WASSERKRAFT Regional. Ökologisch. Gut.

Technik

In Deutschland wird bis zu einer Anlagengröße von 1MW von Kleinwasserkraft gesprochen. In anderen Ländern, vor allem im alpinen Bereich, liegt die Schwelle bei 10MW.

Die Kraft des Wassers kann unterschiedlich genutzt werden. Bei der Kleinwasserkraft unterscheidet man nachfolgend aufgelistete Arten:

Laufwasserkraftwerk als Flusskraftwerk

Bei Laufwasserkraftwerken wird das Wasser nicht gespeichert. Die anfließende Wassermenge wird sofort genutzt. Dadurch wird eine gleichmäßige Stromerzeugung, rund um die Uhr, erzielt. Damit ist die Kleinwasserkraft grundlastfähig. Die täglich erzeugte Energiemenge unterliegt gewissen jahreszeitlichen Schwankungen, so kann diese z. B. im Frühjahr wegen des Schmelzwassers deutlich höher sein als im Winter.

Laufwasserkraftwerke können unterschieden werden in Flusskraftwerke und Ausleitungskraftwerke. Bei beiden Wasserkraftwerkstypen wird in den allermeisten Fällen das Wasser mit Hilfe eines Querbauwerks aufgestaut, siehe Bild 1.

Beim Flusskraftwerk wird das Wasser direkt vor dem Querbauwerk in die Turbine eingeleitet und direkt danach wieder ins Gewässer eingeführt.

Bild 1: Schema Fluss- und Ausleitungs-kraftwerk (https://www.energieagentur.nrw)
Bild 1: Schema Fluss- und Ausleitungs-kraftwerk (https://www.energieagentur.nrw)

Beim Ausleitungskraftwerk wird das Wasser in den sogenannten Oberwasserkanal abgeleitet. Dieser hält das Wasser konstant auf dem gleichen Höhenniveau wie am Querbauwerk bis das Wasser in das Turbinenhaus einfließt. Die Länge des Oberwasserkanals ist abhängig von den örtlichen Gegebenheiten. Nach der energetischen Nutzung wird das Wasser über den Unterwasserkanal dem eigentlichen Gewässer wieder zugeführt. Durch das Ableiten des Wassers beim Ausleitungskraftwerk entsteht deutlich mehr Fallhöhe welche linear zur Wassermenge in die Energieausbeute eingeht.

Pumpspeicherkraftwerk

Wasser-Speicherkraftwerke sind die wichtigsten Speicher für elektrische Energie. Sie dienen sogar oft als saisonale Speicher. Pumpspeicherkraftwerke verfügen über einen großen Wasserspeicher – beispielsweise eine Talsperre, die das Wasser über Wochen oder sogar Monate speichern kann. Hier werden die Turbinen meist größer ausgelegt, als die mittlere Zuflussmenge hergibt. Damit lassen sich dann bei entsprechendem Bedarf kurzzeitig sehr hohe Leistungen erzeugen. Ein Pumpspeicherkraftwerk kann somit binnen weinger Minuten Spitzenlaststrom erzeugen und das Netz bei Schwankungen stabilisieren und in Überschusszeiten das Wasser wieder in die Talsperre oder das Oberwasserbecken pumpen.

Trinkwasserkraftwerke

Die Trinkwasserkraftwerke stellen einen Sonderfall dar. Bei Trinkwasserkraftwerken wird der überschüssige Druck in Trinkwasserleitungen mit Hilfe von Turbinen oder rückwärtslaufenden Pumpen energetisch genutzt.

 

Kleinwasserkraftanlagen

Als Wasserturbinen werden üblicherweise Maschinen bezeichnet, die dem durchfließenden Wasser die Bewegungsenergie mittels eines Laufrades entziehen und diese Energie über Wellen sowie möglicherweise Getriebe durch einen Generator in elektrischen Strom umwandelt. Eine Möglichkeit ist auch die direkte Verwendung der Rotationsenergie zum Antrieb von Mühlen, Sägen oder Hämmern, welche jedoch heute in den Hintergrund getreten ist.

Bei der Auswahl des jeweiligen Maschinentyps ist es von besonderer Bedeutung, dass die planerischen Grundlagen wie Lage, nutzbarer Durchfluss, nutzbare Fallhöhe oder eventuell schon vorhandene Bauelemente, wie Triebwerkskanal oder Krafthaus, möglichst exakt erfasst sind.

Bild 2:  Einsatzbereich verschiedener Wasserturbinen und Leistungsgrößen in Abhängigkeit von Fallhöhe [m] und Wasserstrom [m³/s] (ATV-DVWK, 2004)
Bild 2:  Einsatzbereich verschiedener Wasserturbinen und Leistungsgrößen in Abhängigkeit von Fallhöhe [m] und Wasserstrom [m³/s] (ATV-DVWK, 2004)
Die Kenntnis über Typ und Einsatzbereich der Turbinen ist auch deshalb wichtig, weil in den wenigsten Fällen nur genau ein Turbinentyp in Frage kommt. Vielmehr ist es so, dass sich die Einsatzbereiche teilweise stark überschneiden und es von einzelnen Faktoren abhängt, welches Aggregat schließlich ausgewählt wird (siehe Bild 2).

Turbinen werden hinsichtlich ihrer Betriebsweise nach DIN 4320 zwischen Gleichdruck- und Überdruckturbinen unterschieden.

Hier kann getrennt werden in die Abhängigkeit von Fallhöhe und Leistung unterschiedlicher Turbinen, sowie die Abhängigkeit zwischen dem nutzbaren Wasserstrom und der Fallhöhe. Bild 2 zeigt, welche Turbinenart bei der Kleinwasserkraft zur Anwendung kommen kann. Zu nennen sind hier Pelton- und Durchströmturbinen im Gleichdruckbereich, sowie Francis- und Kaplanturbinen im Überdruckbereich, auf die nachfolgend noch näher eingegangen wird. Mittlerweile konnten sich in der Wasserkraft außer den Turbinen auch die Wasserkraftschnecken durchsetzen.

Gleichdruckturbinen

Bei der Gleichdruckturbine ist an der Auslaufkante der Strömungsmaschine kein Unterdruck vorhanden. Es gibt bei dieser Bauweise keinen Saugschlauch, der durch eine Verengung des Fließquerschnitts hinter der Turbine die Geschwindigkeit des Mediums erhöht und somit für einen Unterdruck in dem Turbinengehäuse sorgt. Das genutzte Wasser tritt an der Auslaufkante ins Freie, wo ausschließlich der atmosphärische Druck herrscht.

Bei niedrigen Fallhöhen strömt das Wasser direkt auf das Laufrad der Turbine, während im alpinen Raum und bei großen Fallhöhen Düsen zur Anwendung kommen, die das Wasser dem Laufrad zuführen.

Damit das Wasser nach der Benutzung frei abfließen kann, und weil die Austrittsgeschwindigkeit aus der Turbine wesentlich größer ist als die im freien Abfluss, ist es bei der Gleichdruckturbine unbedingt erforderlich, dass das Laufrad nicht mit dem Unterwasser in Kontakt kommt. Dies muss als Nachteil gewertet werden, da dadurch zusätzlich etwas der oft schon geringen Fallhöhe eingebüßt wird.

Gleichzeitig sind diese Aggregate dadurch gekennzeichnet, dass nur jeweils ein Teil des Laufrades mit dem Wasser in Berührung ist. Zu den Gleichdruckturbinen gehören Peltonturbinen und Durchströmturbinen. Aber auch Wasserräder müssen hier genannt werden.

Peltonturbine
Bild 3: Peltonturbine mit zwei Düsen (von König, Jehle, 2005)
Bild 3: Peltonturbine mit zwei Düsen (von König, Jehle, 2005)

Peltonturbinen finden Ihre Verwendung bei geringen Wassermengen, meist weniger als 1 m³/s, mit gleichzeitig großen nutzbaren Fallhöhen.

Dies ist im Allgemeinen im alpinen Raum, aber auch teilweise in Mittelgebirgsregionen der Fall. Der Aufbau dieses Turbinentyps sieht vor, dass das Triebwasser aus einer Druckleitung durch 1- 2 (selten 3 oder 4), Düsen mit verstellbaren Austrittsöffnungen als Wasserstrahl auf das mit Schaufeln besetzte Laufrad trifft, siehe Bild 3. Im Bereich der Kleinwasserkraft kommt diese Art der Turbinen vor allem als Freistrahlturbine mit horizontaler Welle, je nach Wassermenge als Einfachturbine oder als Zwillingsturbine mit zwei Laufrädern auf einer Welle vor. Die Druckrohrleitung endet in Düsenrohren, an deren Ende sich die Düsennadeln zur Regulierung des Durchflusses befinden.

Um die hydraulischen Verluste infolge der hohen Geschwindigkeiten möglichst gering zu halten, sind solche Düsen mittlerweile nahezu optimal ausgebildet und erreichen Wirkungsgrade von 98- 99 %. Man bezeichnet solche Turbinen deshalb auch als düsengeregelte Turbinen.

Ausgesprochen wichtig bei den Peltonturbinen ist es, das Triebwasser nahezu vollständig von Geschiebe und Schwebstoffen zu reinigen, da es aufgrund von feinen Quarzsanden und den hohen Geschwindigkeiten schnell zu erheblichen Schäden kommen kann.

Laufrad und Düse sind vom Turbinengehäuse umschlossen, welches so geschaffen sein muss, dass das von den Schaufeln zurück spritzende Wasser nicht wieder auf das Laufrad zurück gespritzt wird und dadurch ein Abbremsen verhindert wird.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen muss sichergestellt sein, dass das Laufrad zu keiner Zeit ins Unterwasser eintaucht, selbst wenn dabei geringe Fallhöhenverluste in Kauf genommen werden müssen. Außerdem sollte der Turbinenraum des Krafthauses ausreichend belüftet sein.

Durchströmturbine

Die Durchströmturbine, die auf eine Entwicklung des Ungarn Bánki und des Engländer Michell zurückzuführen ist und später durch den deutschen Ossberger weiterentwickelt wurde, galt Jahrzehnte lang als die einzig sinnvolle Turbine für Kleinwasserkaftanlagen. Sie ist in ihrer Funktionsweise dem Wasserrad sehr ähnlich und kommt für nutzbare Durchflüsse Qnutz von 0,025 bis etwa 13 m³/s und Fallhöhen von ca. 1- 200 m in Frage. Wobei Leistungen bis etwa 1.000 kW erzielt werden können.

Das zuströmende Wasser, hier meist aus einem Triebwerkskanal, wird durch Profilleitschaufeln geteilt und dem Laufrad zugeführt.

Bei niedrigen Fallhöhen dienen diese Leitschaufeln nicht nur dazu, das Wasser zu führen, sondern vielmehr als Steuerorgan, oder im Revisions- oder Störungsfall sogar als Absperrorgan. Bei größeren Fallhöhen ist für den Totalverschluss jedoch ein gesondertes Absperrorgan vorzusehen. Der durch den Leitapparat entstandene freie Strahl trifft auf das walzenförmige Laufrad und durchquert dieses zunächst von außen nach innen.

Nachdem es die Mitte des Laufrades durchquert hat, trifft es auf die gegenüberliegenden Laufradschaufeln, womit es seine Energie sozusagen in zwei Schritten vollständig abgibt. Die Weiterentwicklung des deutschen Ossberger ist vor allem durch die bessere Regulierung bei stark schwankenden Abflüssen gekennzeichnet.

Ossberger kam auf die Idee, Leit- und Laufrad mittels des Leitapparates im Verhältnis 1:2 zu unterteilen, um ein gutes Teillastverhalten zu erreichen. Bei geringem Abfluss wird nur die kleine, bei mittleren Wassermengen nur die große und bei Volllast beide Zellen verwendet.

Bild 4: Durchströmturbine (Strobel, Zunic, 2006)
Bild 4: Durchströmturbine (Strobel, Zunic, 2006)

Ein großer Vorteil von Durchströmturbinen ist die einfache Bauart. Es wird keine Einlaufspirale benötigt und die Lagerung der horizontalen Welle ist einfach, da aufgrund der Form der Laufradschaufeln nicht mit großen axialen Kräften zu rechnen ist, siehe Bild 4. Auch Treibgut stellt kein besonderes Problem dar, da sich das Laufrad konstruktionsbedingt selber reinigt.

Als Nachteil ist lediglich der im Vergleich zu anderen Turbinen geringere Wirkungsgrad von nur etwa 85 % bei Volllast zu nennen, wobei im Teillastbereich oftmals, ähnlich wie bei Kaplanturbinen, beachtliche Ergebnisse erzielt werden können.

Überdruckturbinen

Laufräder von Überdruckturbinen werden vollständig von dem zufließenden Wasser umströmt. Sie hängen nicht über dem Unterwasser, sondern tauchen vollständig in dieses ein und erfahren dort einen gewissen Gegendruck. Oberhalb des Laufrades herrscht somit ein höherer Druck als unterhalb.

Die Druckhöhe, die sich von dem Oberwasserspiegel bis zur Laufschaufelkante aufbaut, wird erst im Laufrad in Geschwindigkeit und Arbeit umgesetzt. Wobei der Strömung nach dem Passieren des Laufrades noch eine erhebliche Restgeschwindigkeit bleibt, die benötigt wird, um das Wasser abzuführen, damit neues nachströmen kann. Bei der Überdruckturbine ist in der Regel eine effektive Ausnutzung des Wassers nur durch den Einsatz von so genannten Saugrohren oder, bei größeren Anlagen, auch Saugschläuchen möglich.

Durch die Verbreiterung des Saugrohres oder -schlauches kann nach dem Laufrad die Strömung im Saugschlauch vermindert werden. Damit erhält man die sogenannte Fallhöhenrückgewinnung, so dass tatsächlich die gesamte Fallhöhe zwischen Ober- und Unterwasser energetisch genutzt wird.

Zu den im Kleinwasserkraftbereich am häufigsten eingesetzten Turbinen gehört die vom Engländer Francis entwickelte und nach ihm benannte Francis-Turbine. Aber auch Kaplanturbinen und Rohrturbinen kommen oft zum Einsatz.

Kaplanturbine

Der Einsatzbereich der um 1913 von Viktor Kaplan entwickelten Turbine liegt zwischen Fallhöhen von 2- 50 m und Wassermengen von meist weniger als 300 m³/s. Kaplanturbinen sind doppelt reguliert, das heißt, dass neben den Leitschaufeln, wie beispielsweise bei den Francis- Turbinen, auch die Laufradschaufeln zur Regulierung benutzt werden können. Sie sind deshalb drehbar im Turbinenkörper gelagert und können, je nach Strömungsbedingung in einen optimalen Anstellwinkel gebracht werden.

Bild 5: Laufrad einer Kaplanturbine im offenen und geschlossenem Zustand (von König, Jehle, 2005)
Bild 5: Laufrad einer Kaplanturbine im offenen und geschlossenem Zustand (von König, Jehle, 2005)

Dies hat den Vorteil, dass sie über einen großen Beaufschlagungsbereich gute Wirkungsgrade erreicht. In ihrer Funktionsweise und ihrem Aussehen ähneln sie, wie Bild 5 zeigt rückwärts gerichteten Schiffsschrauben.

Bei kleineren Anlagen wird der Einlauf in Form eines konstruktiv sehr einfachen Einlaufschachtes ausgeführt. Bei größeren Anlagen werden in der Regel Spiralgehäuse aus Stahl oder Stahlbeton eingebaut, die dem Wasser den nötigen Drall versetzen und für einen gleichmäßigen Zufluss sorgen sollen.

Das Wasser wird dem Laufrad axial zugeführt, wobei die Leitschaufeln die Richtung des Wassers positiv beeinflussen und es auf die Laufradschaufeln leiten.

Bild 6: Kaplanturbine mit vertikaler Welle (Strobel , Zunic , 2006)
Bild 6: Kaplanturbine mit vertikaler Welle (Strobel , Zunic , 2006)

Neben der Aufgabe als Regelorgan können die Leitschaufeln auch die Funktion des Absperrorgans erfüllen, was den Einsatz eines zusätzlichen Absperrorgans neben dem Notverschluss überflüssig macht.

Trifft das Medium dann auf die Laufradschaufeln, wird entsprechend des Schaufelprofils und des Anstellwinkels eine Rotation des Laufrades bewirkt. Die Welle, auf der das Laufrad gelagert ist, überträgt die so entstandene Rotationsbewegung auf den Generator, wobei es gerade bei kleinen Anlagen zweckmäßig ist, die Generatordrehzahl durch die Getriebe zu erhöhen.

Wie oben bereits erwähnt, ist am Laufradaustritt ein Saugrohr installiert, welches mit den genannten Eigenschaften für die Optimierung der Energieausbeute sorgt, siehe Bild 6.

Rohrturbine

Das Besondere bei der Rohrturbine ist, dass der Einlaufschacht, die Turbine und der Saugschlauch nahezu auf einer Achse liegen. Die Welle ist dann horizontal oder leicht zur Horizontalen geneigt eingebaut. Der Vorteil der Anordnung der einzelnen Elemente ist, dass das zuströmende Wasser seine Fließrichtung nicht ständig ändern muss, was eine höhere Energieausbeute ermöglicht. Für die Kleinwasserkraftanlage hat diese Bauweise den Vorteil, dass der Platzbedarf geringer ist. Damit verringern sich in der Regel auch die Baukosten. Außerdem ist eine gestalterisch schönere und auch landschaftsgerechtere Flachbauweise möglich.

Bild 7: Schema einer Kaplan- S- Turbine (von König, Jehle, 2005)
Bild 7: Schema einer Kaplan- S- Turbine (von König, Jehle, 2005)

Bei größeren Anlagen sitzt das Maschinengehäuse mit Generator und den nötigen Kühl- und Schmiereinrichtungen unmittelbar hinter dem Laufrad im Rohr.

Bei den im Kleinwasserkraftbereich eingesetzten S- Rohrturbinen ist dies nicht der Fall. Bei der S-Turbine befindet sich das Laufrad in einem Rohrgehäuse, welches direkt anschließend als S- förmiger Saugschlauch ausgebildet ist, siehe Bild 7. Diese Bauweise ermöglicht es, die horizontale oder leicht geneigte Welle ohne Umlenkung durch die Saugrohrwand hindurchzuführen, wo sie außerhalb den Generator antreibt.

Francis-Schacht-Turbine

Francis-Turbinen sind radial von außen nach innen durchströmte und axial ausströmende Überdruckturbinen, bei denen dem zufließenden Wasser die Strömungsenergie durch das Umlenken des Mediums mittels gekrümmter Schaufeln entzogen wird. Das Wasser verlässt die Turbine danach rechtwinklig zum Eintritt. Die Anordnung der Welle kann sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen wobei bei reinen Schacht- Turbinen in der Regel eine horizontale Welle eingebaut wird, siehe Bild 8.

Bild 8: Schema einer Francis- Schacht- Turbine (Giesecke, Mosonyi, 2003)
Bild 8: Schema einer Francis- Schacht- Turbine (Giesecke, Mosonyi, 2003)

Die Francis-Schacht-Turbine kommt in der Kleinwasserkraft vor allem im Bereich von Fallhöhen bis zu 5 m und verhältnismäßig konstanten Wassermengen zum Einsatz. Die Konstanz der Abflüsse ist deshalb von großer Bedeutung, weil die Schaufeln am Laufrad starr und unbeweglich sind und ein Ausrichten nach dem Zufluss nicht möglich ist.

Die Turbine braucht etwa 20 % der Ausbauwassermenge QA um anlaufen zu können. Der Wirkungsgrad nimmt dann mit wachsender Beaufschlagung stark zu, bis er schließlich bei der Ausbauwassermenge am größten ist und die Turbine mit Volllast fährt.

Neben den geringen Fallhöhen sind diese Turbinen durch einen geringen oder maximal mittleren Druck gekennzeichnet, was automatisch auch zu einer relativ niedrigen Drehzahl führt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Abmessungen eines solchen Aggregats wesentlich größer sind, sodass der Einbau in einen Schacht den Vorteil hat, dass Turbinen dieser Größe ohne die ansonsten sehr kostenintensiven Spiralgehäuse auskommen.

Zwar hat das Fehlen der Einlaufspirale einen geringeren Wirkungsgrad zur Folge, doch kann der Verlust von 2-3 % durch die sinkenden Investitionskosten kompensiert werden. Die Schachtturbinen werden lediglich mit dreh- und somit steuerbaren Leitschaufeln, Laufrad und Saugschlauch, bzw. Saugrohr, welche unterschiedlichste Formen aufweisen können, hergestellt. Regulieren lässt sich die Turbine nur durch die verstellbaren Leitschaufeln, die je nach Neigung mehr oder weniger Wasser auf das Laufrad zuströmen lassen.

Die sich drehende Welle überträgt die Rotationsenergie auf einen Generator, der meist unmittelbar über dem Schacht im Krafthaus zu finden ist.

Francis-Spiral-Turbine:
Bild 9: Francis- Spiral- Turbine in waagrechter Ausführung (Strobel, Zunic, 2006)
Bild 9: Francis- Spiral- Turbine in waagrechter Ausführung (Strobel, Zunic, 2006)

Anders als die Schacht-Turbine wird die Spiral-Turbine von Francis hauptsächlich im Hochdruckbereich bei größeren Fallhöhen bis etwa 300 m eingesetzt. Im Bereich der Kleinwasserkraft bedeutet dies meist geringe Wassermengen von teilweise unter 1 m³/s. Der Einsatz dieser Turbinen wird durch ein Spiralgehäuse ermöglicht, das im Fall von kleinen Anlagen meist aus Stahl besteht und entweder kraftschlüssig am Boden des Turbinenkellers verankert oder sogar in diesen einbetoniert ist. Das Wasser wird über eine Druckrohrleitung, oder falls ein Freispiegelkanal der Turbinenlage vorausgeht mindestens ein kurzes Rohrstück, dem Spiralgehäuse zugeführt. Das Spiralgehäuse bedingt durch seine spezielle Form, dass das Wasser bereits eine starke Rotation erfährt, damit bei geringer Beaufschlagung die Turbine anlaufen kann. In Bild 9 wird die Funktionsweise einer Francis- Spiral-Turbine verdeutlicht.

Bei der Schacht-Turbine sitzt wie auch bei der Spiral-Turbine ein Leitrad mit Leitschaufeln vor dem eigentlichen Laufrad, welches die Wassermenge, die auf das Laufrad trifft, reguliert. Bei Francis Spiral-Turbinen, die bei Kleinwasserkraftanlagen eingesetzt werden, liegt die Welle meistens horizontal. Die Turbine wird von außen radial angeströmt. Das Wasser erfährt durch das Laufrad eine Umlenkung um etwa 90°, wodurch ihm die Energie teilweise entzogen wird und es strömt axial aus dem Aggregat aus.

Die bestmögliche Ausnutzung der Energie ist auch bei Antriebsmaschinen mit Spiralgehäuse nur durch einen am Austritt der Turbinen angeordneten Saugschlauch, bei kleineren Aggregaten auch einem Saugrohr, möglich.

Bild 11: Wasserkraftschnecke (Julia Neff, WKA Mühlen)
Bild 10: Wasserkraftschnecke (Julia Neff, WKA Mühlen)

Als Archimedische Schraube ist die Wasserförderschnecke seit der Antike bekannt. Ihre Erfindung wird dem griechischen Mathematiker, Physiker und Ingenieur Archimedes von Syrakus zugeschrieben. Neu ist das patentierte Verfahren durch energetische Umkehrung ihres Prinzips, eine Kraftmaschine zur Energieerzeugung herstellen zu können, siehe Bild 10.

Im Gegensatz zu einer Turbine ist der bauliche Aufwand einer Wasserkraftschnecke deutlich geringer. Selbst minimale Wasserkraftpotentiale ab 1 kW Leistung können genutzt werden. Außerdem sind schwankende Wassermengen und Wasserstände im Ober- und Unterwasserbereich für den Wirkungsgrad nur unwesentlich und haben keinen Einfluss auf die Funktion der Wasserkraftschnecke und deren Betrieb.

Die Leistung der Wasserkraftschnecken ist allerdings beschränkt. Sie liegt maximal etwa bei 300 kW. Sie eignet sich besonders zur Nutzung des Klarwasserauslaufes an Kläranlagen ebenso wie zur Sanierung von kleineren Turbinenanlagen, defekten Wasserrädern, ehemaligen Bewässerungswehren, an Standorten an denen schon kleine Schwellen bestehen oder als Restwasserschnecke.

 

Oberschlächtige Mühlräder

Beim oberschlächtigen Mühlrad tritt das Wasser im Zenit des Rades ein, also ganz oben. Der Anwendungsbereich von oberschlächtigen Mühlrädern ist bei einem Gefälle von 2,5 – 10 m und einer Wassermenge von 100 – 2.500 l/s. Die Vorteile des Rades sind, dass eine Wasserstandsregelung nicht notwendig ist, ein minimaler Wartungsaufwand sowie ein guter Teillastwirkungsgrad besteht und die Technik sehr zuverlässig und robust ist. Heute wird das Rad hauptsächlich aus Cortenstahl hergestellt.

Mittelschlächtige Mühlräder
Bild 10: Mittelschlächtige Wasserrad (www.zellenrad.de, Dezember 2008)
Bild 11: Mittelschlächtige Wasserrad (www.zellenrad.de, Dezember 2008)

Beim mittelschlächtigen Mühlrad tritt das Wasser unterhalb der Welle in das Rad ein, siehe Bild 11.

Der Einsatzbereich des mittelschlächtigen Mühlrades ist bei einem Gefälle von 1 – 3 m und einer Wassermenge von 500 – 7.000 l/s möglich. Die Besonderheiten sind, ein großes Schluckvermögen bei kleiner Einbaubreite, geringe Baukosten im Vergleich zu Turbinenanlagen, Wasserstandsregelungen sind möglich und das Mühlrad hat einen hohen Wirkungsgrad.

Unterschlächtige Mühlräder

Unterschlächtige Mühlräder sind wegen der simplen Bauweise die ältesten Wasserräder die es gibt. Hier fließt das Wasser unten am Rad durch und treibt dieses dadurch an. Das unterschlächtige Mühlrad eignet sich besonders für geringe Gefälle.