Wasserwirbelkraftwerk

Ein Wasserwirbelkraftwerk, auch Gravitationswasserwirbelkraftwerk genannt, ist ein Kleinwasserkraftwerk, das zur Erzeugung von Energie aus Wasserkraft bei kleinen Höhendifferenzen geeignet ist. Die Technik beruht auf einem runden Staubecken mit einem zentralen Abfluss. Über dem Abfluss bildet sich ein stabiler Wasserwirbel aus, der eine Wasserturbine antreibt.

Funktionsweise

Schematische Darstellung eines Wasserwirbelkraftwerkes. Gelb dargestellt: die Turbine.

Ein symmetrischer Wasserwirbel bildet sich in einem rotationssymmetrischen Gefäß über einer Abflussöffnung in der Mitte des Gefäßbodens aus. Für die technische Nutzbarkeit wird ein stabiler und symmetrischer Wasserwirbel mit strömungsfreiem Wirbelzentrum angestrebt, der eine langsam rotierende Turbine antreibt.

Im Idealfall ergibt sich ein Potentialwirbel, dessen Tangentialgeschwindigkeit in Richtung des Wirbelzentrums stetig zunimmt. Voraussetzung für die Ausbildung einer stabilen senkrechten Drehachse ist die Schwerkraft. Der Wasserabfluss wird minimal, wenn der Durchmesser des Staubeckens wesentlich größer ist als der Durchmesser des Abflusses.

Anwendung

Wasserwirbelkraftwerk bei Ober-Grafendorf

Das Konzept zur Energiegewinnung aus einem Wasserwirbel, der sich über einem Abfluss eines Wasserreservoirs ausbildet, wird in verschiedenen Vorrichtungen genutzt. So beruht eine 1996 vom Australier Paul Kouris patentierte Vorrichtung auf der Erzeugung von Energie aus einem solchen Wasserwirbel.^[1] Der österreichische Techniker Franz Zotlöterer realisierte ein Konzept, das bei geringen Fallhöhen ab 70 cm und Wassermengen ab 1 m³/s angewendet werden kann und für Kleinkraftwerke geeignet ist.

Dabei werden relativ langsam rotierende Turbinen genutzt (ca. 20 Umdrehungen pro Minute), die für kleines Treibgut und Fische durchgängig sind; durch den Wasserwirbel wird das Gewässer belüftet. In Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik der FH Nordwestschweiz wurde der Rotor optimiert, um mehr Energie aus dem Wirbel zu ernten. Mit einer Turbine, welche auch die vertikalen Strömungen nutzt, konnte der Wirkungsgrad auf 50 % gesteigert werden.^[2]

In einer Pilotanlage in Ober-Grafendorf mit einem Beckendurchmesser von 5,5 m und einer Fallhöhe von 1,4 m werden 7,5 kW elektrische Leistung erzielt. Die Rotationsfrequenz der Turbine beträgt 33 min^-1 (0,55 Hz). Weitere Anlagen sind in der Schweiz in Betrieb (an der Suhre in Schöftland; elektrische Leistung bis 15 kW, Jahresproduktion bis zu 90'000 kWh/a, bzw. Strombedarf von etwa 20–25 Haushalten).^[3]

Bei größeren Fallhöhen und Durchflussmengen kann deutlich mehr Strom gewonnen werden (2,5 m, 10 m³/s: 150 kW)^[4]

Auszeichnungen

• 2007: Energy Globe Award Kärnten
• 2010: Energy Globe Award Niederösterreich 2010 und Austria 2010 (Sonderkategorie Erfinder)^[5]
• 2011: Watt d'Or 2011 in der Kategorie Erneuerbare Energien für die Flussrenaturierung mit Wasserwirbelkraftwerk in Schöftland, verliehen vom Schweizer Bundesamt für Energie^[6]

Siehe auch

• Erneuerbare Energie
• Kleinwasserkraft

Literatur

• Ben Schwan: Wir könnten ein Atomkraftwerk ersetzen. 26. Juli 2010, Technology Review (Online)
• Franz Zotlöterer: (unbekannter Titel) In: Heimerl, Stephan (Hrsg.): Neuntes Internationales Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke. Ostbayerisches Technologie-Transfer-Inst., Regensburg 2006, ISBN 3-934681-47-6, S. 108-112.
• Franz Zotlöterer: Steigerung der Wassergüte durch ein neuartiges Wasserkraftwerk, 5. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, 2007.
• Franz Zotlöterer: Wasser Energie Luft (Titel des Sammelwerkes). In: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (Hrsg.): Wasser Energie Luft. 4/2007, Baden, 2007, ISSN 0377-905x
• Franz Zotlöterer: Das Gravitationswasserwirbelkraftwerk, Zement und Beton - Ausgabe 3_11, S. 36–39.

Weblinks

• zotloeterer.com Patentinhaber und Erfinder des Gravitationswasserwirbelkraftwerks
• Genossenschaft Wasserwirbelkraftwerke Schweiz
  • Video zur Vorstellung der Technik anhand der Pilotanlage und zu den potentiellen Einsatzgebieten
• Wasserwirbeltechnik

Medienberichte (Auswahl)

• Erstes Wasserwirbel-Kraftwerk, Schweiz aktuell am 24. November 2009 (Videoportal des Schweizer Fernsehens) (Video)
• Wasserwirbelkraftwerk Schöftland, Bericht von Tele M1-Aktuell (YouTube-Video)
• Minikraftwerk im Fluss auf heise online

Einzelnachweise

1. ↑ Patent US6114773: Hydraulic Turbine Assembly. Angemeldet am 25. Januar 1996, veröffentlicht am 5. September 2000, Anmelder: Paul S. Kouris, Erfinder: Paul S. Kouris.
2. ↑ Superturbine für Klein-Wasserkraftwerke, Einstein (SF-Wissensmagazin) vom 23. Juni 2011
   Thesis zum Thema "Wasserwirbelkraftwerk" an der Hochschule für Technik der FH Nordwestschweiz im Herbst 2010
3. ↑ Projekte und Anlagen, gwwk.ch
4. ↑ watervortex.net: Leistungsdaten
5. ↑ energyglobe.com: Preisträger 2010
6. ↑ Gewinner des Watt d'Or 2011, BFE am 6. Januar 2011