|
Triebwerke im Vergleich Stromrad – Free–flow Turbine – Transverpello – Überdruckturbine Um vergleichbare energetische Voraussetzungen zu haben, betrachten wir einmal innerhalb eines drei Meter tiefen Gerinnes eine Nutzbreite von zehn Metern. Nehmen wir entsprechend der Intension für Flachland ein Gefälle von 0,25 ‰ an, so ergibt sich nach Manning – Strickler eine Fließgeschwindigkeit von 2 m/s. Der Anwendungsbereich von Stromrädern liegt bei höherer Geschwindigkeit, und so soll durch örtliche Erhöhung des Beiwertes für die Rauhigkeit hier einmal auf 2,5 m/s angehoben werden. Die empirische Leistungsformel für das Stromrad lautet: | |
| |
Regierungsamtliche Stellen der USA prüften die Wasserkraftnutzung ohne Staustufe mittels sogenannter free–flow turbines und deren Marktfähigkeit jetzt und nach Weiterentwicklung.(1) | |
| |
In neuerer Zeit wird konzipiert, Vertikalachser getreu dem H–Darrieus in Flüssen einzusetzen. Macht dies Sinn? | |
| |
Das ist weniger als mit den zwei free flow turbines, wo diese sich eigentlich auch erst ab D = 5 m rentieren würden. Auch ein merkliches Vergrößern über unseren Beispielquerschnitt hinaus brächte keinen Gewinn, eher im Gegenteil: Für die Rotation um die stehende Achse verkleinert sich ab R = 5 m bereits in diesem Geschwindigkeitsbereich (bei horizontaler Achse radiusunabhängig erst darüber) der Leistungsbeiwert, bei Verdoppelung des Radius um ein Fünftel. Die Vergrößerung auf zweifachen Durchmesser – mit überproportionalem konstruktiven Mehraufwand – würde auch die Baukosten nicht viel weniger als verdoppeln, – was so statt Degression leicht eine Progression der spezifischen Kosten bedeutet. Die wirtschaftliche Skalierungsregel gilt hier nicht. | |
Nun das Transverpello Sein Flügel sei 17 m lang und habe bei der angenommenen Wassertiefe eine benetzte Höhe von 2,8 m. Für ein konzipiertes Wölbungsprofil entnehmen wir der Profilkennlinie einen über die Bewegung durchschnittlichen Auftriebsbeiwert ca von 0,9. Den Weg–Zeit–Quotienten taxieren wir einschließlich des Wendezeitverlustes zu 9/13. Bei einem Wirkungsgrad von 0,7 ist so die Leistung nach Kutta – Joukowski: | |
| |
Wenn auch festzuhalten ist, dass dort wo die Topographie für sie günstig ist, oder ein Stau neben der Stromerzeugung anderen Zwecken dient, es nicht um eine Konkurrenz zur bekannten Turbine gehen kann, wollen wir hier rein physikalisch nun auch mit dieser vergleichen. | |
| |
Wenn man in Rechnung zieht, dass beim Transverpello die gesamte Stauanlage mit allen ihren umfangreichen Baumaßnahmen und vielen Begleitposten – als da wären Grundwasserregulierung, Dämme zum Schutz fremden Eigentums, Böschungsgestaltung und –unterhaltung, Fischtreppen, Feinrechen, Schleusen, Beachtung von Geschiebefragen und manches mehr – ja entfällt, kämen diese sechzehn gewiss nicht teurer. Nach Berücksichtigung aller systemeigenen Verluste – und für die Turbine nach Umrechnen der Fließgeschwindigkeit in eine theoretische Fallhöhe – ist physikalisch das ungefähre hydroelektrische Leistungsverhältnis von Stromrad, free–flow turbine, Transverpello und Turbine zueinander 1 : 4 : 10 : 30; kostenbereinigt sinkt der jeweilige Vorsprung hier auf 1 : 3 : 8 : 5, und transponiert in den unteren MW–Bereich hebt er sich für die Turbine demgegenüber dann auf 1 : 3 : 8 : 8. Das physikalische Leistungsverhältnis lässt sich durch Verringerung der Wassertiefe bei konstanter Querschnittsfläche zugunsten des Stromrades verändern, das kostenbezogene aber nur wenig. Das Transverpello könnte über seinen Einsatzbereich Flachland hinaus eine Alternative zur Turbine an solchen Standorten darstellen, wo ein Stau aus zuvörderst ökologischen Gründen unerwünscht wäre. (1)
U.S. Department of Energy / Idaho National Engineering Laboratory, J.E.
Francfort:
|