Der renommierte deutsche Turbinenhersteller und Wasserkraftentwickler DIVE Turbinen GmbH & Co. KG kooperiert mit dem Wasserkraft-Innovator Natel aus den USA, um den Einsatz von FishSafe™-Wasserkraftturbinen rund um den Globus zu  beschleunigen. Im Wettlauf bei der Bekämpfung des Klimawandels war die Instandhaltung und Erweiterung des weltweiten Wasserkraftwerksparks noch nie so wichtig wie heute. Wasserkraft ist eine erprobte und zuverlässige erneuerbare Energiequelle, doch ihre herkömmliche Umsetzung kann für Flussökosysteme mit Nachteilen verbunden sein, insbesondere weil ihre Querbauwerke die sichere Passage von Fischen stromauf- und -abwärts behindern. Dabei gibt es heute viele Strategien für die Fischpassage stromaufwärts, aber gerade die Passage stromabwärts durch die Turbine ist von besonderem Interesse und stellt somit eine echte Herausforderung für die Turbinenbauer dieser Welt dar.

Die neue Zusammenarbeit zwischen DIVE und Natel basiert auf der zeitgemäßen Erkenntnis, dass Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels zugleich auch die Bestrebungen, den Verlust der biologischen Vielfalt zu minimieren, unterstützen müssen. Daher steht im Mittelpunkt der Kooperation eine möglichst effektive Verbindung des DIVE-Turbinen-Antriebsstrangs mit dem FishSafe™️- Laufraddesign von Natel. DIVE kann auf eine belegte Erfolgsbilanz als Turbinenhersteller verweisen und hat seit 2006 mehr als 65 kompakte, effiziente und zuverlässige Turbinen an Standorten auf der ganzen Welt installiert. Mit einer weltweit installierten Kapazität von 32 MW produzieren die Turbinen von DIVE heute schon rund 160 GWh/a saubere Energie pro Jahr. Im Vergleich zu einem modernen Gaskraftwerk werden damit pro Jahr umgerechnet 54.000 Tonnen CO₂-Emissionen eingespart. DIVE-Turbinen verwenden hocheffiziente Permanentmagnetgeneratoren mit Direktantrieb in einzigartiger Anordnung, welche den Betrieb von Wasserkraftwerken mit außergewöhnlich geringen Kosten und Risiken
ermöglicht.

Eine neue Vision für ökologische Verantwortung
Seit langem ist es DIVE ein Anliegen, sich für die Förderung fischfreundlicher Wasserkraft zu engagieren. DIVE-Turbinen verwenden ein Laufrad mit festen Laufschaufeln und flexibler Drehzahl, was bereits zu einer wesentlich geringeren Fischsterblichkeit führt als eine Kaplan-Turbine mit verstellbaren Laufschaufeln und fixer Geschwindigkeit. In der Zusammenarbeit mit Natel arbeitet DIVE daran, die Fischfreundlichkeit seiner Turbinen weiter zu erhöhen. Natel hat einzigartige Ansätze für die Konstruktion von Turbinenlaufrädern entwickelt, die sich auf die Sicherheit von Fischen in Wasserkraftanwendungen konzentrieren. Durch permanente Verbesserungen hat Natel bei hohen Drehzahlen Überlebensraten bei der Fischpassage von 98–100 Prozent über mehrere Fischarten und Lebensstadien hinweg erreicht. Mit dem Laufraddesign von Natel wollen die beiden Unternehmen Fischsicherheit unter allen Betriebsbedingungen (Teillast bis Volllast) erreichen, ohne dass ein zusätzlicher Feinrechen erforderlich ist.

Gemeinsam für die wartungsfreie FishSafe™- Wasserkraft
Bei der DIVE-Natel-Turbine handelt es sich um eine leistungsstarke, wartungsfreie Turbine, die Sicherheit für die Fischdurchgängigkeit bietet und die Stärken beider Unternehmen in sich vereint. Die DIVE-Natel-Turbinen sind für Standorte mit bis zu 40 m Fallhöhe  geeignet und in Leistungsgrößen bis 4,50 MW erhältlich. Die DIVE-Natel-Turbine ist ihrer Bauform nach eine direkt angetriebene Turbine mit vertikaler Achse, die immer vollkommen hochwassersicher ist. Ausgeliefert wird die Maschine vorgetestet und vormontiert, wodurch der Arbeitsaufwand vor Ort minimiert wird. Aufgrund der einzigartigen DIVE-Dichtung und des DIVE-Lagers ist die Turbinen-Generatoreinheit weitgehend wartungsfrei, sodass nur ein Ölwechsel alle 5 Jahre und ein Lagerwechsel alle 20 Jahre erforderlich ist. Die DIVE-Natel-Turbine verfügt über Natels patentiertes, dickes, nach vorne geschwungenes Schaufeldesign, das den Einsatz eines Feinrechens zum Schutz der Fische vor Turbinenverletzungen überflüssig machen kann. Ohne Feinrechen kann mehr Durchfluss zur Erzeugung genutzt werden und die mit der Installation und Wartung von Feinrechen verbundenen Kosten fallen weg.

Eine einmalige Chance
Die globale Wasserkraftflotte weist heute einen dringenden Modernisierungsbedarf auf. Die Lösung für viele der aktuellen Fragen liefert die DIVE-Natel-Turbine. Dank ihrer Eigenschaften trägt sie dazu bei, die Standorte an die neuesten Vorgaben für das Überleben von Fischen anzupassen. „Wir freuen uns, dass wir mit der DIVE-Natel-Turbine heute eine effiziente, tauchfähige Wasserkraftturbine für Standorte mit niedrigen und mittleren Fallhöhen anbieten können, die hohe Leistung und Zuverlässigkeit mit sicherer Fischpassage flussabwärts kombiniert,“, sagte Christian Winkler, Vertriebs- und Produktmanager bei DIVE.  „Durch die Integration des FishSafe™-Laufraddesigns von Natel in unsere wartungsarme DIVE-Turbine können wir die Effizienz und Umweltverträglichkeit einer bestehenden Anlage verbessern.“ Wie die Standard-DIVE-Turbine verfügt die DIVE-Natel-Turbine grundsätzlich über feststehende Laufschaufeln. Bei variablen Strömungs- und Fallhöhenverhältnissen kann bei Bedarf die Geschwindigkeit der DIVE-Natel-Turbine variiert werden, anstatt den Anstellwinkel der Laufradschaufeln zu verändern. Das Teillastverhalten dieser Turbine wird mit der Drehzahlvariabilität so weit verbessert, dass ein Betrieb bis 5 Prozent des Durchflusses möglich wird. Durch das Variieren der Drehzahl werden ähnliche Effekte wie bei der mechanischen Verstellung der Laufschaufeln einer Kaplanturbine erreicht. Die Wirkungsgrade sind dabei vergleichbar. Die Verwendung des Natel FishSafe™-Laufrads mit der DIVE-Turbine ermöglicht höhere Drehzahlen im Volllastpunkt und gewährleistet dennoch einen sicheren Fischdurchgang. Die DIVE-Natel-Turbine ermöglicht eine sichere Fischpassage stromabwärts und vereinfacht gleichzeitig den Betrieb und die Wartung sowie die Minimierung des Überschwemmungsrisikos für die Turbinen-Generatoreinheit. Bei reduzierter mechanischer Komplexität kann die DIVE-Natel-Turbine in typischen Anwendungen eine jährliche Produktion erzielen, die der einer Kaplan-Turbine entspricht Am wichtigsten ist, dass DIVE-Natel-Turbinen sowohl hocheffizient als auch äußerst zuverlässig sind, was zu geringeren Ausfallzeiten und einer insgesamt verbesserten Stromproduktion führt.

Hohe Fischsicherheit bei niedrigen Betriebs- und Investitionskosten
DIVE-Turbinen, bekannt für ihren direkt gekoppelten Generator und das einzigartige Dichtungs- und Lagerkonzept, minimieren aufgrund des nahezu wartungsfreien Betriebs und ihrer Robustheit die operativen Kosten (OPEX). Ihre Kompaktheit und ihr individuelles Design ermöglichen eine einfache Integration in bestehende Kraftwerke und minimieren die Investitionskosten (CAPEX).„Dank der Zusammenarbeit mit DIVE können wir die Expertise von DIVE als Turbinenhersteller mit der bahnbrechenden FishSafe™-Technologie von Natel verbinden“, sagte Gia Schneider, CEO und Mitbegrün derin von Natel. „Fische sind für die Weltwirtschaft, die Nahrungsmittelversorgung und die Funktion des Ökosystems von entscheidender Bedeutung. Daher ist es wichtig, dass wir eine Zukunft planen, in der die Fischbestände erhalten bleiben und die es uns gleichzeitig ermöglicht, die bestehende Wasserkraftflotte zu modernisieren und den Übergang zu einem zuverlässigen, kohlenstofffreien System voranzutreiben.“ Durch die Kombination der bewährten FishSafe™-Laufraddesigns von Natel mit den kompakten, effizienten und zuverlässigen Turbinen von DIVE und der nachgewiesenen Fertigungserfahrung haben die beiden Unternehmen eine Lösung entwickelt, die den Standard für fischverträgliche Wasserkraftwerke neu definieren wird.

Erschienen in zek HYDRO Ausgabe 2/2024