Die Kraftwerke
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| Hier werden folgende Themen dargestellt: | |
| > Innovativer Lösungsansatz für die Anordnung der Baugruppen | |
| >> Maschinentechnik/Variantenvergleich | |
| > Fischverträglichkeit | |
| > Hochwasserabfuhr | |
| > Schallemission | |
| > Dammtafeln | |
| > Fazit | |
Geplant ist die Errichtung je einer Buchtenwasserkraftanlage im rechten Nebenschluss zu den Wehren Wilhelmshausen und Bonaforth. Die Wasserkraftanlagen sollen mit Kaplanturbinen ausgestattet werden. Bei der gewählten Turbinenbauart erfolgt die Kraftübertragung vom Laufrad auf den Generator direkt, d. h., eine Übersetzung mittels Getriebe oder Treibriemen ist nicht erforderlich. Dadurch kann die Turbine vollständig gekapselt ausgeführt werden, so dass sie von Wasser überdeckt betrieben und ein eigenes Krafthaus nicht benötigt wird. Auf der Oberseite der Turbinen sind wasserdicht verschließbare Luken, durch welche die verschiedenen Baugruppen, wie Generatoren und Leitschaufelverstellungen, zugänglich sind. Über den Turbinen wird eine Wartungsbrücke angeordnet, um die Zugänglichkeit der Maschinen für das Betriebspersonal zu gewährleisten.
Innovativer Lösungsansatz für die Anordnung der Baugruppen
Der Aufbau einer Wasserkraftanlage in einem Fließgewässer sieht grundsätzlich folgendermaßen aus: Vom Gewässer zweigt ein Ausleitungsbauwerk das Betriebswasser aus dem Flußlauf ab und führt es den Kraftmaschinen (hier Turbinen) zu. Je nach örtlicher Gegebenheit kann der Ausleitungskanal sehr kurz ausfallen, wenn das Kraftwerk beispielsweise direkt im oder am Stauwerk angeordnet werden kann (sog. Buchtenkraftwerk), oder es ist ein längerer Kanal erforderlich, wenn etwa der Kraftwerkstandort weiter (flußabwärts) vom Stauwerk entfernt liegt. Man spricht dann oft vom Mühlgraben oder Mühlkanal. Hinter den Maschinen wird das Betriebswasser wieder in das Gewässer eingeleitet. Auch hier kann die Einleitungsstrecke sehr kurz oder u. U. sogar einige km lang sein. Im vorliegenden Falle können die Wasserkraftwerke unmittelbar neben den Stauanlagen angeordnet werden. Es handelt sich also um Buchtenkraftwerke.
Ein derartiger, technischer Eingriff in ein Gewässer ist gegenüber einem unverbauten Zustand immer mit einem zusätzlichen Risiko für Fische und andere Wasserlebewesen verbunden. Zu deren Schutz und um das Einschwimmen von grobem Treibgut in die Turbinen möglichst zu verhindern, wird vor den Turbinen eine Rechenanlage platziert.
Die Erfahrung bei der Realisierung anderer Projekte zur Nutzung der Wasserkraft und der damit einher gehende, enge Kontakt zu Behörden und Interessengruppen (neben Umweltbehörden z. B. Fischereigenossenschaften), welche sich den Schutz der Fische auf ihre Fahnen geschrieben haben, haben den Planer der Anlagen zu einem neuen, sehr innovativen Konzept für die Anordnung der Anlagenbaugruppen geführt.
Hierzu werden bekannte und weithin erprobte Baugruppen so angeordnet, dass herkömmliche, voll überströmbare Kaplan-Rohrturbinen (Bulb-Turbine) fest einbetoniert und von wasserführenden Kanälen unter den Turbinen unterspült werden. Jeder Unterflurkanal wird so dimensioniert, dass auch grobes Treibzeug wie Baumstämme und Äste sowie Geschiebe (Sand und Steine bis hin zu Felsbrocken) ins Unterwasser abgeführt werden können. In den Unterflurkanälen sind Klappen angeordnet, um den Wasserdurchfluß zu regulieren. Vor den Einläufen in die Rohrturbinen werden Halbrundrechen platziert, welche nach oben und nach unten gereinigt werden können. Über jeder der beiden Turbinen kommt eine weitere Spülklappe zum Einsatz für die Abfuhr des nach oben geschobenen Rechengutes.
Hier wird die Planung der Wasserkraftwerke in Zeichnungen dargestellt:
| A. | Das Wasserkraftwerk Wilhelmshausen auf Planzeichnungen |
| • | Lageplan des vorhanden Zustandes |
| • | Lageplan neue Planung |
| • | Grundriß |
| • | Längsschnitt |
| • | perspektivische Ansicht von Nordwesten |
| B. | Das Wasserkraftwerk Bonaforth auf Planzeichnungen |
Die oben genannten Zeichnungen (im PDF-Format) können per eMail angefordert werden.
Fischverträglichkeit
Die Turbinen können so auf ihrer gesamten Breite sowohl über- als auch unterspült werden. Dies kommt allen abwandernden Fischen entgegen, insbesondere aber allen bodenorientierten. Hierzu zählen beispielsweise Aale, die u. a. aufgrund ihres Bewegungsverhaltens besonders von Rechenreinigungsanlagen gefährdet sind: Im Flußbett halten sie sich gern in den engen Zwischenräumen zwischen Steinen und Geröll auf. Gelangen sie an den Rechenreiniger, so drücken sie sich unter Umständen auch in die Zwischenräume zwischen den Rechenstäben. Wenn der Anpressdruck durch das einströmende Betriebswasser zu groß ist, können sie sich nicht mehr davon entfernen, werden von der Reinigungsharke erfasst und möglicherweise verletzt. Um diese Gefahr abzumildern und den Aalen eine Alternative zur Abwanderung ins Unterwasser zu ermöglichen, werden beim Bau oder der Modernisierung von Wasserkraftanlagen oft Grundablässe (meist Rohre mit Durchmessern von 20 - 50 cm) gefordert, welche wenigstens in der Hauptwanderzeit der Aale geöffnet werden sollen, um so eine Umgehung des Rechens zu ermöglichen. Zudem wandern Aale nicht kontinuierlich ab, sondern zu bestimmten Jahreszeiten (Herbst/Winter) und bei bestimmten Umweltbedingungen. Hierzu zählen höhere Wasserführungen in den Flüssen.
Bei unserem Anlagenkonzept stellen die Unterflurkanäle außerordentlich große Grundablässe dar, die gerade bei größeren Abflüssen in der Fulda geöffnet werden sollen. So kommt die Anlagenanordnung besonders bodennah orientierten Fischarten, wie Aalen und Groppen, aber auch allen anderen abwandernden Fischarten sehr viel besser entgegen, als jede herkömmliche Bauweise, da sie ihnen Gelegenheit gibt, überhaupt nicht mit Rechen und Turbinen in Kontakt zu kommen und stattdessen gefahrlos ins Unterwasser zu gelangen.
Hochwasserabfuhr
Die Größe der Öffnungen unter den Turbinen zusammen mit den zusätzlichen freigegebenen Querschnitten bei Niederlegung der Spülklappen auf den Turbinen sind geeignet, auch eine Entlastung der Hochwasserabfuhr über das Kraftwerk zu erreichen.
Im Bereich der Ausleitung aus dem Flußbett der Fulda in den neuen Kraftwerkseinlauf wird ein Grobrechen mit einem sehr weiten Stababstand von mehreren Metern angeordnet. Dieser hält lediglich sehr sperrige Äste und Baumstämme ab, damit sich diese nicht unter den Turbinen verhaken können. Ein vollständiges Zusetzen mit Laub und kleinerem Treibgut ist bei diesen großen Stababständen nicht möglich. Zum Entfernen dieses sehr sperrigen Treibgutes wird ein Greifer angeordnet, welcher auf der Bedienbrücke hinter dem Rechen verschiebbar eingesetzt werden kann. Mit diesem Greifer kann das Treibgut, welches nicht zwischen den Rechenstäben hindurch passt, aus dem Wasser gehoben und seiner Entsorgung zugeführt werden.
Schallemission
Die Turbinenbauart mit direkt gekoppelten Generatoren hat u. a. zur Folge, dass eine wesentliche Schallquelle, das Getriebe, gar nicht vorhanden ist. Die Turbinen verursachen eine Geräuschentwicklung von ca. 68 dBA bei Aufstellung in einem konventionellen Turbinenraum (Messung unmittelbar neben der Turbine). Laut Herstellerangaben ist aber durch die gekapselte, voll überflutbare Anordnung mit keinen Turbinengeräuschen im Außenbereich mehr zu rechnen. Dies wird durch eigene Beobachtungen des Autors nach einem Besuch des Wasserkraftwerkes Mühlenwehr in Wetzlar/Lahn bestätigt. Hier ist eine Turbine des gleichen Herstellers und vergleichbarer Größe voll überströmt eingebaut. Zwar ist bei diesem Kraftwerk kein Unterflurkanal (wie beim geplanten Anlagenkonzept) vorhanden, aber dieser hat auch keine Auswirkungen auf die Geräuschentwicklung über Wasser. Die Turbinengeräusche, welche im überflutbaren Kraftraum vorhanden sind, können im Außenbereich nicht mehr wahrgenommen werden.
Dammtafeln
Um die Turbinen zu Wartungs- oder Instandhaltungszwecken trocken setzen zu können, sind in den Seitenwänden jeweils vor und hinter den Turbinen U-förmige Metallschienen senkrecht angeordnet, in welche Dammtafeln eingelassen werden können. Die Dammtafeln im Oberwasser werden während des Betriebes waagerecht über den Einlaufkanälen platziert. Sie werden so fixiert, dass sie in Führungsschienen jederzeit schnell ins Wasser abgesenkt werden können. Somit dienen sie gleichzeitig als Notverschluß, falls eine der Unterflurklappen nicht ordnungsgemäß geschlossen werden kann.
Fazit
Diese Turbinenanordnung mit großen Unterflurkanälen erscheint zwar im Vergleich zu konventionellen Wasserkraftanlagen neu, aber sie ist als "bewegliches Krafthaus" mit vergleichbaren Umweltauswirkungen in ähnlicher Form schon sehr erfolgreich an mehreren Standorten in Deutschland umgesetzt worden (siehe bewegliches Krafthaus von Hydro-Energie Roth GmbH). Mit diesen Anlagen kann bereits auf sehr gute Betriebserfahrungen mit voll unterspülten Turbinen zurückgegriffen werden.
Das vorliegende Konzept stellt nun sogar eine weitere
Verbesserung des Konzeptes mit dem "beweglichen Krafthaus" dar.
Die unterschiedliche Techniken für die Kraftmaschinen werden in
einem Variantenvergleich gegenübergestellt.