are used in most cases.

Um die Fließgeschwindigkeit, bzw. eine Fallhöhe zu erreichen, bei der diese Turbinen eine sinnvolle und wirtschaftliche Leistung für das Stromnetz liefern können, muss das Wasser mittels eines Wehres oder einer Staumauer angestaut werden.In order to achieve the flow rate, or a drop height at which these turbines can provide meaningful and economical power for the power grid, the water must be accumulated by means of a weir or a dam.

Diese Vorrichtungen zum Stauen des Wassers weisen u. a. folgende Nachteile auf:

1. Sie sind teuer.
2. Sie stellen in den meisten Fällen einen massiven Eingriff in die Landschaft dar und sind daher sehr umstritten.
3. Die Fische können diese Stauwerke nur mit Hilfe von Millionen teuren Fischtreppen überwinden.
4. Das Wasser zwischen den Stauwerken bleibt ungenutzt.

These devices for damming the water have the following disadvantages:

1. They are expensive.
2. They are in most cases a massive invasion of the landscape and therefore very controversial.
3. The fish can only overcome these dams with the help of millions of expensive fish ladders.
4. The water between the dams remains unused.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden, bzw. zu verbessern, denn die Wasserentnahme aus einem natürlichen Flusslauf zur Energiegewinnung ist ein starker Eingriff in die Natur und schadet Menschen, Tieren und Pflanzen. Daher sollte das entnommene Wasser auch optimal genutzt werden.Based on this prior art, it is the object of the present invention to at least partially overcome or improve the disadvantages of the prior art, because the removal of water from a natural river for energy production is a strong intervention in nature and harms people, Animals and plants. Therefore, the extracted water should also be used optimally.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a device according to claim 1 solved. Preferred embodiments and modifications are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie durch Strömungserhöhung von langsam laufenden Gewässern weist folgende Merkmale auf:

1. Das Gewässer ist beidseitig langgezogen (mind. 100 m) in Flussrichtung durch feste und glatte Wände eingeengt (1).
2. Auf gleicher Länge ist der Gewässerboden in Flussrichtung kontinuierlich angehoben (2).
3. Am Ende der Einengung befindet sich ein Wasserrad oder mehrere Turbinenräder nebeneinander auf einer zentral angeordneten Welle (3) an deren Enden Stromerzeuger angeschlossen sind (4).
4. Vor und teils unter dem Wasserrad / Turbine befindet sich eine hydraulisch bewegbare, bzw. absenkbare Plattform (5).
5. Am Anfang der Einengung befinden sich an beiden Seiten verstellbare Klappen (6).
6. In den Seitenteilen (7) ist der Gewässerboden nicht angehoben.
7. Unmittelbar nach dem Wasserrad / Turbine ist das Gewässer auf einer begrenzten Länge verbreitert.

A device according to the invention for generating electrical energy by increasing the flow of slowly flowing waters has the following features:

1. The water is long on both sides (at least 100 m) in the flow direction by solid and smooth walls concentrated ( 1 ).
2. At the same length, the water bed is continuously raised in the direction of flow ( 2 ).
3. At the end of the constriction, a water wheel or several turbine wheels are located side by side on a centrally arranged shaft ( 3 ) at the ends of which power generators are connected ( 4 ).
4. Before and partly below the waterwheel / turbine there is a hydraulically movable or lowerable platform ( 5 ).
5. At the beginning of the constriction are on both sides adjustable flaps ( 6 ).
6. In the side panels ( 7 ) the waterbed is not raised.
7. Immediately after the waterwheel / turbine, the waters are widened to a limited length.

WASSERWERK - FunktionWATER WORK - function

Durch die langgezogenen Einengungen des Gewässers in Fließrichtung durch feste und glatte Wände (1) und der gleichzeitigen kontinuierlichen Anhebung des Gewässerbodens zwischen den Begrenzungswänden (2) wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers wesentlich erhöht und damit die wirtschaftliche Nutzung eines Wasserrades / Turbine möglich. Die Einengung kann einseitig, sollte aber besser beidseitig erfolgen. Die Wirkungsweise der Einbauten auf das durchströmende Wasser folgt entsprechend der gültigen Strömungslehre dem Satz von Bernoulli: (Fläche F1 x Fließgeschwindigkeit v1 entspricht Fläche F2 x Fließgeschwindigkeit v2; (F1 x v1 = F2 x v2).Due to the elongated constrictions of the water in the flow direction through solid and smooth walls ( 1 ) and the simultaneous continuous raising of the watercourse between the boundary walls ( 2 ), the flow rate of the water is significantly increased and thus the economic use of a water wheel / turbine possible. The narrowing can be unilateral, but should be done better on both sides. The mode of operation of the internals to the water flowing through follows Bernoulli's theorem according to the valid fluid theory: (area F1 x flow velocity v1 corresponds to area F2 x flow velocity v2; (F1 x v1 = F2 x v2).

Die langgezogenen glatten Einbauten (mind. 100 m) bewirken, dass das Wasser mit geringen Reibungsverlusten stetig beschleunigt und ohne wesentlichen Stau mit erhöhter Geschwindigkeit auf die Wasserrad- oder Turbinenschaufeln trifft. Je nach Auslegung des Wasserrades / Turbine kann die erzeugbare Leistung noch wesentlich beeinflusst werden. Bei den zu erwartenden hohen Drehzahlen können auch mehrere spezielle Turbinenräder nebeneinander auf einer Welle angebracht (3) und an beiden Enden der Welle Stromerzeuger angeschlossen werden (4).The elongated smooth internals (at least 100 m) ensure that the water steadily accelerates with low friction losses and hits the waterwheel or turbine blades at high speed without significant congestion. Depending on the design of the water wheel / turbine, the producible power can be significantly influenced. At the expected high speeds, several special turbine wheels can be mounted side by side on a shaft ( 3 ) and at both ends of the shaft power generators are connected ( 4 ).

Mit der vor dem Wasserrad / Turbine eingebauten beweglichen bzw. absenkbaren Plattform (5) kann die das Wasserrad zu beaufschlagende Wassermenge und damit die Leistung der Anlage bedarfsgerecht gesteuert werden (4). Im komplett abgesenkten Zustand fließt das Wasser frei unter dem Wasserrad durch. Dieser antriebslose Zustand ermöglicht einen Stillstand der Anlage z. B. für Wartungsarbeiten o. ä.With the movable or lowerable platform installed in front of the water wheel / turbine ( 5 ), the amount of water to be applied to the waterwheel and thus the performance of the plant can be controlled as required ( 4 ). When completely lowered, the water flows freely under the waterwheel. This unpowered state allows a stoppage of the plant z. B. for maintenance o. Ä.

Mit den hydraulisch verstellbaren Stahltoren am Anfang der Einengung (6) kann die Wasserzufuhr noch zusätzlich geregelt werden. Damit die Fische auch bei geschlossenen Toren die Anlage in dem normal fließenden Wasser der Seitenteile in jeder Richtung durchschwimmen können, reichen diese Tore nicht bis zum Grund des Gewässers. (2)With the hydraulically adjustable steel gates at the beginning of the constriction ( 6 ), the water supply can be additionally regulated. So that the fish can swim through the system in the normally flowing water of the side parts in every direction, even when the doors are closed, these gates do not reach the bottom of the water. ( 2 )

Für die Funktion der Anlage (ungehinderte Drehung des Wasserrades / Turbine) ist es erforderlich, dass die Wasserhöhe nach dem Wasserrad niedriger ist, als davor. Dies wird erfindungsgemäß durch eine in der Länge begrenzten Verbreiterung des Gewässers nach dem Wasserrad gelöst.For the function of the system (unimpeded rotation of the water wheel / turbine), it is necessary that the water level after the water wheel is lower than before. This is achieved by a limited in length broadening of the water to the waterwheel.

Das Wasser kann sich dann auf einer größeren Fläche ausbreiten und der Wasserstand wird zwangsläufig niedriger.The water can then spread over a larger area and the water level will inevitably lower.

Mit dieser Vorrichtung wird also auf kostengünstigste Weise die Erzeugung von elektrischer Energie mittels Wasserkraft, d. h. aus erneuerbarer Energie dezentral und ohne zusätzliche Stauwerke und teure Fischtreppen zur Verfügung gestellt. Insbesondere kann das bis jetzt ungenutzte Wasser zwischen den bereits vorhandenen Stauwerken durch die Steigerung der Fließgeschwindigkeit noch zusätzlich zur Stromerzeugung herangezogen werden. Die Kosten für eine solche Anlage sind wesentlich geringer als die, die bei Wind- und Solarparks entstehen. Zudem beeinflusst eine erfindungsgemäße Anlage die Landschaft nur in geringem Maße und sie liefert im Bedarfsfall witterungsunabhängig zuverlässig saubere und erneuerbare Energie.With this device, therefore, the generation of electrical energy by means of water power, d. H. decentralized from renewable energy and provided without additional dams and expensive fish ladders. In particular, the up to now unused water between the already existing dams can be used in addition to the power generation by increasing the flow rate. The cost of such a system is much lower than that incurred by wind and solar farms. In addition, a system according to the invention affects the landscape only to a small extent and, if necessary, reliably provides clean and renewable energy irrespective of the weather.

Die Anlage kann auch mehrfach im ausreichenden Abstand hintereinander eingebaut werden.The system can also be installed several times at a sufficient distance one behind the other.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Seitenansicht und Draufsicht

1

Seitliche Begrenzung

2

Anhebung des Kanalbodens

3

Wasserrad oder Turbinen

4

Generatoren

5

Absenkbare Plattform

6

Klappen für zusätzliche Regelung

7

Seitenteil für normalfließendes Wasser und die Fische

8

Verbreiterung des Kanals

1 Side view and top view

1

Lateral boundary

2

Raising the channel floor

3

Waterwheel or turbines

4

generators

5

Lowerable platform

6

Flaps for additional control

7

Side part for normal flowing water and the fish

8th

Widening of the canal
2 Seitenansicht und Draufsicht

6

Klappen für zusätzliche Regelung, die nicht bis zum Boden des Kanals reichen

2 Side view and top view

6

Flaps for additional control that do not reach the bottom of the duct
33

33

Mehrere Turbinenräder nebeneinander, auf einer WelleSeveral turbine wheels side by side, on a wave
Fig.4 Weiteres AusführungsbeispielFIG. 4 further embodiment

Das komprimierte Wasser beaufschlagt die Turbinenräder am Rande des Kanals.The compressed water impinges on the turbine wheels at the edge of the channel.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Wasserkraft aus einem strömenden Gewässer durch Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des Wassers ohne zusätzliche Stauwerke. Vorrichtung nach Anspruch 1 Device for generating electrical energy by means of water power from a flowing water by increasing the flow rate of the water without additional dams. Device after Claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass das Gewässer durch zwei langgezogene seitliche Begrenzungen in Fließrichtung eingeengt ist (1) characterized in that the water is narrowed by two elongated lateral boundaries in the flow direction (1)

dadurch gekennzeichnet, dass der Gewässerboden zwischen den seitlichen Begrenzungen auf gleicher Länge in Fließrichtung kontinuierlich angehoben ist (2) characterized in that the water bottom between the lateral boundaries on the same length in the flow direction is continuously raised (2)

dadurch gekennzeichnet ist, dass am Ende der Einengung mindestens ein Wasserrad (3) oder mehrere spezielle Turbinenräder nebeneinander (3) auf einer zentral angeordneten Welle angebracht sind an deren Enden Stromerzeuger angeschlossen sind (4) characterized in that at the end of the constriction at least one water wheel (3) or several special turbine wheels side by side ( 3 ) are mounted on a central shaft at the ends of which power generators are connected (4)

dadurch gekennzeichnet, dass sich vor und teils unter dem Wasserrad / Turbine eine absenkbare und hydraulisch steuerbare Plattform befindet, mit welcher die das Wasserrad zu beaufschlagende Wassermenge genau eingestellt werden kann (5) characterized in that there is a lowerable and hydraulically controllable platform in front of and partly below the waterwheel / turbine, with which the water quantity to be applied to the waterwheel can be set precisely (5)

dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbaren Klappen am Anfang der Einengung (6) und 2 nicht bis zum Boden des Gewässers reichen characterized in that the adjustable flaps at the beginning of the constriction (6) and 2 do not reach to the bottom of the water

dadurch gekennzeichnet, dass in dem normal fließenden Wasser der Seitenteile (7) die Fische die Anlage ungehindert und unbeschädigt in jeder Richtung durchschwimmen können characterized in that in the normal flowing water of the side parts (7), the fish can swim through the system unhindered and undamaged in any direction

dadurch gekennzeichnet, dass das Gewässer unmittelbar nach dem Wasserrad / Turbine auf einer begrenzten Länge verbreitert ist (8). characterized in that the water is widened immediately after the waterwheel / turbine to a limited length (8).