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Saugheber Klein-Wasserkraftwerk Perlen im Kanton Luzern

Kleinwasserkraftwerk Perlen

GÜNSTIGER STROM AUS VOLLGEHEBERTEM KLEINWASSERKRAFTWERK

Hoher Wirkungsgrad & niedrige Kosten beim Kleinwasserkraftwerk in Perlen:

Beachtliche Energiepotentiale liegen in überalterten oder stillgelegten Niederdruck- Wasserkraftwerken in der Schweiz. Das Beispiel des Kleinwasserkraftwerks der Papierfabrik Perlen zeigt, dass mit innovativen Ansätzen und konsequenter Planung eine Erneuerung zur industriellen Selbstversorgung wirtschaftlich sein kann. Eine Variantenstudie zeigte den Handlungsspielraum auf und kreiste optimale Lösungen ein. Erstaunlicherweise war die Dreimaschinenlösung wirtschaftlich überlegen, da bei dieser Variante einfachere Bauarten möglich wurden. Erstmals in der Schweiz kommt ein „vollqehebertes“ Kleinwasserkraftwerk mit Turbinen ohne Abschlussorgane zum Einsatz. Die Gesamterneuerung mit drei vertikalen, einfach regulierten Kaplanturbinen brachte wirtschaftliche Vorteile im Bau und zusätzlich für Wartung und Betrieb. Dank der gleichzeitigen Erneuerung des Kanals und Einlaufs wurde die Energiegewinnung optimiert und der Betrieb für die nächsten Jahrzehnte gesichert.

Vier Hochleistungselemente

vollqehebertes Wasserkraftwerk
Einlaufspierale

1. Einlaufspirale

Präzise Schalungen sichern den Bau der optimalen Einlaufspirale. Diese verteilt die Druck- und Geschwindigkeitsenergie gleichmässig auf die fixen Stützschaufeln.

 

Laufrad

2. Laufrad

Das Laufrad ist identisch wie jenes einer klassischen Kaplan Turbine. Verstellbare Schaufeln passen das Laufrad automatisch dem Wasserdargebot an.

 

Generator

3. Generator

Die drei langsamlaufenden, 24-poligen Generatoren arbeiten ohne Getriebe, was ruhigen und wirtschaftlichen Betrieb garantiert. Zudem erreichen sie bessere Wirkungsgrade als Schnelläufer und Getriebe zusammen.

 

Saugrohre

4. Saugrohr

Die 3 Hochleistungs-Saugrohre wandeln die Geschwindigkeitsenergie mit hohem Wirkungsgrad in Druck, respektive Saugwirkung auf das Laufrad um.

 

Lufttechnik statt aufwendiger Schliessorgane

Bei der Heber-Bauweise wird der höchste Punkt des Turbineneinlaufs über dem Oberwasser Spiegel angelegt, so dass von sich aus kein Wasser in die Turbine fliesst. Aufwendige Schützen und Leitapparate entfallen. Es genügt eine fest angeschweisste Stützschaufelreihe.

Vakuumpumpe

Entlüften zum Anfahren

Eine kleine Standard-Vakuumpumpe sorgt mit Luftabsaugung für das Anlaufen der Turbinen.

Normalstopp

Die Turbinen können auch konventionell durch Schliessen der regulierbaren Laufräder stillgesetzt werden. Dank der luftdichten Einlaufspirale bleibt die Evakuierung stundenlang erhalten und die Maschinen stehen sekundenschnell wieder zur Verfügung.

Luftklappe

 

Belüften für Schnellstopp

Durch Öffnen der Luftklappe fällt die Wasserlast innert Sekunden von der Turbine ab. Der Wasserspiegel in der Spirale pendelt gegen den Oberwasserstand und die Maschinenlaufen in Luft aus. Grosszügige Belüftungsventile (Abb. links) sorgen für das schnelle Abfallen des Triebwassers und schützen die Generatoren vor Überdrehzahl. Das Konzept eignet sich bei relativ konstanter Wasserführung, wie dies in Perlen der Fall ist.

 

Technische Daten

Bruttogefälle (ca. Nettogefälle) 2,7 m (2 bis 3,4 m)
Nenn-Wassermenge 3 x 15 m3/s
Schluckfähigkeit der Anlage 48 m3/s
Elektrische Nennleistung 3 x 342 kWel = 1026 kWel
Synchrongeneratoren 3 x 440 kVA / 500 V / 125 min-1
Gruppenwirkungsgrad bei Nennlast 86% (cos phi = 1.0)
Laufradregulierte Kaplanturbinen 2'100 mm, 4-flügelig, CuAI-Bronze
Wellen und Lager Vertikalachsig, direktgekuppelt
Heberbauweise, Hebung 50 cm über Oberwasserspiegel
Mittlere Produktionserwartung 7'800'000 Kilowattstunden pro Jahr