Centrales Agrar-Rohstoff Marketing- und Energie-Netzwerk e.V.


Die Kleinwasserkraft bezeichnet Anlagen, die mit einer geringen Leistung betrieben werden. Die Maximalleistung, die international nicht allgemein festgelegt ist, beträgt in Deutschland 1 MW. Zu den im Vorfeld beschriebenen Anlagen gibt es keine einheitliche Abgrenzung, jedoch ist der Eingriff auf den Naturhaushalt aufgrund der geringeren Größe von Kleinwasserkraftanlagen oft deutlich kleiner. Eine wichtige Anwendungsmöglichkeit von Kleinwasserkraftanlagen ist die Nutzung im Inselbetrieb. Das bedeutet, dass sie Abnehmer mit Strom versorgen können, die nicht an ein übergeordnetes Stromnetz angeschlossen sind, wie zum Beispiel Almhütten. Im Bereich der Kleinwasserkraft werden meist statt der herkömmlichen Kaplan-, Francis- oder Pelton-Turbinen  andere Energiewandler genutzt werden:

Wasserradoberschlächtiges WasserradWasserräder, die traditionelle Form der Wasserkraftnutzung, kommen in einigen Fällen noch zum Einsatz, wie zum Beispiel in München als Antrieb für die Pumpwerke im Schloss Nymphenburg. Sie werden in Form von ober-, mittel- oder unterschlächtigen Rädern, also mit Wasserzulauf oberhalb der Radwelle, auf Wellenhöhe oder unterhalb der Welle, eingesetzt. Je nach Bauart können Wasserräder mit Fallhöhen zwischen 0,3 und 10 m und Durchflussmengen bis zu 8.000 l pro Sekunde arbeiten (Jehle 2011: Bau von Wasserkraftanlagen). Wasserräder sind im Vergleich mit Turbinen tendenziell robuster und erfordern sowohl einen geringeren Wartungsaufwand als auch einen niedrigeren baulichen Aufwand (z. B. genügt eine Grobrechen oder ein Schwimmbalken). Auf der anderen Seite erreichen sie nur einen relativ niedrigen Wirkungsgrad, müssen i.d.R. individuell angefertigt werden (meist handelt es sich nicht um ein standardisiertes Maschinenbauteil), arbeiten mit relativ kleiner Drehzahl, können etwas schwerer regelbar sein und sind eventuell nicht so langlebig.

Wasserwirbelkraftwerke, die derzeit kleinste Form von Wasserturbinenkraftwerken, arbeiten mit einem stabilen Wasserwirbel. Sie können ab einer Fallhöhe von 0,7 m und bei einer Durchflussmenge bis 1.000 l pro Sekunde eingesetzt werden. Benötigt werden hierfür ein rundes Staubecken und ein zentraler Abfluss. Die Wirbel treiben eine Wasserturbine für die Stromerzeugung an. Dieser Technologie wird ein geringer ökologischer Eingriff zugesprochen.

Wasserkraftschnecken können bei einer Fallhöhe von bis zu 10 Metern eingesetzt werden, und orientieren sich dabei an der Funktionsweise von Wasserrädern. Die einfache und günstige Konstruktion, die ein Schluckvermögen von bis zu 15 m³ pro Sekunde ermöglicht, führt zu geringeren Veränderungen des natürlichen Flussbettes und ermöglicht höhere Wirkungsgrade im Teillastbereich als bei den meisten anderen Wasserkraftbauformen. Zudem gibt es Hinweise auf eine relativ hohe Fischverträglichkeit von Wasserkraftschnecken (Økland et al. 2016; Edler et al. 2011).

Very Low Head-Turbinen (VLH) werden im Kontrast zu anderen Bauformen nicht mit dem Ziel einer möglichst hohen Leistungsdichte der Turbinen konstruiert, die üblicherweise eine geringe Laufschaufelanzahl, kleine Laufraddurchmesser und hohe Turbinendrehzahlen vorsieht. Die VLH-Turbinen, ausschließlich konzipiert für Standorte mit geringen Fallhöhen zwischen 1,5 und 4,5 Metern, setzen dagegen auf große Laufraddurchmesser, geringe spezifische Durchflüsse und niedrige Drehzahlen. Benutzt werden Turbinen mit verstellbaren Laufradflügeln, die in einen fest installierten Leitapparat eingebettet sind. Diedrehzahlvariablen Generatoren sind im Inneren des Laufrads angebracht. Der Einsatz der VLH-Turbine ermöglicht kleinere Bauwerke und dadurch geringeren Bauaufwand mit entsprechend reduzierten Kosten. Gerade kostenintensive Bauwerke sind bei Kleinwasserkraftwerken eine große wirtschaftliche Herausforderung. Ein weiterer Vorteil ist die relativ einfache Installation, da VLH-Turbinen im Wesentlichen vormontiert zur Baustelle geliefert werden. Aus ökologischer Sicht geht mit der Technik ein verminderter Bedarf an baulichen Eingriffen in das Flussgefüge einher und man geht von einer verbesserten Fischverträglichkeit aufgrund der geringeren Drehzahlen aus.

Bei der sogenannten Dive-Turbine handelt es sich ähnlich wie bei der VLH-Turbine um eine Einheit aus Generator und Turbine. Allerdings ist der Generator nicht im Inneren des Laufrads, sondern oberhalb der vertikal installierten Turbine angeordnet. Außerdem sind die Laufradschaufeln nicht verstellbar, während der Leitapparat in seiner Stellung verändert werden kann. Eine schallschützende Einhausung des Generators ist nicht notwendig, da er als Generator-Turbinen-Einheit eingetaucht (Englisch: dive) und komplett überspült ist. Die Dive-Turbine ist für Fallhöhen zwischen 2 und 25 Metern, eine Wassermenge zwischen 0,6 und 40 m3/s vorgesehen und erbringt Leistungen zwischen 30 und 2.000 kW. Die Dive-Turbine kann im Verhältnis zu ihrem einfachen Aufbau relativ hohe Wirkungsgrade erzielen. Die getriebelose, mit Leitapparat- und Drehzahlregelung ausgestattete Turbine kann daher z. B. als Ersatz für alte, weniger effiziente Francis-Schachtturbinen mit Getriebe verwendet werden. Für konstante Abflüsse ist die Dive-Turbine auch als drehzahlfeste Variante verfügbar.
Durchströmturbinen, die vom Wasser quer durchströmt werden, weisen trotz schwankender Wassermengen einen konstanten Wirkungsgrad auf. Dadurch ist diese Form der Turbine besonders für kleine und stark schwankende Durchflüsse geeignet (Jehle 2011: Bau von Wasserkraftanlagen).

Literaturverzeichnis:

Edler, Christian, Olaf Diestelhorst und Myrna Kock (2011): Untersuchungen zur Abwanderung und Schädigung von Fischen an der Wasserkraftschnecke Rhede-Krechting (Bocholter Aa, Kreis Borken) im Sommer und Herbst 2010, Abrufbar unter: : http://forum-fischschutz.de/sites/default/files/edler_et_al_2011_schneckenpassage_krechting.pdf

Økland, Finn et al. (2016): Downstream migration of Atlantic salmon smolt at three German hydropower stations, Abrufbar unter: http://wiki.flussgebiete.nrw.de/img_auth.php/8/87/NINA_Smoltreport_1203.pdf


Cookies erleichtern die Bereitstellung unserer Dienste. Mit der Nutzung unserer Dienste erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies verwenden.
Ok