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Energie aus Wasserkraft

Das Gletscherkraftwerk besteht aus einem Stausee, in dem man das Schmelzwasserstaut und Turbinen die dann die Generatoren in Betrieb setzten.

Das Wellenkraftwerk soll es sogar auch geben. Dies ist aber sehr kosten aufwendig und, schwer zu bauen, da man die Wellen und die Generatoren auf einer elektrischen Achse lagern muß da die Richtung der Wellen oft sehr schwankt.

Die Turbine:

Auch hier gibt es wie bei den Wasserkraftwerken verschiedene Arten.

• Kaplan-Turbine
• Freistrahl-Turbine
• Francis-Turbine
• Rohr-Turbine

Kaplan- Turbine

Die Kaplan-Turbine wurde 1913 vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelt. Sie eignet sich besonders für Flüsse, bei denen große Wassermengen bei geringem Gefälle zur Verfügung stehen. Vertikal eingebaute Kaplan-Turbinen werden in Flußkraftwerken für Fallhöhen bis maximal 65 m eingesetzt.

Das Laufrad der Kaplan-Turbine ist einem Schiffspropeller ähnlich. Durch dessen verstellbare Schaufeln strömen die Wassermassen und treiben die Turbine an.

Der Leitapparat der Kaplan-Turbine besteht aus jalousieartigen Lamellen. Er hat die Aufgabe, die einströmenden Wassermassen so zu lenken, dass sie parallel zur Turbinenwelle auf die Schaufeln des Laufrades treffen.

Die Schaufeln werden mit Servomotoren gesteuert. Verstellbar sind sowohl die Schaufeln des Leitapparats als auch die Schaufeln des Laufrades. Sie werden den Schwankungen der Wasserführung und des Gefälles angepasst. Je nach Einsatzbereich werden Kaplan-Turbinen mit drei bis sechs Laufradschaufeln gebaut.

Große Kaplan-Turbinen sind vorwiegend vertikal eingebaut, so dass das Wasser von oben nach unten durchströmt. Eine Kaplan-Turbine im Donaukraftwerk Aschach hat einen Laufraddurchmesser von 8,4 m und ein Gesamtgewicht von 1 300 Tonnen. Kaplan-Turbinen laufen äußerst schnell und haben einen Wirkungsgrad bis zu 95 %.

Sonderform: TAT-Turbine

Bei kleineren Wasserkraftwerken (max. 10 MW) mit einer Fallhöhe zwischen 2 und 24 m werden heute TAT-Turbinen (Tubular Axial Turbines) eingesetzt. Das sind kleinere Kaplan-Turbinen mit vorwiegend vertikaler Achse. Bei diesen Turbinen kann nur entweder das Laufrad oder das Leitrad reguliert werden.

Francis-Turbine

Historische Entwicklung

Die Francis-Turbine wurde 1849 von dem angloamerikanischen Ingenieur James B. Francis entwickelt. Dieses Prinzip geht eigentlich auf Benoit Fourneyron aus dem Jahre 1824 zurück. Er ließ das Wasser innerhalb eines geschlossenen Systems zunächst durch die gekrümmten Schaufeln eines Leitwerks strömen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades trifft und diese in Bewegung setzt. Zum Unterschied von der Francis-Turbine war bei Fourneyron das Leitwerk im Inneren des Laufrades, und das Wasser musste radial nach außen fließen. Diese von Fourneyron entwickelte Turbine hatte bereits einen Wirkungsgrad von etwa 80%. Auch die Kaplan-Turbine arbeitet im wesentlichen nach diesem Prinzip.

Francis-Turbinen sind am weitesten verbreitet, da sie universell einsetzbar sind. Sie werden in Österreich bis zu Fallhöhen von 500 Metern eingesetzt.

Das Wasser strömt durch einen Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrades. Die Wasserzufuhr erfolgt über ein schneckenförmig gekrümmtes Rohr, Spirale genannt.

Um die Turbinenleistung den Erfordernissen anzupassen, kann das zuströmende Wasser durch die verstellbaren Schaufeln des Leitapparats reguliert werden. Das abgearbeitete Wasser fließt über das Saugrohr in der Verlängerung der Turbinenachse ab.

Die Turbinenachse kann unterschiedlich gelagert sein. Bei Kraftwerken mit größerer Leistung und größeren Fallhöhen wird sie in der Regel vertikal eingebaut. So sind im Krafthaus Imst, wo durch die Abkürzung einer Flussschleife eine Fallhöhe von 143,5 Metern erzielt wird, 3 Francis-Turbinen mit vertikaler Achse installiert. Bei kleineren Anlagen, wie z. B. im Kraftwerk Heinfels, ist die Turbinenachse meist horizontal gelagert.

Weitere Verbesserungen der Fourneyron-Turbine erfolgten 1837 durch den Deutschen Karl Anton Henschel, den Amerikaner Samuel B. Howd, der 1838 das Laufrad ins Innere des Leitwerks verlegte, sowie den Engländer James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gekrümmten Laufradschaufeln entwickelte.

Francis verbesserte dann diese Turbine und erzielte einen Wirkungsgrad von etwa 90 %.

Francis-Schacht-Turbine

Für Leistungen bis 2 Megawatt und Fallhöhen bis etwa 2 Meter eignen sich Francis-Schacht-Turbinen.

Francis-Spiral-Turbine

Für kleinere Kraftwerksanlagen bis maximal 10 Megawatt werden für Fallhöhen zwischen 5 und 170 m standardisierte Francis-Spiral-Turbinen eingesetzt.

Wasserkraft

Übersicht:

Mehr als 70 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt: Meere, Seen und Flüsse. In ihnen steckt ein gewaltiges Energiepotential, aus dem sich auch Strom gewinnen läßt. Die ersten Wasserräder gab es wahrscheinlich schon vor 3000 Jahren zur Feldbewässerung. Allein in Deutschland gibt es mehr als 660 Wasserkraftwerke, die immerhin ca. 5% des Stromes liefern, 1992 waren es 15.900 GWh. Zwar sind die Baukosten sehr hoch, aber der Strom ist danach billig, da keine Brennstoffe verwendet werden. Das Potential in Deutschland ist zwar schon zu ¾ ausgenutzt, aber die Zahl der Kraftwerke steigt weiter an: Es wird damit gerechnet, dass bis zum Jahr 2000 fast 2000 neue Kleinkraftwerke gebaut werden.