Wie bereits auf der Übersichtsseite zum Thema Wasserkraftwerke aufgeführt lässt sich die Energiegewinnung durch Wasserkraft durch ganz unterschiedliche Kraftwerkstypen umsetzen. In Artikel werden die verschieden Typen und die Herkunft der verschiedenen Wasserturbinen genauer betrachtet.
Francis-Turbine
Die Francis-Turbine ist die häufigste und vielseitigste Art von Wasserturbine. Sie wurde von James B. Francis im 19. Jahrhundert entwickelt. Diese Turbinenart eignet sich für einen breiten Bereich von Wassermengen und Fallhöhen und wird daher in vielen Wasserkraftwerken auf der ganzen Welt eingesetzt. Die Turbine besteht aus einem spiraligen Gehäuse, in dem sich ein Laufrad mit verstellbaren Leitschaufeln befindet. Das Wasser strömt radial in die Turbine ein und wird durch die Leitschaufeln geleitet, um die Energie auf das Laufrad zu übertragen. Die Drehbewegung des Laufrads wird dann auf den Generator übertragen, um elektrische Energie zu erzeugen.
Kaplan-Turbine
Die Kaplan-Turbine wurde von Viktor Kaplan im frühen 20. Jahrhundert entwickelt und ist besonders effizient in Wasserkraftwerken mit niedriger Fallhöhe und hohem Wasserdurchfluss. Diese Turbinenart ähnelt in gewisser Weise der Schiffsschraube. Sie besteht aus einem senkrechten Achsenlaufrad und verstellbaren Schaufeln, die den Turbinenwirkungsgrad optimieren. Die Schaufeln können je nach Wasserfluss und -druck verstellt werden, um eine maximale Energieausbeute zu erzielen. Kaplan-Turbinen sind ideal für Flüsse und Gebiete mit großen Wassermengen und relativ niedrigen Gefällen.
Pelton-Turbine
Die Pelton-Turbine wurde von Lester Allan Pelton im späten 19. Jahrhundert entwickelt und ist besonders gut geeignet für Wasserkraftwerke mit hohen Fallhöhen und geringem Wasserdurchfluss. Sie besteht aus einer oder mehreren doppelseitigen Schaufeln, die in einem Winkel von 160 Grad montiert sind. Das Wasser wird in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls auf die Schaufeln geleitet, wodurch es eine kinetische Energieübertragung auf das Laufrad gibt. Das Besondere an der Pelton-Turbine ist ihre Fähigkeit, auch bei niedrigen Wassermengen effizient zu arbeiten, was sie für alpine Regionen oder Gebiete mit geringem Wasserangebot geeignet macht.
Schrauben-Turbine
Die Schrauben-Turbine, auch Archimedische Schraube genannt, ist eine relativ einfach gebaute Turbinenart. Sie ähnelt einer gewöhnlichen Archimedischen Schraube und wird oft in kleineren Wasserkraftanlagen, Gezeitenkraftwerken oder Umweltanwendungen eingesetzt. Die Schrauben-Turbine besteht aus einer großen gewendelten Schraube, die in einem Rohr oder einer Röhre montiert ist. Wenn das Wasser durch die Schraube fließt, wird die kinetische Energie des Wassers in mechanische Energie umgewandelt, um einen Generator anzutreiben. Schrauben-Turbinen sind in der Regel effizient bei niedrigeren Fallhöhen und können auch in Gewässern mit schwankenden Wasserständen gut funktionieren.
Jede der genannten Wasserturbinenarten hat ihre spezifischen Stärken und Einsatzbereiche, abhängig von den jeweiligen hydrologischen Bedingungen und den Anforderungen an die Energieerzeugung. Wasserkraftwerke sind eine wichtige Quelle für saubere und erneuerbare Energie und spielen eine bedeutende Rolle bei der Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der Bekämpfung des Klimawandels.