ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/501752
Projekttitel
PAT-Francis-Gesamtpaket zur Nutzung kleiner Wasserkraftpotentiale in Fischwanderhilfen und historischen Wehr- und Kanalanlagen

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
Anzeigen
-
-
Anzeigen
Publikationen / Ergebnisse
Anzeigen
Anzeigen
-
-
Schlussbericht
Anzeigen
Anzeigen
-
Anzeigen

Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Zur Nutzung kleiner Wasserkraftpotentiale im Nieder- und Mitteldruckbereich gibt es aktuell keine geeigneten resp. bezahlbaren Turbinen. Ausgehend von rückwärtslaufenden Standard-Kreiselpumpen als Turbinen wurde ein Konzept entwickelt, wie mit Hilfe von Komponenten aus der Gebäudetechnik und modernen Fertigungsmethoden eine kostengünstige Wasserkraftmaschine - genannt PAT-Francis-Paket - im Leistungsbereich bis ca. 50 kW gebaut werden kann, die sich dank ihrer kompakten und schallminimierenden Bauweise besonders für die Nutzung von Potentialen in Fischwanderhilfen und historischen Kanälen des schweizerischen Mittellandes eignet. Das Ziel des vorliegenden Pilotprojekts ist es, die Eignung des PAT-Francis-Gesamtpakets zur wirtschaftlichen Nutzung kleiner Wasserkraftpotentiale im Niederdruckbereich an einer 1:1-Anwendung in realer Umgebung nachzuweisen.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

Harnessing micro hydropower Potentials in the low to medium head range is currently hampered due to the fact that efficient and affordable turbines are not available. A concept has been developed on how a Standard water pump used as a turbine (PAT) can be transformed into a complete turbine-generator unit with the aid of standard components from the building technology sector and modem manufacturing methods. This unit - called PAT-Francis-Package - can preferably used in micro hydro applications in fish migration Systems and historic canals of the Swiss Plateau due to its compact size and noise reducing design. The purpose of the present pilot project is to show in a real-world application that the PAT-Francis- Package can fulfil ail the requirements to economically harness micro hydro potentials in the low to medium head range.

Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)

Dezentrale Stromversorgung hat viele Gesichter. Eine Spielart sind Klein- und Kleinstwasserkraftwerke. Wenn sich Anlagen zu geringen Kosten bauen lassen, ist ein rentabler Betrieb möglich. Ein neues Konzept nutzt eine umgebaute Pumpe, die – rückwärts betrieben – als kostengünstige Francis-Turbine eingesetzt wird (kurz: PaT-Francis-Konzept). Ein Kleinstwasserkraftwerk dieser Bauart läuft seit Ende 2018 in Andelfingen im Kanton Zürich. In einem BFE-Pilotprojekt hat es seither seine Funktionstüchtigkeit unter Beweis gestellt.

Zugehörige Dokumente
Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)

L’alimentation électrique décentralisée a de multiples visages. Les petites et microcentrales hydroélectriques en sont une variante. Une exploitation rentable est possible lorsque les installations peuvent être construites à moindres coûts. Un nouveau concept utilise une pompe modifiée qui, fonctionnant en sens inverse, est utilisée comme une turbine Francis (désignation : concept PaT-Francis). Une microcentrale hydroélectrique de ce type est en service à Andelfingen dans le canton de Zurich depuis fin 2018. Depuis lors, elle a démontré sa fonctionnalité dans le cadre d’un projet pilote de l’OFEN.

Schlussbericht
(Deutsch)

Zur Nutzung kleiner und kleinster Wasserkraftpotentiale im Nieder- und Mitteldruckbereich gibt es im postindustriellen Europa keine Turbinenbauweise, die kompakt, standfest und gleichzeitig wirtschaftlich ist. Ausgehend von rückwärtslaufenden Standard-Kreiselpumpen als Turbinen (PaT) wurde ein neues Konzept entwickelt, wie mit Hilfe moderner Fertigungsmethoden und Standardkomponenten aus der Gebäudetechnik und anderen Erneuerbaren Energietechnologien eine kostengünstige Wasserkraftmaschine - genannt PaT-Francis – gebaut werden kann, die imstande ist, ein variables Wasserdargebot dank Einsatz eines Leitapparats abzuarbeiten. Damit wird das Anwendungsfeld einer PaT wesentlich ausgeweitet. Schwachstellen kleiner Francis-Turbinen wie stark abfallende Wirkungsgrade im Teillastbetrieb oder die Verschmutzungsanfälligkeit wurden mit einem drehzahlvariablen Betrieb resp. einem besonderen Spülprogramm verbessert. In einem Pilotprojekt im Zürcher Weinland wurde eine 2.5 kW PaT-Francis installiert und während den ersten anderthalb Betriebsjahren ausgiebig getestet. Der praktisch unterbruchsfreie Betrieb der Anlage bestätigt die hohe Zuverlässigkeit, die mit der gewählten Konstruktion und Ausrüstung beabsichtigt worden war. Die Output-Leistung der Pilotanlage von 2.5 kW bei 80 l/s Durchfluss und einem max. Wirkungsgrad der PaT-Francis-Turbine von 74.5% liegen in Anbetracht der kleinen Grösse im Rahmen der Erwartung. Verbesserungspotential konnte hingegen im Gesamtwirkungsgrad identifiziert werden, der wegen zu gross gewähltem Generator und Frequenzumrichter nur bei max. 64% liegt. Das PaT Francis-Konzept eignet sich für Anwendungen im Leistungsbereich bis ca. 50 kW und kann dank einer kompakten und schallminimierenden Bauweise für die Nutzung von verschiedenen Potentialen inmitten von bewohnten Gebieten in historischen Kanälen aber auch in Fischwanderhilfen eingesetzt werden.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Englisch)

In post-industrial Europe, there is no turbine design for small and very small hydropower potentials in the low and medium head range that is compact, reliable and at the same time economically viable. Based on standard reverse-rotating centrifugal pumps as turbines (PaT), a new concept has been developed how, with the use of modern production methods and standard components from building services engineering and other renewable energy technologies, a cost-effective hydro turbine - called PaT-Francis - can be built, which is capable of handling a variable flow thanks to the use of a guide vane. This greatly extends the field of application of a PaT. Weak points of small Francis turbines, such as strongly decreasing efficiency in part-load operation or the susceptibility to clogging, have been improved with variable speed operation or a special flushing programme respectively. In a pilot project in the Zürcher Weinland, a 2.5 kW PaT-Francis was installed and extensively tested during the first year and a half of operation. The practically uninterrupted operation of the plant confirms the high reliability that was intended with the chosen design and equipment. The pilot plant's output of 2.5 kW at 80 l/s flow rate and a maximum efficiency of 74.5% for the PaT-Francis turbine are within expectations, considering the small size. However, potential for improvement could be identified in the overall efficiency, which is only a maximum of 64% because the generator and frequency converter were chosen too large. The PaT-Francis concept is suitable for applications in the power range up to approx. 50 kW and, thanks to its compact and noise-reducing design, can be used to exploit various potentials in the midst of inhabited areas in historical canals but also in fish ladders.

Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)

Dans l'Europe post-industrielle, il n'existe pas de conception de turbine pour l'utilisation de petits et très petits potentiels hydroélectriques dans la gamme des basses et moyennes chutes qui soit à la fois compacte, fiable et économique. Sur la base des pompes centrifuges fonctionnant en turbines (PaT), un nouveau concept a été développé pour construire une machine hydroélectrique rentable - appelée PaT-Francis - en utilisant des méthodes de production modernes et des composants standard issus de l'ingénierie des services du bâtiment et d'autres technologies d'énergie renouvelable. Les points faibles des petites turbines Francis, tels que les rendements fortement décroissants à charge partielle ou la susceptibilité à l'encrassement, ont été améliorés grâce à un fonctionnement à vitesse variable ou à un programme spécial de purge respectivement. Dans le cadre d'un projet pilote dans le Weinland zurichois, une PaT Francis de 2,5 kW a été installé et largement testé pendant la première année et demie de fonctionnement. Le fonctionnement pratiquement ininterrompu de la centrale confirme la grande fiabilité qui était recherchée avec la conception et l'équipement choisis. La puissance de la centrale pilote de 2,5 kW à un débit de 80 l/s et un rendement maximal de 74,5 % pour la turbine PaT-Francis sont conformes aux attentes, compte tenu de la petite taille. Un potentiel d'amélioration a toutefois été identifié dans le rendement globale, qui n'est que de 64 % au maximum en raison d'un générateur et d'un convertisseur de fréquence surdimensionnés.

Zugehörige Dokumente