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Das „all-in-one“ Kleinstwasserkraftwerk

Zwei Nachwuchsingenieure erhielten die Gelegenheit, auf der Tagung des Vereins Kleinwasserkraft Österreich 2023 ihren innovativen Ansatz vorzustellen: Ein mobiles Kleinstwasserkraftwerk, das nicht nur effizient und umweltfreundlich ist, sondern auch kostengünstig und flexibel eingesetzt werden kann. Das Duo führte die Zuhörer*innen durch die gesamte Entstehung ihres Projekts – angefangen bei der initialen Idee als Matura- bzw. Abiturprojekt, über die Konzeptionierung bis hin zum Bau und Testbetrieb des ersten Prototyps. Dieser wurde in kompletter Eigenfertigung und ausschließlich durch das Engagement der Beiden entwickelt. Mittlerweile wurde das Kraftwerk mehrfach ausgezeichnet – unter anderem mit dem Bosch Innovationspreis, dem Energy Globe Award Österreich, dem Young Austrian Engineers Contest und dem Sieg beim Smart Up Bewerb der Salzburger Nachrichten. Darüber hinaus haben sie ihr mobiles Kleinstwasserkraftwerk, mit allen Sonderlösungen, zum Patent angemeldet.

Komplettlösung im Europaletten-Format

Das „All-in-one“ Kleinstwasserkraftwerk präsentiert sich als Komplettlösung im Europaletten-Format. Bedingt durch seine kompakte Leichtbauweise ist es mobil und kann von nur zwei Personen aufgestellt und in Betrieb genommen werden. Betonbauten oder Erdbewegungen am Einsatzort sich nicht notwendig. Die Plug-and-Play-fähige Technologie eröffnet die Möglichkeit, überall dort Strom zu erzeugen, wo eine Wasserquelle vorhanden ist – egal ob durch die Nutzung eines natürlichen Gewässers, von Trinkwasser oder auch von Prozesswasser in der Industrie. Dank seiner Modulbauweise kann die dritte Kraftwerksgeneration (mit Peltonturbine) an verschiedenste Durchflussleistungen und Fallhöhen angepasst werden. Um volle Flexibilität zu gewährleisten, können durch eine höhenverstellbare Triebwassereinheit verschiedene Laufräder zum Einsatz kommen. Eine Regelung der Durchflussmenge erfolgt im Betrieb (ohne konventionelle Nadeldüse) mittels eines angepassten Motorschiebers. Eine größere Anpassung kann über einen unkomplizierten Tausch der Düse vorgenommen werden. Dank des integrierten Unterwasserbeckens kann das abgearbeitete Triebwasser aus dem Kraftwerk per Schlauch abgeleitet werden. Ein Einsatz ist somit auch in Innenräumen möglich. Mit Engpassleistungen von (vorerst) bis zu 5 kW und der Option eines erweiterbaren Batteriespeichers mit Notstromfunktion sowie der möglichen Kombination mit Photovoltaik-Modulen, ist das Kleinstwasserkraftwerk vielseitig einsetzbar. Es ermöglicht über einen Hybridwechselrichter einen Insel- und/ oder Einspeisebetrieb, ein Einsatz in Gebieten ohne Infrastruktur ist somit ebenfalls möglich. Sollte im Inselbetrieb ein Erzeugungsüberschuss entstehen, kann dieser auch zur Brauchwassererwärmung genutzt werden.

Zusätzlich verfügt das Kraftwerk über eine vollautomatisierte Steuerung. Eine intuitive Visualisierung ermöglicht eine einfache Bedienbarkeit und schnelle Übersicht über alle relevanten Betriebsdaten, wie z.B. Drehzahl, Druck, Temperaturen, Leistungen und Pegelstände. Die Steuerung ist auch aus der Ferne, bequem vom Smartphone oder PC aus, möglich. 

Das Kraftwerk könnte nicht nur eine nachhaltige Energiequelle für Privatpersonen werden, sondern auch für Unternehmen und Gemeinschaften in entlegenen Gebieten eine zuverlässige und dezentrale Stromversorgung darstellen. Mit der Alternative, Baugruppen einzeln zu beziehen, ist es auch für Almhütten, Jagdhütten usw. interessant. Dies senkt zum einen die Kosten für Bau und Betrieb und erhöht gleichzeitig die Flexibilität.

Aktuelle Entwicklungen

Nach ersten Feldversuchen im Zuge der Testung des Prototyps, wurden auch diverse Verbesserungen in Bezug auf Montage- und Transporthilfen angestrebt. Dadurch entstanden diverse Aufstellrahmen, welche bei verschiedensten Hangneigungen und Untergründen die Standsicherheit garantieren. Für Transporte wurden unter anderem eine Transport- und Hebetraverse sowie ein Schlitten konstruiert. 

Im Zuge der Optimierungsarbeiten baute das Entwicklerduo auch einen Kraftwerksprüfstand. Dieser ermöglicht es, das Kraftwerk indoor mit einem abgeschlossenen Wasserkreislauf unter Druck zu testen. Wie das Kraftwerk selbst ist auch dieser vollautomatisiert. Des Weiteren wird aktuell an der Einbindung mehrerer Kraftwerke in eine Gruppensteuerung gearbeitet. Dies ermöglicht einerseits Skalierbarkeit und andererseits die Benutzerfreundlichkeit beim Einsatz mehrerer Kraftwerke.

Was die Zukunft bringt

Auf längere Sicht stehen die weitere Optimierung und Anpassbarkeit des Kraftwerks im Mittelpunkt. Dazu gehört die Entwicklung einer Version mit anderem Turbinentyp, eine manuelle Ausführung als reine Inselnetzanlage (IT-Netz) und die Steigerung der Effizienz und Leistungsfähigkeit, um den stetig wachsenden Anforderungen des Energiemarktes gerecht zu werden. Um sicherzustellen, dass das Kraftwerk auch allen Standards in Bezug auf Sicherheit, Normen und Richtlinien entspricht, werden in Zukunft noch verschiedene Gutachten und Zertifizierungen angestrebt. Im Sommer 2024 steht für das Duo erst einmal die Firmengründung der Firma BU-Maschinenbau im Vordergrund. Im Anschluss folgen der Bau, Vertrieb und weitere Tests einiger Kleinstwasserkraftwerke der dritten Generation.

Fazit

Abschließend lässt sich festhalten, dass die Entwicklung dieses Kleinstwasserkraftwerks einen vielversprechenden Weg für die Zukunft der dezentralen Energieerzeugung aus Wasserkraft aufzeigt. Eine kleine grüne Revolution, welche die Tür zu einer nachhaltigen Energiezukunft für alle öffnet, und die Nutzung unseres Wasserschatzes auch im Kleinen ermöglichen soll. In Anbetracht dieser Möglichkeit und der dazu noch weitgesteckten Ausbauziele der erneuerbaren Energien, wäre es da nicht von großer Bedeutung über eine Art „Balkonkraftwerk der Wasserkraft“ nachzudenken? Die Vereinfachung von Auflagen und Genehmigungsverfahren für derartige Kleinstwasserkraftwerke könnte einen bedeutenden Beitrag zur Förderung nachhaltiger Energiequellen und auf dem Weg zu einer effizienten und umweltfreundlichen Energiezukunft leisten.Autoren: Dominic Unterkirchner / Christian Bodenstein; BU Maschinenbau

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