AT515823A1 - Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine A Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B. Wasser. Sie ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, dass im Umleitungstunnel (2) einer Wehranlage eine oder mehrere Turbinen-Generatoreinheiten vorgesehen sind. Dadurch kann ein üblicherweise nach dem Bau verschlossener Umleitungstunnel zur Energieerzeugung eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömendenMedium, z.B. Wasser.

Derartige Anlagen werden in vielfältiger Art insbesondere in Flussläufen eingesetzt. Nebenden Kraftwerken werden in den Flussläufen auch Wehranlagen eingebaut, um einerseits dasWasser für die Energieerzeugung aufzustauen, andererseits bei Hochwasser einen geregeltenAbfluss zu ermöglichen. Beim Bau der Wehranlage ist während der Bauzeit aber das laufendanfallende Wasser entsprechend abzuleiten, bis der Damm der Wehranlage eine ausreichendeHöhe aufweist. Dazu werden sogenannte Umgehungs- oder Umleitungstunnel gebaut, dienach Abschluss der Bauarbeiten an der Wehranlage permanent verschlossen werden, oderungenutzt bleiben.

Ziel der Erfindung ist es die Energieerzeugung bei strömenden Gewässern zu erhöhen.

Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass im Umleitungstunnel einer Wehranlageeine oder mehrere Turbinen-Generatoreinheiten vorgesehen sind. Durch den Einbau vonkleinen Turbinen-Generatoreinheiten kann der räumlich stark begrenzte Bereich derUmgehungs-/Umleitungstunnel gut für eine zusätzliche Energieerzeugung genutzt werden. Esergibt sich somit ein erheblicher wirtschaftlicher Zusatznutzen. Auch können in einfacherWeise bestehende Wehranlagen mit Umgehungstunnels ausreichender Größe zur zusätzlichenEnergienutzung umgebaut werden. Als weiterer Nutzen ergibt sich die Möglichkeit, denTriebwasserweg für die Abfuhr von Sedimentablagerungen im Oberwasserbereich derWehranlage zu nutzen, welche gleichmäßig verteilt über die gesamte Breite derGewässersohle flussabwärts transportiert wird

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen-Generatoreinheiten einzeln oder in Gruppen nebeneinander und/oder übereinander imUmleitungstunnel angeordnet sind. Dadurch kann ein vorgegebener Tunnelquerschnittbestmöglich zur Energienutzung herangezogen werden.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Umleitungs¬tunnel durch Verschlussorgane absperrbar ist. Durch die Absperrung eines Umleitungstunnelskönnen in einfacher Weise Installationen und Reparaturen durchgeführt werden.

Besonders günstig hat sich erwiesen, wenn die Verschlussorgane fest mit dem Bauwerkverbunden sind. Dadurch ist eine stabile Absperrung auch gegenüber starker Strömunggewährleistet.

Wenn die Verschlussorgane Einrichtungen zum Öffnen für Strömungswasser aufweisen, kannauch die Energieerzeugung besser geregelt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass derUmleitungstunnel eine oder mehrere auf der Oberwasserseite gelegene Öffnungen aufweist.Dies fuhrt auch zu besseren Strömungsverläufen.

Weisen die Öffnungen einen Einlaufrechen auf, so kann auch verhindert werden, dassSchadstoffe in die Turbinen gelangen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dieÖffnungen einen Querschnitt aufweisen, der ausreicht um eine Turbinen-Generatoreinheitnach oben herauszuheben. Damit können in einfacher Weise die Turbinen-Generatoreinheiteneingebaut und auch zu Wartungszwecken ohne wesentlichen Stillstand ausgebaut werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage,

Fig. 3 eine Variante einer eingesetzten Turbinen-Generatoreinheit und

Fig. 4 eine alternative Variante einer eingesetzten Turbinen-Generatoreinheit darstellt.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage zur Erzeugungelektrischer Energie aus einem strömenden Medium, nämlich Wasser, mit einer Damm¬struktur 7, mittels welcher ein Bereich mit höherem Wasserpegel von einem Bereich mitniedrigerem Wasserpegel getrennt werden kann. Im vorliegenden Fall erfolgt die Trennungdurch ein Wehr 6, welches durch Verschwenken um eine horizontale Achse heb- und senkbarist, wobei in der gehobenen Position des Wehrs 6 ein Abfließen des Wassers aus dem Bereichmit höherem Wasserpegel in den Bereich mit niedrigerem Wasserpegel möglich ist und in derabgesenkten Position des Wehrs 6 das Abfließen des Wassers verhindert wird. Dieses Wehr 6dient speziell bei Hochwasser zum verstärkten Abfluss des Wassers auf der Oberwasserseite.

Weiters weist die Dammstruktur 7 einen Umleitungstunnel 2 auf, der eine Umleitung desWassers von der Oberwasserseite zur Unterwasserseite während der Bauphase der Damm¬struktur 7 erlaubt. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist eine oder mehrere Turbinen-Generatoreinheiten 1, einzeln oder in Gruppen nebeneinander im Umleitungstunnel 2 angeordnet. Abweichend vom gezeigten Anwendungsbeispiel können die lurbinen-Generatoreinheiten 1 auch einzeln oder in Gruppen übereinander angeordnet sein. In diesemBeispiel werden Turbinen-Generatoreinheiten 1 in Rohrturbinen-Bauweise gemäß Fig. 3verwendet, wobei natürlich ohne Einschränkung der Allgemeinheit auch jede beliebig andereTurbinen-Generatoreinheit, wie beispielsweise in sogenannter Straflo-Bauweise, gemäßFig. 4, verwendet werden kann. Neben der Turbinen-Generatoreinheit 1 weist die Anlage einzur Turbinen-Generatoreinheit gehöriges Saugrohr 3 auf, das während oder nach derHerstellung des Umleitungstunnels in demselben errichtet wird.

Ein oder mehrere Verschlussorgane 4, die vor und/oder nach einer Turbinen-Generator¬einheit 1 oder mehreren Turbinen-Generatoreinheiten 1 angeordnet ist/sind, dient/dienen zumStarten und Stoppen einer oder mehrerer Turbinen-Generatoreinheiten 1 und/oder zumAbsperren des Umleitungstunnels 2 und / oder der Dammstruktur 7. Letztere Funktion ist inFig. 1 nicht dargestellt, es sind nur die Führungsschienen für das Verschlussorgan sichtbar,welche bis zur Oberkante der Dammstruktur reichen.

Der Umleitungstunnel 2 der Wehranlage weist einen oder mehrere auf der Oberwasserseitegelegene Öffnungen auf, die mit einem Einlaufrechen 5 ausgestattet und/oder durch Ver¬schlussorgane 4 verschließbar sind.

Die Turbinen-Generatoreinheit 1 ist lösbar mit dem Saugrohr 3 verbunden und kann zuInstallations- und Wartungszwecken durch die obenliegende mit dem Einlaufrechen 5 aus¬gestattete Einlaufoffhung ein-und ausgehoben werden. Zu diesem Zweck muss vorher deroberwasserseitige Bereich vor dem Wehr 7 mittels Verschlussorgan 4 abgedämmt werden,das in diesem Falle üblicherweise bis über den maximalen oberwasserseitigen Wasserspeigelreicht und in Führungen eingesetzt wird. Alternativ könnte auch der oberseitige Wasser¬spiegel entsprechend abgesenkt werden.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage. Man erkennt hier gut, dasshier im Umleitungstunnel 2 eine Anzahl von Turbinen-Generatoreinheiten 1 vorgesehen sind,wobei diese hier in Gruppen zu jeweils drei Einheiten zusammengefasst sind. Diese Turbinen-Generatoreinheiten 1 weisen jeweils ein gemeinsames Verschlussorgan 4 auf der Oberwasser¬seite und einzelne Verschlussorgane 4, die an die jeweiligen Saugrohre 3 anschließen, an derUnterwasserseite auf. So können die unterwasserseitigen Verschlussorgane 4 günstig für denStart der Turbinen-Generatoreinheiten 1 und die oberwasserseitigen Verschlussorgane 4 fürInstallations- und Wartungsarbeiten entsprechend eingesetzt werden. Gegebenenfalls können die Turbinen-Generatoreinheiten 1 auch noch in weiteren Ebenen übereinander angeordnetwerden. Dies erfolgt je nach den gegebenen Platzverhältnissen in den Umleitungstunnels 2.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer eingesetzten Turbinen-Generatoreinheit 1 in Rohrturbinen¬bauweise. Die Turbinen-Generatoreinheit 1 weist dabei einen permanentmagneterregtenGenerator auf. Der Generator ist hier in einem bimenförmigen Generatorgehäuse angeordnet.Der Rotor des Generators ist kraftschlüssig mit einer Welle verbunden, die durch eine Turbineangetrieben wird. Dazu ist am in Strömungsrichtung dem Generator abgewandten Ende derWelle kraftschlüssig eine Turbine mit Turbinenschaufeln angeordnet, die durch das vorbei¬fließende Medium in Rotation versetzt wird. Der Rotor weist nicht näher dargestelltePermanentmagnetpole auf, die als Erreger für den Generator dienen. Der Stator ist direkt ander Innenwand des Generatorgehäuses ortsfest befestigt. Die Kühlung des Generators erfolgtausschließlich über das vorbeifließende Medium. Das Generatorgehäuse ist gegen das um¬strömende Medium, z.B. Wasser, abgedichtet und mittels Leitschaufeln an einem konischenAnsaugrohr befestigt.

Fig. 4 zeigt dann eine alternative Ausführung einer Turbinen-Generatoreinheit 1 in Straflo-Ausfuhrung. Die Turbinen-Generatoreinheit 1 weist dabei eine Turbine mit Turbinen¬schaufeln auf, die kraftschlüssig miteinander und mit einer Welle verbunden sind, welche ineinem bimenförmigen Lagergehäuse der Turbinen-Generatoreinheit 1 gelagert und gegen dasumströmende Medium, z.B. Wasser, gedichtet ist. Das Lagergehäuse ist mittels Leitschaufelnan einem konischen Einlaufrohr befestigt. Im Bereich der Turbinenschaufeln befindet sich derGenerator, welcher einen ringförmigen Rotor des Generators der Turbinen-Generatoreinheit 1aufweist. Konzentrisch um den Rotor ist der ebenso ringförmige Stator des Generatorsangeordnet, welcher drehfest in dem Modul angeordnet und hier in einem als Gehäuse aus¬gebildeten Abschnitt des Einlaufrohrs verankert ist. Der Rotor weist auch hier Permanent¬magnetpole auf.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem strömenden Medium, z.B.Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass im Umleitungstunnel (2) einer Wehranlage eineoder mehrere Turbinen-Generatoreinheiten (1) vorgesehen sind.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen-Generator¬einheiten (1) einzeln oder in Gruppen nebeneinander und/oder übereinander imUmleitungstunnel (2) angeordnet sind.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umleitungstunnel(2) durch Verschlussorgane (4) absperrbar ist.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussorgane (4) festmit dem Bauwerk verbunden sind.
5. 5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussorgane(4) Einrichtungen (6) zum Öffnen für Strömungswasser aufweisen.
6. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass derUmleitungstunnel (2) eine oder mehrere auf der Oberwasserseite gelegene Öffnungenaufweist.
7. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen einenEinlaufrechen (5) aufweisen.
8. 8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen einenQuerschnitt aufweisen, der ausreicht um eine Turbinen-Generatoreinheit (1) nach obenherauszuheben.