Strömungswasserkraftmaschine Horizontal²Wasserrad Entwicklungskonzept für kleine Wasserkraftmaschinen

Transkript

1 EXFA Magdeburg Strömungswasserkraftmaschine Horizontal²Wasserrad Entwicklungskonzept für kleine Wasserkraftmaschinen Dr.- Ing. Corinna Barthel Hauptstraße Derben 1. Entwicklungsbedarf 2. Verlauf des Forschungsprojektes 3. Aussicht

2 1. Entwicklungsbedarf Die Marktuntersuchung stellt heraus, dass der Bedarf an Strömungswasserkraftmaschinen derzeit nicht gedeckt wird bei Standorten mit einer Wassertiefe geringer als 50 cm oder Gewässerbreite geringer als 5 m oder Leistung für den angefragten Versorgungsfall kleiner 1 kw o o Kleine Flüsse in Deutschland, Europa und weltweit Bode, Altmühl, Werra, Fulda Industriegewässer, Auslauf von Kläranlagen und Talsperren

3 1. Entwicklungsbedarf Die Marktuntersuchung stellt heraus, dass der Bedarf an Strömungswasserkraftmaschinen derzeit nicht gedeckt wird bei Standorten mit einer Wassertiefe geringer als 50 cm oder Gewässerbreite geringer als 5 m oder Leistung für den angefragten Versorgungsfall kleiner 1 kw o o Kleine Flüsse in Deutschland, Europa und weltweit Bode, Altmühl, Werra, Fulda Industriegewässer, Auslauf von Kläranlagen und Talsperren

4 1. Entwicklungsbedarf Die Marktuntersuchung stellt heraus, dass der Bedarf an Strömungswasserkraftmaschinen derzeit nicht gedeckt wird bei Standorten mit einer Wassertiefe geringer als 50 cm oder Gewässerbreite geringer als 5 m oder Leistung für den angefragten Versorgungsfall kleiner 1 kw Es soll deshalb eine schwimmende Wasserkraftmaschine entwickelt werden, die auch bei diesen Anforderungen den Einsatz von Flussstromanwendungen ermöglicht. Anders als bei den bekannten Propeller- oder Schaufelradsystemen, welche sich zumeist um eine horizontale Achse drehen, steht die Achse des Horizontal 2 Wasserrades vertikal und die Energiewandler umlaufen diese in horizontaler Richtung. Durch diese Bauweise ist die Anlage besonders für flache Fließgewässer geeignet. Zudem kann der Generator über dem Wasserspiegel angeordnet werden, was sich positiv auf die konstruktiven Anforderungen und letztlich auf die Herstellungskosten auswirkt. Umsetzbare Anlagen gesamt [Stck] Umsetzbar nach 5 Jahren [Stck] Nutzbare Flusskilometer Umsatzpotenzial gesamt [ /a] Deutschland ,8 Mio Europa ,7 Mio weltweit ,86 Mio Summe ,8 Mio Tabelle: Ergebnis der Bedarfsanalyse und der Marktvolumenermittlung

5 2. Verlauf des Forschungsprojektes Ablaufplan

6 Strömungswasserkraftmaschine Horizontal²Wasserrad Grundlastfähige Energiegewinnung durch ökologisch verträgliche Flusswasserkraftanlagen Anforderungsanalyse Standorttypologien Technische Grundlagen Auswertung der Prototypentests Beteiligte Partner Wartungsfreie Gleitlager Jena Transversalflussgenerator Ökozert Weimar Fernsteuerungs, -diagnose und -wartungssystem

7 Ziel Lasten- und Pflichtenheft Anlage für flache, schmale Fließgewässer Modulare und standardisierte Fertigung Eingriff in das bestehende Landschaftsbild so gering wie möglich gestalten

8 Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m

9 Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m Anpassung an schwankenden Wasserstand

10 Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m Anpassung an schwankenden Wasserstand Eignung für Fließgeschwindigkeiten zwischen 1,0-2,5 m/s Ökologieverträglichkeit

11 Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m Anpassung an schwankenden Wasserstand Eignung für Fließgeschwindigkeiten zwischen 1,0-2,5 m/s Ökologieverträglichkeit Korrosionsbeständige Werkstoffeigenschaften Schadlose Treibgutabwehr

12 Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m Anpassung an schwankenden Wasserstand Eignung für Fließgeschwindigkeiten zwischen 1,0-2,5 m/s Ökologieverträglichkeit Korrosionsbeständige Werkstoffeigenschaften Schadlose Treibgutabwehr Minimaler Wartungsaufwand für die Generator- und Einspeisetechnik Geringes Gewicht der Anlage zum einfachen Transport Schnelle und leichte Vorort-Montage Unterschiedliche Möglichkeiten zur Verankerung je nach Einsatzort

13 Entwurf Verkleidung für Transmission und Generator Tragrahmen Wasserräder Treibgutabweiser Schwimmkörper Strömungskörper

14 Entwurf Verkleidung für Transmission und Generator Tragrahmen Wasserräder Treibgutabweiser Schwimmkörper Strömungskörper

15 Fertigung Korrosionsbeständige Werkstoffe Geringes Gewicht der Einzelteile Schnelle und leichte Montage Wasserrad mit AlMG 3 - Beschaufelung Wasserrad mit alternativer GFK- Beschaufelung

16 Fertigung

17 Strömungsmodell M1:3 Modellversuche Verankerung Mastverankerung seitlich Eingangskriterien: Mastverankerung mittig Lagesicherheit Geringe Störanfälligkeit Hochwassersicherheit Sohlverankerung mittig Ergebnisse: Mastverankerung mittig ist schmale Gewässerstandorte geeignet Mastverankerung seitlich ist für breite Gewässerstandorte geeignet Sohlverankerung ist ungeeignet

18 Modellversuche Treibgut Eingangskriterien: Treibgutversuch 1 Kategorisiertes Treibgut skaliertes Treibgut Untersuchung aller Verankerungsvarianten Treibgutversuch 2 Ergebnisse: Treibgut wird in den bevorzugten Verankerungsvarianten schadlos unter dem Gerät hindurch- oder am Gerät vorbei geleitet Die Lagestabilität bei Treibgutbelastung ist gewährleistet Treibgutversuch 3

19 3. Aussicht Prototypentests und Optimierung: 2017 Ökologische Bewertung: 2018 Fertigungstechnologie: Martkteintritt: 2020/2021 Zielvorgabe Leistungsdiagramm