Was ist eine Propellerturbine?
Eine Propellerturbine gehört zu einer Gruppe von Maschinen, die Fluid- oder Gasströmungsenergie in Rotationsbewegung umwandeln. Wie aus dieser Beschreibung hervorgeht, lassen sich diese Maschinen in zwei grundlegende Kategorien einteilen: Wind- oder Wasserpropellerturbinen. Die Rotationskraft, die diese Maschinen erzeugen, wird am häufigsten verwendet, um elektrischen Strom zu erzeugen und in geringerem Maße mechanische Arbeit zu leisten. Häufige Beispiele für mechanische Arbeitsvarianten der Propellerturbine sind Windmühlen und bestimmte Arten von Wassermühlen. Aufgrund der Fülle an erneuerbaren und billigen Energiequellen für Propellerturbinen ist dies eine der kostengünstigsten und umweltfreundlichsten Methoden zur Energieerzeugung, die jemals entwickelt wurden.
Eine Propellerturbine wendet die herkömmliche Propellertheorie umgekehrt an, um die latente kinetische Energie in Gas- und Flüssigkeitsströmen zu nutzen. Propeller bestehen aus einer zentralen Welle mit mindestens zwei gegenüberliegenden, tragflächenförmigen Blättern oder Flügeln. Diese werden im Allgemeinen von einer externen Energiequelle gedreht, um durch Drücken oder Verdrängen von Luft oder Flüssigkeit über die Schaufeln einen Schub zu erzeugen. In einer Propellerturbine wird dieses Prinzip umgedreht; Eine Strömung oder Luft oder Flüssigkeit verdrängt die Schaufeln, wodurch sie die Welle drehen.
Windenergieanlagen werden weltweit in großem Umfang eingesetzt, um Windkraft zur Stromerzeugung, zum Betreiben von Mühlen oder zum Pumpen von Wasser zu nutzen. Windangetriebene Propellerturbinen können horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Die am schnellsten erkannte Variante ist die Turbine mit horizontaler Achse, die herkömmliche Windmühlen und Windgeneratoren mit Flugzeugpropellern umfasst. Ebenso effektiv ist die neuere Generation von Vertikalachsenkonstruktionen mit flachen oder gekrümmten Flügeln, die eine vertikale Welle antreiben. Dazu gehören die gekrümmte Schaufel Savonius, die flache Schaufel Giromill und die unverwechselbaren Darrieus-Eggbeater-Typen.
Ältere horizontale Turbinen erfordern, dass der Turbinenkopf immer in den Wind gedreht bleibt. Bei kleineren Beispielen dreht ein einfaches Wetterfahnenruder den schwenkbaren Turbinenkopf. Größere Turbinen verwenden ein System von Windsensoren und Servomotoren, um den Propeller gegen den Wind zu halten. Die meisten windgetriebenen Propellerturbinen verwenden ein Getriebe, um den Generator oder die Pumpenkurbel mit der richtigen Drehzahl anzutreiben.
Wassergetriebene Propellerturbinen werden üblicherweise mit großen Wasserkraftwerken in Verbindung gebracht, obwohl es mehrere kleinere industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen gibt. Diese Turbinen funktionieren genauso wie ihre windgetriebenen Geschwister, obwohl sich ihr grundlegendes Design erheblich unterscheidet. Diese Maschinen sind in der Regel viel größer und verfügen über Schaufelkonstruktionen, die in der Regel kürzer sind als Varianten mit Windantrieb. Die häufigste dieser größeren wassergetriebenen Turbinen ist die Kaplan-Turbine. Kaplan-Turbinen sind Niederdruckreaktionseinheiten mit hohem Durchfluss, die in den meisten großen Wasserkraftanlagen eingesetzt werden.
Die Kaplan-Variante verfügt über verstellbare Schaufeln, die in einem weiten Bereich von Wasserstand und Durchflussbedingungen Wirkungsgrade von typischerweise über 90 Prozent erzielen. Ein großer Teil der Effizienz wird durch einen sorgfältig ausgearbeiteten Wasserströmungsweg erzielt, der eine Verzögerung des Auslassfluids bewirkt. Diese Verzögerung führt zu einer Übertragung der maximalen kinetischen Energie auf den Propellermechanismus. Kaplan-Turbinen können Leistungen von 100 Megawatt (100.000.000 Watt) oder mehr erbringen.
Die Propellerturbine nutzt erneuerbare Energiequellen, die entweder kostenlos oder im Vergleich zu fossilen Brennstoffen extrem günstig sind. Fortschritte bei den in diesen Geräten verwendeten Technologien erweitern kontinuierlich die Grenzen ihrer Effizienz und Kapazität und könnten sich in naher Zukunft als praktikabler Ersatz für konventionellen Kraftstoff herausstellen. Zunehmend wird auch die Propellerturbinentechnologie zugänglich, was ihre Rolle in einem saubereren und umweltfreundlicheren Energieversorgungsszenario weiter stärkt.