Die Technik verblüffend einfach
Verlockend ist die Idee mit Mühlrädern zwischen den Schwimmkörpern eines Katamarans Stromgeneratoren an zu treiben. Suchen Sie bei google unter Bildern dann finden Sie eine Fülle von unterschiedlichsten Konstruktionen. Prototypen ohne kommerziellen Erfolg. Im Verhältnis zur Stromausbeute einfach zu teuer. Hauptproblem ist das die Wasserräder langsam drehen, die Generatoren aber hohe Drehzahlen brauchen. Eine Übersetzung über das Tausendfache ist angesagt. Getriebe dieser Größenordnung fressen eine Menge Energie da kommt nur mehr wenig an. Dazu kommt das solche Getriebe ein Vermögen kosten und hohes Gewicht haben. Um dieses Gewicht zusammen mit dem Gewicht der Generatoren auf zu fangen muss der Katamaran entsprechend dimensioniert werden. Gewicht, das auf die Katamarane drückt könnte reduziert werden wenn das Wasserrad wie ein leeres Weinfass schwimmen würde. Scheint das das noch nie gemacht wurde. Würde wohl wenig an der Gesamtsituation ändern.
Was gemacht wurde ist ein schwimmendes Wasserrad verankert in einem Stahlrahmen der das Gewicht des Getriebes mit Generator und das Drehmoment des Wasserrades auffängt.
Das wurde auch 2012 als Pilotprojekt mit entsprechenden Berechnungen gemacht.
http://www.wasser-biennale.org/data_all/2012/Luftgeformtes_Wasserrad_Projektbericht.pdf
Abbildung 7 auf Seite 11 zeigt ein schwimmendes Wasserrad im Stahlrahmen verankert.
Abbildung 15 auf Seite 23 zeigt das aufwändige Getriebe für den Generator.
Verblüffend einfach ergibt sich eine Lösung um Drehmoment auf zu fangen. Mindestens zwei schwimmende Wasserräder als Tandem oder drei als Tridem gekoppelt wie im Bild, ohne Katamaran oder anderen Schwimmkörpern.
Nun gilt es Gewicht zu reduzieren. Das ergibt sich wenn statt der Getriebe mit Generatoren einfache Kolbenpumpen angetrieben werden. Kolbenpumpen für Drücke über 100 bar denn je höher die Drücke sind um so kleiner sind alle Komponenten und das ergibt geringeres Gewicht und weniger Kosten. Das Presswasser wird mit Schläuche zu einer Sammelleitung aus Stahl am Flussufer gepumpt und treibt dort eine Peltonturbine an. Peltonturbinen sind die effizientesten und preiswertesten Strommaschinen. Dazu langlebig, es können auch über100 Jahre sein.
Ist die Flusstiefe für eine zusätzliche hydrokinetische Turbine genug, dann kann man diese unter den drei schwimmenden Trommel hängen, blau im Bild
Allerdings unterscheidet sich unsere hydrokinetische Turbie von allen angebotenen hydrokinetischen Turbinen . Üblich ist das der Propeller mit einem Stromgenerator gekoppelt ist. Bei uns hingegen mit einer Hochdruck - Wasserpumpe. Das Problem wenn der Propeller einen Generator antreibt: Stromgeneratoren sind für 3000 oder 1500 U/min ausgelegt. Aber Propeller unter Wasser haben eine Obergrenze von 100 U/min um Fische nicht zu schreddern. Gelöst wird dieses Problem entweder mit vielen Polen, mit viel Kupfer oder einem Planetengetriebe. Alles sehr teuer
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Wenn Treibgut zu befürchten ist dann rollen die Wasserräder einfach darüber .Allerdings dann ohne hydrokinetische Turbine.
Einsatz im Wattemeer
Kommt bei weit ausgedehntem Watt die Flut dann geschieht das mit hoher Geschwindigkeit wenn sie geht dann natürlich auch. Diese Energie kann auf Grund der geringen Wassertiefe nur durch schwimmende Wasserräder geerntet werden. Auf Grund der weiten Ausdehnung des Watt kann gleich ein Schwarm von Wasserrädern eingesetzt werden. Damit Seevögel ausruhen können können die Wasserräder mit einer Haube abgedeckt werden.
Nennen wir die Nachteile der üblichen Wasserkraftanlagen dann ergeben sich die Vorteile der schwimmenden Wasserräder.
Staudämme dienen nicht nur als Wasserspeicher sondern das der Sand absitzt.Sand im Wasser wirkt wie ein Sandstrahlgebläse und trägt den Stahl der Turbinenschaufeln ab. Wenn nun Treibgut wie Sand im Staubecken absitzt dann ist irgendwann der Stausee voll und muss ausgebaggert werden.
Beton hält max. 100 Jahre. Das sieht man an den Brücken die abgerissen und neu errichtet werden müssen. Der Aufwand eine alt Staumauer ab zu reißen und neu zu ersetzten ist enorm.
Staudämme sind ein gravierender Eingriff in das Ökosystem. Es fehlt der genetische Austausch.
Fischtreppen sind eine Notlösung die mehr schlecht als recht funktionieren. Fische gelangen weiterhin in die Turbinen und werden geschreddert.
Nachteile der hydrokinetischen Turbinen unserer Wettbewerber mit Generator unter Wasser wie zum Beispiel der Energyfish oder Smart Hydro Power
Hydokinetischen Turbinen mit Generator unter Wasser werden von den Herstellern als für Fische unbedenklich gepriesen. Allerdings nur wenn es ums das Schreddern durch die Propeller geht. Fisch haben im Gehirn ein Eisenmolekül zur Orientierung mittels Magnetfeld der Erde. Leider kann man die Fische nicht befragen ob ihnen die Orientierung durch die Magnetfelder der Generatoren und Kabel genommen wird.
Weiterhin:
Hydrokinetische Turbinen mit Generator unter Wasser haben ein hohes Gewicht und um in Schwebe zu halten sorgt ein entsprechend großer Schwimmkörper aus Plastik. Plastik weil der Schwimmkörper stromlinienförmig sein soll und nur Plastik lässt sich beliebig formen. Nachteil: Der Sand im Wasser schmirgelt die Oberfläche und hinterlässt Mikroplastik im Wasser. In unserem Fall sind die Wasserräder die Schwimmkörper, weil statt Plastik Holz oder rostfreier Stahl. Das Maximum an Öko.
Zur Wartung muss der gesamte Apparat aus dem Wasser gehoben und zum Ufer befördert werden. Ein enormer Aufwand mit eigens dafür entwickelten Maschinen und Vorrichtungen wie im Bild einer Artikels zum Energyfish : https://salto.bz/de/article/09092025/schwimmende-kraftwerke
Bei den schwimmenden Wasserrädern geht das sehr einfach. Lockert man eins der Seile die die schwimenden Wasserräder in Flussmitte halten dann treibt die Strömung die schwimmende Kraftmaschinen zum Ufer.
Sind die schwimmenden Wasserräder stark genug, so sollen sie auch sein, dann kann man sie auch über Land rollen.
Ökologisch führend,
Windkraftwerke haben nach 20 Jahren ausgedient. Wer gibt den Befürworten der Windkraft das fortlaufend nach 20 Jahren immer alles zur Verfügung steht was für ein neues Windrad notwendig ist? Ist die Zeit einer Windkraftanlage u Ende dann kann Stahl und Kupfer eingeschmolzen werde. Sondermüll bleiben die Rotoren. Das Balsaholz im Inneren der Flügel kann verbrannt werden. Wenn dann ein neues Windkraftwerk gebaut werden soll dann werden der Windkraft zu Liebe für die Gewinnung von Balsaholz Urwälder gerodet
Anders unsere schwimmenden Wasserräder. Können aus heimischem Holz sein. Bevorzugt Lärche, hält im Wasser hunderte von Jahren. Peltonturbinen können auch über 100 Jahre halten. Demnach sind unsere Wasserkraftwerke reine Exoten zu allen anderen Techniken der erneuerbaren Energie
Renaturierung von Fließgewässern
Beliebte Orte der Wasserkraft sind die Täler, einfach weil man dort Talsperren errichten kann und man ein Gefälle zu den Turbinen bekommt. Aber gerade dort ist das Ökosysteme empfindlich. So ist es gekommen das Täler für die Wasserkraft über erschlossen sind. Fischtreppen sollen die Wanderschaft der Fische erlauben und den Austausch der Gene garantieren. Tun sie aber nicht oder nur halbwegs, dazu findet man ausreichende Artikel in der Suchmaschine. Weiterhin gelangen Fische in die Turbinen und werden geschreddert.
Laut EU ist Renaturierung angesagt. Das mach den Abriss der Staudämme notwendig. Vorzeitig, denn irgend wann nehmen Sedimentablagerungen dem Stauwerk ihren Zweck oder der Staudamm ist überaltert denn Beton verliert nach 100 Jahren seine Festigkeit.
Die einzige Möglichkeit ökologisch weiterhin die Turbinen, die ja vorhanden sind, zu betreiben sind unsere schwimmenden Wasserräder. Allerdings nur wenn die Turbinen Peltonturbinen sind.
Vorteile der Peltonturbinen
Zum Einsatz kommen sie im Gebirge mit hoher Fallhöhe, also mit hohem Wasserdruck.
Peltonturbinen sind die Strommaschinen mit den höchsten Wirkungsgrad, der einfachsten und daher preiswertesten Bauart. Können über 100 Jahre alt werden
Der Unterschied wenn das Wasser aus Pumpen kommt statt aus dem Berghang.
Je nach verfügbarer Wassermenge und Fallhöhe werden die Peltonturbinen konzipiert, als Einzelstück gebaut und das kostet. Kommt das Wasser von Pumpen der Wasserräder dann kann der Druck und die Fördermenge genau nach der höchsten Effizienz der Peltonturbine geliefert werden. Deshalb können die Peltonturbinen für Wasserkraftwerke nach unserem Konzept in Serie hergestellt werden und das senkt enorm die Kosten.
Eine Spezialität unserer schwimmenden Wasserrädern das man trotz unterschiedlicher Strömungsverhältnisse den gewünschten Wasserdruck bekommt. Die Verankerung wie im Bild der Kolbenstange der Pumpe ist an der Kurbel stufenlos verstellbar.
Wissenschaftlich belegt das die Pumpentechnik preiswerter ist
Von der Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik
Das PDF:
Aus dem Text entnommen:
4.4 Wirtschaftlichkeit
Getriebelösungen kosten heute wegen der hohen Drehmomente und der notwendigen langen Lebensdauer (> 100.000 Stunden) zwischen 2000 (50 kW) und 2700 (10 kW) €/kW. Bei einem Gesamtwirkungsgrad von 68,4% würde eine 10 kW-Anlage mit Getriebe etwa 60.000 € kosten; dies ergibt bei 4.500 Vollast-Betriebsstunden pro Jahr und einer Einspeisevergütung von 12,7 c/kWh eine Rückzahlzeit von 10,5 Jahren. Eine vergleichbare hydraulische Lastabnahme wird auf etwa 8,500 € geschätzt, bei einem Wirkungsgrad von 58,1% ergibt dies eine elektrische Leistung von 8,5 kW bei gleicher Resource und Gesamtkosten von 41,500 €. Die Rückzahlzeit hier wird 8,5 Jahre. Die Vorteile der hydraulischen Lastabnahme liegen auf der Hand: Die Investitionskosten sind rund 30% niedriger und trotz der um 15% geringeren Leistung wird die Rückzahlzeit deutlich um 15% reduziert.
Aus militärischer Sicht
Windkraftanlagen sind regelrechte Zielscheiben für die Artillerie. Bereits eine kleine Drohne mit relativ geringer Sprengleistung kann ein Windrad lahm legen. Der Schaden kann dabei enorm sein. Reparaturaufwand ist überaus groß. Anders ist es bei den schwimmenden Wasserrädern. Man kann von einem Schwarm wohl mehrere schwimmende Wasserräder zerstören, aber nicht den ganzen Schwarm.