Wie macht sich der Mensch die Energie des Wassers zunutze?
Seit Jahrtausenden ist der Mensch bemüht, die Kraft des Wassers zu nutzen. Am Beginn stand das einfache Schaufelrad, heute haben wir Kraftwerke mit modernster Technologie. Abhängig von den örtlichen Gegebenheiten (Fallhöhe, Wassermenge) gelangen unterschiedliche Typen von Kraftwerken und Turbinen zum Einsatz.
Kraftwerkstypen
Laufkraftwerk (Flusskraftwerk)
Laufkraftwerke wandeln die Kraft des fließenden Wassers in elektrische Energie um. Österreich verfügt über ca. 100 Laufkraftwerke mit einer Leistung von jeweils mehr als 5 MW. Die bedeutendsten Laufkraftwerke liegen an der Donau. Wie viel Strom erzeugt werden kann, hängt von der Fallhöhe und der Wassermenge ab. In Österreich weisen die meisten Flüsse ein relativ starkes Gefälle auf, was die Nutzung der Wasserkraft begünstigt. Wasserkraftwerke in Verbindung mit Hochwasserschutz reduzieren in vielen Fällen die hohe Fließgeschwindigkeit und Zerstörungskraft des Wassers.
Speicherkraftwerk
Neben einer Vielzahl von Laufkraftwerken wurden in den westlichen Alpenregionen zahlreiche Speicherkraftwerke erbaut. Speicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke mit Stauseen im Gebirge und können bei Bedarf bereits innerhalb weniger Minuten in Betrieb genommen werden. Ihre Leistung wird vom Höhenunterschied zwischen Stausee und Krafthaus sowie vom Turbinendurchfluss bestimmt. Weitläufige Beileitungssysteme können den Wasserstand des Stausees erhöhen, wenn der natürliche Zufluss nicht ausreicht. Über einen Druckstollen und einen Druckschacht wird das gespeicherte Wasser zum Krafthaus geleitet. Durch die Möglichkeit der raschen Inbetriebnahme kommen Speicherkraftwerke vor allem in Spitzenverbrauchszeiten sowie in den verbrauchsstarken Wintermonaten zum Einsatz.
Gespeicherter Strom, der zu Verbrauchsspitzenzeiten abgerufen werden kann, ist äußerst wertvoll. Die Wertigkeit von Speicherstrom ist bedeutend höher als jene der Grundlast, die kontinuierlich anfällt. Speicherstrom kann genau dann produziert werden, wenn er benötigt wird. Dadurch ermöglichen einheimische Speicherkraftwerke eine deutliche Reduktion von Stromimporten aus dem Ausland.
Turbinentypen
Pelton-Turbine
Die Pelton- oder Freistrahlturbine wurde um 1880 von Lester Pelton entwickelt. Das Wasser strömt aus Hochdruckdüsen und trifft auf eine Vielzahl becherförmiger Schaufeln, die sich an einem Laufrad befinden. Die Turbine verfügt über eine oder mehrere fein regulierbare Nadeldüsen, mit denen sich der Wasserdurchfluss beeinflussen lässt.
Einsatzgebiet: große Fallhöhen und kleine Wassermengen (Speicherkraftwerke, Hochdruckkraftwerke).
Ossberger-Durchströmturbine
Die OSSBERGER-Turbine wurde erstmals 1922 patentiert. Sie ist eine radial- und teilbeaufschlagte Gleichdruckturbine. Seit mehr als 60 Jahren gibt es sie auch in der Ausführung mit Saugrohr. Durch die 2-zellige Bauweise können stark schwankende Wassermengen verarbeitet werden.
Einsatzgebiet: geringe bis mittlere Fallhöhen und schwankende Wassermengen.
Lamellenturbine
Die patentierte Lamellenturbine ist ein optimiertes unterschlächtiges Wasserrad. Statt der Schaufeln werden Lamellenbündel eingesetzt, mit denen auch bei veränderlichen Wasserverhältnissen ein weitgehend konstanter Wirkungsgrad erreicht wird.
Einsatzgebiet: Fallhöhen ab 50 cm bis über 5 m, Durchfluss ab 0,5 m³/s. Für Standorte mit Hochwasser-Gefahr sowie mit schwankendem Unterwasser-Spiegel wurden spezielle Konzepte entwickelt.
Francis-Turbine
Die Francis-Turbine wurde bereits 1849 vom britischen Ingenieur James Francis entwickelt und ist auch als Überdruckturbine bekannt. Der Einlauf ist spiralförmig und erinnert an die Form eines Schneckenhauses. Das Wasser wird darin durch ein Leitrad mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrades gelenkt.
Einsatzgebiet: in der Regel mittlere Fallhöhen und konstante Wassermengen (Speicherkraftwerke).
Kaplan-Turbine
Die Kaplan-Turbine wurde 1910 vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelt. Mit ihren verstellbaren Flügeln ähnelt sie einer Schiffsschraube. Es lassen sich sowohl die Schaufeln des Laufrades als auch jene des Leitapparates verstellen.
Einsatzgebiet: geringe Fallhöhen, große Wassermengen (Laufkraftwerke).
Wasserkraftschnecke
Die Wasserkraftschnecke oder archimedische Schnecke ist schon seit dem Altertum gekannt. Sie nutzt den Lage-Energie-Unterschied zwischen zwei unterschiedlich hoch gelegenen Stellen eines Fließgewässers.
Einsatzgebiet: Als Ersatz kleiner, sanierungsbedürftiger Turbinenanlagen, an ehemaligen Bewässerungswehren und im Klarwasserauslauf von Kläranlagen. Auch als Restwasserschnecke kommt sie zum Einsatz.
