Wirkungsgrad einer Wasserturbine

Der Turbinenwirkungsgrad eines Wasserkraftwerks gibt das Verhältnis der effektiv nutzbaren Leistung und der theoretisch erzielbaren Leistung einer Wasserturbine an. Dieser hängt von der Turbinenart, der Beaufschlagung, hier das Verhältnis von Durchfluss zu Auslegungsdurchfluss, und der Drehzahl ab. Die Differenz der Leistungen entsteht infolge von Energieverlusten in der Turbine. Diese treten beispielsweise aufgrund von Reibung an Leitapparat und Laufrädern auf. Das Maximum der Turbinenwirkungsgrade von Wasserkraftwerken liegt deshalb in der Regel bei ca. 90 Prozent.

Der Zusammenhang zwischen Beaufschlagung und Turbinenwirkungsgrad ist in Abbildung 1 für einige Turbinenarten dargestellt. Bei Kaplanturbinen mit verstellbaren Laufradschaufeln und bei Peltonturbinen wird für sehr große Beaufschlagungsbereiche eine gute Energieausbeute erreicht. Peltonturbinen arbeiten beispielsweise bereits bei einer Beaufschlagung von 20 Prozent mit einem Wirkungsgrad von 80 bis 85 Prozent. Ebenso weisen Durchströmturbinen gute Wirkungsgrade bei schwankenden Zuflüssen auf. Je nach Volumenstrom kann die angeströmte Fläche der Durchströmturbine variiert werden. Somit wird bei einer Beaufschlagung ab 20 Prozent in Abhängigkeit von der Maschinengröße und der spezifischen Drehzahl ein Wirkungsgrad von 80 bis 85 Prozent erzielt. Bei einer Peltonturbine werden Spitzenwerte von 88 bis 91 Prozent erreicht. Eine Propellerturbine oder Rohrturbine muss zur Vermeidung großer Verluste hingegen mit einer weitaus höheren Beaufschlagung betrieben werden. Sie weist nur im Auslegungsbereich einen guten Wirkungsgrad auf. Bei kleinen Änderungen der Beaufschlagung fällt der Wirkungsgrad jedoch stark ab. Der Abfall resultiert aus dem starken Drall des Triebwassers am Turbinenaustritt. Propellerturbinen und Rohrturbinen besitzen demnach ein Beaufschlagungsoptimum und werden bei wenig schwankenden Zuflüssen eingesetzt. Da Pumpturbinen auch für den Pumpbetrieb ausgelegt sein müssen, liegt ihr Wirkungsgrad immer mindestens zwei% unter dem reiner Turbinen.

Englische Übersetzung(en):

turbine efficiency