Bauliche Anpassung von Zuppinger-Wasserrädern

In Zeiten der Energiewende sollte der Wasserkraft an kleinen Fließgewässern vermehrt Aufmerksamkeit geschenkt werden. Nach Literaturwerten wird in Deutschland anhand von Kleinwasserkraftanlagen, welche laut ihrer Definition eine Gesamtleistung von weniger als 1 MW aufweisen, in etwa 10 % des gesamten durch Wasserkraft generierten Stroms erwirtschaftet.

Gleichzeitig ist zu beobachten, dass seit vielen Jahren zahlreiche ehemalige Wasserradstandorte verfallen. Diese könnten jedoch durch ihr Wasserkraft-Potential bei Reaktivierung zu einem ökologischen Strommix beitragen. Zurzeit sind hierzulande etwa 7.400 Wasserkraftanlagen in Betrieb. Ein Ausbau der Kapazitäten ist lohnenswert, da die Wasserkraft als erneuerbare und grundlastfähige Energiequelle zukunftsfähig und notwendig für den Betrieb unseres Stromnetzes ist.

Die in dieser Forschungsarbeit betrachteten Zuppinger-Wasserräder können an Fließgewässern mit geringen Durchflüssen und Wasserstandsdifferenzen eingesetzt werden, was ein weites Einsatzspektrum verspricht. Ein weiterer Vorteil des nach dem Schweizer Ingenieur Walter Zuppinger benannten Wasserrads besteht darin, dass auch bei diskontinuierlichen Wassermengen eine effiziente Energiewandlung zu erwarten ist.

Der Einsatz von Kleinwasserkraftanlagen an Fließgewässern muss stets mit den ökologischen Rahmenbedingungen in Einklang stehen. Jegliche Lebewesen müssen ungehindert den Wasserradstandort passieren können. Diese Bedingung gilt es zu erfüllen, was mit der Entwicklung von neuen Bauformen erreicht werden soll.

Das Ziel dieses Projekts ist es, die übliche Bauform eines Zuppinger-Wasserrads dahingehend zu verändern, dass ein ökologischer Betrieb gewährleistet werden kann. Wirtschaftliche Aspekte werden dabei stets im Auge behalten.

Aktuell wird im Labor der h_da an einem halbseitig beplankten Zuppinger-Wasserrad geforscht. Dieses soll Fischen eine ungehinderte Passierbarkeit von Wasserradstandorten ermöglichen.

Hierdurch entsteht in der Theorie ein entscheidender Vorteil. Die übliche Bauweise sieht den Verbleib einer Mindestwassermenge im Hauptbett des Gewässers vor und setzt geeignete Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation voraus. Diese ökologisch wichtigen Vorgaben beeinflussen die Leistungsfähigkeit einer Wasserkraftanlage, da sie den zur Verfügung stehenden Durchfluss reduzieren. Um das Maximum an Durchfluss nutzen zu können, wird die Intention verfolgt, die Fische direkt am Wasserrad wandern zu lassen.

Die Leistung, welche im Labor direkt am Energiewandler abgegriffen werden kann, wird bei gleichen Betriebspunkten ebenfalls für das Zuppinger-Wasserrad mit der herkömmlichen Beplankung über die gesamte Rinnenbreite ermittelt. Das Verhältnis der beiden Leistungen gibt Aufschluss darüber, wie sich die Wirtschaftlichkeit des Wasserrads bei halbseitiger Beplankung ändert. Um zu eruieren, welchen Fließgeschwindigkeiten und Turbulenzen die Fische ausgesetzt sind, werden in der unbeplankten Seite des Wasserrads in einem weiteren Schritt notwendige Parameter zum jeweiligen Betriebspunkt gemessen.