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Patent Searching and Data


Title:
RUN-OF-THE-RIVER POWER PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/127790
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a run-of-the-river power plant, comprising, in particular: a water basin below the surface of the earth; and a cavern, which is constructed below the water basin and has a turbine for renewable power generation. In a section (6a), a water basin (3) is built below the surface of the earth. The water is led in by means of a canal line (2). Said water is fed by means of a natural inflow (1) (e.g. lakes, rivers, seas). The turbine (7) is installed in the cavern (11) below the water basin (3). For power production, the water is conducted into the two pressure tubes by means of the intake structure (6c). The pressure tube (4) conducts the water into the turbine (7), and the pressure tube (5) conducts the water into the nozzle (21). The water shoots out of the nozzle (21) at high pressure and velocity. A strong suction effect/negative pressure is thus produced, whereby the falling water from the turbine (7) is conducted from the drain tube (9) into the drain tube (10) as a result of the produced effect from the nozzle (21). As a result of the strong water jet, the water is conveyed by means of the return tube (12) into the water return channel (13). From there, the water finally returns to the water basin (3).

Inventors:
BLAKAJ DARDAN (CH)
BLAKAJ AHMET (CH)
Application Number:
PCT/CH2019/000036
Publication Date:
July 01, 2021
Filing Date:
December 23, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BLAKAJ DARDAN (CH)
BLAKAJ AHMET (CH)
International Classes:
F03B13/06; F03B17/00
Domestic Patent References:
WO2008084560A12008-07-17
Foreign References:
US20110113769A12011-05-19
JPH0378569A1991-04-03
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Claims:
Patentansprüche

5 1. Laufwasserkraftwerk mit wenigstens einem Wasserbecken (3). Dieser wird unterhalb der Erdoberfläche gebaut. Das Wasser wird durch eine Kanalleitung (2) hineingeführt. Das Wasserbecken (3) wird durch natürliche Zuflüsse wie z.B. Seen, Flüsse und Meere gespeist.

2. Wasserlaufkraftwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne

10 unter dem Wasserbecken (3) gebaut wird. In diese befindet sich die Turbine (7) und der Generator (6).

3. Wasserlaufkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Einlaufwerk (6c) das Wasser in die beiden Druckrohre geleitet wird. Das Druckrohr (4) leitet das Wasser in die Turbine (7) und Druckrohr (5) leitet das Wasser in die Düse (21).

15 4. Wasserlaufwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (21) das

Wasser mit hohem Druck und Geschwindigkeit zu einem starken Wasserstrahl (22) bildet. Das hat den Zweck eine Saugwirkung / Unterdrück zu erzeugen. Dadurch wird es möglich das Wasser vom Auffangbecken (8) durch die beiden Abflussrohre (9) und (10) in das Rückführrohr (12) oder dem Brunnenschacht (12c) durch den starken Wasser-

20 strahl (22) zu fördern.

5. Wasserlaufwerk nach Anspruch 4. Dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführrohre (12) oder der Brunnenschacht (12c) das Wasser aufsammeln und durch das aufsteigen des Wassers gelangt es bis an die Wasserrücklaufrinne (13). Von da aus landet es in das Wasserbecken (3) und geht wieder in den geschlossenen Kreislauf.

25 6. Wasserlaufwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte

Spannung durch den Generator (6) mittels Leitungskabeln (16) zum Transformatorhaus (14) geleitet wird. Hier befinden sich ebenfalls die Kontrolleinheiten und die Steuerzentrale. Die Lufteinlässe (24) oberhalb des Auffangbeckens (8) dienen dazu damit die Luft in die Abflussrohre (9)und(10)hinein strömt damit diese nicht implodieren.

30 7. Wasserlaufwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

Wassertürme oder Wassertanks auf der Erdoberfläche gebaut werden oder in Grossgebäuden in die Städte und anderweitig integriert werden. Somit kann unterhalb den Gebäuden anstatt einer Kaverne (11) zwei tiefe Brunnenschächte (12c) in unmittelbare Nähe aufgebohrt werden. Die Turbine (7) und der Generator (6) werden in das eine Brunnenschacht (12c) integriert, währenddessen dient das andere Brunneschacht (12c) dazu das Wasser in die Tanks oder Wassertürme zu leiten. Das bedingt es können auch künstliche Seen in beliebigen Orten erstellt werden um das Prinzip zu integrieren.

Description:
Laufwasserkraftwerk Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Laufwasserkraftwerk. Es gibt viele verschiedene Arten von Wasserkraftwerken. Häufig gebaute Kraftwerkstypen sind das Speicherwasserkraftwerk (oder Speicherkraftwerk genannt), Pumpspeicherkraftwerke und das Laufwasserkraftwerk. Der Bau von Wasserkraftwerken ist mit wichtigen Voraussetzungen verknüpft. Die Lage muss sorgfältig ausgewählt werden und es muss ein natürlicher Höhenunterschied vorhanden sein damit die potentielle Energie in kinetische Energie umgesetzt werden kann. Das Bauen solcher Kraftwerke ist mit sehr hohen politischen und ökologischen Konflikten verbunden. Die Umsetzung ist daher schwierig und mit sehr hohen Baukosten verbunden. Durch die globale Erderwärmung entstehen Dürreperioden und die Gletscherschmelze werden beschleunigt. Dies führt zur ernsthaften Problematik der Wasserkraft Nutzung in den Bergen und

Flüssen. Die Langzeitprognosen für das von Wasserkraftwerken sind äusserst vage und es müssen grosse detaillierte Studien im vorab abgeklärt werden. Bis jetzt war es nur den grossen und wirtschaftlich hoch entwickelten Ländern solche gigantischen Bauten durch technische Meisterleistung zu errichten. Das Bauen von solchen Projekten, hat zur Folge das grosse Eingriffe in die Natur unternommen werden. Die Fauna und Flora von Wäldern werden massiv beeinflusst. Die Wasserlebewese werden dem aussterben gewidmet. Es müssen zum Teil grosse Umsiedlungen von den Einwohnern eingeleitet werden. Sie verlieren ihren gewohnten Lebensraum und leiden unter diese Massnahmen. Die Wasserkraftwerke bestehen aus dem Oberbecken und dem Unterbecken. Der Oberbecken wird entweder durch einen natürlichen Zufluss (z.B.

Fluss) gespeist, oder ausschliesslich durch Pumpturbinen und die Staumauer mit Wasser gefüllt. Die Staumauer hält das Wasser im Oberbecken zurück. Ein Pumpspeicherkraftwerk ohne natürliches Speicherbecken wird dadurch erst möglich. Ohne Staumauer gäbe es viele der heutigen Pumpspeicherkraftwerke nicht. Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen. Fig. 1 ein Teilschnitt des Wasserkraftwerks mit dem Wasserbecken und die Kaverne. Die Pfeile deuten die Richtung des Wasserkreislaufes und die Funktionsweise der Anlage. Fig. 2 ein Teilschnitt gemäss Fig. 1 in 3D gesehen. Fig.3 ein Teilschnitt gemäss Fig. 1 mit alternativer Ausführung für den Wasserrücklauf. Fig. 4 ein Teilschnitt im vergrösserten Massstab. Hierbei werden beide Varianten für den Wasserrücklauf gezeigt. Fig. 5 eine Draufsicht der Anlage von der Oberseite gezeigt.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des gesamten Laufwasserkraftwerkes. Solche Wasserkraftwerke werden dadurch bezeichnet, dass diese möglichst ununterbrochen betrieben werden. Das Wasserbecken (3) wird unterhalb der Erde ausgehoben. Die seitlichen Wände und der Untergrund werden betoniert. Die Sammlung des Wassers erfolgt durch die Kanalleitung (2). Das Wasserbecken (3) wird durch einen natürlichen Zufluss (1) z.B. (Seen, Flüsse, Meere) gespeist. Die Kanalleitung (2) zweigt bei den Flüssen (1) und Seen (1) das Wasser ab. Hingegen bei den Meeren (1) wird das Wasser ebenfalls in das Landes innere bis zum Kraftwerk geleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass bei starker Strömung und schlechter Witterung die

Anlage geschützt sind. Beim Wassereinfluss in die Kanalleitung (2) befinden sich die Schleusen (19) welche im Notfall innert Sekunden schliessen können. Ebenfalls ist die Kanalleitung (2) mit feinmaschigen Netzten (26) und Rächen (18) versehen, damit Fische durch die Strömung nicht in das Wasserbecken (3) hineingeführt werden, sowie andere feste Gegenstände, welche zur Beschädigung der Anlagen führen könnten. Das gestaute Wasser, wird durch das Einlaufwerk in die beiden Druckrohre (4) und (5) geleitet. Diese sind an verschiedenen Stellen mit Verschlüssen versehen. Somit kann man die beiden Druckrohre (4) und (5) entleeren, was bei Reparaturen von Nutzen ist und bei der Wartung der Anlagen. Das Druckrohr (4) führt in die Turbine (7). Hierzu werden Francis Turbinen bevorzugt welche einen mittleren bis grossen

Fallhöhenbereich (10-700m) haben. Für die richtige Wahl der Turbine wird die Fallhöhe und der Durchfluss betrachtet. Es können auch andere Turbinenarten durch ihre verschiedenen Eigenschaften ausgewählt und eingesetzt werden. Das Druckrohr (5) führt in die Düse (21). Der starke Wasserstrahl erzeugt eine Saugwirkung (Unterdrück). Das axial austretende Wasser aus der Turbine (7) wird in den starken Wasserstrahl hinein gesogen und wieder durch das Rückführrohr (12) bis in die Wasserrücklaufrinne (13) befördert. Von da aus landet es schliesslich in den Wasserbecken (3) zurück Fig. 2 zeigt das Laufwasserkraftwerk in 3D. Die Kaverne (11) und die Turbine (7) befinden sich in mindestens 200m tiefe. Das Wasserbecken (3) hat ebenfalls eine tiefe von mindestens 80m tiefe. Anhand dieser Baumethode haben wir einen Höhenunterschied von 120m. Somit können wir bis zu 12 bar Wasserdruck erreichen und eine hohe Leistung erzeugen. Die Dimensionen der beiden Druckrohre (4) und (5) werden dem geforderten Volumenstrom des Wassers und Leistung der Turbine angepasst. Die Kanalleitung (2) variiert in der Länge und hat eine tiefe von 10-20m. Für einen Zufluss aus dem Meer (1) kann die Kanalleitung (2) beliebig lang ins Landesinnere eingebettet werden. Weltweit haben wir sehr viel Potential für das Bauen von solchen Kraftwerken. Es muss nun nicht mehr hoch in die Berge gebaut werde. Hierdurch entfallen viele Kosten mit dieser Baumethode. Das errichten des Staudammes entfällt ebenfalls. Ökologisch ergeben sich sehr viele Vorteile für Mensch und Natur. Das Landschaftsbild wird kaum geändert da sich alles unter der Erdoberfläche befindet. Das Bauvorhaben kann in der Nähe eines Meeres, Flusses oder Sees an geeigneten Stellen gebaut werden. Die Bauzeit wird deutlich verkürzt und die damit verbunden Kosten werden ebenfalls deutlich gesenkt. Fig. 3 zeigt das Lauf - Wasserkraftwerk mit alternativer Ausführung für den Wasserrücklauf. Gemäss Fig. 1 wird das Wasser von dem Abflussrohr (10) in das Rückführrohr (12) nach oben durch den Düsenstrahl (22) zur Wasserrücklaufrinne (13) gefördert. Das Rückführrohr (12) in Fig. 1 wird in einem Winkel von 5 Grad nach oben eingelegt. Das Rückführohr (12) hat einen kleineren Durchmesser damit das Wasser schneller nach oben fliesst. Durch die Neigung des Rückführrohres (12) nimmt der Druck des Wassers in die Rohrleitung ab.

Im Fig. 3 kann alternativ ein Brunnenschacht (12a) mit Betonringen eingebaut werden. Dadurch können kosten an Stahlrohren gespart werden. Parallel zum Brunnenschacht (12a) wird das Wasser aus der Düse (21) mit hohem Druck und Geschwindigkeit zufliessen. Um den Wasserzufluss zu entlasten wird in den Brunnenschacht (12a) eine Schutzkappe (25) montiert welches den Wasserstrahl (22) beim Eintritt in den Brunnenschacht (12a) entlastet. Zusätzlich wird der Brunnenschacht (12a) um den Wasserdruck im tiefsten Punkt zu setzten noch einige Meter (10-20m) tiefer gebaut.

Somit kann sich das Wasser auffüllen und in die Wasserrücklaufrinne (13) fliessen. Von dort aus fliesst es durch den geneigten Winkel in das Wasserbecken (3) Fig. 4 zeigt die Erfindung im vergrösserten Massstab, sowie die beiden alternativen Ausführungen für den Wasserrücklauf. Das Rückführrohr (12) und der Brunnenschacht (12a) werden aufgezeigt. Hier wird ersichtlich wie das Ganze funktioniert. Durch das Druckrohr (4) fliesst das Wasser in der Schnecke welche zusammen verbunden sind. Die Turbine (7) ist durch eine Stahlwelle mit dem Generator (6) verbunden. Durch das Antreiben des Laufrades gibt das Wasser seine ehemalige potentielle Energie an die Turbine (7) weiter, welche die Energie in mechanische Arbeit umwandelt.

Ausdruck dieser mechanischen Arbeit ist die in Bewegung versetzte Stahlwelle, die den Generator (6) antreibt und schliesslich Strom produziert. Das Wasser verlässt die Turbine (7) in axialer Richtung (Achsenrichtung). Im Trichterförmigen Auffangbecken (8) wird das Wasser aufgesammelt. Das Abflussrohr (9) hat ein Gefälle von min. 10%. Somit wird das Wasser schneller aus dem Abflussrohr (9) und (10) geleitet. Ermöglicht wird dieser Effekt durch den starken Wasserstrahl (22) welcher aus der Düse (21) herausfliesst. Hierbei fällt das Wasser von Wasserbecken (3) durch das Druckrohr (5) direkt mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Düse (21). Innerhalb der Düse (21) wird das Wasser verdrängt. Somit wird die Geschwindigkeit nochmals erhöht. Es entstehen ein starker Wasserstrahl (22). Wichtig hierbei ist, dass die Düse (21) unmittelbar unter dem T-Verbindungsstück vom Abflussrohr (10) positioniert ist. Ansonsten wäre die Funktion nicht gewährleistet. Die Saugkraft (Unterdrück) würde somit nicht stattfinden und es würde zu einem Wasserstau kommen. Das Wasser würde dann in den Auffangbecken (8) zurückfliessen. Im Gegensatz zu den Pumpspeicherkraftwerken muss das Wasser nicht nach oben gepumpt werden. Ein Novum welches es ermöglicht durch den starken Wasserstrahl (22) welcher aus der Düse (21) kommt. Das Wasser nach oben zu fördern ohne den Einsatz von Pumpen. Somit wird ein geschlossener Kreislauf ermöglicht. Das Wasserkraftwerk kann permanent laufen. Es kann weltweit eingesetzt werden insbesondere werden hier die grossen Vorteile der Meere erwähnt. Somit kann gegen die globale Erderwärmung und den massiven C02

Ausstoss mit regenerativer Energie der Wende entgegengesetzt werden. Diese Methode zur Errichtung neuartiger Wasserkraftwerke bringt sehr viele globale Vorteile. Und kann in jedem Land gebaut werden. Ein neues Zeitalter der Wasserkraftwerke wird ihren Lauf nehmen. Fig. 5 eine Draufsicht der Anlage von der Oberseite gezeigt. Es können je nach Gelegenheit des natürlichen Umfeldes verschieden grosse Anlagen gebaut werden. Die Pfeilrichtung zeigt an wie das Wasser aus natürlichem Zufluss (1) z.B. Flüsse, Seen und Meere in das Wasserbecken (3) fliesst. Das Wasser passiert als erstes das Rächen (18). In dem Rächen werden grosse sperrige Gegenstände aufgenommen und verhindern das diese in die Turbine (7) gelangen. Danach werden in geregelten Abständen feinmaschige Netzte (26) eingesetzt. Hier wird verhindert, dass die Fische in die Kanalleitung (2) ins Innere schwimmen können. Anschliessend sind da noch die Schleusen (19). Im Falle schlechter Witterung und hohen Wellenganges bei Meeren können diese geschlossen werden. Die Grösse des Wasserbeckens (3) kann Anhand von der Auswahl der geeigneten Turbine (7) bestimmt werden. In die Kaverne (11) welche durch einen Zufahrtstollen erreicht wird befindet sich die Turbine (7). Der Generator (6) ist das letzte Glied in der Stromproduktion des Laufwasserkraftwerkes. Die produzierte Spannung vom Generator (6) wird über die Leitungskabeln (16) zum Transformatorhaus (14) geleitet. Hier oben befinden sich auch Kontrolleinheiten und die Steuerzentrale. Der Transformator wandelt die produzierte Spannung vom Generator (6) in Hochspannung. Diese Hochspannung wird dann über die Schaltanlage ins Stromnetzt (15) eingespeist. Es können in die Kaverne (11) zehn bis 20 Turbinen (7) eingesetzt werden. Somit können enorm hohe Leistungen erreicht werden. Man könnte damit Atomkraftwerke ersetzen. Dies würde zur Klimawende sehr positiv beitragen und wir könnten in grossen Mengen sauberen Strom produzieren.