Energieerzeugungseinheit

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung elektrischer Energie aus Wasserkraft, wobei mindestens eine Turbinenanlage in einem handelsüblichen Norm-Container eingebaut ist, wobei die Turbinenanlage in einem im Norm-Container verlaufenden Kanal angeordnet ist, wobei der Kanal in Strömungsrichtung eines umgebenden Gewässers angeordnet ist.

Vorrichtungen zur Stromerzeugung in gestauten Wasserläufen sind in einer Vielzahl bekannt. Die Einrichtungen steilen jedoch einerseits einen Eingriff in das Ökosystem der Gewässer dar. Insbesondere steilen die Staumauern oder Wehre ein unüberwind- bares Hindernis für wandernde Fische dar. Andererseits ist der Bau eines Maschinenhauses zur Instandhaltung der Turbine erforderlich. Dies bedeutet einen weiteren Aufwand und Eingriff in das Ökosystem der Gewässer. Die DE 299 14 306 U 1 zeigt ein Wasserkraftwerk, dessen Baugruppen teilweise aus vorgefertigten Containern besteht. Die DE 198 07 732 A1 lehrt eine flexible selbsttragende Fischtreppe, die in Abhängigkeit der zu überwindenden Höhe variabel gestaltet werden kann. Das Thema Fischaufstieg an einer Staustufe beschreibt die AT 41 1 368 B mit einem Fischlift mit einer hydraulisch verschließbaren Klappe. Die DE 10 2010 018 892 B3 zeigt eine Wehranlage mit einer Turbinenanlage und einem Fischweg.

Die WO 99/27251 A1 beschreibt eine Wasserkraftanlage, die als Ganzes, zumindest Turbine und Generator der Wasserkraftanlage, in einen handelsüblichen Norm- Container, wie er für den Schiffs-, Luft-, Straßen- oder Bahntransport verwendet wird, eingebaut ist. Das am weitesten verbreitete Beispiel für einen solchen handelsüblichen Norm Container ist der nach ISO 688 genormte Großraumbehälter, der allgemein als 20 oder 40 Fuß-Container bekannt ist.

Die Verwendung eines solchen Containers ermöglicht die einfache und schnelle Bereit- Stellung von elektrischer Energie in einem relativ kleinen Flusslauf. Sofern eine Zufahrtmöglichkeit besteht, kann der Container quasi anschlussfertig abgesetzt werden. Allerdings lässt die Methode der Energiegewinnung die Frage nach ökologisch notwendigen und oftmals gesetzlich geforderten Räumen für die freie Fischwanderung unberücksichtigt. Eine entsprechende Fischtreppe wäre unter Umständen separat einzurich- ten, wodurch die Vorteile einer vollständigen Einheit zur Energiegewinnung stark reduziert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Energieerzeugungseinheit zur Stromerzeugung in einem Gewässerlauf zu schaffen, wobei in einem Container eine Ausnehmung vorgesehen ist, in die eine geschlossene strömungsführende Einrichtung eingebracht ist, in der eine Turbine vorgesehen ist, und wobei an oder in dem Norm-Container ein Fischweg vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinheit entspricht ökologischen und gesetzlichen Anforderungen und ist vollständig vormontierbar, so dass sie am Einsatzort aufgestellt und ohne weitere Maßnahmen in Betrieb genommen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass der bauliche Aufwand bei der Einrichtung der Energieerzeugungseinheit gering gehalten werden kann. Insbesondere sind keine landschaftsschädigenden Bauwerke, wie beispielsweise ein Maschinenhaus oder ein separater Fischweg notwendig. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Energieerzeugungseinheit in Strömungsrichtung des umgebenden Gewässers mindestens ein Kanal angeordnet ist, in dem keine Turbine vorgesehen ist. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines Fischweges innerhalb des Norm-Containers. Zur Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit in diesem Kanal ist es möglich, Barrieren vorzusehen. Bei geeigneter Anordnung schaffen diese Barrieren Bereiche mit hoher Strömung sowie Bereiche mit nahezu ruhendem Wasser. Ist der Fließweg des Wassers entlang des Fischweges mäandrierend ausgeformt, so ergibt sich der Vorteil, dass die Strömung im Fischweg gebremst und der Durchfluss verringert wird. Alternativ besteht die Möglichkeit einer Ausgestaltung der Energieerzeugungseinheit bei der an mindestens einer Außenseite des Norm-Containers ein Fischweg vorgesehen ist, insbesondere in Strömungsrichtung des umgebenden Gewässers. Dies ermöglicht einerseits, den Querschnitt des aufstauenden Norm-Containers maximal zu nutzen, andererseits besteht durch die außen liegende Anordnung des Fischwegs die Möglichkeit, lokale Gegebenheiten des Fließgewässers einzubeziehen. Ein vorhandener flacher Uferbereich kann beispielsweise ideale Voraussetzungen für einen Fischweg bieten, wobei der Fischweg durch Barrieren zur Verzögerung der Strömung erzeugt wird.

Die Barrieren sind in einer weiteren Ausgestaltung durch flexible Teilkörper herstellbar, insbesondere durch aufblasbare und / oder wasserbefüllbare Teilkörper. Beispielsweise lassen sich lokale Gegebenheiten durch aufblasbare Teilkörper aus elastischem Material, das sich an die Kontur des Gewässerbettes anschmiegt, nachempfinden. Um einen Auftrieb der Teilkörper zu verhindern, sind diese zu beschweren, wobei sich hier eine zumindest teilweise Füllung mit Wasser anbietet.

Zum weiteren Schutz der Fische ist bei einer weiteren Ausgestaltung im Anströmbe- reich der Turbinenanlage eine Ablenkvorrichtung für Fische vorgesehen. Für kleine Fische besteht keine Gefahr, wenn sie die Turbine der Energieerzeugungseinheit passieren, da sie aufgrund ihrer Größe nicht von den Schaufeln erfasst werden. Größere Fische können beispielsweise mittels eines Gitters vom Zugang zur Turbine ferngehalten werden. Bei entsprechender Anordnung des Gitters werden die größeren Fische sogar direkt zum Fischweg geleitet.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an den Außenseiten des Norm- Containers aufblasbare und / oder wasserbefüllbare Körper vorgesehen sind, die eine grundlegende Abdichtung innerhalb des Gewässerbetts ermöglichen. Somit lässt sich die aufstauende Wirkung erhöhen und bei Bedarf auch regeln. Bedarfsweise ist es nicht sinnvoll, ein Fließgewässer vollständig aufzustauen, um beispielsweise Überschwemmungen im Oberlauf zu vermeiden. Durch die flexiblen Körper ist eine passgenaue Aufstauung ermöglicht. Die Turbinenanlage kann in einer weiteren Ausgestaltung mit einem geschlossenen und durchströmten Diffusor versehen sein, der den Wirkungsgrad der Anlage zusätzlich erhöht. Durch die Anwendung eines herkömmlichen Pumpenlaufrades als Turbinenrad besteht die Möglichkeit flexibel auf die Anforderungen an den jeweiligen Einsatzort einzugehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der unterstromseitige Zugang zum Fischweg quer zur Flussrichtung angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Zugang in einem Bereich liegt, in dem die Strömung ruhig ist, In direkter Nähe zu diesem Zugang befindet sich der Auslass des Diffusors, an dem eine vergleichsweise hohe Strömung vorliegt.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen eine erfindungsgemäße Energieerzeugungseinheit. Im Einzelnen zeigt die Fig. 1 eine Energieversorgungseinheit, in Ansichten von oben, in Fließrichtung des

Gewässers und von der Seite, die

Fig. 2 eine erste Variante der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinheit und die

Fig. 3 eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit.

In der Fig. 1 ist ein Gewässer 1 , insbesondere ein Fließgewässer, dargestellt, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Ufer und der Grund 2 des Gewässers 1 möglichst gerade verlaufen. Die Fließrichtung 3 ist durch Pfeile dargestellt. Bei ausreichender Strömung ist es sinnvoll, eine Energieerzeugungseinheit in das Gewässer 1 einzubringen, die wie in der Fig. 1 dargestellt in einem Norm-Container 4 untergebracht ist. Dieser Norm- Container 4 staut das Gewässer 1 auf, so dass es zu einem Pegelunterschied zwischen der Anströmseite 5 und der Abströmseite 6 kommt. Dieser Unterschied wird ausgeglichen indem das Wasser seitlich am Norm-Container vorbeiströmt, oder wie es in der Mitte der Fig. 1 dargestellt ist durch einen im Norm-Container 1 vorgesehenen Kanal 7. Im Unteren Teil der Fig. 1 ist ein Schnitt durch den Norm-Container 1 dargestellt, wobei schematisch eine Turbine 9 und ein Schaltschrank 10 gezeigt sind, wobei der Schalt- schrank 10 für sämtliche Komponenten steht, die zur Umwandlung der mechanischen Bewegungsenergie der Turbine in elektrische Energie notwendig sind. Die erzeugte elektrische Energie wird durch eine Leitung 8 zu einem Verbraucher geleitet oder in ein vorhandenes Netz eingespeist. Die dargestellte Anordnung entspricht im Wesentlichen dem bereits bekannten Stand der Technik.

Eine erste Variante der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit ist in der Fig. 2 dargestellt. Im Gewässer 1 ist der Norm-Container 4 angeordnet. Der Norm-Container 4 ist in seinem Innern so ausgestattet wie das in Fig. 1 dargestellte Beispiel. Der Norm- Container 4 teilt den Gewässerfluss in einen Anteil, der durch den Kanal 7 durch das Innere des Norm-Containers 4 strömt und dort seine Energie an die Turbine abgibt und einen Anteil, der seitlich und unterhalb des Norm-Containers 4 vorbei fließt. Erfindungs- gemäß verfügt der Norm-Container 4 an den Seiten, die dem Ufer und dem Gewässergrund 2 zugewandt sind über Flussbarrieren 11 , die die Gewässerströmung im Randbereich reduzieren. Der Gewässerfluss um den Norm-Container 4 wird gebremst, jedoch nicht vollständig unterbunden. In diesem Teilfluss des Gewässers haben Fische und andere Wassertiere die Möglichkeit die Energieerzeugungseinheit unbeschadet zu pas- sieren. In der Fig. 2 nicht dargestellt sind weitere Flussbarrieren, die von der Uferseite aus so angebracht sind, dass ein mäandrierender Gewässerfluss entsteht.

In der dargestellten Form ist die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinheit sehr flexibel in das Gewässerbett einzubringen. Sie kann quasi ohne weiteren Aufwand direkt zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden. Wird die Energieerzeugungseinheit aus dem Gewässerbett entfernt, so sind außer dem Norm-Container keine weiteren Bauwerke zu entfernen.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit in einer Draufsicht. Im Schnittbild des Norm-Containers 4 ist die Anordnung aus Kanal 7 und Turbine 9 zu erkennen. Zusätzlich ist ein weiterer Kanal 2 dargestellt, der als Fischweg ausgelegt ist. Die Strömung durch diesen weiteren Kanal 12 wird durch Flussbarrieren 13 gebremst. An seinen Außenseiten verfügt der Norm-Container 4 über Flussbarrieren 1 1 ', die den Bereich zwischen Norm-Container 4 und dem Ufer 2 abdich- ten. Durch diese Abdichtung ist es möglich, die Stauwirkung der Energieerzeugungseinheit entsprechend der Anforderungen an die Energieerzeugung und den lokalen Randbedingungen des Gewässerlaufs anzupassen. Die Flussbarrieren 1 1 ' sind zur optimalen Anpassung an die Geometrie des Uferbereichs und des Gewässergrunds aus einem elastischen Material gefertigt, das ballonartig aufgepumpt werden kann, wobei sich zur Befüllung das umliegende Wasser eignet. Die Lage und der Befüllvorgang der Flussbarrieren 1 1 ' ist so zu gestalten, dass das lokale Ökosystem minimal beeinträchtigt wird, insbesondere wird beispielsweise durch ein Absperrgitter im Bereich der Flussbarrieren 1 ' verhindert, dass beim Befüllen einzelne Fische zwischen zwei Flussbarrieren 1 ' eingeschlossen werden. Bezugszeichenliste

1. Gewässer

2. Ufer / Grund

3. Fließrichtung

4. Container

5. Anströmseite

6. Abströmseite

7. Kanal

8. Elektrizitätsnetz

9. Turbine

10. Schaltschrank

11. Flussbarriere

12. Fischtreppe

13. Flussbarriere