Talsperren und Wasserkraft
Rwth Uiw Aachen
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Cartes-fiches
Wie funktioniert eine Francisturbine?
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der Francis-Turbine strömt das Wasser aus zwei Richtungen (axial und radial) über eine Einlaufspirale in die Turbine ein. Die Ausströmung aus der Turbinen erfolgt axial. Die an der Einlaufspirale drehbar angeordneten Leitschaufeln regulieren den sogenannten Vordrall. Dadurch kann die Laufraddrehzahl konstant gehalten werden.
Kaplan-Turbine
- Laufradschaufeln verstellbar
- n 94%
Das Laufrad der Kaplan-Turbine wird axial horizontal oder vertikal angeströmt. Bei den horizontal angeströmten Turbinen unterscheidet man zwischen Propellerturbinen und Kaplan-Turbinen. Dabei strömt das Wasser zuerst durch den Leitapparat, um eine gleichmäßige Anströmung zu erreichen. Außerdem kann hier der Durchfluss reguliert werden. Die Laufradschaufeln ähneln einem Propeller und können zur Regulation der Laufradgeschwindigkeit bei den Kaplan-Rohrturbinen verstellt werden. Da der Durchfluss sowohl vom Leitrad als auch vom Laufrad reguliert werden kann, spricht man von doppelt regulierbaren Kaplan-Turbinen. Sind die Laufradschaufeln nicht verstellbar, so spricht man von einfach regulierbaren Propellerturbinen. Diese kommen insbesondere bei sehr gleichmäßigem Durchfluss zum Einsatz. Kaplan-Turbinen sind insbesondere bei geringen Fallhöhen und großen Durchflüssen geeignet. Daher werden sie überwiegend für Laufwasserkraftwerke im Mittel- und Unterlauf der Flüsse eingesetzt
Rohrtubine
- weiterentwicklung kaplan
gegensatz - horiziontale wellenlagerung
n. Der Generator ist wasserdicht eingebaut und wird vom Triebwasser umströmt. Da keine Strömungsumlenkung stattfindet, ist der Wirkungsgrad von Rohrturbinen höher als der von konventionellen Kaplan-Turbinen. Außerdem könne die Baukosten aufgrund der kompakten Bauweise niedrig gehalten werden.
welche unterformen der kaplan rohr tubnie gobt es ?
Unterformen der Kaplan-Rohrturbine sind: - PIT-Turbine - S-Turbine - Straflo-Turbine - CAT-Turbine
Straflo turbinen vorteile
Vorteile der Straflo-Turbine: - Kompaktheit der gesamten Einheit - gute Zugänglichkeit des Generators und Laufrades zu Wartungszwecken - freie Wahl der Generatorabmessungen - gute Kühlung des Kranzgenerators durch den Triebwasserstrom - hohes Rotorträgheitsmoment, ohne die Effizienz des Generatorkühlsystems zu beeinträchtigen - geeignet zur Modernisierung bzw. Leistungssteigerung von Flusskraftwerken
Gleichdruckturbinen
Bei Gleichdruckturbinen verlässt das Triebwasser unter sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Zuleitung zur Turbine und trifft unter Atmosphärendruck tangential auf die Turbine. Da der Wasserstrahl das Laufrad mit sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten verlässt, gibt das Wasser seine Energie fast vollständig an den Generator ab. Durch den starken Impuls wird das Laufrad in Drehbewegung versetzt. Daher heißen diese Turbinen auch Freistrahlturbinen. Es besteht praktisch keine Kavitationsgefahr.
Pelton-Turbinen
-gänigste form der freistrahl turbinen
-Sie sind für Fallhöhen bis zu 2000m und Leistungen bis zu 300 MW ausgelegt
n 85-90
ossberger turbinen
Bei der Ossberger-Turbine handelt es sich um eine radial, teilbeaufschlagte Freistrahlturbine. Aufgrund ihrer spezifischen Drehzahl gehört sie zu den Langsamläufern. Ihr Leistungsspektrum reicht von wenigen Kilowatt bis zu 1000 kW. Sie wird überwiegend im Nieder- und Mitteldruckbereich eingesetzt.
Was sind wasserfassungen
ihre Aufgaben
- Reinigung und entnahme von Triebwasser aus Fluss; Bach
-über triebwasserleitung der wasserkraft anlage zugeleitet
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- Aufgaben der Wasserfassung sind:
- - Verhinderung bzw. Vermeidung von Geschiebe- bzw. Schwebstoffeintrag in den Triebwasserkanal, um diesen vor Verlandung, die Turbinen vor Erosionsschäden und Abnutzung zu schützen
- - Zuleitung des Triebwassers in den Werkkanal bzw. Triebwasserstollen -
- Fernhalten von Eis, Treibgut, etc.
- - Verschluss der Triebwasserfall bei Revisionen und Schadensfällen
Bei Hochdruckanlagen zusätzlich Sandfang !!
Bauteile von Wasserfassungen
Zu den Bauteilen von Wasserfassungen gehören: - Einlaufschwellen zum Schutz vor Geschiebe - Tauchwand als Schutz vor Schwimmstoffen und Treibeis - Grobrechen am Kanaleingang zur Beseitigung von Schwimmstoffen, Treibgut und Eis Auf die Zugänglichkeit aller Anlagen ist zu achten!
Wie funktioniert die wasser entnahme aus einem fluss fürr ein Wasserkraftwerkahme
3 Entnahmearten
Fließgewässer befinden sich in einem ständigen Umwandlungsprozess, der Geschiebe- und Sedimentbewegungen auslöst. Daher ist es sehr wichtig, die Geschiebewassermenge in den Kanal durch die richtige Wahl der Entnahmestelle zu reduzieren. Es werden drei Entnahmearten unterschieden: - Seitenentnahme - Stirnentnahme - Sohlentnahme
Seitenentahme im Fluss
-verschiedenen Konzepte
- Vorteile
-Geschiebe abweisung -Geschiebeabzug
-: Das Geschiebe verbleibt im Fluss und es sind keine negativen flussbaulichen oder ökologischen Folgen zu erwarten
Stirnentnahme
-entnahem ohne umleitung
- geschiebe durch horiziontale aufspaltung
Pfeilerentnahme
Durhc pfeiler entstehen wirbel --> kolke --> entnahmegeschiebfreies wasser möglich
Sohlentnahme
Bei der Sohlentnahme wird das Wasser über ein Grundwehr mit liegenden Grobrechen, dessen Stäbe in Strömungsrichtung ausgerichtet sind, entnommen, in einem Sammelkanal aufgefangen und quer zum Ufer ausgeleitet. Kleine Korngrößen werden mit dem Wasser entnommen und einer Entsanderkammer zugeführt. Das gröbere Geschiebe und auch das meiste Treibgut werden durch den Rechen abgehalten und verbleiben im Fließgewässer. Dieser Entnahmetyp wird überwiegend für Gebirgsbäche mit großem Grobgeschiebeanfall im alpinen Raum verwendet. Daher wird dieser Entnahmetyp auch als Tiroler Wehr bezeichnet. Heutzutage findet man derartige Wehr auch häufig in Mittelgebirgslagen. Das im Entsander zurückgehaltene Geschiebe wird über eine Spülöffnung wieder in das Fließgewässer zurückgeleitet, wobei das Spülschütz über Sohlmembranen elektrisch oder durch einen einfachen, vollständig automatisch arbeitenden Gegengewichtsbehälter mit Wasserfüllung gesteuert wird.
Schutz gegen treibeis treibgut
Rechen oder Tauchwände (auch in Kombination)
Rechenanlagen
Zu den Rechenanlagen gehören neben Grob- und Feinrechen auch die Einrichtungen zur Wartung von Rechen, d.h. Rechenreinigungsgeräte. Der Grobrechen ist bei allen Kraftwerkstypen anzutreffen, um grobes Treibgut fernzuhalten. Er befindet sich normalerweise im Entnahmequerschnitt. Ein Feinrechen ist dort anzutreffen, wo die Maschinen ein von feinem Treibgut befreites Wasser erfordern, wobei er sich am Eintritt in die geschlossene Triebwasserleitung befindet. Rechen sind auf statische und dynamische Belastungen zu bemessen. Normalerweise haben die Stäbe von Rechen einen Abstand von 30 bis 50mm. Zum Schutz von Fischen werden auch Abstände von 20mm verwendet, wenn der Besatz von Wanderfischen sehr hoch ist. Zum Schutz von Fischen sind auch Umgehungsmöglichkeiten der Wasserkraftanlage zu schaffen, um mit einer Lockströmung die Fische anzulocken. Die Geschwindigkeiten vor dem Turbinenhaus sollten dagegen so gering sein, dass sich die Fische aus eigener Kraft befreien können
Fischablenkungsanlagen
Andere Fischablenkungsanlagen wie Unterwasser-Lichtketten, Luftblasenketten, elektrische Schirme und akustische Abweiser haben bislang unterschiedliche Wirkungen gezeigt.
Sandfang
Zur entfernung von restlichem geschiebe undschwebestoffen nach Wasserfassung
Nur durch eine starke Reduktion der Geschiebe- und Suspensionsfracht ist eine lange Lebensdauer von Wasserkraftanlagen ohne häufige Wartungen möglich. Insbesondere bei Hochdruckanlagen ist es erforderlich, die Schleifwirkung des mitgeführten Sediments an Druckrohrleitungen, Druckstollen, Druckschachtwandungen, Verschlussorganen und Turbinen zu vermeiden. Hieraus folgt z.B. auch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
Wozu dient ein Wasserschloss
Ein Wasserschloss dient dazu, den Druckstoß in der Rohrleitung einer Wasserkraftanlage zu vermindern, der beim Schließen oder Öffnen der Armaturen in der Leitung entsteht. Das Wasserschloss wird als ein wasserdichter Schacht am oberen Ende der Rohrleitung ausgeführt. In seinem Inneren kann sich der Wasserspiegel für den Druckausgleich frei auspendeln.
Becken- bzw. Schachtwasserschlösser:
Becken- bzw. Schachtwasserschlösser: Die große Öffnung erlaubt ein ungehindertes Hin- und Herfluten der Wassermassen. Aufgrund der großen Oberfläche findet eine vollständige Reflexion der Druckwelle statt.
Kammerwasserschlösser
Kammerwasserschlösser Begrenzung des Wasserspiegelanstiegs- bzw. -abfalls. Hieraus ergeben sich geringer Bauhöhen als im Fall eines Schachtwasserschlosses, allerdings Steigen die Baukosten im Vergleich an.
Gedrosselte Wasserschlösser
Gedrosselte Wasserschlösser In Schacht und Kammerwasserschlössern werden Energieverluste nur durch Rohrreibung abgebaut. Eine hohe Dämpfung lässt sich durch eine Drossel zwischen Triebwasserleitung und Wasserschloss erreichen. Die Drosselwirkung darf aber nicht zu stark sein, um die Wasserschlosswirkung nicht zu beeinträchtigen.
Differentialwasserschlösser
Differentialwasserschlösser
Differentialwasserschlösser bestehen aus einem System von zwei gekoppelten Schwallkammern.
Aufgaben Wasserschlösser und Schwalkammer
Wasserschlössern und Schwallkammern lassen sich prinzipiell vier Aufgabengebiete zuordnen: 1.) Hydraulische Trennung des Zuleitungsstollens von der Fallleitung 2.) Dämpfung der Druckstossentwicklung 3.) Verbesserung der Regelung 4.) Beschleunigter Ausgleich der Wassermengen
Typen und Bauweisen von Wasserschlössern
Die Wasserschlösser können wie folgt typisiert werden:
1.) nach der baulichen Ausbildung - Wasserschloss-Hochbauten - Schacht-/Stollen-/Kavernenwasserschlösser - gemischte Bauweisen
2.) nach der hydraulischen Funktionsweise - einfache Becken- bzw. Schachtwasserschlösser - Kammerwasserschlösser - gedrosselte Wasserschlösser - Differentialwasserschlösser - Windkessel-Wasserschlösser
Wie entstehen Druckstöße
ruckstöße treten beim Schließen bzw. Öffnen von Druckrohrleitungen auf. Beim Öffnen entsteht ein Unterdruck, beim Schließen ein Überdruck, die sich in der Druckrohrleitung ausbreiten. Dadurch kann ein Vielfaches des normalen Betriebsdruckes entstehen. Rohrleitungen sind insbesondere an Nähten, Verschlussund Regelorganen nicht auf diese hohen Drücke ausgelegt und können bersten. Daher wird ein Wasserschloss zwischen Stollen und Druckschacht angeordnet. Nur noch der Druckschacht selber ist dann gegen die hohen Drücke zu schützen.
wie breiten sich Druckstöße aus?
Druckstöße breiten sich mit einer Geschwindigkeit von fast 1000m/s im Wasser aus. Die Druckausbreitungsgeschwindigkeit a hängt dabei von folgenden Parametern ab: - Elastizitätsmodul von Wasser EW - Elastizitätsmodul der Rohrleitung ER - Durchmesser der Rohrleitung d - Wandstärke s
Was für Annahmen werden für die Druckstoßtheorie getroffen und welche theoreien gibt es?
Annahmen für Herleitung der Druckstoßtheorie: - Geschwindigkeit und Druck sind über die Fließfläche gleichmäßig verteilt! - Die Rohrlänge ist voll gefüllt - Die Geschwindigkeitshöhe v2/2g >> Druckstoßhöhe ha - Die Wasserspiegelhöhe in dem Behälter, aus dem die Leitung gespeist wird, ändert sich nicht. Druckstoßtheorien - Theorie der starren Wassersäule - Theorie der elastischen Wassersäule
Ideen für pumpspeicherwerke
1. Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken
2. Nutzung bestehender Talsperren (Potentialstudie NRW)
4. Nutzung alter Erz- und Steinkohlebergwerke
5. Bau unterirdischer Kavernen
6. Nutzung der Bundeswasserstraßen
7. Gravity Speicher
8. Haldenspeicher
Motivation für Unterflurkraftwerke
Aktueller und zukünftiger Ausbau Erneuerbarer Energien • Ausbau von Energiespeichern erforderlich • Pumpspeicherkraftwerke als wichtige Speichertechnologie • Seit ca. 50 Jahren Diskussionen über Pumpspeicherkraftwerke mit unterirdischem Tiefspeicher – bisher keine Realisierung • Aktuelle Fragestellungen:
Fatzit Pumpspeicherwerke
Pumpspeicherwerke werden auch in Zukunft benötigt! • Rentabilität derzeit unklar! • Viele innovative Ideen für Pumpspeicherwerke! • Unterflurkraftwerke könnten eine Lösung sein! • Viele hydrodynamische, bodenmechanische, bergbauliche, genehmigungsrechtliche und sonstige Fragen sind noch zu klären! • Viel Forschungsbedarf!
