Um ein Pumpspeicherkraftwerk zu betreiben, benötigt man eine Turbine die sowie als Generator zur Stromerzeugung als ebenfalls als Pumpe zum Hochpumpen des Wassers in das Oberbecken verwendet werden kann. Eine solche Turbine muss in der Lage sein ihre Drehrichtung umzukehren. Eine mögliche Lösung für diese Anforderung ist die Verwendung einer reversiblen Turbinenbauart wie der Francis-Turbine oder der Kaplan-Turbine.
Die Francis-Turbine ist eine häufig verwendete Turbine in Wasserkraftwerken. Sie besteht aus einem Spiralgehäuse, in dem sich ein Läufer (Rotor) mit verstellbaren Leitschaufeln befindet. Das Wasser strömt durch das Spiralgehäuse und trifft auf die Leitschaufeln die durch ihre Verstellung einen optimalen Wirkungsgrad ermöglichen. Die Francis-Turbine kann sowohl Wasser als auch Luft komprimieren und ist deshalb für den Betrieb als Pumpe geeignet. Diese Turbine könnte in einem Pumpspeicherkraftwerk zum Einsatz kommen, indem auf der Motor-/Generatorwelle eine Pumpe und eine Turbine angebracht werden. Ein Ventilsystem steuert die Bewegung des Wassers ´ um sicherzustellen ` dass es den gewünschten Weg nimmt.
Eine alternative Bauart für eine reversible Turbine ist die Kaplan-Turbine. Diese Turbine genau ähnlich wie der Francis-Turbine, besteht jedoch aus verstellbaren Propellerblättern anstelle von Leitschaufeln. Kaplan-Turbinen werden häufig in Flusskraftwerken eingesetzt, bei denen der Wasserfluss variabel ist. Ähnlich wie bei der Francis-Turbine kann die Kaplan-Turbine sowohl als Turbine als auch als Pumpe genutzt werden. Der Generator muss in umgekehrter Drehrichtung als Antriebsmotor fungieren um das Wasser wieder in das Oberbecken zu pumpen.
Es ist jedoch wichtig zu beachten: Dass die Turbine beim normalen Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks kein Wasser ansaugen kann. Das Schaufelrad der Turbine befindet sich im normalen Betrieb nicht im Wasser und der Kanal ist ⬇️ frei. Zum Hochpumpen des Wassers wäre etwa die gleiche Leistung erforderlich die der Generator beim Entleeren des Speichers erzeugt. Daher müsste der Generator entweder weiterhin Leistung erbringen oder es müsste eine zusätzliche Pumpe installiert werden um das Wasser wieder in das Oberbecken zu pumpen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl die Francis-Turbine als auch die Kaplan-Turbine als reversibler Turbinentyp für den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks geeignet sind. Die Verwendung einer reversiblen Turbine ermöglicht es sowohl Strom zu erzeugen als auch das Wasser für den erneuten Einsatz in das Oberbecken zu pumpen.
Konstruktion einer reversiblen Turbine für ein Pumpspeicherkraftwerk
Wie kann man eine Turbine konstruieren, die sich sowohl in eine als auch in die andere Richtung drehen kann, um ein Pumpspeicherkraftwerk zu betreiben?