Wasserkraft mit 'Hydraulischer Kupplung"

Um die Nutzung der Wasserkraft an Standorten zu ermöglichen, wo sie bisher aufgrund technischer, wirtschaftlicher oder umweltrelevanter Beschränkungen nicht möglich war, soll eine innovative Kraftübertragung zwischen Turbine und Generator entwickelt und in einer Pilotanlage demonstriert werden.

Kurzbeschreibung

Mit der Entwicklung und Erprobung der Hydromatrix®-Turbine der VA-TECH HYDRO konnte der Nachweis erbracht werden, dass ein Wasserdargebot eines Kraftwerksstandortes wirtschaftlich auf mehrere kleine, einfach aufgebaute Turbinen aufgeteilt werden kann. Damit wird es möglich, bereits vorhandene bauliche Anlagen in neue Wasserkraftprojekte einzubeziehen und dadurch die dafür notwendigen Investitionskosten erheblich zu senken.

Bei der Bearbeitung von Projektsvorschlägen hinsichtlich einer Eignung für die Installation von Hydromatrix®-Turbinen stellte sich aber heraus, dass der Großteil der untersuchten Standorte unter der vom Hersteller angegebenen Grenze von 100 m³/s Durchfluss und fünf Meter Fallhöhe lagen, die als Limit für ein wirtschaftliches Projekt angesehen werden.

Bei der Suche nach einer Lösung, die auch an Standorten, die diese Mindestbedingungen nicht erfüllen konnten, eine Nutzung des vorhandenen Wasserkraftpotentials ermöglicht, wurde die "Hydraulische Kupplung" entwickelt.

Bei einem Wasserkraftwerk mit "Hydraulischen Kupplung" werden die Turbinenräder nicht direkt mit dem Generator gekoppelt, sondern über einen hydraulischen Zwischenkreis miteinander verbunden. Die Zwischenschaltung birgt zwar den Nachtteil eines geringeren Gesamtwirkungsgrades in sich, ermöglicht aber aufgrund der Vorteile eine Wasserkraftnutzung an Standorten, wo bisher aufgrund technischer, wirtschaftlicher oder umweltrelevanter Beschränkungen keine Projekte realisierbar waren.

Die Vorteile des Systems liegen in den verringerten Investitionskosten, weil durch die Aufschaltung mehrerer Turbinenräder auf einen Generator, teure und empfindliche elektrische Anlagenteile eingespart werden können. Auch können die elektrischen Anlagenteile abseits des eigentlichen Kraftwerks untergebracht werden, wodurch kostspielige Dichtungsmaßnahmen entfallen. Der Generator kann auch mit einem großen Massenträgheitsmoment ausgestattet werden, und damit einen Inselbetrieb (Entwicklungsländer) gestatten.

Da im Krafthaus nur die Turbinen mit den Pumpen des Hydraulikkreises untergebracht sind, kann es gedrungen und einfach gebaut werden. Es lassen sich daher einfache, überströmte Kraftwerke in Querbauwerken realisieren, die rein äußerlich normalen Sohlschwellen gleichen, die ohnehin für die Stabilisierung der Flusssohle errichtet werden müssen.

Sowohl die Drehzahl des Generators als auch die der Turbinenräder können frei gewählt werden. Es muss daher kein Kompromiss zwischen einem schnell drehendem, kleinen Generator und einem langsam drehendem, großen Laufrad gesucht werden. Auch kann man sich über eine einfach zu realisierende Drehzahlregelung an unterschiedliche Bedingungen anpassen (Fallhöhe und Durchfluss) und daher auch mit einem Schaufelprofil und ohne verstellbare Lauf- und Leitschaufeln einen vernünftigen Wirkungsgradverlauf über dem Betriebsbereich erzielen.

Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die in einer Studie und in einem Modellversuch gefundenen Auslegungskriterien in einer Pilotanlage zu bestätigen. Dazu wurde ein Projekt mit einer "Hydraulischen Kupplung" am Wehr 4 des Marchfeldkanals zur behördlichen Bewilligung eingereicht. Mit der Technik der "Hydraulischen Kupplung" wurde nun die Realisierung eines Wasserkraftwerkes an einem Standort möglich, wo bisher alle anderen Projektsvorschläge wegen mangelnder Wirtschaftlichkeit nicht weiterverfolgt werden konnten.

Die Detailplanungen (August 2005) sind abgeschlossen und es wurde mit der Fertigung der Komponenten begonnen. Aufgrund der Ergebnisse der Modellversuche wird nicht wie ursprünglich angedacht mit einer Peltonturbine als Antrieb für den Generator begonnen, sondern mit einem herkömmlichen hydrostatischen Übertragungskreis, bestehend aus Hydropumpen und einem Hydromotor. Nach der Installation und Inbetriebsetzung im Dezember 2005 folgt ein Probetrieb mit einer zumindest halbjährigen Monitoringphase, um die Schwachstellen der neuen Kraftübertragung im Wasserkraftbereich lokalisieren und beseitigen zu können.

Als Ergebnis des Projektes wird eine Pilotanlage mit einer funktionierenden "Hydraulischen Kupplung" in einem Wasserkraftwerk erwartet. Funktioniert diese System wie es von ihm erwartet wird, kann es Wasserkraftanwendungen an sehr vielen Standorten ermöglichen, wo derzeit aus unterschiedlichsten Gründen nicht an einer Realisierung gedacht werden kann.

Ziele des Projekts

  • Errichtung einer Kleinwasserkraftanlage mit innovativer Kraftübertragung
  • Nachweis der Betriebstauglichkeit der Pilotanlage
  • Erarbeitung von Auslegungskriterien für Planung und Errichtung weiterer Anlagen
  • Betrieb der Demonstrationsanlage

Die wichtigsten Ergebnisse

  • Fertigung und Installation einer funktionsfähigen Pilotanlage
  • Nachweis der Betriebstauglichkeit
  • Bestätigung der Berechnungsgrundlagen und des Gesamtwirkungsgrades
  • Daten für die Auslegung und den Betrieb weiterer Anlagen

Die größten Herausforderungen des Projektvorhabens

  • Entwicklung einer Kleinwasserkraftanlage mit einer innovativen Kraftübertragung
  • Planung, Errichtung, Inbetriebsetzung und Betrieb der Pilotanlage
  • Beseitigung von Schwachstellen und Verbesserung des Systems

Projektstatus

laufend

Projektbeteiligte

Projektleiter

Dipl.-Ing. Reinhard Steiner
Federspiel Ökotechnology Consulting GmbH
Wolfersberggasse 12
A-1140 Wien
Tel: +43 (0)676 33 91 665
Fax: +43 (0)1/9795640
E-Mail: steiner@fedtech.at
Internet: www.fedtech.at

Projekt- bzw. Kooperationspartner

  • Betriebsgesellschaft Marchfeldkanal GmbH (Projektpartner)
  • RAB GmbH (Projektpartner)
  • Gugler GmbH (Projektpartner)

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