Ökologische Wasserkraft

Bewegliches Wasserkraftwerk

Bauteile eines beweglichen Wasserkraftwerks

Beim Beweglichen Kraftwerk ist die Maschinentechnik kompakt in einem vertikal schwenkbaren Stahlkasten eingebaut. Die Kaplan-Rohrturbine wird doppelt reguliert, der Synchrongenerator ist permanent erregt und dadurch besonders verlustarm. Feuchteempfindliche Teile sind innerhalb des Models in wasserdichten Kammern untergebracht. Ein Druckluftsystem verhindert das Eindringen von Wasser, zusätzlich werden die Kammern durch Sensoren überwacht.

Bei Hochwasser kann das Modul angehoben werden, um einen Geschiebetransport unter dem Kraftwerk hindurch zu ermöglichen. Bei angehobenem Modul erhöht zudem die Injektor-Wirkung am Ende des Saugrohrs die Leistung des Kraftwerks.

Der Feinrechen ist als Rundbogen ausgeführt, dies erhöht fischfreundlich die Anströmfläche. Bei der Reinigung mit dem integrierten Räumbalken wird das Rechengut über die gelegte Klappe auf dem Modul in das Unterwasser geschwemmt und bleibt damit im Gewässer. Eine ständig durchflossene Aussparung in der aufgesetzten Klappe ermöglicht den permanenten Fischabstieg.

Das Kraftwerkmodul wird fast vollständig im Werk vorgefertigt und vor Ort mit einem Autokran in das Betonbauwerk eingehoben. Die Bauzeit und damit auch die Witterungsabhängigkeit der Baustelle werden dadurch deutlich verringert.

Durch die Lage des Moduls unter Wasser ist das Bewegliche Kraftwerk besonders leise. Auch Überflutungen bei Hochwasser sind unproblematisch.

Weitere Informationen beim Hersteller HSI Hydroengineering:
www.hsi-hydro.com

VLH-Turbine

Very-Low-Head bedeutet „Sehr niedrige Fallhöhe“. Die VLH-Turbine eignet sich für niedrige Fallhöhen von ca. 1,4 bis 4,5 m und Durchflüsse von etwa 8 bis 27 m³/s. Die standardisierten Baugrößen mit einem Durchmesser von 3,15 bis 5 m leisten etwa 100 bis 500 kW. Der Turbinentyp ist damit besonders geeignet für den Einbau in bestehende, bisher energetisch nicht genutzte Stauanlagen von Flüssen.

Die Turbine besteht aus einem Laufrad mit 8 regulierbaren Schaufeln und starrem Leitapparat. Die Rotorblätter des Laufwasserkraftwerks ähneln denen einer Kaplanturbine. Der verlustarme Generator mit Permanentmagneten ist direkt auf die Turbine gekoppelt. Die variable Drehzahl erlaubt eine optimale Regelung bei unterschiedlichen Fallhöhen und Durchflüssen.

Das Kraftwerkmodul wird fast vollständig im Werk vorgefertigt und vor Ort mit einem Autokran in das Betonbauwerk eingehoben. Dies verkürzt die Bauzeit und verringert die Witterungsabhängigkeit der Baustelle.

Zu Wartungszwecken kann die gesamte Kraftwerkseinheit durch Hydraulikzylinder aus seiner schrägen Betriebsstellung in eine waagrechte Position über dem Wasser gehoben werden.

Weitere Informationen: www.stellba-hydro.de sowie www.youtube.com/watch?v=AdRUiaJVpX4

Herkömmliche Turbinen kleiner Wasserkraftwerke haben einen relativ geringen Durchmesser und hohe Drehzahlen. Fische, die in die Turbine gelangen, sind dadurch gefährdet. Die Very-Low-Head (VLH) Turbinen der französischen Firma MJ2 verfolgen einen anderen Ansatz: Ein großer Durchmesser ermöglicht beim gleichen Durchfluss radikal geringere Umdrehungszahlen. Statt ca. 300 Umdrehungen pro Minute drehen sich VLH-Turbinen nur 20 bis 30 mal in der Minute. Für eine Umdrehung benötigt sie somit mehr als 2 Sekunden! Weil zudem der Abstand zwischen den Turbinenschaufeln besonders groß ist, besteht kaum die Gefahr einer mechanischen Verletzung. Durch die niedrige Drehzahl und die geringe Fallhöhe stellt auch der Druckabfall im Turbinenbereich kein Problem für die Fische dar.

DIVE-Turbine

Während bei der Kaplanturbine in Teillast die Laufradschaufeln bei voller Drehzahl geschlossen werden, bleiben die festen Laufradschaufeln der DIVE-Turbine dauerhaft geöffnet, dafür wird die Drehzahl verringert. Der Abstand zwischen den Laufradschaufeln und damit die Durchgängigkeit für Fische verringert sich somit bei geringeren Durchflüssen nicht, die sinkende Drehzahl reduziert zudem das Risiko einer Kollision mit den Schaufelkanten. Damit ist die drehzahlgeregelte DIVE-Turbine auch im Teillastbereich besonders fischfreundlich. Eine weitere Verringerung der Fischschäden ist durch die Verwendung von lediglich drei Laufradschaufeln möglich.

Die DIVE-Turbine ist eine vertikal durchströmte Propellerturbine, bei der das Laufrad direkt mit dem Generator verbunden ist (DIrekt VErbunden = DIVE). Das Wasser strömt durch den Leitapparat ein und versetzt die Turbine in Rotation. Der Generator mit wasserdichtem Gehäuse sitzt direkt über der Turbine und ist komplett vom Wasser umspült. Im Gegensatz zu Kaplanturbinen sind die Laufradschaufeln über die gesamte Laufradhöhe fest mit der Nabe verschweißt. Das Laufrad ist damit komplett spaltfrei. Kleine Fische, die trotz des Feinrechens in die Turbinenkammer geraten, können somit nicht eingeklemmt werden.

Schacht-Kraftwerk

Das Schacht-Kraftwerk ist im Wehr integriert und hat keine Anbauten. Es besteht aus einer einfachen Baukonstruktion und ist kompakt und geräuscharm. Das Kraftwerk besitzt eine überströmbare Turbine. Am Schachteinlauf ist eine horizontale Rechenebene, die eine geringe Anströmgeschwindigkeit ermöglicht. Über der Regulierklappe befindet sich ein breitflächiger Fischabstieg. Problematisch ist der Zugang zur Turbine und die Rechenreinigung. Ebenso ist bei dem Kraftwerk nur eine begrenzte Turbinengröße einsetzbar.

Weitere Informationen: www.youtube.com/watch?v=s8ddl2-AvV8 sowie mediatum.ub.tum.de/?id=1251632

Fließgewässerkraftwerk

Das Fließgewässerkraftwerk versucht, nachteilige Einflüsse auf die Gewässerstrecke zu begrenzen. Es zeichnet sich durch niedrige Aufstauhöhen, dynamische Oberwasserstände und gute Durchgängigkeit für Geschiebe und Fische in Richtung Unterwasser aus. Robuste Kompaktturbinen, vergleichsweise grobe Rechen zum Turbinenschutz und innovative Seilrechensysteme sind wesentliche technische Bestandteile dieser Anlagen. Fließgewässerkraftwerke können in sehr unterschiedlichen Bauweisen ausgeführt werden.

Wasserkraftschnecke


Ökologisch vorteilhaft ist die sehr geringe Gefährdung von Fischen und Wasserlebewesen, die mit dem Wasserstrom durch die langsam drehende Schnecke nach unten wandern. Wasserkraftschne-cken befördern auch Geschiebe wie Sand oder Kies sowie Treibzeug nach unten. Die natürliche Sedimentstruktur des Flusses wird durch die Wasserkraftnutzung nur wenig gestört.

Erst seit sehr wenigen Jahren werden Schrauben auch als Fischaufstiegsanlagen eingesetzt. Sie entnehmen Wasser am Auslauf des Kraftwerks und fördern es, zusammen mit wanderwilligen Fischen in das Oberwasser. Besonders geeignet ist diese Art eines Fischaufstiegs in Verbindung mit Wasserkraftschnecken. Dann muss sowieso eine Rampe für die Wasserkraftschnecke geschaffen werden, auf der direkt daneben die Aufstiegsschnecke platziert werden kann. Auch eine Anordnung der Aufstiegsschnecke innerhalb einer Wasserkraftschnecke ist möglich.

Archimedes gilt als Erfinder der Archimedes-Schraube, mit der Wasser gehoben werden kann. In der Regel wurden die Schrauben zur Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen neben Flüssen eingesetzt und mit menschlicher oder tierischer Muskelkraft angetrieben. In Holland entwässerten früher unzählige, mit Windkraft angetriebene Schrauben tiefliegende Flächen.
Die Wasserkraftschnecke dreht das System um: Wasser fließt durch die Schnecke nach unten und erzeugt dabei „Kraft“ in Form elektrischer Energie. Moderne Wasserkraftschnecken haben hohe Wirkungsgrade und sind dabei unempfindlich gegenüber Abflussschwankungen.

Wasserräder


Wasserräder unterbrechen in Verbindung mit den meist dafür errichteten Stauanlagen die Durchgängigkeit des Fließgewässers. Durch die geringe Umdrehungsgeschwindigkeit, die relativ großen Kammern und das völlige Fehlen eines Druckabfalls ist das Schädigungsrisiko für Fische bei einer Abwärts-Passage über Wasserräder aber nur gering.

Wasserräder sind wohl die älteste Technologie zur Nutzung der Wasserkraft. Im 3. oder 4. Jahrhundert vor unserer Zeitrechnung wurden sie in Griechenland erfunden und dienten lange Zeit überwiegend der Bewässerung in der Landwirtschaft. Wasserräder, oft auch Mühlräder genannt, benötigen keine Regelung. Sie passen sich schwankenden Abflüssen an, dabei bleibt ihr Wirkungsgrad weitgehend gleich, auch wenn er nicht annähernd so hoch ist wie bei modernen Turbinen.

Wasserräder wurden später auch zur Metallbearbeitung („Metallhammer“, „Kupferhammer“, „Eisenhammer“), zum Mahlen von Getreide sowie in Sägewerken zur Holzbearbeitung eingesetzt. Dabei diente ein Mühlweiher oft als Energiespeicher für den Wasserantrieb. Vereinzelt erzeugen Wasserräder als Klein- und Kleinstwasserkraftanlagen auch elektrische Energie.

Ein Vorteil liegt im robusten Betrieb. Insbesondere sind Wasserräder weitgehend unempfindlich gegen Verstopfungen durch Treib- und Schwemmgut. Falls überhaupt notwendig, genügt ein Grobrechen im Zulauf.

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