Entwicklung und Konstruktion zur Nutzung regenerativer Energiequellen

Energie aus Wasserkraft bei niedrigem Potential

Der Mensch versucht seit Jahrtausenden, die Energie von fließendem Wasser nutzbar zu machen. Ein Blick in die Historie zeigt, dass dieses auf vielfältige Weise versucht wurde und mit zum Teil erstaunlichen Ergebnissen auch gelang. Dennoch und ebenso neuesten Berichten zufolge, wird nur knapp ein Fünftel des Weltenergiebedarfs durch die Verwertung von Wasserkraft abgedeckt.

Im Zusammenhang mit dem EU-Projekt HYLOW, bewilligt über das 7. Europäische Rahmenprogramm zum Punkt Energie, wird die Thematik „Wasserkraft“ neu aufgerollt. HYLOW bedeutet Hydropower converters for very low head differences und grenzt die Forschungsarbeit auf Kleinwasserkraft mit Fallhöhen bis 2,5m ein. Das ist nicht unbedingt neu, jedoch ist die Forschung mit Hinblick auf die zur Neige gehenden natürlichen Ressourcen zwingend notwendig. An HYLOW sind zehn Projektpartner maßgeblich beteiligt, die sich je nach Kernkompetenz mit Staudruckmaschinen, Mikroturbinen in Wasserversorgungsnetzen sowie Freistromenergiewandlern befassen.

Der Lehrstuhl für Konstruktionstechnik/CAD der Universität Rostock ist gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Meerestechnik in dem auf vier Jahre angelegten Projekt für den geometrischen Entwurf des Modells eines Freistromenergiewandlers zuständig. Die permanente konstruktive Begleitung für diesen Entwurf ist dabei ebenso erforderlich wie die Überwachung des Verhaltens des ausgebrachten Modells im Feld. Einschränkungen sind nicht nur in der Fallhöhe, sondern auch in der Fließgeschwindigkeit der zu nutzenden Gewässer (ca. 1 – 1,5 m/s) und in der Verwendung gängigen Materials, wie Stahl, zu erwarten. Gepaart mit der Forderung nach Mobilität, wird ein komplexes Produkt entstehen, welches in ökonomischer, ökologischer und natürlich konstruktiver Hinsicht überzeugt.

Ein Hauptthema in diesem Projekt wird die Forderung nach dem Einsatz einer mobilen Wasserkraftanlage in wirtschaftlich unterentwickelten Ländern – Zielsetzung in diesem Zusammenhang ist die Entwicklung eines Prototypen, der sowohl die konstruktiven Bedingungen erfüllt als auch die Herstellung und anschließende Instandhaltung im Low-Budget-Bereich ermöglicht.

Die numerische Modellierung und Simulation des strömungstechnischen Verhaltens von Schwimmkörpern und die Verifikation der Ergebnisse mit experimentellen Untersuchungen stellen ein komplexes Problem dar. Die Annäherung an eine optimale gestalterische Lösung erfolgt durch eine modular aufgebaute und damit beliebig variierbare Wasserkraftanlage, bestehend aus Steck- und Schraubverbindungen. Bei den verwendeten Materialien handelt es sich größtenteils um Stahlblech, wobei das Grundmodell bei Bedarf um strömungsverbessernde Elemente aus Kunststoff oder Holz erweiterbar ist.

CAD-Modell und experimentelle Untersuchung der Strömung am Schaufelrad im Windkanal

Das im Foto dargestellte Modell wird ab August 2008 in der Strömungshalle der Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik erprobt. Es können Länge und Breite, Rad- und Schaufelstellung sowie die Anzahl der Schaufeln verändert werden. Die Anbringung ergänzender Bauteile zur Strömungsoptimierung sowie transparenter Kunststoffwände zur Kanalisierung und Beobachtung des Wassers ist problemlos umsetzbar. Sind alle notwendigen Zusammenbauvarianten getestet worden, wird die Schwimmkörperdimensionierung vorgenommen.