Fallhöhe
Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel am Einlauf eines Wasserkraftwerks und dem Turbinenauslass bzw. Unterwasser; bestimmt zusammen mit dem Durchfluss die verfügbare Leistung.
Die Fallhöhe ist die potenzielle Energie pro Gewichtseinheit Wasser, angegeben in Metern. Bei der Planung von Wasserkraftwerken unterscheidet man:
- Bruttofallhöhe: der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasserspiegel
- Nettofallhöhe: Bruttofallhöhe abzüglich Reibungs- und Einbauverlusten in Einlauf, Druckrohrleitung und Armaturen, bei guter Auslegung typischerweise 3–10 % der Bruttofallhöhe
Weil die Leistung proportional zum Produkt aus Durchfluss und Fallhöhe ist, braucht ein Standort mit großer Fallhöhe für dieselbe Leistung viel weniger Wasser. Ein 1-MW-Kraftwerk benötigt bei 1.000 m Fallhöhe etwa 0,12 m³/s, bei 10 m dagegen 12 m³/s. Davon hängen Turbinenwahl und Umfang der Bauwerke ab.
Übliche Fallhöhenklassen und passende Turbinen:
- Niederdruck (unter etwa 30 m): Kaplan-, Rohr-, Propellerturbinen und Wasserkraftschnecken
- Mitteldruck (30–300 m): Francis-Turbinen
- Hochdruck (über etwa 250–300 m): Pelton- und Turgo-Turbinen; Bieudron in der Schweiz arbeitet mit rund 1.880 m
In der Praxis wählt man die Turbine über die spezifische Drehzahl, die Fallhöhe, Durchfluss und Drehzahl verbindet. Bei Pumpspeicherkraftwerken bestimmt die Fallhöhe die Energiedichte: 1 m³ Wasser, das 500 m tief fällt, speichert vor Verlusten etwa 1,36 kWh. Standorte mit großer Fallhöhe kommen deshalb pro GWh mit viel kleineren Becken aus.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Peltonturbine
Eine Freistrahlturbine, bei der Wasserstrahlen mit hoher Geschwindigkeit auf doppelt gewölbte Becher eines Laufrads treffen; die Standardlösung für große Fallhöhen ab etwa 250 m.
- Francis-Turbine
Überdruck-Wasserturbine mit festen Laufschaufeln, bei der das Wasser radial ein- und axial austritt. Die meistgebaute Bauart, eingesetzt bei mittleren Fallhöhen von etwa 30 bis 700 m.
- Kaplan-Turbine
Propellerartige Überdruck-Wasserturbine mit verstellbaren Laufrad- und Leitschaufeln, geeignet für niedrige Fallhöhen von etwa 2 bis 40 m und große Wassermengen.
- Laufwasserkraftwerk
Wasserkraftwerk, das den natürlichen Abfluss eines Flusses nutzt oder ableitet, mit wenig oder keinem Speicher; die Erzeugung folgt dem Abfluss, nicht dem Bedarf.
- Pumpspeicherkraftwerk
Energiespeicher, der Wasser in ein Oberbecken pumpt, wenn Strom billig oder reichlich vorhanden ist, und es bei Bedarf über Turbinen wieder ablässt; weltweit die größte Form der Netzspeicherung.