Forster hat kürzlich südafrikanischen Kunden erfolgreich dabei geholfen, die installierte Leistung seines 100-kW-Wasserkraftwerks auf 200 kW zu erhöhen. Das Modernisierungsprogramm sieht wie folgt aus:
200-kW-Kaplan-Turbinengenerator
Nennhöhe 8,15 m
Auslegungsdurchfluss 3,6 m³/s
Maximaler Durchfluss 8,0 m³/s
Mindestdurchfluss 3,0 m³/s
Nenninstallationsleistung 200 kW
Der Kunde begann im Dezember letzten Jahres mit der Modernisierung des Wasserkraftwerks. Forster tauschte Turbine und Generator aus und modernisierte die Steuerungsanlage. Durch die Erhöhung der Fallhöhe um einen Meter konnte die installierte Leistung von 100 kW auf 200 kW gesteigert und die Netzanbindung hinzugefügt werden. Das Kraftwerk ist nun erfolgreich ans Stromnetz angeschlossen und die Kunden sind sehr zufrieden.
Vorteile der Forster-Axialturbine
1. Hohe spezifische Drehzahl und gute Energieeigenschaften. Daher sind ihre spezifische Drehzahl und ihr spezifischer Volumenstrom höher als die einer Francis-Turbine. Bei gleicher Fallhöhe und Leistung kann die Größe der Wasserturbine erheblich reduziert, ihr Gewicht verringert und der Materialverbrauch gesenkt werden, was zu hohen wirtschaftlichen Vorteilen führt.
2. Die Oberflächenform und -rauheit der Laufradschaufeln von Axialturbinen lassen sich in der Fertigung leicht an die Anforderungen anpassen. Da sich die Schaufeln von Axialturbinen drehen können, ist der durchschnittliche Wirkungsgrad höher als der von Francis-Turbinen. Bei Last- und Fallhöhenänderungen ändert sich der Wirkungsgrad nur geringfügig.
3. Die Laufradschaufeln der Axialturbine können zur Erleichterung der Fertigung und des Transports demontiert werden.
Die Axialturbine arbeitet daher in einem großen Betriebsbereich stabil, weist geringere Vibrationen auf und zeichnet sich durch hohe Effizienz und Leistung aus. Bei niedrigen Fallhöhen ersetzt sie die Francis-Turbine nahezu vollständig. In den letzten Jahrzehnten hat sie sich hinsichtlich Einzelanlagenleistung und Fallhöhe stark weiterentwickelt und findet breite Anwendung.
Nachteile der Forster-Axialturbine
1. Die Anzahl der Rotorblätter ist gering und die Konstruktion ist freitragend, daher ist die Festigkeit unzureichend und das System kann nicht für Wasserkraftwerke mit mittlerer und hoher Fallhöhe eingesetzt werden.
2. Aufgrund des großen Volumenstroms und der hohen Drehzahl weist sie bei gleicher Fallhöhe eine geringere Saughöhe als die Francis-Turbine auf, was eine große Baugrubentiefe und relativ hohe Investitionen in das Fundament des Kraftwerks zur Folge hat.
Aufgrund der oben genannten Nachteile von Axialturbinen wird deren Einsatzhöhe kontinuierlich verbessert. Dies geschieht durch die Verwendung neuer, hochfester und kavitationsbeständiger Werkstoffe in der Turbinenfertigung sowie durch die Optimierung der Beanspruchung der Schaufeln im Konstruktionsprozess. Aktuell liegt der Einsatzbereich von Axialpropellerturbinen bei 3–90 m und damit im Bereich der Francis-Turbinen.
Veröffentlichungsdatum: 11. März 2022
