WasserwirbelkraftWirbel um den Wirbelstrom

Neuartige Wasserkraftwerke sollen Energie gewinnen und dabei die Natur schonen. von 

Am Anfang war die Flut. "Zweimal schon floss die Suhre durch unser Wohnzimmer", erzählt Heidi Zumstein. Nach dem letzten Hochwasser im kleinen Schweizer Ort Schöftland sagte ihr Partner Andreas Steinmann: "Wir müssen die Kraft des kleinen Flusses nutzen." Nur wie?

Im Internet stießen die beiden – er ist Tiefbauingenieur, sie Sozialarbeiterin – auf den Techniker Franz Zotlöterer aus Österreich, der eine alte Idee wiederentdeckt hatte: aus Wasserwirbeln Strom zu gewinnen. Das Prinzip ist einfach. Ein Fluss oder Bach wird in einen Betonbottich geleitet. Durch ein Loch im Boden fließt das Wasser in einem Wirbel ab – "wie in einer Badewanne", erklärt Heidi Zumstein. Die Drehung des Wassers treibt einen Rotor an, der über einen Generator elektrische Energie produziert. Zumstein und Steinmann waren begeistert. Sie sicherten sich für die Schweiz die Rechte an der Technik und gründeten eine Genossenschaft, denn alleine konnten sie die Investitionen von 340.000 Franken nicht bezahlen.

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Und so entstand in Schöftland im Kanton Aargau das erste Wasserwirbelkraftwerk der Schweiz. Weltweit war es das dritte, nach zwei Werken in Österreich. Inzwischen wirbelwerkt es auch in Deutschland, Asien und Südamerika.

An diesem Morgen ist die Suhre zahm. Heidi Zumstein steht auf dem Gitterrost über dem Betonbottich mit 6,50 Meter Durchmesser. Sie erklärt die Anlage: Der Flusslauf wurde zweigeteilt. Rechts fließt Restwasser über eine Fischtreppe, links der Hauptstrom in den Wirbel. Die Fallhöhe beträgt nur 1,40 Meter, viel weniger als bei normalen Kleinkraftwerken. Sanft dreht sich der Rotor, zwanzigmal pro Minute – das Surren des Generators übertönt das Wasserrauschen. "Man sieht hier, wie Strom entsteht", sagt Zumstein.

Wo heute das Kraftwerk steht, war die Suhre früher in einen engen Kanal gepfercht. So wie auf den meisten ihrer 34 Kilometer vom Sempachersee in die Aare. Nun kann der Fluss zumindest auf 150 Metern frei mäandrieren, statt vier ist das Flussbett dreißig Meter breit. Fünf Flussschwellen, die Fische am Wandern hinderten, wurden beim Bau des Kraftwerks entfernt. Durch den langsam drehenden Wirbel können Barbe, Bachforelle und Wasserläufer problemlos absteigen. Weiden mit überhängenden Zweigen schützen die Böschungen vor Erosion, seltene Arten wie Geburtshelferkröten oder Steinkrebse leben wieder hier. "Sogar einen Eisvogel haben wir gesichtet", erzählt Heidi Zumstein, den ersten seit über zwanzig Jahren. Das Wirbelkraftwerk ist auch ein Biotop – eine sanfte Art der Energiegewinnung.

Das Paar hat sich ein Idyll geschaffen: Kater Jimmy streift dem Besucher ums Bein, hinter einem niedrigen Erdwall gurgelt die Suhre. Das zweihundert Jahre alte Haus haben die beiden mit Lehm, Holz und Stein renoviert. Hier wird Nachhaltigkeit vorgelebt. Entsprechend groß war das Medienecho auf das Wasserwirbelkraftwerk in Schöftland. Zur Einweihung im Herbst 2010 reiste der Abenteurer Bertrand Piccard an. Das Bundesamt für Energie verlieh dem Öko-Paar den Prix Watt d’Or, eine Auszeichnung für herausragende Innovationen im Energiesektor. Bis heute pilgern Experten aus Deutschland, Frankreich, Brasilien oder Marokko nach Schöftland, um sich die "Strom produzierende Fischtreppe" vorführen zu lassen.

Seit die Schweiz den Atomausstieg auf Raten anstrebt, suchen Politik und Energiewirtschaft nach neuen Stromquellen, auch an Flüssen und Bächen. Bis vor 40 Jahren gab es über 7.000 Flusskraftwerke, heute sind es nur noch 1.000. Anstelle der Werke baute man Flussschwellen ein, um die Gewässer zu zähmen. Doch die stören – wie gewöhnliche Kraftwerke – die Fischwanderungen.

Die Schweiz hat ein neues Gewässerschutzgesetz erlassen, das sich stark an den Wasserrahmenrichtlinien der Europäischen Union orientiert. Beide Regelwerke verlangen eine Renaturierung der verbauten Fließgewässer. Wie geschaffen für Wasserwirbelkraftwerke, denn sie vereinen das scheinbar Unvereinbare: "Wir zeigen, dass sich Renaturierung und Stromgewinnung nicht ausschließen", sagt Andreas Steinmann.

Leserkommentare
  1. 2008 hab ich in kleinen Dörfern im Norden von Laos ganz ähnliche Anlagen gesehen, deutlich einfacher in der Konstruktion natürlich, aber das gleiche Prinzip.
    Für abgelegene Ortschaften ohne Netzanschluss ist das sicher eine gute und praktische Lösung, wenngleich der wirkungsgrad natürlich schon eher enttäuschend ist.

  2. so schlecht. liegt noch ueber dem wirkungsgrad vieler kohlekraftwerke. vorraussetzung sollten fischfreundlichkeit und anpassung an flussbeduerfnisse sein.
    natuerlich sind reflexartige antistimmen da, sie sind natuerlich berechtigt, aber das kind ist noch nicht richtig geboren und schon soll es sich fuer die rentenkasse nuetzlich machen?? das leid der erfinder!!
    energiekonzerne haben natuerlich keine interessen an dezentralen vielfältigen energielösungen, dabei könnte viele dörfer beim auskluengeln ihrer möglichkeiten ihren eigenen strom machen

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    mechanische Energie -wie Wasserkraft- lässt sich mit Wirkungsgraden um die 80% nutzen und ist mit Wirkungsgraden von thermischen Kohlekraftwerken überhaupt nicht zu vergleichen.

    Typischer "Duesentrieb" :-) Nimms bitte nicht übel.
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    Wirkungsgrad ist die eine, Kosten die andere Seite des "Thalers"
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    Ich persönlich tendiere dazu: Wenn Platz und z.B. in diesem Fall Umweltbelastung nicht groß ins Gewicht fallen, ist MIR eine einfache, vom Dorfschmied/-schlosser/-elektriker.... zu bauende Anlage mit gebogenen Blechen teilweise optimiert, zu einem günstigen Preis lieber als z.b. ein "unbezahlbarer" hydrodynamisch ausgerechneter Läufermit 80% Wirkungsgrad, der als Spezialgußteil als Einzelanfertigung produziert werden muss.
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    Nebenbei halte ich es für nur schwer möglich, Wirkungsgrade bei schwankenden Wasserangebot konstant so hoch zu halten. Kleinanlagen dieser Art fallen da aus dem Raster, das sind keine WKW sondern Nebennutzungen, eines "Fließes".
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    Es gibt Grenznutzen-Kostenrechnungen und da sollten nicht nur der Wirkungsgrad, die Preise in €, sondern auch die Bedienbarkeit, Wartbarkeit, Reparierbarkeit... einfliessen. Unterschätz nicht den Faktor Mensch vor Ort bei der Lebensdauer/Verfügbarkeit/den Kosten solcher Anlagen.
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    Mit solchen Gedanken kann man keinen Rechner bauen, aber "Basics" bei solch dezentraler Robust-Technik mit jahrzehnte langer Laufzeit halte ich doch für angebrachter.
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    Z.B.finde ich es immer wieder fragwürdig, wenn in Enwicklungsprojekten an der Basis mit "Edeltechnik" gearbeitet wird. Habe schon zu viele, einige Jahre nach Abzug der "Fachleute", als Ruinen bewundern dürfen:-(((
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    Meint
    Sikasuu

  3. Über 10 oder 20 Jahre gerechnet sind ein paar KW Dauerleistung auch ein erklecklicher Batzen ersparte Primärenergie aus Kohle oder Öl. Und 20 Jahre Laufzeit sdsind für ein Wasserkraftwerk keine Zeit, in meinem Heimatort laufen Generatoren die über 100 Jahre alt sind. Da werden ab und an die Lager überholt und das war es...

    Natürlich weist die Anlage nicht einen großen Wirkungsgrad wie andere Kraftwerkstypen mit Kaplan Turbinen auf, dafür fehlt einfach das was solchen Kraftwerken die hohe Effizienz beschert: Fallhöhe für das Wasser. Aber ausprobieren sollte man sowas schon...

    Haben die Besitzer eigentlich gesagt wie lange es dauert bis sich die Investition amortisiert?

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    Mir stellt sich die Frage, wie lange so eine Anlage wirksam ist. Wasser, auch wenn es "süß" ist, begünstigt die Korosion, das muss bei der Einschätzung mit bedacht werden.

    Ansonsten sehe ich die Sache mit Zuversicht. Wenn es denn richtig geplant wird.
    Proboematisch ist, dass oft Ideologien mitschwingen. Und auch vermeintlich "grüne" Technik kann imense Umweltschäde verursachen.

    Was bei größerer Verbreitung zu beachten wäre, aber das ist ein Schritt vor dem vorherigen, ist der Einfluss auf den Fluss. Und damit auf das Einzugsgebiet. Wenn der Fluss verlangsamt wird, verändert sich die Entwässerung.

  4. Hängt insgesamt aber von den Investitionskosten ab. Preiswerte Module in einigen Standardgrößen könnten den Preis nach unten bewegen. Und dann macht Kleinvieh auch Mist.

    4 Leserempfehlungen
  5. Mir stellt sich die Frage, wie lange so eine Anlage wirksam ist. Wasser, auch wenn es "süß" ist, begünstigt die Korosion, das muss bei der Einschätzung mit bedacht werden.

    Ansonsten sehe ich die Sache mit Zuversicht. Wenn es denn richtig geplant wird.
    Proboematisch ist, dass oft Ideologien mitschwingen. Und auch vermeintlich "grüne" Technik kann imense Umweltschäde verursachen.

    Was bei größerer Verbreitung zu beachten wäre, aber das ist ein Schritt vor dem vorherigen, ist der Einfluss auf den Fluss. Und damit auf das Einzugsgebiet. Wenn der Fluss verlangsamt wird, verändert sich die Entwässerung.

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    Antwort auf "Die Laufzeit macht es"
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    Zitat: Wasser, auch wenn es "süß" ist, begünstigt die Korosion, ...
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    Die Korosion (Rost ist nicht das Thema) Es gibt Material was nach Oberflächenrost sehr beständig ist. (Vergl. Spundbohlen an Kanälen)
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    Der Abrieb durch Sand, Geschiebe ist viel schlimmer.
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    Habe in ca. 12-15 Jahren von 10mm Material ca 2mm verloren. Gehe also davon aus, das ich noch 30 Jahre etwas davon habe, danach muss ich wohl die Lauf- und Leitbleche in der Trubine wechslen, bzw. Verstärkungern aufschweissen.
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    Zitat:...Wenn der Fluss verlangsamt wird, verändert sich die Entwässerung.
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    Ist das Instandsetzen von Auen und überflutungsflächen (bremsen des Abflusses) nicht ein sehr großes Theme?
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    Auch der Beton wird angegriffen, da musste ich erst einmal, nach ca. 10 Jahren, die Oberfläche "beiputzen" um "Auswaschrinnen" zu glätten die ungewollte Wirbel erzeugten.
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    Gruss
    Sikasuu

  6. Vor 15 Jahren habe ich so etwas mit "Bordmitteln gebaut. Bach, 6m Fallhöhe 1x100mm Rohr. Läufer: altes hinteres Radlager eines Käfers, Schwungscheibe an Stelle der Bremstrommel und 5KW Asyncronmotor als Generator angehängt über 3fach Keilriementrieb.
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    Was "NICHT" möglich war, ist die Regelung auf 50 Herz.
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    Also: Gleichrichten der ungeregelten Wechselsspannung, puffern über Bleiakkus (60V) und saubere 50Hz. Sinus über einen 5KW Wechselrichter.
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    Damit versorge ich mit 1KW Solarzellen einen Resthof als Inselnetz!
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    Kosten < 1.000DM.
    Wartung: Einlaufrechen säubern und ab und an mal die Lager Abschmieren fetten und bei Bedarf den Sand- und Steinfang vor der Turbine/Wasserrad:-) öffen und das Geschiebe wieder in den Bach zurückspuelen.
    .
    Wirkungsgrad: Unbekannt.
    .
    Leistung: Versorgt das Inselnetz in Zusammenarbeit mit den Solarzellen wie einen normalen Stadthaushalt mit Waschmaschine, Kühlschrank, Kühltruhe ......
    .
    Probleme: Im Betrieb keine, beim Bau/Planung Umbau des Wechselrichters von den damals üblichen Spannungen 12/24V auf 60V Primärseite. Ersparte aber bei den o.a. Leistungen die "Kupferschienenschlosserei" im Niederspannungsteil/den Zuleitungen von der Turbine ( War also da 300m Zuleitung Kostenneutral).

    11 Leserempfehlungen
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    ... und die "Sequels" dazu finde ich den besten Kommentar, den ich bislang je auf ZON gelesen habe!

    Als Bewohner einer Mietwohnung in einem Mehrparteienhaus in der Stadt kann ich leider derzeit Ähnliches nicht umsetzen, aber Sie (und der ZON-Artikel) haben mein Interesse an dieser Technik definitiv stark geweckt!

    Werde Werbung machen ;)

  7. .
    Umweltverträglichkeit: Ich zapfe einen Bach ca 50m vor dem Triebwerk an, der Auslauf speist einen kleinen Teich ca 20x10m danach Rücklauf in den Bach. Vorher lief der Bach eingedämmt an der Grundstücksgrenze (Wall) geradlinig in den Fluss. Heute habe ich da ein Biotop mit Schilf, Amphibien.....
    .
    Wo steckt also das Problem?
    .
    Wasserräder alter alter Art (Mühlen) waren mit viel mehr Eingriffen in dei Umwelt verbunen (Mühlgraben/-teich) und hatten sehr veiel schlechtere Wirkungsgrade.
    .
    Ich gehe davon aus, das es auch hier genug "Klein- und Kleinstgewässer" gibt wo es mit wenig Aufwand und Umweltbeienflussung möglich ist, Energie zu gewinnen und auch ins Netz ein zu speisen.
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    Dezentral ist das Thema!
    .
    Meint
    Sikasuu

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    Schreiben Sie einen Leserartikel über ihr Projekt!!

    So viel Innovation mit so kleinen Mitteln, das muss mal gezeigt werden!

    • AWKBL
    • 15. April 2013 14:52 Uhr

    Vor ein paar Jahren haben wir eine ehemalige Wassermühle gekauft, aus der der gesamte Mechanismus verschwunden war. Das neue Wasserrad (6 m Durchmesser) hat ein Handwerksbetrieb in 20 km Entfernung gebaut, und die kleinen Maurerarbeiten wurden von einem Ortsansässigen erledigt. Dazu kamen dann noch Übersetzung, Generator und Gleich-/wechselrichter, und jetzt haben wir den ganzen Winter lang die rund 10 kW, die wir zum Heizen benötigen. Die Mechanik wird leicht 40 Jahre halten - bei der Elektronik wird man noch sehen. Die einzige Arbeit, die anfällt, ist regelmäßig den Einlaufrechen zu säubern.
    Es geht schon, wenn man will.

  8. Sorry musste oben heißen
    4x 100mm Rohr im Bündel! NICHT 1x100mm Rocht

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