Wasserrad der Superlative

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1 Wasserrad der Superlative Hochleistungswasserräder der Weiterentwickelten Wasserradtechnologie Wasserkraftpotential Neue Technologie Pilot- und Demonstrationsanlage Technische Universität Braunschweig Arbeitsgruppe Regenerative Energien Institut für Statik

2 Ungenutztes Wasserkraftpotential nur 2% der Flüsse Europas sind naturbelassen Wehr Hattersheim / Main Deutschland: Quelle: Quelle: Wehr Charlottenburg / Spree 1900: mehr als Stauhaltungen 2005: Wasserkraftanlagen Frankreich: Großbritannien: Um 1600 mehr als Mühlenstandorte MW ungenutztes Wasserkraftpotential

3 Wasserkraftpotential in Deutschland Theoretisches Potential : 92,6 TWh/a ~ 10,6 GW Leistung Technisches Potential : 33,2 bis 42,1 TWh/a ~ 3,8 4,8 GW Leistung Genutztes Potential : 20,9 TWh/a ~ 4,68 GW Leistung Ausbaubare Wasserkraft nach BMU : 0,8 GW Leistung nach BMWi : 2,0 GW Leistung nach BDW : 15 TWh/a (~3,75 GW) davon: 0,5 GW Kleinstwasserkraft 1,5 GW mittlere und große Wasserkraft

4 Wasserkraft - eine ausgereifte Technik? Wasserrad - älteste Erwähnung Gesetzestext von Hammurapi v. Chr. Turbine Burdin / Fourneyron 1824 Quelle: Quelle: de.wikipedia.org/wiki/pelton-turbine Weshalb ist eine 3700 Jahre alte Technik interessant?

5 Stand der Technik Durchfluss - Fallhöhe Wirtschaftliche Grenze 3-4 m Technische Grenze 1,5-2 m

6 Problemanalyse Problem: Niedere Fallhöhen 1. Kinetische Energie ist nicht nutzbar Turbinen 2. Was dann nutzen? 3. Wie nutzen? Potentielle Energie mit Wasserrädern Problem: Nutzung großer Durchflussmengen Entwicklung eines Wasserrades mit dem Schluckvermögen einer Turbine

7 Weiterentwickelte Wasserradtechnologie I WAS IST DAS? Schaufelwasserrad nach verbesserter Zuppinger Bauart mit stark vergrößertem Schluckvermögen mit erhöhter Effizienz historisch Q max = 6 m³/s weiterentwickelt Q max = m³/s historisch η = % weiterentwickelt η = %

8 Ausführungsart des Schaufelwasserrades mittelschlächtiges Wasserrad unterschlächtiges Wasserrad

9 Produkt

10 Weiterentwickelte Wasserradtechnologie II Durchfluss - Fallhöhe oberschlächtig mittelschlächtig unterschlächtig Bereich des ungenutzten Wasserkraftpotentials an SWR Flachlandflüssen SWR Wirtschaftliche Grenze 0,8-1 m Technische Grenze 0,3-0,4 m

11 Weiterentwickelte Wasserradtechnologie III Wirkungsgrad

12 Weiterentwickelte Wasserradtechnologie IV Effektives Mehrarbeitsvermögen Weiterentwickeltes Wasserrad - Kaplanturbine Weiterentwickeltes Wasserrad - Durchströmturbine Weiterentwickeltes Wasserrad - Francisturbine Weiterentwickeltes Wasserrad - Propellerturbine

13 Experimentelle Versuche im Wasserbaulabor Versuchsrad SWR-8 Maßstab : 1:10 Raddurchmesser : 80 cm Radbreite : 46 cm Schaufelanzahl : 48 Leichtweiß-Institut für Wasserbau TU Braunschweig

14 Wirkungsgrad Wasserrad (Spaltmaß 5mm) Optimal eingehängt UW-Spiegel eingestaut Maximaler Wirkungsgrad: 86,82 % Spaltmaß: 5 mm (Modellrad) 5 cm (Großrad)

15 Wirkungsgrad Wasserrad (Spaltmaß => 0) Optimal eingehängt UW-Spiegel eingestaut Maximaler Wirkungsgrad: 92,46 % Spaltmaß: geht gegen 0 (über Rückrechnung der Spaltverluste am Modellrad)

16 Wirkungsgrad Wasserrad mit UW-Freispiegel Wasserrad im Unterwasser nicht eingestaut Maximaler Wirkungsgrad: 80,29 % Spaltmaß: 5 mm (Modellrad) 5 cm (Großrad)

17 Leistungsfähigkeit WWT I Früher: 30 kw Bisher: 50 kw Quelle: de.wikipedia.org Heute: E MW 16 Mill. kwh/a Volllaststunden Jetzt: SWR-11 1,5 MW 10 Mill. kwh/a Volllaststunden

18 Dampfturbine Leistungsfähigkeit WWT II SWR-11 Quelle: de.wikipedia.org/wiki/dampfturbine MW U/min 1,5 MW 3 U/min Drehmomente von 4,775 MNm!

19 Pilot- und Demonstrationsanlage Bannetze I Quelle: WSA Verden Durchfluss Leistung : 60 m³/s : 500 KW Jahresstromproduktion : 2,5 GWh/a Versorgbare Haushalte : CO Einsparung 2 : t/a

20 Pilot- und Demonstrationsanlage Bannetze II Standortvorbereitung durch BMVBS

21 Pilot- und Demonstrationsanlage Bannetze III SWR-11: Raddurchmesser : 11 m Radbreite : 12 m Raddrehzahl : 3 U/min Schaufelzahl : 60

22 Pilot- und Demonstrationsanlage Bannetze IV