1297

Mini-Wasserkraftwerke

Autoren
OldBo
20.05.2013
Es gibt verschiedene Ausführungen kleiner Wasserkraftwerke, hauptsächlich für den privaten Gebrauch. Für die Errichtung und Nutzung eines privaten Wasserkraftwerkes muss nach dem Wasserrecht eine Genehmigung vorhanden sein oder eingeholt werden. Die Grundlagen sind im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und in den Landeswassergesetzen vorgegeben.
Mini-Wasserkraftwerke gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Es gibt Inselsanwendungen, d. h. es ist keine öffentliche Stromversorgung vorhanden. Außerdem wird der Wunsch, Strom zum Eigengebrauch oder/und zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz zu erzeugen, immer aktueller. Natürlich sind solche Lösungen als Beitrag zur CO2-Reduzierung sinnvoll.
Wenn ein Bach oder Fluss durch ein Stauwerk aufgestaut wird, so ist dieses Hinderniss durch entsprechende Fischtreppen zu umgehen.
Linöwsche Wasserkraftwerkanlage
Prinzip - Linöwsche Wasserkraftwerkanlage
 Prinzip - Linöwsche Wasserkraftwerkanlage
Quelle: Nikolay I. Lenew
Linöwsche Wasserkraftwerkanlage
 Linöwsche Wasserkraftwerkanlage
Quelle: Nikolay I. Lenew
Dieses Mini-Wasserkraftwerk des russischen Erfinders Nikolaj Iwanowitsch Linöw ist für fließende Gewässer entwickelt. Es braucht keine Staudämme und auch keine Kanäle oder Röhren. Da die Drehgeschwindigkeit (50 Umdrehungen pro Minute) relativ klein ist, ist der Verschleiß sehr gering.

Die Anlage besteht aus einem ca. 2 m breiten Anlagenblock und kann praktisch in jedem Gewässer mit Fließwasser verwendet werden. Auch Flüsse mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit sind geeignet.

Die Wasserkraftwerkanlage besteht aus folgenden Komponenten:
• ein Block (Gehäuse, Platten, Kettenräder, Ketten)
Platten - sind flach und gerade - Länge und Höhe - 78 x 500 mm - Winkel von 45 Grad
Kettenrad
Durchmesser - ab 35 cm
Kette
Kette mit Schritt 31,75 mm - Bruchkraft 2300 kN
• ein Drehmomentvervielfältiger
• ein Generator
Variante A: So wurde eine kleine Partie (10 Blöcke) auf einem Werk gefertigt (Handarbeit). Die betriebsfähige Anlage (für eine Flussgeschwindigkeit 1 m/s) mit Generator für 10 kVA. Abmessungen des Blockes: 1,5 x 1,0 x 0,5 m.
Wenn die Flussgeschwindigkeit an die 0,1 m/s geht, dann sind zwei solcher Blöcke notwendig, die hintereinander gestellt werden. Der Generator wird nur an den hinteren Block angeschlossen. Der vordere Block dient in diesem Fall zur Beschleunigung des Wasserstromes, da bei dieser Konstruktion die Wassergeschwindigkeit am Ausgang eines Blockes höher ist als am Eingang ist. Auf diese Weise werden in einem stillen Fluss auch 10 kVA gewonnen.

Variante B: Die Anlage, die z. Z. in Sanaksari gebaut wird, ist für 50 kVA konzipiert. Die Fließgeschwindigkeit dort beträgt 0,5 m/s. Und es werden zwei Blöcke verwendet, die 6 m breit sind. Sie werden auch hintereinander aufgestellt.

Die Konstruktion ist sehr leicht zu bauen. Diese Linöwsche Wasserkraftwerkanlage darf für private Zwecke nachgebaut werden. Die gewerbliche Herstellung und der Vertrieb muss mit dem Erfinder nach dem Patentrecht geregelt werden.
Mini-Kraftwerk in einer Wasserarmatur - PowerFluid
PowerFLUID-Wasserarmatur
 PowerFLUID-Wasserarmatur
Quelle: wbk - Informationsdienst Wissenschaft e. V.
Automatische Armaturen benötigen Strom, damit die Lichtschranke den Wasserfluss auslösen kann. Dieser Strom kommt bisher aus dem Stromnetz oder aus einer Batterie. Doch schon bald könnten automatische Armaturen in Serie gehen, die ihren eigenen Strom erzeugen. PowerFluid heißt das Projekt, an dem ein Armaturenhersteller mit Projektpartnern arbeitet. Das Ziel ist, eine Armatur zu entwickeln, die ihre eigene Energie erzeugt.

Das PowerFluid Prinzip nutzt die Energie, die das Wasser beim Abfließen selbst erzeugt. Dies ist vergleichbar mit der Stromerzeugung in einem Wasserkraftwerk, bei dem fließendes Wasser eine Turbine antreibt. Der erzeugte Strom wird dann in einen neu entwickelten Speicher geleitet, aus dem die Energie für die elektrische Steuerung und das Magnetventil entnommen wird. Eine zusätzliche Solarzelle liefert die Energie für den Sensor zur Betätigung. Auf diese Weise ist die Armatur auch über Jahre vollkommen unabhängig von externen Stromlieferanten. Ein Netzanschluss oder eine Batterie sind nicht mehr nötig. Das spart nicht nur Energie, sondern vermeidet auch die aufwändige und umweltschädliche Entsorgung von Batterien. Damit bietet die PowerFluid Technologie gerade im öffentlichen Bereich, wo viele automatische Armaturen im Einsatz sind, deutliche Vorteile hinsichtlich der Wasser- und Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Armaturen.
HydroPower-Technologie
HydroPower-Technologie
 HydroPower-Technologie
Quelle: Junkers/Bosch Thermotechnik GmbH
Wirkprinzip der Turbine
 Wirkprinzip der Turbine
Quelle: Junkers/Bosch Thermotechnik GmbH
Die Funktion der HydroPower-Technologie ist vergleichbar mit dem Prinzip der Energieerzeugung eines Wasserkraftwerks mittels einer Turbine. Der hydrodynamische Generator befindet sich im Wasserkreislauf eines Gasdurchlauferhitzers (Warmwassertherme). Sobald eine Zapfstelle geöffnet wird, fließt Wasser durch den Generator und dieser erzeugt Elektrizität.

Angetrieben durch den Wasserfluss in einem Gasdurchlauferhitzer, wenn eine Zapfstelle geöffnet wird, liefert die Tubine elektrischen Strom für die Zündung des Gasbrenners. Auch bei einem Gerät mit Gebläseunterstützung kann auf die ständig brennende Zündflamme verzichtet werden. Diese Geräte werden über einen elektrischen Zündimpuls mittels eines 230-V-Netzanschlusses gezündet. Mit diesem Verfahren lässt sich der Gasverbrauch um 25 % (Herstellerangabe) reduzieren. Und auch der umweltschädliche Batterie-Abfall gehört damit endgültig der Vergangenheit an.
Picokraftwerk
Pelton-Turbine
 Pelton-Turbine
Quelle: Lingenhöle Technologie GmbH
Anlagenschema
 Anlagenschema
Quelle: Peter Maurer
In Regionen ohne öffentlichem Versorgungsnetz werden u.a. Pico-Wasserkraftwerke zur Stromerzeugung eingesetzt (Inselanwendung). Die nutzbare Leistung wird durch die hydraulischen Parameter, Wassermenge und Nettofallhöhe bestimmt.

Eine Pelton-Turbine hat eine horizontale Laufradanordnung. Der Abfluss erfolgt über ein Rohr auf dem die Turbine platziert ist. An den Bajonettkupplungen wird die Wasserzuleitung angeschlossen. Je nach der vorhandenen Wasseremnge sind bis zu drei Düsen möglich. Das Wasser verlässt die Turbine drucklos.

Diese Kraftwerke werden sehr kompakt und wartungsfrei ausgeführt.

Anwendungsgebiete
  • Energieversorgung für Alpen
  •  Berghütten und Jagdhütten
  •  Wochenendhäuser
  •  Datenmessstationen
  •  Entwicklungsländer

Eigenschaften
  •  hoher Energieertrag durch Dauerbetrieb 8760 h/Jahr
  •  Einfacher, robuster Aufbau
  •  wartungsarm, keine Verschleißteile
  •  trinkwassergeeignet
  •  leicht anpassbar
  •  sehr gut mit Photovoltaik kombinierbar
  •  geringes Gewicht
  •  guter Wirkungsgrad
  •  preiswert
Wasserwirbelkraftwerk
Wasserwirbelkraftwerk
 Wasserwirbelkraftwerk
Quelle: ZOTLOETERER
Grundlage diese Kraftwerkes ist eine neuartige Wasserwirbelturbine. Diese entzieht dem mächtigen Wasserwirbel Rotationsenergie und treibt einen Generator an.

Anwendungsbereiche:
  • Energiegewinnung aus Wasserkraft an Standorten mit geringer Fallhöhe
  • Energiegewinnung aus Wasserkraft an ökologisch sensiblen Fließgewässern
  •  Kleinwasserkraftwerkstechnologie im Leistungsbereich von einigen kW bis etwa 150kW
  •  Nutzung der Wasserkraft in Kläranlagen
  •  Als Ökostrom produzierender Fischauf- und -abstieg
  •  Als Ökostrom produzierendes Restwasserdotierungsmodul ohne zusätzliche Fischaufstiegshilfe
Wassermühle
Wasserrad
 Wasserrad
Quelle: Hartmuth Drews - Ing. (grad.)
Wasserrad mit integriertem Generator
 Wasserrad mit integriertem Generator
Quelle: Hartmuth Drews - Ing. (grad.)
Warum ist eine Technik, die sich jahrhundertelang bewährt hat, in Vergessenheit geraten? Bei diesen Bauwerken treibt fließendes Wasser ein Rad an, dass über eine Welle, z. B. Mühlsteine, drehen lässt. Vor einigen Jahrzehnten gab es auch entsprechende Wassermühlen, die ein Generator zur Stromerzeugung genutzt haben. Durch die aufkommende Technik (Dampfmaschine, Staudämme) kam diese relativ einfach Technik aus der Mode. Inzwischen wird die Entwicklung neuer Wasserräder für kleine, dezentrale Strommühlen durch die EU wieder gefördert. Leider sind die Genehmigungsverfahren solcher Anlagen sehr aufwendig, sodass viele Interesssenten abgestoßen werden.

Aber auch Windmühlen haben sich, ein wenig umgebaut zu Windkraftanlagen, inzwischen wieder durchgestzt.

Warum soll das bei den Wassermühlen nicht auch machbar sein?

Für die Errichtung und Nutzung eines privaten Wasserkraftwerkes muss nach dem Wasserrecht eine Genehmigung vorhanden sein oder eingeholt werden. Die Grundlagen sind im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und in den Landeswassergesetzen vorgegeben.
Geschichte der Wasserräder
Wasserräder wurden in Mesopotamien schon vor 5.000 Jahren zum Schöpfen von Wasser eingesetzt. Im 2. Jahrhundert vor Chr. werden einfache Wasserräder (Stoßrad) zum Antrieb von Getreidemühlen eingesetzt. Dabei wurden die Mahlsteine ohne weitere Übertragungselemente direkt an der Welle des Wasserrades angebracht. 100 vor Chr. soll es in Westanatolien wasserbetriebene Kornmühlen gegeben haben. Große Wasserräder sind meist unterschlächtig. Die Wasserräder von Mühlen in Mitteleuropa sind meistens oberschlächtig.. Damit erzielten sie einen größeren Nutzeffekt, da nicht nur die Strömungs-, sondern auch die Fallenergie des Wassers ausgenutzt wurde. Die Wasserkraft inform von Wasserrädern setzt sich als Antriebsquelle für die verschiedensten Anwendungen im Mittelalter bis ins 19. Jahrhundert immer mehr durch. Ab 1830 weerden die Wasserräder zunehmend durch leistungsstärkere Maschinen (Turbinen) ersetzt.
Fließwasserturbine
Fließwasserturbine
 Fließwasserturbine
Quelle: EmoWa UG (haftungsbeschränkt) & Co. KG
Dieses Laufwasserkraftwerk benötigt keine Querverbauungen und Feinrechen. Durch die spezielle Bauart wird der Fischbestand in den Gewässern nicht gefährdet. Abhängig von der Fließgeschwindigkeit (ab 2,5 m/s) des Gewässers kann eine Turbine zwischen 0,5 und 300 kW Strom produzieren. Der Strömungswandler kann auch in einem großen Fließgewässer unter einem Ponton und in Fließgewässern ohne Gefälle mit entsprechender Wassergeschwindigkeit eingesetzt werden.
Smart Hydro Power Turbine
Mikro-Wasserkraftwerk
 Mikro-Wasserkraftwerk
Quelle: Smart Hydro Power GmbH
Mit der Smart Hydro Power Turbine wird die elektrischer Energie mit der kinetischen Energie des fließenden Wassers produziert wird. Da sie mit der kinetischen Energie des Wassers und nicht mit der potentiellen Energie angetrieben wird, ist es eine sog. "Zero-Head"- oder "In-Stream"-Turbine. Das bedeutet, dass keine Staudämme und kein Gefälle nötig sind, so dass der Flusslauf nicht beeinflusst wird und keine hohen Investitionen in Infrastruktur notwendig sind.

Die Turbine besteht hauptsächlich aus HDPE, Aluminium und rostfreiem Stahl und einem dreiblättrigen Rotor, einem 5 kW-Generator, dem Schwimmkörper und einem dreiteiligen Diffusor.
Der patentierte Schwimmkörper (Diffusor und Schwimmer) passt sich an die Wasserbedingungen an. Der Diffusor hat zwei Hauptfunktionen. Die erste erhöht den Wasserdruck auf den Rotor und minimiert die Turbulenzen innerhalb des Diffusors, wodurch ein maximaler Ausgangsstrom erzeugt wird. Die Zweite Funktion sorgt für eine stabile Schwimmlage des Generators im Wasser.
Im Kern der Smart Hydro Power Turbine ist ein horizontal-gelegener Permanent Magnet Unterwasser Generator eingebaut. Es wurde ein langsam drehender Generator gewählt damit kein Sog vor der Turbine entsteht und die Fischfreundlichkeit dadurch erhöht wird.
Die drei Rotorblätter bestehen aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff. Dieses Material sorgt dafür, dass die Rotorblätter auch bei einer hohen Fließgeschwindigkeit zuverlässig arbeiten.

Wasserkraftschnecke
Schema - Wasserkraftschnecke
 Schema - Wasserkraftschnecke
Quelle: ANDRITZ Atro GmbH
Quelle: ANDRITZ Atro GmbH
Schraubenturbine
 Schraubenturbine
Quelle: EmoWa UG (haftungsbeschränkt) & Co. KG
Durch die energetische Umkehrung der Arbeitsweise wird die Archimedische Schraube (Schneckentrogpumpe) zu einer Kraftmaschine (Wasserkraftschnecke) zur Energiegewinnung.
Die Wasserkraftschnecke hat minimale  Umgebungsstörungen, ist umweltfreundlich (keine Flussbettveränderung, hohe Fischverträglichkeit) und hat eine lange Lebensdauer. Bei Schluckvermögen von 0,1 bis zu 5,5 m3/s und einer Fallhöhe von bis zu 10 m wird sie für die Nutzung von Wasserkräften eingesetzt, für die Turbinen aus Kostengründen ausscheiden. Außerdem kann bei dem Einbau in einen Flusslauf meistens auf eine Veränderung des natürlichen Flussbettes verzichtet werden. Durch die Anordnung des Generatorbereiches oberhalb des Zulauf-Wasserniveaus ist kein wasserdichtes Generatorhaus notwendig.

Vorteile von Wasserkraftschnecken:
- Robust, verschleißfest, störungsfrei
- Keine Reinigung, wenig Wartung
- Fischfreundlich
- Keine Regelung bei unterschiedlichem Wasserzulauf
- kein Frequenzumrichter, kein SPS erforderlich
- Die Treibgutproblematikals und ein schadloser Fischabstieg sind gleichzeitig gelöst
- Der Wirkungsgrad ist höher als bei vergleichbaren Wasserrädern und liegt auf dem Niveau von Niederdruckturbinen
- Wasserkraftschneckenanlagen zeichnen sich durch Einfachheit und  Robustheit aus, ohne jedoch auf die guten Wirkungsgrade und somit  auf einen hohen Jahresertrag verzichten zu müssen
Heizen mit Wasserkraft
Wärmepumpe mit Flusslauf
 Wärmepumpe mit Flusslauf
Quelle: Jura Kälte GmbH
Heizen mit Wasserkraft (Mühlenradantrieb)
 Heizen mit Wasserkraft (Mühlenradantrieb)
Quelle: Jura Kälte GmbH
Viele Firmen im Heizungsbau verwenden “normale” Wärmepumpen, um die Wärme aus fließenden Gewässer abzupumpen. Eine Entscheidung, die oft zu schlechten Ergebnissen führt. Bei der Nutzung von Oberflächenwasser sollte der Verdampfer im Flussbett liegen, hierbei ist der höchste Wirkungsgrad zu erzielen. Bei manchen Anlagen mit besonderen Wärmetauscher ist auch eine Solemaschine noch vertretbar, die Antriebskosten der Sole und der zusätzliche Wärmetauscher verschlechtern aber den Wirkungsgrad.

Für Objekte, die ein eingetragenes Wasserrecht mit Staustufe besitzen, lohnt sich in jedem Fall eine Sonderanlage, eine Maschine die nicht nur die Wärme eines Baches nutzt sondern auch seine Arbeitskraft! Angetrieben mit Wasserkraft, benötigt eine Wärmepumpe nur noch den Strom für die Regelung und der ist mit ca. 40,- € jährlich selbst für große Objekte noch hoch angesetzt.
Weitere Funktionen



Aktuelle Forenbeiträge
skyme schrieb: Hallo alle zusammen! Zum Abgleich: dyarne hat es im letzten Post ja noch mal sehr schön zusammen gefasst: Die Auslegungstabelle dient dazu, die Verhältnisse der Räume (bzw. Kreise) zueinander einzustellen,...
kova1902 schrieb: Mein Info zur 30% Regelung habe ich aus dem Gespräch mit V.Planungsbüro. Damals beim bauen habe ich Planungsunterlagen von Bauleiter bekommen . Es stand drin : ERRs überall ausser Küche , Bad , Diele...
ANZEIGE
Hersteller-Anzeige
SHKwissen nutzen
Wissensbereiche
Website-Statistik