Entwicklung eines Hüllkörpers aus technischen Textilien für eine Kleinwasserkraftanlage

Projektlaufzeit:

03/2011 - 06/2013

Projektleitung (Fakultät):

Frau Prof. Dr. Silke Heßberg (Automobil- und Maschinenbau)

Kontakt:

Frau Prof. Dr. Silke Heßberg

+49 (3765) 5521 20
Silke.Hessbergfh-zwickaude

Kooperationspartner:

Alphacon GmbH, Zwickau
Modellbau Roth GmbH, Theuma
Weberei Elite GmbH, Reichenbach
LUVO-Impex GmbH, Oelsnitz

Fördermittelgeber:

BMWi

Stichworte bzw. Deskriptoren:

Technische Textilien; Wasserkraftanlage; alternative Energiequellen; Gewebe

Situation

Das Gesamtprojekt ist als ein Beitrag zum Themenkreis „Nutzung alternativer und regenerativer Energiequellen“ zu sehen. Gegenstand des Forschungsprojektes ist eine Produktentwicklung. Es soll eine Kleinwasserkraftanlage (KWK) mit einem überdurchschnittlich effizienten Energieertrag unter Verwendung technischer Textilien als Außenhülle entstehen. Der Anteil des ITL besteht in der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung (Prototyp) der textilen Außenhülle für die KWK.

Aufgabe

Ziel des Projektes ist die Entwicklung ultraleichter Strömungskörper, welche Wasserkraft zur Energiegewinnung nutzen. Die Strömungskörper schweben direkt im Fluid, wobei die Schwimmfähigkeit durch geeignete Konstruktionen aus technischen Textilien gewährleistet werden soll. Der Strömungskörper kann als autarke Insellösung zur Stromgewinnung genutzt werden (z. B. in unerschlossenen Gebieten oder im Outdoor-Bereich) oder es besteht die Möglichkeit zur Stromeinspeisung in ein Netz. Die Anlage muss einfach aufund abbaubar sowie leicht zu transportieren sein. Neben der Gewährleistung der elektrischen Funktionalitäten soll die textile Hülle folgende Parameter erfüllen:

  • Sie ist konstruktiv so auszulegen, dass die Strömung des Fluids optimal zur Stromerzeugung genutzt werden kann, hierfür ist die Schnittkonstruktion auf den CAD-Parametern des KWK aufzubauen.
  • Die textile Außenhaut muss resistent gegenüber aggressiven Bestandteilen des Fluids (Salze, ggfs. Chemikalien etc.) sowie hinreichend UV-stabil sein und eine Lebensdauer von 10 Jahren gewährleisten.
  • Die textile Hülle soll die Schwimm- bzw. Schwebefunktion der Anlage gewährleisten, d. h. es sind Materialien zu verwenden, die möglichst eine Dichte <1g/cm³ aufweisen (schwimmfähig).
  • Die textile Hülle muss so konstruiert werden, dass sie leicht montierbar ist (möglichst von einer Person allein) und das Gewicht der Anlage so klein wie möglich bleibt (max. 10 kg, ist bei der Auswahl von Flächengewicht – bis zu 400g/m² - und Bindungsart zu berücksichtigen).
  • Die textile Hülle soll für den Transport Volumen miniert zusammenklappbar sein.
  • Die textile Hülle dient der Kabelführung.

Ergebnis

Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

Das Gesamtziel des Projektes konnte soweit erfüllt werden, dass zum Projektende eine funktionstüchtige Kleinwasserkraftanlage (KWA) zur Verfügung stand. Leider konnten die Kennwerte im Hinblick auf die Leistung der KWA nicht in vollem Umfang erreicht werden. Diese sind aufgrund der äußeren Gegebenheiten (nur geringe Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten) zugunsten der Transportierbarkeit der KWA weit nach unten korrigiert worden, wobei die erreichten Werte von bis zu 25 Watt bei entsprechendem Energiemanagement (geringe Leistungsaufnahme der Endverbraucher) für Anwendungen im Bereich Outdoor/ Camping zunächst ausreichend sind.

Die textilen Komponenten der KWA (Ein- und Ausströmdüse) wurden entsprechend der Aufgabenstellung entwickelt und hergestellt, deren Wirksamkeit ist sehr gut nachgewiesen worden.

Es wurden folgende Parameter erreicht:

  • Gewicht 10,2 kg (davon 1,2kg textiler Anteil)
  • nutzbar für Gewässer mit minmal 30cm Tiefe und 40cm Breite
  • ab 0,5m/s Fliessgewschwindigkeit
  • Leistungssteigerung durch die textile Hülle betrug 25%
  • die Anlage besteht aus nur drei Komponenten und ist von einer Person leicht auf- und abbbaubar
  • Gesamtleistung 25 Watt
  • Beständigkeiten konnten nachgewiesen werden

 

Stömungsmessungen im Raumbach

Anhang

Bild 1 zum Ergebnis: Stömungsmessungen im Raumbach