Es ist die grösste ihrer Art: Im März dieses Jahres nahm Andritz Hydro, ein für schweizerische Wasserkraftwerke wichtiger Turbinenhersteller aus Österreich, eine neue Testanlage in Betrieb. Es lassen sich auf der nach eigenen Angaben weltgrössten Anlage Fallhöhen bis 250 Meter und Durchlaufmengen bis zu 1,8 Kubikmeter pro Sekunde bereitstellen, um neue Turbinendesigns zu testen. Ergänzt wird die Anlage mit Software, mit der die Testdaten aufgezeichnet und analysiert werden. Es lassen sich unterschiedliche Kaplan-, Francis- sowie Pumpturbinen testen.
Pumpanlagen sind bei Andritz Hydro ein wichtiges Element für kombinierte Sonne-Wind-Pumpspeicherkraftwerke. Eine solche Anlage steht in den Hajar-Bergen südöstlich von Dubai. Eine weitere befindet sich in Kidston im südöstlichen Australien. Dort hat man eine ehemalige Goldmine zum Speicher umgebaut.
Luftbeimischung erhöht Effizienz
Auch bei der Voith Group, einem weiteren Turbinenhersteller, arbeitet man an den Turbinen der nächsten Generation. «Eine unserer jüngsten Innovationen ist die sechsdüsige, horizontale Peltonturbine», sagt Sprecherin Kathrin Röck. Die Peltonturbine eignet sich besonders für Wasserkraftanlagen mit hohen Fallhöhen. Bislang waren für die horizontale Ausrichtung aber maximal zwei Düsen umsetzbar. «Mit der Anlage Gerlos 1 in Österreich haben wir nun erfolgreich die erste sechsdüsige Variante in Betrieb genommen», so Röck. «Dadurch kann zukünftig nicht nur der Bauraum verkleinert, sondern auch die Anzahl der Turbinen potenziell verkleinert werden.»
Ein weiteres Problem bei den Betreibern von Wasserkraftwerken ist der zu niedrige gelöste Sauerstoffgehalt in den Unterläufen vieler Reservoirs. Darum reichern häufig spezielle «Aeration»-Ventile das Wasser mit Sauerstoff an. Sogenannte Niederdruckbereiche unterhalb des Laufrades können häufig dafür genutzt werden, um während des Betriebs Umgebungsluft in die Turbine zu saugen. Damit lässt sich der Wirkungsgrad der Wasserkraft deutlich verbessern und die Vergrösserung bestehender Anlagen vermeiden, wenn mehr Energie produziert werden soll.
Bei Troyer, einem Hersteller mit Sitz im südtirolischen Sterzing, setzt man laut eigenen Angaben «ständig auf neue und innovative Lösungen». Modellversuche und Messungen sollen die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der eigenen Turbinen verbessern. Visualisierungs- und Fernsteuersysteme würden an einzelne Anlagen individuell angepasst. Bei einem Kraftwerk im norditalienischen Suldenbach konnte der Stromertrag nach der Erneuerung der Anlagen verdreifacht werden. Zu den weiteren Referenzprojekten gehören unter anderem die Anlage Obere Lorze in Baar ZG sowie die Anlage Gere der Kraftwerke Obergoms VS.
Die Firma Kochendörfer mit Sitz in Pleystein im östlichen Bayern, Deutschland, belieferte unter anderem das Kraftwerk Grimsel Nollen mit neuen horizontalen Francis-Spiralturbinen. Für das Kraftwerk Gurtnellen UR wurden zwei Peltonturbinen und die gesamte maschinelle und elektrische Kraftwerkausrüstung geliefert. Und im Sarganserland belieferte man das Pumpspeicherkraftwerk Mapragg mit hydraulischen Turbinenreglern für die drei hier installierten Pumpturbinensätze.
Häufig werden Innovationen nicht nur von grossen Unternehmen vorangetrieben. Auch Startups wie Different Technologies aus Winterthur ZH sind dabei. Hier hat man eine vom Europäischen Patentamt patentierte «Isik-Wasserturbine» entwickelt, die – im Gegensatz zu den konventionellen Turbinen – in vollständig eingetauchtem Zustand betrieben wird. Ein kleiner Auftriebskörper sorgt dafür, dass die Schaufeln jeweils wieder eingeklappt werden, nachdem die Strömungsenergie genutzt wurde.
Startup aus Winterthur
Laut Firmengründer Hasan Isik löst man damit drei Probleme: Zunächst sind Wasserkraftwerke Eingriffe in die Umwelt. Dämme und Wasserkanäle müssen aufwendig gebaut werden. Dann können Fische nicht mehr ungehindert zirkulieren. Über Fischtreppen können sie zwar Dämme umgehen, aber künstliche Eingriffe reduzieren oft auch den Sauerstoffgehalt der Gewässer. Und solche Anlagen lassen sich viel günstiger bauen und betreiben.
Laut Isik könnten in der Schweiz sogar die ungenutzten 8000 alten Mühlwasserkanäle verwendet werden, insbesondere in den grossen Flüssen, Bächen und Bewässerungskanälen. Die Leichtwasserturbine erhielt ein Patent, und funktionsfähige Prototypen wurden bereits hergestellt. In der zweiten Generation dieser Turbinen hat Isik eine mechanische Öffnungstechnologie der Turbinenschaufeln entwickelt und das Patent für diese neue Technologie erhalten. Der Ein-/Aus-Mechanismus dieser verbesserten Generation ist vollständig mechanisch. Die Leistungsmessungen sind laut Isik aufgrund von Kapitalmangel noch nicht abgeschlossen.