Mit dem Patentantrag wird das Verfahren der autarken Wasserkraftanlage vom„Typ 2" aus P T/DE2015/000002 und das Verfahren der autarken Wasserkraftanlage vom„Typ 3" aus PCT/DE2015/000430 bestätigt und die Variante einer Großanlage unter dem Begriff„Typ 4" zum Patent angemeldet.

Der Unterschied der 3 Anlagen besteht in der Leistungsfähigkeit, so dass vom Typ 2 für Kleinanlagen, über Typ 3 für kleine Städte und Kleinindustrie, der Typ 4 für mittlere

Großstädte bis 750.000 Einwohner konzipiert ist, aber auch in der Großindustrie Anwendung finden kann. Die Konzeption der Anlage vom Typ 4 ist direkt aus den bereits beschriebenen Merkmalen des Typ 3 abgeleitet worden.

Der Typ 4 soll zur Veranschaulichung der Leistungsfähigkeit mit der im September 2015 in Betrieb genommene Offshore-Aniage in der Ostsee (Norddeutschland) verglichen werden. Die Offshore-Aniage zeigt deutlich ein Kosten-Nutzen-Missverhältnis von 1,4 Milliarden Euro, für 1,2 Milliarden kWh Strom im Jahr. Die vorgestellte Anlage vom Typ 4 kann für weniger als 10 % der Kosten mehr Strom erzeugen und benötigt nur 0,1 Prozent der Fläche bei der doppelten Betriebszeit der Anlage - bis mindestens 40 Jahre. Die existierende Öko- und Naturschutz-Beeinträchtigung der Offshore-Anlagen, beträgt beim Typ 4 = 0,0 Prozent.

Zusätzliche Stromtrassen von Nord nach Süd sind nicht erforderlich, da am theoretischen Bespiel der Stadt München mit 1,5 Millionen Einwohner, lediglich zwei Anlagen vom Typ 4 in Stadtnähe ausreichen und dieses Prinzip für jede Stadt der Welt und für die Industrie gilt.

Die Patentschrift beinhaltet die wesentlichen Texte der Patentschrift vom„Typ 2" und vom „Typ 3", mit den Ergänzungen aus meiner Stellungnahme zum Recherchenbericht zur Anmeldung PCT/DE2015/000002, zuzüglich der spezifischen Hinweise, die sich aus der Konstruktion des„Typ 4" ergeben.

2. Einleitung

Im Ergebnis der vorteilhaften Kombination von Einzelgruppen in einem abgestimmten Prozess, ergibt sich ein hoher und kostenfreier Energiegewinn, der in Anlehnung an die Sonnen- und Windkraft letztlich nur über die Schwerkraft der Lufthülle, durch den atmosphärischen Luftdruck von 1,0 bar erzeugt wird. l Der Vorteil liegt vor allem darin, dass der Luftdruck nicht wie bei der Gewinnung von Wind - und Sonnenenergie von ständig wechselnden Bedingungen abhängig ist, sondern dass die Lufthülle mit ihrem Gewicht permanent und nahezu konstant dem System an 24 Stunden bei Tag und bei Nacht zur Verfügung steht.

Die Wirkweise des Systems ist denkbar einfach, die Technik über Jahrzehnte ausgereift und überall einsetzbar. Aufgrund der physikalischen und praxisbezogenen Eindeutigkeit, kann einer Anerkennung nichts im Wege stehen.

Im Wesentlichen besteht das System aus drei Hauptgruppen: einem Wasserfördersystem mit hocheffizienten Pumpaggregaten, einer Wasserheberanlage mit der kostenlosen

Nutzung des Luftdrucks sowie der Zuführung des Wasserstroms zu einem selbsterklärenden Rohrturbinensystem, welches die Wasserkraft über einen Generator-Transformator-Block, zur Erzeugung der Energie für den Eigenstrom und für den Energiegewinn zur Einspeisung in das Stromnetz, zur Verfügung stellt.

3. Beschreibung

Vorbemerkung: Aufgrund der vergleichsweise geringen technischen Anforderung der zu patentierenden Anlage vom Typ 4, können im Vergleich zur Anlage vom Typ 2

(P /DE2015/000002) und Typ 3 (PCT/DE2015/000430), der Umfang und die ergänzenden Erläuterungen übernommen und auf ein Minimum reduziert werden.

Die Wirkweise der hiermit zu patentierenden Anlage ist als Kreislauf unter Ausnutzung des Gewichtes der Lufthülle mit 10 N (Newton) je cm ² als Antriebskraft auf der einen Seite und der Schwerkraft des Wassers auf der anderen Seite zu verstehen. Es kommt lediglich darauf an, einen großen Höhenunterschied zwischen den genannten Leitungsabschnitten zu erzeugen, da bei einem größeren Höhenunterschied eine größere Fallhöhe zur Turbine entsteht und dadurch im Gegensatz zu anderen ökologischen Methoden, eine wesentlich höhere Stromerzeugung realisiert werden kann. Je größer der Höhenunterschied ist, desto mehr Wasser eines Wasserstroms kann im gleichen Zeitraum durch das System fließen, wobei die beschriebene Antriebskraft von 10 N je cm ² im Hebersystem, von potentieller Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Somit ist eine äußere Kraft wirksam und der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ist nicht gefährdet; das System ist somit kein

Perpetuum Mobile. Als wesentliche Maßgabe muss der Höhenunterschied und die Pumpenart so gewählt werden, dass für die Rückführung des Wassers zum Entnahmebecken der Heberleitung, der optimale Betriebspunkt und die damit optimierte Pumpleistung den diesbezüglichen Eigenstrombedarf so gering wie möglich halten.

In Figur 1/5 ist die Anordnung der Baugruppen einer Einheit der Großanlage dargestellt und mit den wesentlichsten Bezeichnungen beschriftet. Die Figur 2/5 zeigt eine Parallele Projektion mit den relevanten Bemaßungen. Die Figur 3/5 zeigt die Vogelperspektive der Großanlage mit den relevanten Bemaßungen. Die Figuren 4/5 und 5/5 enthalten die Darstellung einer Großanlage für größere Städte und die Großindustrie, in der ISO- bzw. Frontansicht.

Nachfolgend sollen informativ die einzelnen Baugruppen in deren Funktion bzw. deren Aufgaben kurz beschrieben werden.

4. Heberleitungssystem

Große Heberleitungssysteme wurden bereits ab 1905 beim Los Angeles-Aquädukt und 1927 bei einem Bauprojekt in Berlin mit beeindruckenden Leitungs-Querschnitten umgesetzt. Die Dimension der Heberleitungen in Amerika mit bis zu 3,05 m (DN 3050) und in Berlin mit 2-fach parallel 1,5 m (DN 1500) sowie DN 800, sind der eindeutige Beleg für die überragende Rolle und die Möglichkeiten des Einsatzes dieser Anwendung. Die Hebersysteme sind sehr effizient, werden aber bis heute im Entwicklungspotential unterschätzt und somit bleiben die diesbezüglichen Ressourcen weitgehend ungenutzt. Mit den Möglichkeiten der damaligen Vakuumtechnik für die Entlüftung der großen Leitungen sowie für das Halte- Vakuum, konnte das Wasser bei Bauprojekten bis ca. 7,50 m und mit der heutigen Technik kann es bis zu 8,50 m des Höhenunterschiedes angehoben und anschließend in einen tiefer gelegenen Bereich, ohne nennenswerten Energieaufwand transportiert werden.

Zur Erläuterung der Heberleistung sei darauf hingewiesen, dass sich die theoretische Saughöhe per Luftdruck von 1013 hPa und 4 Grad, bezogen auf die HN-Höhe der Region um einen Verlust von 12 cm je 100 Meter Höhe reduziert. Weiterhin entstehen Verluste durch den Wettereinfluss, mit einem Verlust von bis zu 50 cm durch Dampfbildung und die spezifische Wassertemperatur in der Anlage. Der Anlagen-Typ 4 befindet sich ca. 50 Prozent unter der Erdoberfläche und rechtfertigt somit die Annahme einer Temperatur von ca. 17 Grad Celsius, so dass sich die Saughöhe um weitere 21 cm reduziert. Abschließend müssen auch bei großen Dimensionen und einer professionellen, stationären Anlage ca. 10 Prozent für Strömungsverluste berücksichtigt werden. In der Summe reduziert sich deshalb die theoretische Ausgangshöhe von 10,33 m für die Anlage vom Typ 4, um insgesamt ca. 1,52 m, so dass die praktische Saughöhe von 8,81 m zu meiner Berechnungsannahme von 8,50 m (Bemaßung Figur 2/5), eine zusätzliche Sicherheit von ca. 30 cm erhält.

Der Energieaufwand für die Vakuumpumpe wird damals wie heute lediglich zum

herauspumpen der Luft und für den automatischen Betriebszustand während des Betriebs der Anlage benötigt. Der Stromverbrauch liegt bei modernen Vakuumpumpen während des Betriebs und je nach stationärer oder mobiler Ausführung, heutzutage bei geringen 3 bis 10 kWh am Tag. Es ist nochmals festzuhalten, dass eine dauerhafte Saugwirkung der

Vakuumpumpen nur für die vollständige Entlüftung der Heberleitung, bis zum

selbstständigen Fließen des Wassers erforderlich ist. Im Weiteren bedarf es lediglich einer automatischen Entlüftung von systembedingt mitgenommen Luftmolekülen aus der

Umgebungsluft, die leichter als Wasser sind und sich grundsätzlich am höchsten Punkt in einem Leitungssystem sammeln. Für die Anlage vom Typ 4 sind 2 Vakuumpumpen auf dem oberen, horizontal verstärkten Heberabschnitt vorgesehen, die für Wartungsarbeiten über das Dach erreichbar sind. In der Phase der Luftabsaugung sind beide in Funktion, danach übernimmt eine Pumpe die automatische Betriebsbereitschaft bzw. die Entnahme von geringen Lufteinträgen aus dem Wasserstrom, so dass die zweite als Reservepumpe oder als aktive Unterstützung dienen kann.

5. Leistungsbedarf und Leistungsermittlung der Anlage

Der Heber-Wasserstrom der Anlage wird nach der folgenden Formel ermittelt: e

Q = l,25 x l0 x d 2 ² x

+ 6

Q. = Wassermenge, d ² = Dimension in m, e = H-Geo und 1 + Widerstand bzw. Druckverlust.

Für die Anlage vom Typ 4 wurde infolge des beispielhaften Ansatzes für eine Kompaktanlage mit 6 Teilbereichen mit je 9 Pumpaggregaten = 54 Pumpen, die folgende, zu bewegende Wassermenge ermittelt. Ansätze:

H-Geo = 6,80 m (Figur 2/5) entspricht dem Unterschied der beiden Ober- und UnterWasserspiegel, wobei die umlaufende Wassermenge über die Pumpenaggregate auf das höhere Niveau gepumpt wird. Der Ansatz der Wassermenge für die Anlage vom Typ 4 wird im Vergleich zur Anlage Typ 3 in drei Teilbereiche a' 57,96 m ³ Wasser je Sekunde aufgeteilt und entsprechend der Großanlage um die ca. 3-fache Wassermenge und in den Ausmaßen erweitert, so dass je Anlageneinheit vom Typ 4 = 3 Hebersysteme a' 57,96 m ³ , mit einer Gesamt-Wassermenge von 173,9 m ³ je Sekunde zum Einsatz kommen.

Nach obiger Formel ergibt sich für die 54 Pumpleitungen der 54 Pumpaggregate eine berechnete Pumpen-Leitungs-Dimension, die systembedingt vom Pumpenkörper über die Steigleitungsrohre angepasst, auf 1,0 m (DN 1.000) aufgerundet wurde. Die 3 Hebersysteme werden die Wassermenge von Gesamt: 626.040 m ³ je Stunde über die 3 Steigrohre in drei abfallende Heberleitungen den 3 Wasserturbinen zuführen. Somit ergibt die Berechnung nach der gleichen Formel wie vorgestellt, eine Dimension von 2,54 m (DN 2.540) für die 3 Hebersysteme. Die Reibungsverluste des Wassertransports bis zur Turbine sind bei größeren Dimensionen relativ gering. Unabhängig davon kann der Dimensionsberechnung eine Sicherheit bis DN 2.550 gegeben werden, so dass gegebenenfalls auch ein größerer

Wasserfluss möglich ist. Im Besonderen vor dem Hintergrund, da die Pumpleistung permanent über ein Pumpenmanagement und einem Wasserspiegelsensors auf- und ab geregelt bzw. angepasst werden kann. Das heißt, der Sensor und die Steuerung regeln letztlich die benötigte Wassermenge für die Heberanlagen im Oberbecken, damit keine Luft in die Hebersysteme gelangen kann. Ein zweiter Wasserspiegelsensor regelt für den unteren Grenzbereich den Startpunkt, ab wann eine ermittelte Verdunstungsmenge des Wassers aus einem separaten Wasserbehälter, über einen Wasserleitungsanschluss, oder einem Brunnen mit Steuerung ausgeglichen und der Differenzbereich zwischen den beiden Sensoren aufgefüllt wird.

6. Pumpenaggregate

Die Pumpenaggregate der führenden Hersteller sind ähnlich und selbsterklärend, so dass ich für die Kalkulation des Wasserkreislaufes, bezogen auf die Parameter der Anlage vom Typ 4, nur die Wahl für die leistungsfähigste Propellerpumpe auf dem Weltmarkt, bei geringstem Stromverbrauch zu treffen hatte. Drei gleichwertige Firmen die exzellente Aggregate herstellen und eine Wassermenge von jeweils 3,22 m ³ Wasser je Sekunde, bei einem Höhenunterschied von H-Geo mit 6,80 Meter und einem ähnlichem Stromverbrauch fördern können, wurden miteinander verglichen. Die relevanten Produkte der Firmen sind unabhängig voneinander in der Lage, für die 3 Hebersysteme mit je 18 Pumpen, die

Wassermenge von 57,96 m ³ Wasser je Sekunde mit einem Stromverbrauch von ca. 252,0 kWh x 18 = 4.536 kWh zu fördern, so dass ich die Kalkulation für den Eigenstrombedarf als zuverlässig und abgesichert betrachten kann.

7. Rohrturbine mit angeschlossenem Generator

Auch dieses Aggregat ist in seiner Funktion weitgehend selbsterklärend, so dass ich mich auf die wesentlichsten Details für deren Einsatz beschränken kann. Vordringlich ist dabei zu beachten, dass diese Turbinenart auch waagerecht, quasi auf dem Boden der Anlage aufgesetzt werden kann. Somit entstehen keine unnötigen Höhenverluste, die eine tiefere Baugrube zur Folge hätten. Für diese Aggregate gibt es in Deutschland und in Österreich ausgezeichnete Spezialisten, die entsprechend der Wassermenge und der Fallhöhe, die zu erwartende Stromerzeugungsmenge nach den Gesetzten der Physik, garantieren können. Die Kalkulation kann jederzeit auf den Internetseiten über ein kleines Software-Tool per Computer nachvollzogen werden.

Für eine Einheit vom Typ 4 mit 3 Hebersystemen erhalten wir bei der Wassermenge von 57,96 x 3 = 173,9 m ³ /s und 15,3 Meter Fallhöhe (Bemaßung Figur 2/5), eine Strommenge von 3 x 7.830 kWh = 23.490 kWh an den 3 Generatoren anliegend. Dieser Strommenge muss natürlich der Eigenstromverbrauch der sofort zur Nutzung der Pumpen zur Verfügung steht, abgezogen werden. Das heißt, abzüglich des Strom-Eigenbedarfes für die 54 Pumpaggregate und für die Entlüftung der Bereitschafts-Vakuumpumpen, ist die Summe des

Eigenverbrauchs mit ca. 3 x 4.546 kW je Stunde, von den erwirtschafteten 3 x 7.830 kW je Stunde an den 3 Generatoren, abzuziehen. Aufgrund der notwendigen Transformation des Generatorstroms für die Netzbereitstellung ist der Wert um weitere ca. 3 x 66 kWh zu reduzieren, so dass im Endergebnis eine Menge zur Netzeinspeisung von ca. 3 x 3.218 kWh = 9.654 kWh Energie-Gesamtgewinn, je Anlageneinheit zur weiteren Verwendung oder zum Verkauf zu Verfügung stehen. Das vorgestellte System einer Großanlage mit 16 Einheiten in 2 Abschnitten a' 8 Einheiten, würde summiert einen Reingewinn an Energie, durch 16 Einheiten x 9.654 kWh = 9,654 MW 154,464 MW je Stunde, 3.707,136 MW am Tag und ca. 1.353 Millionen MW im Jahr erwirtschaften.

Im Vergleich zu der im Vorwort genannten Offshore-Anlage mit 1,2 Milliarden kWh = 1.200 Millionen MW im Jahr, ist der Anlagentyp 4 mit einem Jahresgewinn von 1.353 Millionen MW eindeutig leistungsfähiger und das bei unter 10 % der Anschaffungskosten und mindestens der doppelten System-Laufzeit. Die Becken sind nach dem Prinzip der weißen Wanne für die Ewigkeit konzipiert, so dass aufgrund der permanent gleichen Betriebs- und Trinkwasserbedingungen, im Wesentlichen nur die Lager an den rotierenden Bauteilen gewartet und vorsorglich aller 20 Jahre ausgetauscht werden sollten.

8. Ausblick und Varianten

Selbstverständlich kann der hexagonale Typ 4 in einer noch größeren Bauform, aber auch rund, eckig, quadratisch, ringförmig, oktogonal oder als Vieleck mit mehr als 54 Aggregaten oder mit weniger und dafür leistungsstärkeren Pumpen konzipiert werden. Nach der entsprechenden Pumpleistung richtet sich die Dimension der Heberleitung, so dass mit einer leistungsfähigeren Turbine und dem entsprechenden Generater ein höherer Energiegewinn erwirtschaftet werden kann. Die zweite Möglichkeit wäre eine größere Fallhöhe durch eine tiefere Baugrube, oder eine Erhöhung der Anlage vorzunehmen, die bei der gleichen Anzahl von Aggregaten und einem dadurch höheren Eigenstromverbrauch der Pumpen, aber dennoch einen höheren Stromgewinn bereitstellen wird. Diese Variante bleibt den

Gegenden vorbehalten die über einen entsprechenden Baugrund verfügen, oder für Anlagen mit einer größeren Höhe über Baugrund, die in Industriehallen, oder entsprechend des Bebauungsplans in Gewerbe- oder Industriegebieten, eine Erhöhung ermöglichen bzw. zulassen. Energiegewinnung mit einer autarken Wasserkraftanlage vom Typ 4 1. Vorwort

Mit dem Patentantrag wird das Verfahren der autarken Wasserkraftanlage vom„Typ 2" aus PCT/DE2015/000002 und das Verfahren der autarken Wasserkraftanlage vom„Typ 3" aus PCT/DE2015/000430 bestätigt und die Variante einer Großanlage unter dem Begriff„Typ 4" zum Patent angemeldet.

Der Unterschied der 3 Anlagen besteht in der Leistungsfähigkeit, so dass vom Typ 3 für Kleinanlagen, über Typ 4 für kleine Städte und Kleinindustrie, der Typ 4 für mittlere

Großstädte bis 750.000 Einwohner konzipiert ist, aber auch in der Großindustrie Anwendung finden kann. Die Konzeption der Anlage vom Typ 4 ist direkt aus den bereits beschriebenen Merkmalen des Typ 3 abgeleitet worden.

Der Typ 4 soll zur Veranschaulichung der Leistungsfähigkeit mit der im September 2015 in Betrieb genommene Offshore-Anlage in der Ostsee (Norddeutschland) verglichen werden. Die Offshore-Anlage zeigt deutlich ein Kosten-Nutzen-Missverhältnis von 1,4 Milliarden Euro, für 1,2 Milliarden kWh Strom im Jahr. Die vorgestellte Anlage vom Typ 4 kann für weniger als 10 % der Kosten mehr Strom erzeugen und benötigt nur 0,1 Prozent der Fläche bei der doppelten Betriebszeit der Anlage - bis mindestens 40 Jahre. Die existierende Öko- und Naturschutz-Beeinträchtigung der Off shore-An lagen, beträgt beim Typ 4 = 0,0 Prozent.

Zusätzliche Stromtrassen von Nord nach Süd sind nicht erforderlich, da am theoretischen Bespiel der Stadt München mit 1,5 Millionen Einwohner, lediglich zwei Anlagen vom Typ 4 in Stadtnähe ausreichen und dieses Prinzip für jede Stadt der Welt und für die Industrie gilt.

Die Patentschrift beinhaltet die wesentlichen Texte der Patentschrift vom„Typ 2" und vom „Typ 3", mit den Ergänzungen aus meiner Stellungnahme zum Recherchenbericht zur Anmeldung PCT/DE2015/000002, zuzüglich der spezifischen Hinweise, die sich aus der Konstruktion des„Typ 4" ergeben.

2. Einleitung

Im Ergebnis der vorteilhaften Kombination von Einzelgruppen in einem abgestimmten Prozess, ergibt sich ein hoher und kostenfreier Energiegewinn, der in Anlehnung an die Sonnen- und Windkraft letztlich nur über die Schwerkraft der Lufthülle, durch den atmosphärischen Luftdruck von 1,0 bar erzeugt wird. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass der Luftdruck nicht wie bei der Gewinnung von Wind - und Sonnenenergie von ständig wechselnden Bedingungen abhängig ist, sondern dass die Lufthülle mit ihrem Gewicht permanent und nahezu konstant dem System an 24 Stunden bei Tag und bei Nacht zur Verfügung steht.

Die Wirkweise des Systems ist denkbar einfach, die Technik über Jahrzehnte ausgereift und überall einsetzbar. Aufgrund der physikalischen und praxisbezogenen Eindeutigkeit, kann einer Anerkennung nichts im Wege stehen.

Im Wesentlichen besteht das System aus drei Hauptgruppen: einem Wasserfördersystem mit hocheffizienten Pumpaggregaten, einer Wasserheberanlage mit der kostenlosen

Nutzung des Luftdrucks sowie der Zuführung des Wasserstroms zu einem selbsterklärenden Rohrturbinensystem, welches die Wasserkraft über einen Generator-Transformator-Block, zur Erzeugung der Energie für den Eigenstrom und für den Energiegewinn zur Einspeisung in das Stromnetz, zur Verfügung stellt.

3. Beschreibung

Vorbemerkung: Aufgrund der vergleichsweise geringen technischen Anforderung der zu patentierenden Anlage vom Typ 4, können im Vergleich zur Anlage vom Typ 2

(P /DE2015/000002) und Typ 3 (PCT/DE2015/000430), der Umfang und die ergänzenden Erläuterungen übernommen und auf ein Minimum reduziert werden.

Die Wirkweise der hiermit zu patentierenden Anlage ist als Kreislauf unter Ausnutzung des Gewichtes der Lufthülle mit 10 N (Newton) je cm ² als Antriebskraft auf der einen Seite und der Schwerkraft des Wassers auf der anderen Seite zu verstehen. Es kommt lediglich darauf an, einen großen Höhenunterschied zwischen den genannten Leitungsabschnitten zu erzeugen, da bei einem größeren Höhenunterschied eine größere Fallhöhe zur Turbine entsteht und dadurch im Gegensatz zu anderen ökologischen Methoden, eine wesentlich höhere Stromerzeugung realisiert werden kann. Je größer der Höhenunterschied ist, desto mehr Wasser eines Wasserstroms kann im gleichen Zeitraum durch das System fließen, wobei die beschriebene Antriebskraft von 10 N je cm ² im Hebersystem, von potentieller Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Somit ist eine äußere Kraft wirksam und der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ist nicht gefährdet; das System ist somit kein

Perpetuum Mobile. Als wesentliche Maßgabe muss der Höhenunterschied und die Pumpenart so gewählt werden, dass für die Rückführung des Wassers zum Entnahmebecken der Heberleitung, der optimale Betriebspunkt und die damit optimierte Pumpleistung den diesbezüglichen Eigenstrombedarf so gering wie möglich halten.

In Figur 1/5 ist die Anordnung der Baugruppen einer Einheit der Großanlage dargestellt und mit den wesentlichsten Bezeichnungen beschriftet. Die Figur 2/5 zeigt eine Parallele Projektion mit den relevanten Bemaßungen. Die Figur 3/5 zeigt die Vogelperspektive der Großanlage mit den relevanten Bemaßungen. Die Figuren 4/5 und 5/5 enthalten die Darstellung einer Großanlage für größere Städte und die Großindustrie, in der ISO- bzw. Frontansicht.

Nachfolgend sollen informativ die einzelnen Baugruppen in deren Funktion bzw. deren Aufgaben kurz beschrieben werden.

4. Heberleitungssystem

Große Heberleitungssysteme wurden bereits ab 1905 beim Los Angeles-Aquädukt und 1927 bei einem Bauprojekt in Berlin mit beeindruckenden Leitungs-Querschnitten umgesetzt. Die Dimension der Heberleitungen in Amerika mit bis zu 3,05 m (DN 3050) und in Berlin mit 2-fach parallel 1,5 m (DN 1500) sowie DN 800, sind der eindeutige Beleg für die überragende Rolle und die Möglichkeiten des Einsatzes dieser Anwendung. Die Hebersysteme sind sehr effizient, werden aber bis heute im Entwicklungspotential unterschätzt und somit bleiben die diesbezüglichen Ressourcen weitgehend ungenutzt. Mit den Möglichkeiten der damaligen Vakuumtechnik für die Entlüftung der großen Leitungen sowie für das Halte- Vakuum, konnte das Wasser bei Bauprojekten bis ca. 7,50 m und mit der heutigen Technik kann es bis zu 8,50 m des Höhenunterschiedes angehoben und anschließend in einen tiefer gelegenen Bereich, ohne nennenswerten Energieaufwand transportiert werden.

Zur Erläuterung der Heberleistung sei darauf hingewiesen, dass sich die theoretische Saughöhe per Luftdruck von 1013 hPa und 4 Grad, bezogen auf die HN-Höhe der Region um einen Verlust von 12 cm je 100 Meter Höhe reduziert. Weiterhin entstehen Verluste durch den Wettereinfluss, mit einem Verlust von bis zu 50 cm durch Dampfbildung und die spezifische Wassertemperatur in der Anlage. Der Anlagen-Typ 4 befindet sich ca. 50 Prozent unter der Erdoberfläche und rechtfertigt somit die Annahme einer Temperatur von ca. 17 Grad Celsius, so dass sich die Saughöhe um weitere 21 cm reduziert. Abschließend müssen auch bei großen Dimensionen und einer professionellen, stationären Anlage ca. 10 Prozent für Strömungsverluste berücksichtigt werden. In der Summe reduziert sich deshalb die theoretische Ausgangshöhe von 10,33 m für die Anlage vom Typ 4, um insgesamt ca. 1,52 m, so dass die praktische Saughöhe von 8,81 m zu meiner Berechnungsannahme von 8,50 m (Bemaßung Figur 2/5), eine zusätzliche Sicherheit von ca. 30 cm erhält.

Der Energieaufwand für die Vakuumpumpe wird damals wie heute lediglich zum

herauspumpen der Luft und für den automatischen Betriebszustand während des Betriebs der Anlage benötigt. Der Stromverbrauch liegt bei modernen Vakuumpumpen während des Betriebs und je nach stationärer oder mobiler Ausführung, heutzutage bei geringen 3 bis 10 kWh am Tag. Es ist nochmals festzuhalten, dass eine dauerhafte Saugwirkung der

Vakuumpumpen nur für die vollständige Entlüftung der Heberleitung, bis zum

selbstständigen Fließen des Wassers erforderlich ist. Im Weiteren bedarf es lediglich einer automatischen Entlüftung von systembedingt mitgenommen Luftmolekülen aus der

Umgebungsluft, die leichter als Wasser sind und sich grundsätzlich am höchsten Punkt in einem Leitungssystem sammeln. Für die Anlage vom Typ 4 sind 2 Vakuumpumpen auf dem oberen, horizontal verstärkten Heberabschnitt vorgesehen, die für Wartungsarbeiten über das Dach erreichbar sind. In der Phase der Luftabsaugung sind beide in Funktion, danach übernimmt eine Pumpe die automatische Betriebsbereitschaft bzw. die Entnahme von geringen Lufteinträgen aus dem Wasserstrom, so dass die zweite als Reservepumpe oder als aktive Unterstützung dienen kann.

5. Leistungsbedarf und Leistungsermittlung der Anlage

Der Heber-Wasserstrom der Anlage wird nach der folgenden Formel ermittelt:

Q = 1,25 x 10 x d ² x 1

+ 5

Q = Wassermenge, d ² = Dimension in m, e = H-Geo und 1 + Widerstand bzw. Druckverlust.

Für die Anlage vom Typ 4 wurde infolge des beispielhaften Ansatzes für eine Kompaktanlage mit 6 Teilbereichen mit je 9 Pumpaggregaten = 54 Pumpen, die folgende, zu bewegende Wassermenge ermittelt. Ansätze:

H-Geo = 6,80 m (Figur 2/5) entspricht dem Unterschied der beiden Ober- und UnterWasserspiegel, wobei die umlaufende Wassermenge über die Pumpenaggregate auf das höhere Niveau gepumpt wird. Der Ansatz der Wassermenge für die Anlage vom Typ 4 wird im Vergleich zur Anlage Typ 3 in drei Teilbereiche a' 57,96 m ³ Wasser je Sekunde aufgeteilt und entsprechend der Großanlage um die ca. 3-fache Wassermenge und in den Ausmaßen erweitert, so dass je Anlageneinheit vom Typ 4 = 3 Hebersysteme a' 57,96 m ³ , mit einer Gesamt-Wassermenge von 173,9 m ³ je Sekunde zum Einsatz kommen.

Nach obiger Formel ergibt sich für die 54 Pumpleitungen der 54 Pumpaggregate eine berechnete Pumpen-Leitungs-Dimension, die systembedingt vom Pumpenkörper über die Steigleitungsrohre angepasst, auf 1,0 m (DN 1.000) aufgerundet wurde. Die 3 Hebersysteme werden die Wassermenge von Gesamt: 626.040 m ³ je Stunde über die 3 Steigrohre in drei abfallende Heberleitungen den 3 Wasserturbinen zuführen. Somit ergibt die Berechnung nach der gleichen Formel wie vorgestellt, eine Dimension von 2,54 m (DN 2.540) für die 3 Hebersysteme. Die Reibungsverluste des Wassertransports bis zur Turbine sind bei größeren Dimensionen relativ gering. Unabhängig davon kann der Dimensionsberechnung eine Sicherheit bis DN 2.550 gegeben werden, so dass gegebenenfalls auch ein größerer

Wasserfluss möglich ist. Im Besonderen vor dem Hintergrund, da die Pumpleistung permanent über ein Pumpenmanagement und einem Wasserspiegelsensors auf- und ab geregelt bzw. angepasst werden kann. Das heißt, der Sensor und die Steuerung regeln letztlich die benötigte Wassermenge für die Heberanlagen im Oberbecken, damit keine Luft in die Hebersysteme gelangen kann. Ein zweiter Wasserspiegelsensor regelt für den unteren Grenzbereich den Startpunkt, ab wann eine ermittelte Verdunstungsmenge des Wassers aus einem separaten Wasserbehälter, über einen Wasserleitungsanschluss, oder einem Brunnen mit Steuerung ausgeglichen und der Differenzbereich zwischen den beiden Sensoren aufgefüllt wird.

6. Pumpenaggregate

Die Pumpenaggregate der führenden Hersteller sind ähnlich und selbsterklärend, so dass ich für die Kalkulation des Wasserkreislaufes, bezogen auf die Parameter der Anlage vom Typ 4, nur die Wahl für die leistungsfähigste Propellerpumpe auf dem Weltmarkt, bei geringstem Stromverbrauch zu treffen hatte. Drei gleichwertige Firmen die exzellente Aggregate herstellen und eine Wassermenge von jeweils 3,22 m ³ Wasser je Sekunde, bei einem

Höhenunterschied von H-Geo mit 6,80 Meter und einem ähnlichem Stromverbrauch fördern können, wurden miteinander verglichen. Die relevanten Produkte der Firmen sind unabhängig voneinander in der Lage, für die 3 Hebersysteme mit je 18 Pumpen, die

Wassermenge von 57,96 m ³ Wasser je Sekunde mit einem Stromverbrauch von ca. 252,0 kWh x 18 = 4.536 kWh zu fördern, so dass ich die Kalkulation für den Eigenstrombedarf als zuverlässig und abgesichert betrachten kann.

7. Rohrturbine mit angeschlossenem Generator

Auch dieses Aggregat ist in seiner Funktion weitgehend selbsterklärend, so dass ich mich auf die wesentlichsten Details für deren Einsatz beschränken kann. Vordringlich ist dabei zu beachten, dass diese Turbinenart auch waagerecht, quasi auf dem Boden der Anlage aufgesetzt werden kann. Somit entstehen keine unnötigen Höhenverluste, die eine tiefere Baugrube zur Folge hätten. Für diese Aggregate gibt es in Deutschland und in Österreich ausgezeichnete Spezialisten, die entsprechend der Wassermenge und der Fallhöhe, die zu erwartende Stromerzeugungsmenge nach den Gesetzten der Physik, garantieren können. Die Kalkulation kann jederzeit auf den Internetseiten über ein kleines Software-Tool per Computer nachvollzogen werden.

Für eine Einheit vom Typ 4 mit 3 Hebersystemen erhalten wir bei der Wassermenge von 57,96 x 3 = 173,9 m ³ /s und 15,3 Meter Fallhöhe (Bemaßung Figur 2/4), eine Strommenge von 3 x 7.830 kWh = 23.490 kWh an den 3 Generatoren anliegend. Dieser Strommenge muss natürlich der Eigenstromverbrauch der sofort zur Nutzung der Pumpen zur Verfügung steht, abgezogen werden. Das heißt, abzüglich des Strom-Eigenbedarfes für die 54 Pumpaggregate und für die Entlüftung der Bereitschafts-Vakuumpumpen, ist die Summe des

Eigenverbrauchs mit ca. 3 x 4.546 kW je Stunde, von den erwirtschafteten 3 x 7.830 kW je Stunde an den 3 Generatoren, abzuziehen. Aufgrund der notwendigen Transformation des Generatorstroms für die Netzbereitstellung ist der Wert um weitere ca. 3 x 66 kWh zu reduzieren, so dass im Endergebnis eine Menge zur Netzeinspeisung von ca. 3 x 3.218 kWh = 9.654 kWh Energie-Gesamtgewinn, je Anlageneinheit zur weiteren Verwendung oder zum Verkauf zu Verfügung stehen. Das vorgestellte System einer Großanlage mit 16 Einheiten in 2 Abschnitten a' 8 Einheiten, würde summiert einen Reingewinn an Energie, durch 16 Einheiten x 9.654 kWh = 9,654 MW 154,464 MW je Stunde, 3.707,136 MW am Tag und ca. 1.353 Millionen MW im Jahr erwirtschaften.

Im Vergleich zu der im Vorwort genannten Offshore-Anlage mit 1,2 Milliarden kWh = 1.200 Millionen MW im Jahr, ist der Anlagentyp 4 mit einem Jahresgewinn von 1.353 Millionen MW eindeutig leistungsfähiger und das bei unter 10 % der Anschaffungskosten und mindestens der doppelten System-Laufzeit. Die Becken sind nach dem Prinzip der weißen Wanne für die Ewigkeit konzipiert, so dass aufgrund der permanent gleichen Betriebs- und Trinkwasserbedingungen, im Wesentlichen nur die Lager an den rotierenden Bauteilen gewartet und vorsorglich aller 20 Jahre ausgetauscht werden sollten.

8. Ausblick und Varianten

Selbstverständlich kann der hexagonale Typ 4 in einer noch größeren Bauform, aber auch rund, eckig, quadratisch, ringförmig, oktogonal oder als Vieleck mit mehr als 54 Aggregaten oder mit weniger und dafür leistungsstärkeren Pumpen konzipiert werden. Nach der entsprechenden Pumpleistung richtet sich die Dimension der Heberleitung, so dass mit einer leistungsfähigeren Turbine und dem entsprechenden Generater ein höherer Energiegewinn erwirtschaftet werden kann. Die zweite Möglichkeit wäre eine größere Fallhöhe durch eine tiefere Baugrube, oder eine Erhöhung der Anlage vorzunehmen, die bei der gleichen Anzahl von Aggregaten und einem dadurch höheren Eigenstromverbrauch der Pumpen, aber dennoch einen höheren Stromgewinn bereitstellen wird. Diese Variante bleibt den

Gegenden vorbehalten die über einen entsprechenden Baugrund verfügen, oder für Anlagen mit einer größeren Höhe über Baugrund, die in Industriehallen, oder entsprechend des Bebauungsplans in Gewerbe- oder Industriegebieten, eine Erhöhung ermöglichen bzw. zulassen.