Sie sind hier Starfort Studio & Manufaktur .:. Produkte .:. Wellen- Strömungs- und Flusskraftwerke .:. Fluss- und Wellenkraftwerke.. .:. Preiswerte Flusskraftwerk ohne störenden Eingriff in die Natur.

In Vorahnung das es irgendwann ein Naturwiederherstellungs-Gesetz geben wird, stellten wir uns der Aufgabe wie die Energie von Flusskraftwerken auch ohne Stauwerke weiterhin zu ernten.

Staudämme sind ein massiver Eingriff in die Natur. Fischtreppen funktionieren mehr schlecht als recht. Irgendwann sind sie voll Sand. Ausbaggern ist teuer und um diese Kosten zu vermeiden bietet sich die Öffnung der Schleusen an so das der Sand weggespült wird, zum Leidwesen der Fischereiverbände.

Die Lösung wie Energie aus Flüssen und Bächen zu ernten, ohne den Fischen zu schaden und ohne in den natürlichen Flusslauf einzugreifen.

Flussbettturbinen, auch hydrokinetische Turbinen genannt ,also Unterwasserpropeller, die einen Stromgenerator antreiben, sind für die Renaturierung von Bächen und Flüssen  eine  Lösung. Ein Beispiele einer hydrokinetischen Turbine aus Europa  ist die Smart Hydro Power aus Deutschland und die Strom-Boje aus Österreich. Link zu Wikipedia:

Strom-Boje – Wikipedia

Video auf YouTube::

www.youtube.com/watch

Der Vorteil hydrokinetischer Turbinen wir nennen sie auch Flussbettturbinen

Im Gegensatz  zur Windkraft und zur Photovoltaik liefern alle Arten von  Flusskraftwerken rund um die Uhr gleichmößig Strom und sind grundlastfähig. Turbinen die unter Wasser laufen haben einen weiteren Vorteil:  Sie fressen keine Flächen. Zur Problematik des Flächenbedarf für die erneuerbare Energie dazu ein Video mit Titel: Flächenfresser Energiewende? - Wie viele Fußballfelder (FBF) oder Saarlands (SL) für Eneuerbare ? https://www.youtube.com/watch?v=J40RdbuBzMY..

Nachteile wenn Generatoren unter Wasser laufen.

Die  Kosten  wenn Propeller unter Wasser direkt mit den Stromgeneratoren gekoppelt sind sehen wir abschreckend hoch.  Auf Grund der Strömungsverhältnisse wie sie nun mal in Füssen sind bekommt man keine hohen Drehzahlen und man ist von den idealen Drehzahlen für Stromgeneratoren weit entfernt. Die ideale Drehzahl für Stromgeneratoren wäre 3000 U/min. 100 U/min ist für Flussbettturbinen die Grenze um nicht Fische zu schreddern. Um die Fauna nicht zu stören sollten also die Umdrehungen merklich unter 100 U/min liegen und da steigen die Kosten ins unermessliche. Je langsamer ein Generator angetrieben wird, um so mehr benötigt er Kupfer und je nach Bauart zusätzlich Permanentmagnete aus seltenen Erden. Und beides wird in Zukunft auf Grund des Mengenbedarfs preislich steigen und steigen, denn ohne Kupfer und seltenen Erden sind all die Vorhaben der erneuerbaren Energie nicht realisierbar. Allein schon ein Windkraftwerk der letzten Generation benötigt c.a. 4 t Kupfer. Autos sollen in Zukunft elektrisch fahren. Gebäude sollen mittels Wärmepumpen geheizt werden und so weiter. Leider sind die Vorkommen an Kupfer und seltenen Erden endlich und das wird von den Befürworten der erneuerbaren Energie nicht wahrgenommen.

Ein sehr interessantes Video verfasst von Herrn Horst Lüning, läuft unter den Titel:

Scheitert die Energiewende? Reichen die Ressourcen?

www.youtube.com/watch

Wie kompliziert und daher sehr teuer, um nicht zu sagen unbezahlbar, sind die Generatoren unter Wasser.

Das Innenleben einer hydrokinetischen Turbine zeigt das PDF auf Seite 7:

halle.de/bitstream/1981185920/12932/1/Abschlussbericht_Entwicklung_mobilen_Wasserturbine.pdf

Wie auf Seite 8 beschrieben dreht der Generator mit 1500 U/min. Das erreicht man, wie in den Abb. auf Seite 7 mit Planetenübersetzungsgetriebe. Abgesehen davon das Getriebe für Übersetzungen einen Energieverlust bedeuten brauchen Sie eine Ölschmierung und das bedeutet wasserdichte Einhausung. Planetengetriebe sind sehr teuer und das Gehäuse muss verwindungssteif und perfekt fluchend sein. Das bedingt dann zusätzlich ein hohes Gewicht.

Alternative

 Propeller treiben unter Wasser nicht Stromgeneratoren an sondern technisch anspruchslose und sehr preiswerte Kolbenpumpen. Das so generierte Presswasser wird in Sammelleitungen zusammengeführt und zu Turbinen am Flussufer geleitet. Die dann  mit 1500 oder 3000 U/min drehen und entsprechend weniger Magnete oder auch, je nach Generatortyp, keine brauchen.

Einzige Einschränkung ist das man Wasser auf Grund der Druckverlust in den Leitungen nur wenige 100 m pressen kann sollten die Kosten der Druckleitungen innerhalb eines vertretbaren Rahmen sich bewegen. So ergeben sich für die Größe der Peltonturbinen Grenzen. Einige 100 kW können es aber sein und so kommt man auf kW die für Stromanbieter interessant sein dürften.. Hat aber wiederum den Vorteil das die Turbinen serienmäßig in größeren Stückzahlen gebaut werden können.

Pumpenlösung vs. Generator unter Wasser

Strombojen haben den gravierenden Nachteil das  jedes mal Propeller und Generator  der Strömungsgeschwindigkeit angepasst werden müssen. Kolbenpumpen liefern hingegen  für die Peltonturbinen unabhängig von der Fließgeschwindigkeit den idealsten Druck und die idealste Fördermenge.

Laut Wikipedia benötigen die Strombojen eine Wassertiefe von 3 m. Für die Pumpenlösung reicht 1m..Anzahl der Pumpstationen wird so gewählt das die Peltonturbine den idealsten Druck und die idealste Fördermenge bekommt.

Ob schnell fließende Flüsse und Bäche in den Alpen, ob langsam fließende Gewässer im Flachland, für die Pumpenlösung macht das bezüglich Energieernte keine Unterschied

Kolbenpumpen lassen sich jedem erwünschten Druck anpassen  und so bekommt man exakt den idealsten Druck für die Turbinen .Hohe Drücke bieten dazu eine Vorteil. Je höher der Wasserdruck um so kleiner und preiswerter können die Komponenten sein.Bei der Stromboje erreicht man hingegen nur in Idealfällen die Nennleistung, und die Standorte dafür dürften selten sein.

Pumpenlösung für Fische die gute Wahl.

Je weniger ein Propeller Blätter hat, um so schneller dreht er.und umgekehrt..Da  für Flussturbinen  mit den Generatoren unter Wasser, auf Grund der Kosten der Magnete und des Kupfers  geringe Drehzahlen zum Problem werden, sind Propeller mit zwei bis drei Blättern üblich, Unsere vorgeschlagene Lösung mit Unterwasserpumpen hat hingegen mit geringen Drehzahlen kein Problem, die Pumpengröße wird einfach entsprechend gewählt.und erlaubt Propeller mit mehreren Blättern: So entfällt der Einbau von Gittern um Fisch nicht zu schreddern..

 

Erhalt der Energieernte bei Renaturierung von  Flusskraftwerken

Renaturierung der Flüssen bedeutet nicht Verzicht auf die zuvor gewonnene Energie. Pumpenlösung   macht´s möglich.

Der enorme Vorteil der Peltonturbine.

Peltonturbinen sind von allen Wasserkraftmaschinen nicht nur die preiswertesten sondern auch mit dem höchsten Wirkungsgrad. Dazu kommt die hohe Drehzahl. bis 3000 U/min. Je höher die Drehzahl um so kleiner und preiswerter der Stromgenerator.  Peltonturbinen lassen sich einfach und exakt regeln, man bekommt sauberen Sinusstrom bei konstanter Frequenz und man kann so den Strom direkt ins Netz einleiten. Sind Gutmütig wenn das Wasser in Stößen kommt und der Druck von den Sollwerten abweicht..

Strömungsgeschwindigkeit ist am Flussboden zwar geringer als knapp unter der Wasseroberfläche, aber für die Pumpenlösung tragbar

Strombojen haben eine Schwimmkörper um die Maschine knapp unter der Wasseroberfläche zu halten. Wird sie in der Mitte des Flusses mittels Ketten oder Seilen positioniert, dann ist dort die Strömungsgeschwindigkeit am höchsten. Ein Hindernis für die Schifffahrt. Vorgesehen sind die.Pumpstationen hingegen  für den Flussboden. Um auf die gewünschte Energieausbeute zu kommen, werden einfach einige Pumpwerke mehr versenkt. einfach weil die Kosten der Werke bei den Gesamtkosten leicht vertretbar sind.

Vorbildlich ökologische Schwimmkörper

Sollten die Pumpeinheiten doch unter der Wasseroberfläche verankert werden, dann haben wir einen Vorschlag für preiswerte und tortzdem umweltfreundliche Schwimmkörper. Die vorhin genannten hydrokinetischen Turbinen brauchen schon wegen ihres Gewichtes entsprechende Schwimmkörper. Sehen wie aus den Bildern nach Glasfaserkunststoff aus. Die Herstellung ist sicher nicht ökologisch, da fällt viel Sondermüll an. Unser Vorschlag ist ein Balg aus alten Autoreifen  mit verschlossen Enden und fertig ist der Schwimmkörper.

Das enorme ungenutzte Energiepotential das in Flüssen steckt

Weltweit gibt es über 50.000 große Staudämme, aber nur ein winziger Teil davon wird für die Stromproduktion genutzt. Genau das wollen Forschende aus den USA ändern und damit 78 Gigawatt an Wasserkraft gewinnen. Das ist in etwa die Leistung von 56 Atomkraftwerken! Das Ganze soll relativ einfach gehen und dadurch CO2 eingespart und größere Eingriffe in die Natur vermieden werden.

Dies sagt der Wissenschaftsyoutuber Jacob Beautemps des Produktionsunternehmen für das öffentliche Fernsehen

i&u TV Produktion GmbH

Riesige ungenutzte Energiequelle: SO VIEL steckt in alten Staudämme!

https://www.youtube.com/watch?v=IDKy5P-mLec

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In Deutschland – allein die wichtigsten 20 deutschen Flüsse: • Gesamtlänge von 11.350 km Gesamtwasservolumenstrom bei einem mittleren Normalpegelstand von 7.695 m3/s • mittleren Strömungsgeschwindigkeit von cm = 1,8 m/s (Bereich von cm = 1,1 m/s bis 3,5 m/s)  Leistung des Wassers von ca. 40,64 MW

Diese Texpassage entnehmen wir aus:

Verbundprojekt VP 3.5 Strömungs- und Maschinentechnik der hydrokinetischen Turbinen Partner: Hochschule Merseburg Förderkennzeichen: 03WKCO3E Laufzeit: 01.07.2015 – 30.06.2018 Berichtszeitraum: 01.07.2015 – 07.12.2015 (flussstrom.de)

Unser Kommentar: Da hydrokinetische Turbinen für die Natur neutral sind bietet sich die Möglichkeit jeden Meter der Flussläufe von den Alpen bis zum Meer zu nutzen und so summiert sich die geerntete Energie weit über dem was ein weiterer Ausbau der Windenergie bringen würde.

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Allein in Bayern   existieren gut 4.200 Wasserkraftanlagen mit einer installierten Gesamtleistung von gut 2,9 GW (Gigawatt). (Inklusive Pumpspeicherkraftwerke).

https://www.lfu.bayern.de/wasser/wasserkraft/index.htm

Darunter sind viele Kleinkraftwerke in höheren Lagen mit empfindlichem Ökosystem und dort könnte man mit der Renaturierung einen Anfang wagen.

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Kostenvorteile der Energieernte mittels Kolbenpumpe und Peltonturbine wurde bereits von der technischen Uni Dresden berechnet

Allerdings kommt die Drehbewegung von einem Mühlrad über Wasser. Ob  Mühlrad über Wasser oder Propeller unter Wasser ändert nichts an der Sache..Die im PDF beschriebene Bauart sieht einen Druckkessel vor um den pulsierenden Wasserfluss zu glätten. Darauf können wir verzichten denn je höher die Anzahl der Kolbenpumpen ist, um so mehr  verschwinden die Druckstöße.

Mueller_Wasserdruckrad für Fallhöhen unter 1 m.pdf (baw.de)  

 

Neu aufgerollt werden muss die Forschung, Berechnung und Erprobung das Design der Propeller

Neueste Entwicklung sind die Toroidalpropeller. Bieten wesentlich mehr Effizienz als herkömmliche Propeller und sind weniger der Kavitation ausgesetzt. Warum erklären mehrer Videos auf YouTube. Dazu ein ausgewähltes Video mit den Untertitel: Dieser Super-Toroidal-Rotor revolutioniert alles!

Der Link dazu: https://www.youtube.com/watch?v=nJcatjnPiow&t=240s

Problem ist die Fertigung der geschwungenen Schlaufen. Das geht mit den 3D-Drucker,  aber nur wenn er in der Lage ist schnell und preiswert größere Teile zu drucken. Das geht nur mit Drucker die ohne Umwege mittels Drähte direkt Granulate wie sie für den Spritzguss im Handel sind zu verarbeiten, auch Granulate mit Fasern. Solchen Drucker gibt es: Granulab by 3DKG - rapid polymer-printing

Dazu ein Link zur Hannover Messe2023: HANNOVER MESSE Aussteller 2023: 3D KG

Kolbenpumpen brauchen keine Einhausung, sind klein und technisch anspruchslos.

 

Die  technische Lösung  Generator unter Wasser eventuell mit vorgelagertem Planetengetrieb hat ein Problem: Strom und Wasser vertragen sich nicht und so bedarf es einer wasserdichten Abkapselung des Gehäuses.

Unsere Unterwasserpumpe ohne Öl oder anderswertige Schmiermittel.

Generell haben Kolbenmaschinen Kurbelwellen. Wir ziehen die Lösung mit den Gleitschuhen aus Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften vor..Eine Bauart mit geringer Flächenbelastung. Pumpe ist für Unterwasser  konzipiert und dann taugt Wasser als Schmiermittel und braucht so kein Öl.. Dank der Gleitschuhe wird die Pumpe sehr kompakt und das  ergibt eine Einsparung beim rostfreien Edelstahl. Hochdruckpumpen wie sie zum Beispiel bei Hochdruckreinigern zur Anwendung kommen  sind Plungerpumpen.Wir bevorzugen die Lösung  mit Zylinderrohre zumal  wir die gleichen Rohre bei unseren Holzspaltern einbauen.. 

Technischen Daten:

Druck = max. 35 bar

Förderleistung pro Umdrehung = 0,2 Liter

Max.zulässige Drehzahl =200  U/min

. Rechenbeispiel: zur Energieernte: Bringen Sie diese Pumpe auf 100 Drehungen/min  dann ernten Sie bereits bei 30 bar eine Energie von 2,3 kW.. 

 

Wir haben mir unseren Pumpen kein Monopol

Sollten  die hydrokinetischen Flusskraftwerke mit der Pumpenlösung ihren Markt finden und flächendeckend in Flüssen eingesetz werden dann sind wir in der Lage nur Bruchteile von Bruchteilen zu liefern. Kein Patent schützt unsere Pumpen und um sie her zu stellen braucht es keine Sondermaschinen. Wir haben eventuell einen Erfahrungsvorsprung im Umgang mit der Klarwasserhydraulik, aber mehr nicht. Wer besser und preiswerter ist macht das Rennen.

Kolbenpumpen sind unempfindlich gegen Sand.

Kolbenpumpen sind unempfindlich gegen Sand. Schlammpumpen die im Tiefbau zum Einsatzkommen sind ausnahmslos Kolbenpumpen. Handelsübliche Hochdruckreiniger haben beim Einlauf einen.Filter mit Maschen wie ein Teefilter. Dies aber nur wegen der Düse der Sprühlanze. Den Ärger wo uns Kunden anriefen das der Holzpalter nur mehr langsam lief hatten wir zur Genüge. Es waren immer die Filter der Hochdruckreiniger. Seit wir unseren Kunden empfehlen gleich zu Beginn der Arbeit den Filter zu entfernen war Schluss mit Ärger. Empfindlich hingegen gegen ist Sand für die Peltonturbinen und verursacht Abrieb an den Schaufeln.. Eine Lösung wäre schon beim Zulauf der Kolbenpumpe einen Filter ein zu setzen. Bessere Lösung und wartungsfrei wäre ein geschlossener Kreislauf. Da die Peltonturbine am Flussrand höher liegt als die Pumpwerke am Flussboden ergibt sich ein Gefälle für den Rückfluss. Reicht das nicht gibt es immer noch die Möglichkeit mit einer Niederdruck Kreiselpumpe den Rückfluss zu verstärken. Die dafür notwendige Energie wird teilweise von der Kolbenpumpe aufgenommen und abgegeben.

Die Menge der Restenergie, die sich ernten ließe.

Eine Pumpeinheit mit Propeller von einem Meter Durchmesser beansprucht im Flussbett eine Fläche von  etwas über einem m². Auch wenn wegen der geringen Fließgeschwindigkeit des Wassers  sich nur 1kWh pro Pumpeinheit ernten lassen, kann man  errechnen wenn Millionen von Pumpeinheiten rund um die Uhr Energie liefern.

Die militärische Sicherheitskomponente.

Deutschlad kann sich nicht schützen Dazu ein Video, es nennt sich:  Angriff von oben – Was bringt eine neue Raketenabwehr? | SWR Wissen https://www.youtube.com/watch?v=7mU8aQjcEp4

Die Sprengung beider  Gasröhren in der Ostsee hat gezeigt wie verwundbar die Energieversorgung  sein kann. Mit Spielzeudrohnen lassen sich bereits  Windkrafträder lahm legen. Für die Artillerie sind sie eine regelrechte Zielscheibe. Putin hat in wenigen Tagen 80 % der Windkraftanlegen der Ukraine zerstört, das berichteten die Medien am 23.10.2022. Die einzigen unzerstörbaren Strommaschinen sind Unterwasserturbinen,  einfach weil sie nicht zu orten sind und  in unzähliger Anzahl viele km längs der Flusslaufes verteilt sind. ,Die Peltonturbinen  haben die Größe eines PKW und sind so leicht zu tarnen. Feinde interessieren nicht kleine Kraftwerke sondern Großanlagen. Stauseen sind zum Beispiel leicht zerstörbar. und um sie wieder in Betrieb zu nehmen dauert es sehr lange.

 

Nord-Süd-Stromtrassen doppelt genutzt

Die Stromtrassen von Nord nach Süd sind gedacht das Windarme Bayern mit Strom aus nördlichen Windkraftwerken zu versorgen. Bayern hat reichlich viele Fließgewässer und das bedeutet viel Strom mittels Flussbettturbinen. Wenn im Norden keine Wind weht, dann könnten Bayern nachhelfen..

Statt Propeller Schwenkflügel

Propeller verlangen die Umsetzung der Drehbewegung in eine lineare Bewegung für die Zylinder, Einen linearen Kolbenantrieb bieten Schwenkflügel. Im Bild mehrere Flügeleinheiten  längs eines Flusses.

Teppich von Pumpeinheiten.

                                                                                Bei niederem Wasserstand mit wagrechten Flossen.

 

Langlebigkeit der Peltonturbinen und Pumpen.

Peltonturbine drehen zuverlässig mit geringen Wartungskosten auch über 100 Jahre. Das gilt auch für Kolbenpumpen und Propeller..Sind genannte Maschinen doch irgendwann  zu verschrotten, dann werden sie einfach eingeschmolzen und ergeben keinen Sondermüll.

Füllung von Speicherbecken.

Nicht nur in den Alpen steigt der Bedarf an Speicherbecken und nicht immer kommt genügend Wasser aus Zuflüssen. Pumpen die durch E-Motoren angetrieben werden und das Wasser aus Flüssen und Bächen ansaugen sollen es dann richten. Mit Kolbenpumpen kann man das Wasser auch über einer Fallhöhe von  1.000 m pressen.