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Enerige & Management > Wasserkraft - Schlauere Turbinen für grüneren Strom
Stefan Hoerner (li.) und Prof. Roberto Leidhold am Wasserkanal des Instituts für Thermodynamik und Strömungsdynamik Bild: Jana Dünnhaupt, Uni Magdeburg
WASSERKRAFT:
Schlauere Turbinen für grüneren Strom
Dank integrierter Motoren sollen die Turbinenschaufeln von Wasserkraftwerken in Zukunft effizienter und umweltschonender arbeiten. 
 
Durch den Einsatz intelligenter Turbinen können künftig umweltfreundliche Gezeiten-Wasserkraftwerke wesentlich effizienter „grünen“ Strom erzeugen. Ingenieure der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg entwickeln dafür Schaufelblätter mit eingebauten Motoren.

Die integrierten Antriebe sorgen dafür, dass sich die Turbinenschaufeln während jeder Umdrehung optimal an die Wasserströmung anpassen und verhindern damit einen gefährlichen Strömungsabriss. Dieser Begriff beschreibt die Ablösung der Strömung von der Oberfläche von Turbinenschaufeln. Die Folge ist, dass die Kräfte, die die Turbine antreiben, plötzlich zusammenbrechen, während der Widerstand schlagartig ansteigt. Das führt nicht nur zu Effizienzverlust, sondern über einen längeren Zeitraum auch zu Materialversagen und Ermüdungsbrüchen der Turbinenrotoren.

„Bisher müssen diese Belastungen durch stabilere Bauteile, verbunden mit einem höheren Materialeinsatz kompensiert werden“, so der Strömungsmechaniker Stefan Hoerner vom Institut für Strömungstechnik und Thermodynamik. „Beides ist wirtschaftlich und ökologisch gesehen ziemlich teuer.“ Mit der neuen Technologie soll es dagegen möglich werden, die Strömung um die Schaufeln aktiv zu kontrollieren und die Turbinen dadurch leichter, langlebiger und damit effizienter zu gestalten.

Die integrierten Motoren können durch die Bewegung der Schaufeln die Strömung so beeinflussen, dass sie bei minimaler Belastung maximale Effizienz erreichen. „Dadurch steigt die elektrische Leistung und die Struktur kann gleichzeitig feingliedriger gestaltet werden. Das wiederum hilft, Material einzusparen und die Lebensdauer der Turbinen nachhaltiger Gezeiten- oder Flusskraftwerke zu erhöhen“, so der Wissenschaftler weiter.

Motoren müssen in dünne Schaufeln integriert werden

Im interdisziplinären Team von Hoerner und Prof. Roberto Leidhold vom Institut für Elektrische Energiesysteme der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität werden die speziell entwickelten Motoren konzipiert und in die Schaufeln der Turbine integriert. Hoerner: „Das ist strömungsmechanisch sinnvoll, da sie keinen zusätzlichen Widerstand erzeugen.“ Einfach ist es hingegen nicht: Die Flügel sind an der dicksten Stelle nur etwas stärker als ein Zentimeter. Deshalb werden das Design und die Festigkeit des gewichtsreduzierten Turbinenmodells mit Computersimulationen überprüft, bevor dann der Praxistest im Wasserkanal erfolgt.

Konventionelle Wasserkraft sei bisher leider oft nicht wirklich nachhaltig, so der Strömungstechniker weiter, da sie aufgrund von Dammsystemen einen erheblichen Eingriff in die Natur bedeute. „Wir arbeiten deshalb an unkonventioneller Technik, die eher wie eine Windturbine funktioniert und daher deutlich nachhaltiger ist.“

Innerhalb der nächsten drei Jahre soll ein Demonstrator dieser unkonventionellen Turbine vorliegen und getestet sein. 
 

Peter Koller
Redakteur
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Mittwoch, 24.02.2021, 13:09 Uhr

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