Generator eines Wasserkraftwerks

Der Generator eines Wasserkraftwerks wandelt die im Wasser enthaltene mechanische Energie in elektrische Energie um. Grundsätzlich besteht ein Generator aus einem Läufer und einem Ständer. Der Läufer wird auch als Rotor eines Generators und der Ständer als Stator eines Generators bezeichnet. Bei der Stromerzeugung bewegt sich der Läufer im Ständer. Durch die Drehbewegung und den erzeugten elektromagnetischen Wechselwirkungen wird im Ständer elektrische Energie generiert.

Unterschieden werden Generatoren zwischen Synchrongeneratoren und Asynchrongeneratoren. Bei einem Synchrongenerator wird der Läufer durch das Anlegen eines Gleichstroms angeregt. Dadurch entsteht ein Magnetfeld, das sogenannte Erregerfeld. Durch die Rotation des Läufers im Ständer und die wirkenden elektromagnetischen Kräfte wird im Ständer ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Dies wird als Ankerfeld bezeichnet. Durch die Wechselwirkung des Ankerfeldes mit dem Erregerfeld wird elektrischer Strom erzeugt. Die Frequenz des generieten Stroms ist dabei unter anderem von der Drehzahl des Läufers abhängig. Bei Synchrongeneratoren erfolgen die Bewegung des Läufers und die des Ankerfeldes synchron.

Bei Asynchrongeneratoren ist die Bewegung des Läufers zum Ankerfeld asynchron. Der Versatz bei der Rotationsbewegung wird als Schlupf bezeichnet. Durch Veränderungen des Stroms des Läufers verändert sich das Erregerfeld. Dadurch wird der Schlupf des Generators beeinflusst. So kann die Drehzahl des Generators angepasst werden.

In einem Wasserkraftwerk können sowohl Asynchrongeneratoren als auch Synchrongeneratoren eingesetzt werden. Bei der Betriebsweise von Generatoren von Wasserkraftwerken wird im Wesentlichen zwischen Generatorbetrieb, Motorbetrieb und Phasenschieberbetrieb unterschieden. Diese drei Betriebsweisen sind vor allem bei Pumpspeicherkraftwerken von Bedeutung.

Im Generatorbetrieb erzeugt der Generator elektrische Energie, die in das Stromnetz eingespeist wird. Dazu wird die Wasserturbine des Wasserkraftwerks durch das Triebwasser in Rotation versetzt. Diese Rotation wird an den Generator übertragen. Durch die elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Erregerfeld und Ankerfeld wird elektrische Energie erzeugt.

Im Motorbetrieb bezieht der Generator Strom aus dem Stromnetz um eine Pumpe anzutreiben. Im Unterschied zum Generatorbetrieb erfolgt der Motorbetrieb mit umgekehrter Drehrichtung der Welle. In Pumpspeicherkraftwerken mit einem Drei-Block-Satz befinden sich die Pumpe und die Wasserturbine auf derselben Welle. Dies hat zur Folge, dass im Motorbetrieb die Wasserturbine ebenfalls rotiert. Um auftretende Reibungsverluste zu minimieren wird die Wasserzufuhr zur Pumpe abgesperrt und das in der Pumpe enthaltene Wasser abgelassen.

In Pumpspeicherkraftwerken mit einem Zwei-Block-Satz werden die Wasserturbine und die Pumpe nicht als getrennte Bauteile sondern als eine Pumpturbine ausgeführt. Die Francisturbine kann beispielsweise sowohl als Wasserturbine als auch als Pumpe arbeiten.

Im Phasenschieberbetrieb erzeugt der Generator eines Wasserkraftwerks induktive Blindleistung. Induktive Blindleistung wird von Verbrauchern im Drehstromnetz zum Aufbau von Magnetfeldern benötigt. Im Phasenschieberbetrieb bezieht der Generator elektrische Energie aus dem Stromnetz um die auftretenden Verluste zu decken. Dabei rotieren die Wasserturbine und die Pumpe leer mit.

Synonym(e):

mechanisch-elektrischer Energiewandler, Stromgenerator, Elektrogenerator

Englische Übersetzung(en):

generator