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.
Das 1880 von Lester Pelton patentierte Pelton-Rad wandelt über Düsen den Druck einer hohen Wassersäule in die Bewegungsenergie eines oder mehrerer freier Strahlen um. Die Strahlen treffen auf geteilte Becher, deren Mittelschneide den Strom aufteilt und um etwa 165–170° umlenkt. So geht fast der gesamte Impuls auf das Rad über. Anders als bei Überdruckturbinen läuft das Laufrad an der Luft bei Atmosphärendruck.
Die Strahlgeschwindigkeit ergibt sich aus der Fallhöhe, den besten Wirkungsgrad erreicht man, wenn die Becher etwa halb so schnell laufen wie der Strahl:
Bei 1.000 m Fallhöhe erreicht der Strahl etwa 135–140 m/s.
- Fallhöhen: von rund 50 m bei Kleinstwasserkraft bis etwa 1.900 m (Bieudron, Schweiz, 3 × 423 MW bei etwa 1.880 m)
- Spitzenwirkungsgrad: 90–93 % bei großen Maschinen
- Teillastverhalten: sehr flache Wirkungsgradkurve, weil sich Düsen einzeln abschalten lassen und Düsennadeln jeden Strahl drosseln; eine sechsdüsige vertikale Maschine arbeitet bis hinunter zu etwa 10–20 % des Nenndurchflusses effizient
Strahlablenker können den Strahl in Sekundenbruchteilen umlenken, während die Nadel langsam schließt. So werden Druckstöße in langen Druckrohrleitungen vermieden. Peltonturbinen sind in den Alpen, in Norwegen, den Anden und im Himalaya verbreitet, ebenso in netzfernen Kleinstwasserkraftwerken, wo ein kleines Rad an einem steilen Bach ein ganzes Dorf versorgen kann. In Gletscherflüssen ist der Abrieb von Bechern und Nadeln durch Sediment das größte Verschleißproblem.
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.
- 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.