Kaplan-Turbine
Propellerartige Überdruck-Wasserturbine mit verstellbaren Laufrad- und Leitschaufeln, geeignet für niedrige Fallhöhen von etwa 2 bis 40 m und große Wassermengen.
Viktor Kaplan erfand die Turbine 1913. Sie wird axial durchströmt und erinnert an eine Schiffsschraube. Ihr Kennzeichen ist die Doppelregulierung: Sowohl die vorgelagerten Leitschaufeln als auch die Laufradschaufeln selbst lassen sich verdrehen. Werden beide aufeinander abgestimmt (über die sogenannte Kombinationskurve), passt der Anströmwinkel über einen weiten Bereich von Durchfluss und Fallhöhe zu den Schaufeln. Die Turbine arbeitet dadurch von etwa 30 % bis 100 % des Nenndurchflusses mit hohem Wirkungsgrad.
- Fallhöhe: etwa 2–40 m, vereinzelt bis 70–80 m
- Spitzenwirkungsgrad: 92–95 % bei großen Maschinen
- Spezifische Drehzahl: hoch, was kompakte Maschinen für sehr große Wassermengen erlaubt; in großen Flusskraftwerken haben die Laufräder über 10 m Durchmesser
Varianten:
- Propellerturbinen: feste Schaufeln, billiger, aber nur nahe dem Auslegungsdurchfluss effizient
- Rohrturbinen (Bulb): der Generator sitzt in einer umströmten Birne im Wasserweg; Standard an großen Niederdruckflüssen und im Gezeitenkraftwerk La Rance
- Schacht-, S- und Straflo-Turbinen: unterschiedliche Generatoranordnungen für die Kleinwasserkraft
Kaplan-Turbinen beherrschen die Laufwasserkraftwerke an großen Tieflandflüssen wie Donau, Rhein, Columbia und Madeira sowie Gezeitenkraftwerke mit Staudamm. „Fischfreundliche“ Bauarten mit weniger Schaufeln, minimalen Spalten und niedrigerer Drehzahl verringern Verletzungen bei Fischen, die die Turbine passieren, ein zentraler Punkt in Genehmigungsverfahren. Bei sehr geringen Fallhöhen unter etwa 10 m konkurrieren in der Kleinwasserkraft Wasserkraftschnecken.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Fallhöhe
Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel am Einlauf eines Wasserkraftwerks und dem Turbinenauslass bzw. Unterwasser; bestimmt zusammen mit dem Durchfluss die verfügbare Leistung.
- 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.
- 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.
- Laufwasserkraftwerk
Wasserkraftwerk, das den natürlichen Abfluss eines Flusses nutzt oder ableitet, mit wenig oder keinem Speicher; die Erzeugung folgt dem Abfluss, nicht dem Bedarf.
- Gezeitenkraftwerk (Tidenhub)
Stromerzeugung aus dem Höhenunterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser: Wasser wird hinter einem Damm oder in einer Lagune aufgestaut und über Niederdruckturbinen abgelassen.