Konstruktion einer reversiblen Turbine für ein Pumpspeicherkraftwerk

Die Herausforderungen der modernen Energieerzeugung sind immens und verlangen nach innovativen Lösungen. Ein zentraler Aspekt dabei ist die Konstruktion von Turbinen die sich in beide Drehrichtungen bewegen können. So kommt die reversible Turbine ins Spiel. Dies ist Voraussetzung für den Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken und zur Stabilisierung unserer Stromnetze. Eine reversible Turbine muss zwei Hauptfunktionen erfüllen: Sie muss als Generator zur Stromerzeugung und als Pumpe zum Heben von Wasser fungieren.

Eines der bekanntesten Beispiele ist die Francis-Turbine. Sie wird nicht nur häufig in Wasserkraftwerken eingesetzt allerdings ebenfalls wegen ihrer Effizienz geschätzt. Ihre Bauweise umfasst ein Spiralgehäuse, das den Wasserstrom optimiert. Im Inneren befindet sich der Rotor, dessen Leitschaufeln verstellbar sind—das ermöglicht eine Anpassung des Wasserflusses und garantiert einen hohen Wirkungsgrad. Interessant wird es, wenn man die Francis-Turbine auch als Pumpe betrachtet. Man kann sie in einem Pumpspeicherkraftwerk einbauen, indem man auf der Motor-/Generatorwelle sowie eine Pumpe als auch eine Turbine montiert. Ein kluges Ventilsystem sorgt dafür: Dass das Wasser den gewünschten Weg nimmt. So können Energieverluste minimiert werden.

Daneben steht die Kaplan-Turbine als spannende alternative Bauweise zur Verfügung. Sie bietet verstellbare Propellerblätter statt der typischen Leitschaufeln. Diese Bauart ist besonders effizient bei variablen Wasserflüssen, deswegen trifft man sie häufig in Flusskraftwerken an. Die Kaplan-Turbine kann sowohl als Turbine als auch als Pumpe verwendet werden. Bei dieser Konstruktion übernimmt der Generator in umgekehrter Drehrichtung die Aufgabe des Antriebsmotors. So wird Wasser wieder ins Oberbecken gepumpt.

Man darf jedoch nicht vergessen: Dass hierbei auch Herausforderungen existieren. Im Regelbetrieb der Pumpspeicherkraftwerke kann die Turbine kein Wasser ansaugen. Das Schaufelrad rotiert im Wasserkraftwerk nicht immer im Wasser, dienlicher Kanal ist immer ⬇️ hin offen. Die Leistung die zum Hochpumpen des Wassers benötigt wird entspricht ungefähr der Energie die der Generator beim Entleeren des Speichers erzeugt. Daher könnte es nötig werden, dass der Generator weiterhin Leistung erbringen muss oder sogar eine zusätzliche Pumpe installiert werden sollte um das Wasser zurück in das Oberbecken zu befördern. Aktuelle Daten zeigen, dass einige Pumpspeicherkraftwerke weltweit bis zu 85 % Effizienz erreichen. Dennoch gibt es Potenzial für Verbesserung durch moderne Technologien in der Turbinenentwicklung.

Zusammenfassend kann man bekräftigen, dass sowohl die Francis-Turbine als auch die Kaplan-Turbine hervorragend als reversible Turbinen für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken geeignet sind. Die Implementierung solcher Technologien könnte nicht nur zur Stromproduktion beitragen, einschließlich das Wasser für einen erneuten Einsatz in das Oberbecken zurückzuführen—letztlich eine vielversprechende Herangehensweise zur Erhöhung der Energieeffizienz und Stabilität unserer Stromversorgungsnetze.