Wasserkraft 22.01.2010, 19:44 Uhr

12 % mehr Strom aus der Turbine  

Deutschlands Kleinwasserkraftwerke sind noch nicht am Ende ihrer Leistungskraft angekommen. Ein Team der Nürnberger Georg-Simon-Ohm-Hochschule hat in einem Forschungsprojekt bewiesen: 12 % bis 20 % mehr Strom sind aus einer kleinen Flussturbine schon mal drin. Die optimierte Frequenzumrichtertechnik könnte auch anderen Wasserkraftwerken helfen, mehr Leistung herauszuholen. VDI nachrichten, Nürnberg/Roßtal-Kernmühle, 22. 1. 010, swe

Wenn Kunden mehr für Ökostrom bezahlen, dann können sie gleichzeitig etwas für die erneuerbaren Energien tun: So funktioniert es beispielsweise beim Fränkischen Energieversorger N-ERGIE. Aus Mehreinnahmen des „Purnatur“-Wasserkraftstroms unterstützte N-ERGIE ein halbjähriges Forschungsprojekt, das die beiden Professoren Norbert Graß und Armin Dietz vom Institut für leistungselektronische Systeme (Elsys) der Nürnberger Georg-Simon-Ohm-Hochschule auf den Weg brachten.

Der Ort des Geschehens: das seit 1960 Strom produzierende Wasserkraftwerk „Kernmühle“ bei Roßtal im Landkreis Fürth. 10 kW bei 750 U/min leistet der alte Generator, mit dem die Francis-Turbine hinter dem Bibert-Wehr verbunden ist. Früher wurde in der Kernmühle Korn gemahlen, weshalb der Mühlbach schon länger existiert. Heute sind im Mühlenanwesen ein ökologisches Tagungszentrum und ein „Bioland“-Landwirtschaftsbetrieb untergebracht.

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Das Problem vieler Kleinwasserkraftanlagen: Die dort eingesetzten Asynchrongeneratoren sind – anders als die Synchronstromerzeuger größerer Kraftwerke – in ihrer Leistung kaum variabel. Die Konsequenz: Fließt wenig oder zu wenig Wasser den Bach herunter, muss die Stromerzeugung abgeschaltet werden. So gibt es vor allem im Sommer an der Kernmühle öfters Niedrigwasser – und damit keine Stromeinspeisung.

Serienprodukte der neuen Frequenzumrichtertechnik könnten 2011 marktreif sein

Hier setzen die Professoren der Ohm-Hochschule bei ihrem Projekt an. Dabei verwenden sie eigentlich keine wirklich neue Technik, sondern einen Frequenz- umrichter, wie er in der elektrischen Antriebstechnik seit Jahrzehnten gang und gäbe ist. Neu ist nur der Einsatzfall: Die Drehzahl des Kraftwerksgenerators muss verändert werden, um auch geringere Wassermengen ausnützen zu können. Die Leistung wird reduziert, statt wie bisher üblich die Turbine bei 70 % oder 80 % Leistung abzuschalten.

Genau diese Wasserenergie kann die Elektronik nutzbar machen, erklärt Ingenieur Michael Hausmann, Mitarbeiter am Elsys und oft vor Ort im Generatorraum der Kernmühle. Das Ergebnis zahlreicher Messtage mit einem Frequenz- umrichterprototypen: 12 % höhere Stromproduktion.

Doch das Projektteam schätzt das Steigerungspotenzial für „Kleinstwasserkraftwerke mit höheren Stillstandszeiten bzw. höheren Teillastbetriebsstunden“ noch größer ein: „Den mittleren Wirkungsgrad um bis zu 20 % steigern“ könnten solche Maschinen – gleichbedeutend mit 20 % mehr Einnahmen.

Die Forscher haben zwar ihren Frequenzumrichter als flexiblen Prototypen in einem transportablen Schaltschrank eingebaut, doch sie haben bei dessen Konstruktion auf das professionelle Wissen des Leistungselektronikherstellers Peter-Electronic aus Berg in der Oberpfalz zurückgegriffen. Dort hat man mit großem Interesse auf die Ergebnisse der Forschungen gewartet.

Auch „weitere namhafte Unternehmen signalisierten bereits ihr Interesse an einer Weiterentwicklung des Prototyps bis zur Serienreife“, heißt es seitens N-ERGIE: Das Unternehmen stuft „das Marktpotenzial für die Neuentwicklung mit derzeit ca. 2000 Kleinstwasserkraftwerken in Deutschland hoch“ ein.

In unabhängigen Studien ist von einer wesentlich höheren Zahl bestehender kleiner Kraftwerke die Rede. So betreiben allein die 4800 Einzelmitglieder der Vereinigung „Arbeitsgemeinschaften Wasserkraftwerke Deutschland“ (AWD) rund 7500 Kleinwasserkraftwerke, wie AWD-Koordinator Elmar Reitter weiß. Die Betreiber, die nicht Verbandsmitglieder sind, kommen noch dazu.

„Das Serienprodukt könnte möglicherweise 2011 auf den Markt kommen“, sagt der N-ERGIE-Konzern voraus: Allein in dessen fränkisches Stromnetz speisten im Jahr 2008 „139 Anlagen rund 123 000 MWh Wasserkraftstrom ein“. In vielen davon wäre die Innovation nachträglich einzubauen.

Wirtschaftlich wäre das allemal: 12,67 Cent/kWh beträgt zurzeit die Vergütung für Klein-Wasserkraftanlagen unter 500 kW. Liefe die 10-kW-Turbine der Kernmühle statt 6000 h/Jahr 20 % länger, flössen über 1500 € mehr in die Betreiberkasse. So würde sich die Investition in die Umrichtertechnik schnell rentieren. HEINZ WRANESCHITZ

 

Ein Beitrag von:

  • Heinz Wraneschitz

    Freier Fachjournalist in der Metropolregion Nürnberg. Der Ingenieur für Elektrische Energietechnik arbeitet viele Jahre in der Industrie, u.a. Zentrumsleiter für ein herstellerunabhängiges Solarberatungsunternehmen. Seit 2005 ist er mit dem Redaktionsbüro bildtext.de hauptberuflich journalistisch tätig. Seine Themen sind Umwelt, Energie und Wirtschaft.

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