EXFA Magdeburg Strömungswasserkraftmaschine Horizontal²Wasserrad Entwicklungskonzept für kleine Wasserkraftmaschinen Dr.- Ing. Corinna Barthel Hauptstraße 123 39317 Derben 1. Entwicklungsbedarf 2. Verlauf des Forschungsprojektes 3. Aussicht
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
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
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 23.500 842 40 0,8 Mio Europa 190.000 4.750 235 4,7 Mio weltweit 5.150000 34.300 343 6,86 Mio Summe 5.363.500 39.892 942 18,8 Mio Tabelle: Ergebnis der Bedarfsanalyse und der Marktvolumenermittlung
2. Verlauf des Forschungsprojektes Ablaufplan
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
Ziel Lasten- und Pflichtenheft Anlage für flache, schmale Fließgewässer Modulare und standardisierte Fertigung Eingriff in das bestehende Landschaftsbild so gering wie möglich gestalten
Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m
Anforderungen Lasten- und Pflichtenheft Einsetzbar bis Wassertiefe von 0,5 m Anpassung an schwankenden Wasserstand
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
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
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
Entwurf Verkleidung für Transmission und Generator Tragrahmen Wasserräder Treibgutabweiser Schwimmkörper Strömungskörper
Entwurf Verkleidung für Transmission und Generator Tragrahmen Wasserräder Treibgutabweiser Schwimmkörper Strömungskörper
Fertigung Korrosionsbeständige Werkstoffe Geringes Gewicht der Einzelteile Schnelle und leichte Montage Wasserrad mit AlMG 3 - Beschaufelung Wasserrad mit alternativer GFK- Beschaufelung
Fertigung
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
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
3. Aussicht Prototypentests und Optimierung: 2017 Ökologische Bewertung: 2018 Fertigungstechnologie: 2019-2020 Martkteintritt: 2020/2021 Zielvorgabe Leistungsdiagramm