Laufkraftwerke wandeln die Kraft des fließenden Wassers in elektrische Energie um. Österreich verfügt über ca. 100 Laufkraftwerke mit einer Leistung von jeweils mehr als 5 MW. Die bedeutendsten Laufkraftwerke liegen an der Donau. Wie viel Strom erzeugt werden kann, hängt von der Fallhöhe und der Wassermenge ab. In Österreich weisen die meisten Flüsse ein relativ starkes Gefälle auf, was die Nutzung der Wasserkraft begünstigt. Wasserkraftwerke in Verbindung mit Hochwasserschutz reduzieren in vielen Fällen die hohe Fließgeschwindigkeit und Zerstörungskraft des Wassers.
Speicherkraftwerk
Neben einer Vielzahl von Laufkraftwerken wurden in den westlichen Alpenregionen zahlreiche Speicherkraftwerke erbaut. Speicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke mit Stauseen im Gebirge und können bei Bedarf bereits innerhalb weniger Minuten in Betrieb genommen werden. Ihre Leistung wird vom Höhenunterschied zwischen Stausee und Krafthaus sowie vom Turbinendurchfluss bestimmt. Weitläufige Beileitungssysteme können den Wasserstand des Stausees erhöhen, wenn der natürliche Zufluss nicht ausreicht. Über einen Druckstollen und einen Druckschacht wird das gespeicherte Wasser zum Krafthaus geleitet. Durch die Möglichkeit der raschen Inbetriebnahme kommen Speicherkraftwerke vor allem in Spitzenverbrauchszeiten sowie in den verbrauchsstarken Wintermonaten zum Einsatz.
Gespeicherter Strom, der zu Verbrauchsspitzenzeiten abgerufen werden kann, ist äußerst wertvoll. Die Wertigkeit von Speicherstrom ist bedeutend höher als jene der Grundlast, die kontinuierlich anfällt. Speicherstrom kann genau dann produziert werden, wenn er benötigt wird. Dadurch ermöglichen einheimische Speicherkraftwerke eine deutliche Reduktion von Stromimporten aus dem Ausland.
Wasserwirbelkraftwerk
Ein Wasserwirbelkraftwerk (auch Gravitationswasserwirbelkraftwerk) ist ein Kleinwasserkraftwerk, das zur Erzeugung von Energie aus Wasserkraft bei kleinen Höhendifferenzen geeignet ist. Die Technik beruht auf einem runden Staubecken mit einem zentralen Abfluss. Über dem Abfluss bildet sich ein stabiler Wasserwirbel aus, der eine Wasserturbine antreibt.
Ein symmetrischer Wasserwirbel bildet sich in einem rotationssymmetrischen Gefäß über einer Abflussöffnung in der Mitte des Gefäßbodens aus. Für die technische Nutzbarkeit wird ein stabiler und symmetrischer Wasserwirbel mit strömungsfreiem Wirbelzentrum angestrebt, der eine langsam rotierende Turbine antreibt.
Im Idealfall ergibt sich eine Potentialströmung, deren radiale Tangential-geschwindigkeit in Richtung des Wirbelzentrums stetig zunimmt. Voraussetzung für die Ausbildung einer stabilen senkrechten Drehachse ist die Schwerkraft. Der Wasserabfluss wird minimal, wenn der Durchmesser des Staubeckens wesentlich größer ist als der Durchmesser des Abflusses.
Anwendungsbereiche der Wasserwirbeltechnik:
Energiegewinnung aus Wasserkraft an Standorten mit geringer Fallhöhe sowie an ökologisch sensiblen Fließgewässern
Kleinwasserkraftwerk-Technologie im Leistungsbereich von einigen kW bis etwa 150kW
Verbesserung der Wasserqualität in Fließgewässern, Abwasserklärung und Trinkwasseraufbereitung
Aktive Wasserrückhaltefunktion und Restwasserdotierung für Fließgewässer
Aus der Kaplan-Turbine wurde die Kaplan-Rohrturbine für niedrige Fallhöhen bis maximal 25 m und einer Leistung bis zu 75 MW entwickelt, deren Welle mit Laufrad horizontal in Richtung des strömenden Wassers eingebaut wird. Dadurch werden Umlenkverluste vermieden und somit eine größere Schluckfähigkeit und ein höherer Volllastwirkungsgrad erreicht. Der Generator befindet sich in einem wasserdichten Gehäuse am verlängerten Ende der Turbinenwelle. Durch die horizontale Anordnung ist ein geringerer Platzbedarf und damit eine geringere Bauhöhe des Maschinenhauses möglich, wodurch das Landschaftsbild weniger beeinträchtigt wird.
Sonderformen der Kaplan-Rohrturbine sind die S-Turbine (für Fallhöhen bis 15 m) und die Getriebe-Rohrturbine (für Fallhöhen bis 12 m). Bei der S-Turbine ist das Saugrohr s-förmig gebogen und die Turbinenwelle wird aus dem Turbinengehäuse geführt. Der Generator wird dadurch außerhalb der Turbine installiert und ist deshalb für regelmäßige Kontrollen und Wartungsarbeiten leichter zugänglich. Die Bauhöhe kann dadurch noch weiter verringert werden. Dies macht auch den Einbau der Turbinen in kleine Wasserkraftwerke, beispielsweise über einen schmalen Fluss oder einen Kanal, mit Fallhöhen bis maximal 5 m oder leichte Aufstauung durch ein Wehr möglich. Siehe auch Typen von Wasserkraftwerken. S-Turbinen werden in Kraftwerken bis zu einer Leistung bis 15 MW eingesetzt. Die Getriebe-Rohrturbine ähnelt der S-Turbine stark, jedoch unterscheidet sie sich durch zwei wesentliche Merkmale. Das Saugrohr ist gerade und die Turbinenwelle ist über ein Getriebe, statt direkt, mit dem Generator verbunden. Dies kann horizontal oder vertikal erfolgen, wodurch die Bauform noch kompakter gegenüber den S-Turbinen ausfällt. Durch eine geeignete Über- oder Untersetzung lässt sich die Turbinendrehzahl optimal an den Generator anpassen. Getriebe-Rohrturbinen werden in Kraftwerken mit einer Leistung bis 4 MW eingesetzt.
Bei der Francis-Spiralturbine wird das Wasser durch ein schneckenförmiges Rohr, die Spirale, in zusätzlichen Drall versetzt und anschließend durch ein feststehendes "Leitrad" mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrads gelenkt. Ist der Einlaufbereich zum Leitrad nicht spiralförmig ausgebildet, spricht man von einer Francis-Schachtturbine.
Durch ein als Diffusor wirkendes Saugrohr an der Verlängerung der Turbinenachse wird das Wasser nach Durchströmen des Laufrades abgeleitet. Mit Hilfe der Leitschaufeln wird die Drehzahl und damit die Leistung der Turbine bei Lastwechseln des angeschlossenen Generators und bei wechselnden Wasserständen konstant gehalten. Am Laufradeintritt ist der Druck höher als am Laufradaustritt. Die Francis-Turbine ist daher eine Überdruckturbine.
Der zur Turbine gehörende Regler tastet die Drehzahl der Turbine auf der Welle als Regelgröße ab und wandelt das Ergebnis auf servohydraulischem Wege in eine Stellgröße, die die Leitschaufeln entsprechend der Drehzahlabweichung öffnet oder schließt. Der konstruktive Aufwand für die Regelung der Turbine ist erheblich und macht einen spürbaren Anteil der Investitionen einer Francis-Turbine aus.
Wasserkraftschnecke
Eine Wasserkraftschnecke ist eine technische Anlage zur Energiegewinnung mittels Wasserkraft.
Prinzipiell kann man eine Wasserkraftschnecke als energetische Umkehr der Archimedischen Schraube bezeichnen. Dabei können Wasserläufe mit geringen Wassermengen (5 Kubikmeter pro Sekunde), die einen geringen Höhenunterschied zu überwinden haben (bis ca. 10 Meter), zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Schnecke, die mit einer riesigen Schraube vergleichbar ist, wird schräg, in Wasserfließrichtung nach unten gerichtet im Flussbett eingebracht. Das Wasser versetzt dann, während es den Gewindegang hinunterfließt, die Schnecke in eine Drehbewegung. Da die Steigung der Schnecke relativ gering ist, dreht sich die Schnecke verhältnismäßig langsam (20 bis 80 Umdrehungen pro Minute). Am oberen Ende der Schnecke befindet sich ein Generator, gegebenenfalls noch mit einem zwischengeschalteten Getriebe.
Der Vorteil von Wasserkraftschnecken liegt in guter Verträglichkeit von Wassermengenschwankungen (ab 0,1 Kubikmeter pro Sekunde), Treibgutverträglichkeit und fischschonender Wasserförderung. Im Gegensatz zu Turbinen bei Laufwasserkraftwerken reicht ein geringer Höhenunterschied der beiden Wasserstände aus. Es sind keine Feinrechenanlagen nötig. Im Vergleich zum Wasserrad kann ein besserer Wirkungsgrad erzielt werden.
Sie hat sich vor allem bei großen Fallhöhen zwischen 140 und 1.500 m bei kleinen Wassermengen bewährt. Es wird ausschließlich die Bewegungsenergie des Wassers genutzt. Aus Düsen trifft das Wasser unter hohem Druck auf becherförmige Schaufeln des Laufrades. Sie werden vorzugsweise in Speicherkraftwerken eingesetzt.
