Laufrad, Spiralturbine & Co

Wichtige Begriffe von A bis Z

Wasserkraftwerke lassen sich nach Bauart unterscheiden: In Deutschland kommen sogenannte Laufwasserkraftwerke am häufigsten zum Einsatz. Diese werden an Flüssen gebaut und nutzen die kinetische Energie fließenden Wassers.

Das Wasser fließt zunächst in eine Wehranlage. Durch diesen Stau entsteht ein Höhenunterschied, die Fallhöhe. Durch große Rohre oder Stollen erreicht das Flusswasser das Kraftwerk. Dort trifft es schließlich auf Turbinen.

Eine Turbine besteht aus einem unbewegten Leitrad oder Leitapparat sowie einem rotierenden Laufrad.

Das Laufrad ähnelt einer Schiffsschraube und setzt sich aus Laufradschaufeln – bei Pelton-Turbinen auch Becher genannt – zusammen. Es wird über eine Befestigung auf der Turbinenwelle gehalten.

Das Laufrad wird durch die Strömung des Wassers in Bewegung versetzt und treibt einen Generator an, der ähnlich wie ein Fahrraddynamo die mechanische Energie in Strom umwandelt.

Bei leitradregulierten Turbinen können Leitradschaufeln verstellt und somit die Durchflussmenge sowie der Winkel, in dem das Wasser auf die Laufradschaufeln trifft, verändert werden.

Die Drehzahl von Wasserturbinen ist in aller Regel  konstant und hängt von der Anzahl der Pole des Generators sowie der Netzfrequenz ab.

Freistrahlturbinen wie die Pelton-Turbine eignen sich für große Gefällhöhen und geringe Wassermengen.

Ins Innere von Spiralturbinen (zum Beispiel Francis- oder Kaplanturbinen) gelangt das Wasser durch eine Einlaufspirale.

Entspannungsturbinen regulieren hohe Druckenergien, um über eine Antriebswelle einen Generator zu betreiben.

Fließt Wasser durch eine Überdruckturbine, weist es vor dem Laufrad einen höheren Druck auf als dahinter.

Rohrturbinen, eine Bauform der Kaplan-Turbine, werden axial angeströmt und verfügen über ein verstellbares Laufrad.

Das Leitrad bzw. der Leitapparat leitet das Wasser mithilfe eines Kranzes aus Leitschaufeln zum Laufrad.

Bei Kaplan-Turbinen sind Leitschaufeln und Laufradschaufeln beweglich, es handelt sich somit um eine doppelt regulierte Turbine. Daher verfügt die Turbine einen guten Wirkungsgrad in einem breiten Betriebsbereich.

Drehzahlregulierte Turbinen benötigen einen Frequenzumrichter, der den von der Turbine erzeugten Wechselstrom mit variabler Frequenz zunächst in einen Gleichstrom umwandelt und dann in einen Wechselstrom mit der Netzfrequenz. Diese Umwandlung ist mit Verlusten behaftet.

Der vom Generator erzeugte Strom wird ggf. mit Hilfe eines Transformators auf eine andere Spannung transformiert und ins Stromnetz eingespeist.

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