Die Wasserturbine ist eine Turbinenart in der Strömungstechnik. Bereits um 100 v. Chr. entstand der Prototyp der Wasserturbine. Damals bestand ihre Hauptfunktion darin, Maschinen für die Getreideverarbeitung und Bewässerung anzutreiben. Die Wasserturbine, ein mechanisches Gerät, das durch den Wasserfluss angetrieben wird, hat sich zur heutigen Wasserturbine entwickelt, und ihr Anwendungsbereich hat sich ebenfalls erweitert. Wo werden moderne Wasserturbinen hauptsächlich eingesetzt?
Wasserturbinen werden hauptsächlich in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt. Bei geringerer Netzlast als der Grundlast können sie als Wasserpumpe eingesetzt werden, um die überschüssige Stromerzeugungskapazität zu nutzen, Wasser vom stromabwärts gelegenen Reservoir in das stromaufwärts gelegene Reservoir zu pumpen und so Energie in Form von potenzieller Energie zu speichern. Bei höherer Netzlast als der Grundlast können sie als Wasserturbinen zur Spitzenlastausgleichsstromerzeugung eingesetzt werden. Daher können reine Pumpspeicherkraftwerke zwar die Leistung des Stromnetzes nicht erhöhen, aber die Wirtschaftlichkeit thermischer Kraftwerke und die Gesamteffizienz des Stromnetzes verbessern. Seit den 1950er Jahren erfreuen sich Pumpspeicherkraftwerke weltweit großer Beliebtheit und haben sich rasant weiterentwickelt.
Pumpspeicherkraftwerke, die in der Frühphase oder bei hohem Wasserdruck entwickelt wurden, arbeiten meist mit drei Maschinentypen, d. h. sie bestehen aus Generator, Turbine und Pumpe in Reihe. Ihr Vorteil liegt darin, dass Turbine und Pumpe getrennt voneinander konstruiert sind, was einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Die Drehrichtung der Anlage ist beim Erzeugen und Pumpen gleich, sodass ein schneller Wechsel von Stromerzeugung auf Pumpen bzw. vom Pumpen auf Stromerzeugung möglich ist. Gleichzeitig kann die Turbine zum Starten der Anlage genutzt werden. Nachteile sind die hohen Kosten und die hohen Investitionen in das Kraftwerk.
Die Schaufeln der Schrägströmungs-Pumpturbine können sich drehen und weisen auch bei wechselnder Wassersäule und Last eine gute Betriebsleistung auf. Aufgrund hydraulischer Eigenschaften und Materialstärke betrug die maximale Wassersäule Anfang der 1980er Jahre jedoch nur 136,2 m (Kraftwerk Kogen Nr. 1 in Japan). Für höhere Wassersäulen sind Francis-Pumpturbinen erforderlich.
Pumpspeicherkraftwerke sind mit einem oberen und einem unteren Reservoir ausgestattet. Bei gleicher Energiespeicherung kann eine Erhöhung der Fallhöhe die Speicherkapazität reduzieren, die Drehzahl der Anlage erhöhen und so die Projektkosten senken. Deshalb werden zunehmend Kraftwerke mit einer Fallhöhe von über 300 Metern gebaut. Die Francis-Pumpturbine mit der weltweit höchsten Fallhöhe steht im Kraftwerk Beinabashta in Jugoslawien. Ihre Leistung als Einzeleinheit beträgt 315 MW, die Fallhöhe der Turbine beträgt 600,3 Meter. Die Pumpe hat eine Fallhöhe von 623,1 Metern und eine Drehzahl von 428,6 U/min. Das Kraftwerk wurde 1977 in Betrieb genommen. Seit dem 20. Jahrhundert werden bei Wasserkraftwerken immer höhere Parameter und größere Kapazitäten erreicht. Mit der Erhöhung der Feuerungskapazität in den Stromnetzen und der Entwicklung der Kernenergie bauen Länder weltweit aktiv Pumpspeicherkraftwerke, um das Problem der angemessenen Spitzenkappung zu lösen, und entwickeln und erweitern intensiv Großkraftwerke in wichtigen Wassersystemen. Aus diesem Grund haben sich Pumpturbinen rasant weiterentwickelt.
Als Kraftmaschine, die die Energie des Wasserflusses in rotierende mechanische Energie umwandelt, ist die Wasserturbine ein unverzichtbarer Bestandteil des Wasserturbinengenerators. Heutzutage wird das Problem des Umweltschutzes immer ernster. Wasserkraft, eine Methode zur Stromerzeugung mit sauberer Energie, wird zunehmend eingesetzt und gefördert. Um die verschiedenen hydraulischen Ressourcen optimal zu nutzen, haben auch Gezeiten, flache Flüsse mit geringem Gefälle und sogar Wellen große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, was zur rasanten Entwicklung von Rohrturbinen und anderen kleinen Anlagen geführt hat.
Beitragszeit: 06.04.2022
