Original-Anlage nachgebaut

Ein Wasserkraftwerk im Labor - Forschung im Maßstab 1:50

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Erfolgreicher Probelauf: Die wissenschaftlichen Mitarbeiter Sascha Ries (von links) und Dr. Klaus Traubing überprüfen mit Prof. Dr. Stephan Theobald fortlaufend die Strömungsverhältnisse im nachgebauten Flusslauf. Vorne sieht man das Turbinenhaus des Modell-Kraftwerks. 

Kassel. Um den Betrieb von Wasserkraftwerken zu verbessern, haben Kasseler Forscher eine Original-Anlage im Maßstab 1:50 im Labor nachgebaut.

Die Wasserkraft nutzt der Mensch schon seit etwa 2000 Jahren. Doch noch immer ist sie ein Forschungsthema. „Wenn es um den Betrieb von Turbinen zur Erzeugung von elektrischem Strom geht, sind auf diesem Gebiet noch viele Fragen offen“, sagt Prof. Dr. Stephan Theobald, Leiter des Fachgebiets Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Kassel.

Eine dieser Fragen ist, wie man nachhaltig verhindert, dass der Fluss nach und nach unerwünschte Frachten von Sand, Steinen und Kies vor dem Einlaufbereich der Kraftwerksturbinen ablagert. Solches „Geschiebe“ kann die gleichmäßige Strömung des Wassers beeinträchtigen und somit die Leistung des Kraftwerks vermindern.

Das ist nur eine der Fragen, der die Kasseler Wissenschaftler nun unter realistischen Bedingungen im Wasserbau-Labor nachgehen werden: Sie haben das relativ neue Wasserkraftwerk Rheinfelden am Oberrhein an der Grenze zur Schweiz samt einem 400 Meter langen Abschnitt des Rheinzulaufs im Maßstab 1:50 originalgetreu nachgebaut. Während der Experimente der Forscher rauschen bis zu 250 Liter Wasser in einem stetigen Kreislauf durch das riesige Modell. Es hat eine Grundfläche von 100 Quadratmetern.

„Die Stärke dieses Modells liegt darin, dass der Durchlauf von realem Wasser die Verhältnisse sehr anschaulich macht und wir so Strömungsverhältnisse sehr genau und zuverlässig abbilden können“, sagt Theobald. Projektpartner ist der Betreiber des Kraftwerks, die Energiedienst Holding AG. „Das Unternehmen will beispielsweise wissen, ob die Sedimentablagerungen des Rheins einmal zum Problem werden können“, erklärt der Wissenschaftler.

Mit Experimenten werden die Forscher testen, wie solche unerwünschten Frachten des Flusses durch ein geändertes Betriebsreglement oder Geschiebe-Abweiser auf der Sohle des Flussbetts minimiert werden können. Diese Erkenntnisse könnten auch chinesischen Kraftwerksbauern helfen, denen die Kasseler im Rahmen eines vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekts Tipps zur Optimierung geplanter Anlagen geben.

Auch in Deutschland bestehe ein hoher Wissensbedarf für die Verbesserung von Kraftwerken, sagt Theobald. Denn viele Anlagen seien schon recht alt und müssten in den nächsten Jahren modernisiert werden. Zugleich wollen die Wissenschaftler mithilfe des naturgetreuen Nachbaus ihre Computermodelle und numerischen Methoden zur Simulation von Strömungsverhältnissen überprüfen und verbessern. Auch in der Lehre soll das Modell eingesetzt werden.

Daneben werden die Forscher unter anderem untersuchen, wie das Abflussverhalten der Wehranlagen sich mit Computermodellen abbilden lässt. Die Wehre sorgen dafür, dass ein Hochwasser durch die Staustufe abgeführt werden kann, ohne Schaden anzurichten.

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