Wien (pts013/17.10.2019/10:15) – 2019 jährt sich die erste Turbineninstallation des großen österreichischen Erfinders Viktor Kaplan zum hundertsten Mal. Aus diesem Anlass organisiert die Viktor Kaplan Gesellschaft am 7. November in Palais Hansen Kempinski Wien ein Symposium zu den „Schlüsselfaktoren für bahnbrechende Innovationen heute“ (Anmeldungen unter office@travelindustryclub.at). Doch was macht die historische Bedeutung der Kaplanturbine so bedeutsam?

Die Wasserkraft erfreut sich heute – in Zeiten des fortschreitenden Klimawandels – ungebremster Beliebtheit. Sie gilt im Gegensatz zu Atom- und Kohlekraftwerken als saubere, umweltfreundliche Energieform und als ideale Option, den stetig wachsenden Energiehunger zu stillen, ohne gleichzeitig die Klimabilanz zu verschlechtern. Die Stromerzeuger unternehmen daher enorme Anstrengungen, um die ökologische Nachhaltigkeit der Wasserkraftnutzung immer weiter zu verbessern.

Dabei ist die Wasserkraft eine uralte Technologie, die schon bei den Chinesen vor 5.000 Jahren zum Einsatz kam. Im Zweistromland und im alten Ägypten erfolgte die Bewässerung der Felder vor 4000 Jahren mit Wasserschöpfrädern. Die Griechen erfanden die archimedische Schraube. Vom Mittelalter bis zur beginnenden Industrialisierung wurde die Wasserkraft für Öl- und Getreidemühlen genutzt und hat damit erst die Versorgungssicherheit der wachsenden Bevölkerung ermöglicht.

Mit dem Aufkommen moderner Wasserturbinen und Generatoren Anfang des 20. Jahrhunderts konnte nicht nur der wachsende Strombedarf weltweit gestillt werden, in Österreich trugen die in der Nachkriegszeit gebauten Laufkraftwerke an den großen Flüssen wie Donau, Drau und Mur sogar erheblich zur Beschleunigung der Industrialierung und damit zum „Wirtschaftswunder“ und Wohlstand bei. So konnten auch die materiellen Kollateralschäden des Krieges rasch beseitigt werden.

Wohlstand durch Kaplan

Experten beurteilen die Erfindung der Kaplanturbine daher als „großen Wurf“ für die forcierte Industrialisierung und als Grundstein für das moderne Leben. Ybbs-Persenbeug und Kaprun etwa bilden aber nicht nur technische Meilensteine in der Elektrifizierung der Zweiten Republik, sie prägten auch die österreichische Identität und schrieben die wirtschaftliche Erfolgsgeschichte des Wiederaufbaus. Viktor Kaplan selbst trug dabei wesentlich dazu bei, Österreichs Ruf als „Land der Erfinder“ zu festigen.

Ein großer Teil der weltweit laufenden Wasserturbinen und rund zehn Prozent der weltweiten Stromerzeugung basieren auf Kaplans Patenten. In Österreich trägt die Wasserkraft etwa 60 Prozent zur Gesamtstromerzeugung bei, davon kommen 70 Prozent wiederum aus Kaplanturbinen. Die Erfindung der Turbine und ihre inzwischen weltweite Verwertung kann daher in ihrer historischen Tragweite nicht hoch genug eingeschätzt werden.

Die Kaplanturbine heute

Bei der Kaplanturbine handelt es sich um eine Niederdruckturbine für große Wassermengen bei geringem bis mittlerem Gefälle (bis circa 80 Meter). Sie kann der jeweiligen Wassermenge durch verstellbare Schaufeln am Laufrad und am Leitkranz angepasst werden. Dadurch ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad auch bei geringer Wassermenge. Die Turbine zeichnet sich durch eine hohe spezifische Drehzahl (wichtig für den Antrieb von Generatoren) und Unempfindlichkeit gegen Verunreinigungen im Wasser (Sand, Schlamm, Holz, etc.) aus.

Die Kaplanturbine ist dabei nur eine der drei gängigen Hauptturbinentypen im Bereich der Wasserkraftnutzung: Die ältere Francisturbine des Engländers James Francis, geeignet für mittlere bis große Wassermengen und mittlere Gefälle, wurde vor allem in Deutschland durch die Firma Voith in Heidenheim weiterentwickelt. Leston Peltons Erfindung der Freistrahlturbine (USA) wurde bereits 1880 patentiert. Diese Turbine, die für kleine bis größere Wassermengen und bis zu sehr großen Fallhöhen geeignet ist, wurde ebenfalls ein Verkaufsschlager.

Funktionsweise der Kaplanturbine

Kaplanturbinen ähneln Schiffsschrauben und weisen mehrere asymmetrisch gebogene bewegliche Schaufeln auf. Dadurch können sie sich optimal auf schwankenden Druck und Fließgeschwindigkeiten einstellen. Die Turbine wird in Achsenrichtung vom Wasser durchströmt. Flussaufwärts ist der Druck auf einer Seite der Turbine höher als auf der anderen Seite. Dieser Druck lässt die Kaplanturbine rotieren und die Strömungsenergie des Wassers in Rotationsenergie umwandeln.

Die Kaplanturbine ist auf niedrigen Druck und große Wassermengen ausgelegt und typisch für große Flusskraftwerke. Bei mittleren Gefällen werden Francis-, bei großen Gefällen Pelton-Turbinen verwendet. Weltweit durchsetzen konnte sich die Erfindung nach dem Bau des schwedischen Großkraftwerks Lilla Edet (1925).

Anlagen mit großen Kaplanturbinen (Auswahl) >> Wolgakraftwerk Saratov, ges. 1360 MW, Laufraddurchmesser bis 10 m >> Tocoma Dam Power Plant (Venezuela), 2160 MW, 10 K-Turbinen, 8,6 m Laufraddurchmesser >> China, weltweit größter Wasserkraftnutzer, viele große Kaplanturbinen (kleinste bis mittlere Kaplanturbinen im Internet-Versand Alibaba) >> Gezeitenkraftwerke mit Kaplan-Rohrturbinen, z.B. in Saint-Malo, Frankreich 1966 oder in Südkorea 2011, je ca. 250 MW.

Anmeldungen zum Symposium: office@travelindustryclub.at

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