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Wasserrad für niedrige Fließgeschwindigkeiten

Aktuell erprobt die Universität Siegen ein neu entwickeltes Wasserrad, das ohne Stauwehr komplett unter Wasser auch bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten arbeitet und dabei vorwärts wie rückwärts laufen kann.

Lesezeit: 3 Minuten

Unterschlächtige Wasserräder wandeln die Kraft des fließenden Wassers in elektrische Energie um. Diese Räder durften bislang maximal bis zur Nabe ins Wasser eintauchen, weil sich die Schaufeln für den Weg, den sie beim Drehen gegen die Fließrichtung zurücklegen, über der Wasseroberfläche befinden müssen. Ansonsten entstünden gegenläufige Kräfte und es käme zu einer Bremswirkung. Außerdem sind traditionelle Wasserräder meistens mit baulichen Eingriffen in den natürlichen Wasserlauf verbunden, wie etwa Stauwehre. Diese belasten das ökologische Gleichgewicht von Flüssen und Bächen.


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Die neu entwickelte Anlage Stiller Energy Converter (kurz: Stecon)kommt ohne Querbauwerke im Fluss aus und arbeitet komplett unter der Wasseroberfläche, erklärt der BINE Informationsdienst des Forschungsinstituts (FIZ) Karlsruhe. Möglich machen dies bis zu fünf, an einem Planetengetriebe montierte Schaufeln. Dieses Getriebe bewirken, dass jede Schaufel während einer kompletten Radumdrehung um 180 Grad um die eigene Achse rotiert. In der Zwischenzeit nimmt die eine Hälfte der Schaufeln durch eine eher senkrechte Ausrichtung die Strömungskraft auf und die Schaufeln der anderen Radhälfte rotieren strömungsgünstig zu ihrem Ausgangspunkt zurück. Für den Weg gegen die Fließrichtung stehen also die Schaufeln annährend parallel zur Strömung und verkleinern damit die eigene Fläche. Dadurch sind in der Summe die antreibenden Kräfte stets erheblich größer als die bremsenden. Die Schaufeln sind symmetrisch konstruiert, weil beide Seiten abwechselnd angeströmt werden.


Die patentierte Maschine kann in jeder erdenklichen Lage installiert werden, vorwärts wie rückwärts laufen und sowohl zur Stromerzeugung als auch zum Antrieb dienen. Sie eignet sich nach Ansicht der Entwickler gut für alle Einsatzgebiete mit niedrigen Fallhöhen, was die Stromgewinnung in Fließgewässern, eingrenzenden Kanälen und in Meeresströmungen einschließt. Projektkoordinator Professor Jürgen Jensen vom Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu) an der Universität Siegen erklärt: „Unser Wasserrad ermöglicht es, bisher ungenutzte Klein- und Kleinstpotenziale der Wasserkraft zu erschließen. Es bietet sich jeder Standort an Fließgewässern mit ausreichender Strömung an. Hierzu kommen auch die kleineren Nebenflüsse in Betracht.“ Im Vergleich zu traditionellen Wasserrädern und Niederdruckturbinen, die ebenfalls an Standorten mit niedrigen Fallhöhen unter einem Meter installiert werden können, kann das Stecon deutlich höhere Durchflüsse verarbeiten und so bessere Leistungsdaten erreichen. Es kann einerseits kleine, autonome Systeme, zum Beispiel Messbojen, mit Energie versorgen und andererseits als fest installierte Anlage arbeiten, wie etwa zur netzgekoppelten Stromerzeugung.


In einem derzeit laufenden Projekt testen die Siegener Forscher das Stecon unter realen Einsatzbedingungen. Der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) fördert die Arbeiten noch bis Ende 2019. Dazu wurde eine weiterentwickelte Version des vorhandenen Labor-Prototyps für den Dauerbetrieb umgerüstet und Anfang Juni 2017 im Auslauf einer Kläranlage in Siegen installiert. Parallel wird bis Ende 2017 eine größere Pilotanlage an einem Bootsanleger im Rhein realisiert. Ziel ist, die Ergebnisse von zwei unterschiedlichen Standorten zu vergleichen und möglichst zu verallgemeinern.


Begleitend zur Untersuchung der beiden Pilotanlagen arbeiten die Siegener Forscher an einer Potenzialanalyse für Nordrhein-Westfalen. Hierfür identifizieren sie geeignete Standorte und die nötigen Infrastruktureinrichtungen an verschiedenen Fließgewässern, um deren Wasserkraftpotenzial zu ermitteln. Alle Daten gehen anschließend in eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein.

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