Energie & Umwelt 2018

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28 05/2018 aktuell Pelton, Francis oder Kaplan Seit Jahrhunderten nutzen die Menschen die Kraft des Wassers zur Energieerzeugung. Was die alten, traditionellen Wassermühlen seinerzeit noch an Ort und Stelle in Energie umzusetzen vermochten, übernehmen seit dem 19. Jahrhundert verschiedenartige, in unterschiedlichen Bereichen einsetzbare Turbinen. Pelton-Turbine Eine Wasserturbine muss an die unterschiedliche Fallhöhe und die Menge des durchfließenden Wassers angepasst werden. Deshalb sind Turbinen häufig Einzelanfertigungen für das entsprechende Kraftwerk. Pelton: Nachfolger des klassischen Wasserrades Eine Weiterentwicklung des klassischen Wasserrades, welches bei Mühlen seit Jahrhunderten zum Einsatz kam, ist die heutige Pelton-Turbine. Lester Pelton, ein amerikanischer Ingenieur, ließ sich im Jahre 1880 diesen Turbinentyp patentieren. Er basiert auf einem reinen Aktionsprinzip zur Erzeugung von elektrischer Energie. Man spricht daher bei der Pelton-Turbine von einer sogenannten Freistrahlturbine. Das Wasser spritzt bei diesem Turbinentyp mit hoher Geschwindigkeit auf die Schaufeln des Laufrades. Der wesentliche Vorteil dieser Turbine besteht darin, dass jede einzelne Düse für sich geregelt werden kann. Schwankungen bei der Wassermenge stellen somit kein Problem dar. Pelton- Turbinen sind für extrem große Fallhöhen bis über 1.000 Meter, sowie einen mittleren bis niederen Durchfluss von Wassermengen geeignet. Francis: Mittlere Fallhöhe und hoher Durchfluss Die bis heute am häufigsten verwendete Turbine ist die, im Jahre 1849 von dem amerikanischen Ingenieur James Francis entwickelte Turbine. Das Wasser wird bei dieser Turbinenart durch die spiralförmige Zuleitung, dem Spiralgehäuse, über das feststehende Leitrad und die beweglichen Leitschaufeln zum Laufrad geleitet. Im Laufrad wird das Wasser um 90 Grad umgelenkt. Der Wasserdruck beim Laufradeintritt entspricht nicht gleich dem Wasserdruck beim Laufradaustritt, deshalb wird die Francis- Turbine umgangssprachlich auch als Überdruckturbine bezeichnet. Dieser Turbinentyp, ist für mittlere Fallhöhen zwischen 20 und 200 Metern und für mittlere bis hohe Durchflussmengen geeignet. Er kann daher sowohl in Laufkraftwerken als auch in Speicherkraftwerken eingesetzt werden. Kaplan: Große Wassermengen bei geringem Gefälle Bei der Kaplan-Turbine handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Francis-Turbine. Der österreichische Ingenieur Viktor Kaplan meldete seine Erfindungen 1912 und 1913 zum Patent an. Das Laufrad dieser Turbine ähnelt einer Schiffsschraube, allerdings sind die Flügel so verstellbar, dass die Turbine leicht an unterschiedliche Durchflussmengen anzupassen ist. Damit das Wasser von oben nach unten durchströmt, werden große Turbinen vorwiegend vertikal eingebaut. Kaplan-Turbinen laufen äußerst schnell, ihr Wirkungsgrad erreicht bis zu 95 Prozent. Sie eignen sich besonders für Flüsse, bei denen große Wassermengen bei geringem Gefälle zur Verfügung stehen. Vertikal eingebaute Turbinen werden in Flusskraftwerken für Fallhöhen bis maximal 65 Meter eingesetzt. Francis-Turbine Kaplan-Turbine

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