Ein wegweisendes Projekt: Grüne Energie am Kentucky River

Das Berea College und Appalachian Hydro Associates (AHA) setzen bei ihrem wegweisenden Projekt zur Nutzung erneuerbarer Energien – der Wasserkraftanlage Lock 14 am Kentucky River in Heidelberg, Kentucky – auf Voiths Expertise. Mit der Lieferung von sechs innovativen StreamDiver Turbinen durch Voith wird Lock 14 künftig jährlich mehrere Gigawattstunden sauberen Strom erzeugen und damit einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeitsstrategie des Berea College leisten. Zusammen mit der bereits bestehenden Wasserkraftanlage Lock 12 kann das College seinen Strombedarf vollständig durch erneuerbare Energien decken. Weitere Projekte entlang des Kentucky River, basierend auf diesem innovativen Konzept, sind bereits geplant.

Der Kentucky River verfügt über 14 historische Schleusen und Dämme, die ursprünglich zwischen 1836 und 1917 errichtet wurden. Einst für den Transport per Schiff von Rohstoffen wie Kohle und Eisen genutzt, wurde vor rund 30 Jahren der operative Betrieb der meisten Schleusen eingestellt. Heute bieten diese Bauwerke eine ideale Basis für moderne und umweltfreundliche Energieerzeugung. Das Projekt Lock 14 baut auf den allgemeinen Erfahrungen mit der Nutzung bestehender Wasserbauwerke für erneuerbare Energien auf. Ein Beispiel dafür ist Lock 12, wo derselbe Projektentwickler im Mai 2021 die erste neue Kleinwasserkraftanlage in Kentucky seit 94 Jahren in Betrieb genommen hat. Dieses Vorzeigeprojekt hat gezeigt, dass stillgelegte Schleusen eine wertvolle Grundlage für nachhaltige Energiegewinnung bieten. Mit einer effizienteren Technologie und einer optimierten Bauweise setzt Lock 14 neue Maßstäbe. Die vollständig unter Wasser installierten Maschinensätze sind so konzipiert, dass sie selbst gewaltigen Überschwemmungen des Kentucky River standhalten können. Der Fluss ist regelmäßig von Hochwasser mit Pegelständen von mehr als 10 Metern über dem normalen Pegelstand betroffen. Zudem erfolgt der Bau innerhalb der stillgelegten Schleusenkammer, wodurch ein Kofferdamm und eine teure und aufwendige Baugrube – wie bei den meisten Wasserkraftwerken erforderlich – weitgehend vermieden werden konnte.

Von der Planung zur Umsetzung ein nachhaltiges Konzept
Voith wurde mit der Lieferung der Turbinentechnologie für das Projekt beauftragt. Dank langjähriger Erfahrung in der Realisierung von Kleinwasserkraftwerken konnte Voith mit der innovativen StreamDiver Technologie eine maßgeschneiderte Lösung für den Standort entwickeln und liefern. Das Design des Kraftwerks basiert auf einem Konzept, das sich auf die bestehende Schleusenkammer beschränkt und vollständig unter Wasser liegt. Gröberes Treibgut wird bereits vor dem Kraftwerk durch eine hochwassersichere Schwimmbarriere oberhalb des festen Wehrdamms umgeleitet. In der Schleusenkammer wird der Oberwasserpegel durch ein aufblasbares Schlauchwehr geregelt, das zur Spülung des horizontalen, unter Wasser liegenden Rechens abgesenkt wird. Die Maschinensätze selbst sind unterhalb des Rechens angeordnet. Die ersten Planungen für Lock 14 begannen 2019, die Bauarbeiten folgten 2022, und die Inbetriebnahme ist für Frühling 2025 geplant. Voith wurde mit der Lieferung der Turbinen, Absperrschieber und Leistungskabel, sowie für die Überwachung der Montage und Inbetriebnahme beauftragt.
Neben der Hochwassersicherheit ist die Standardisierung ein wesentlicher Vorteil des Konzepts: Da die Schleusenkammern entlang des Kentucky River eine einheitliche Breite haben, lässt sich das Design effizient auf weitere Schleusen übertragen. Dies wird die Planung und Lizenzierung für zukünftige Wasserkraftwerke erleichtern.

Technologische Innovationen für maximale Effizienz
Lock 14 setzt auf ein innovatives Design, das sowohl die Effizienz der Stromerzeugung steigert als auch den Bauaufwand reduziert. Die Voith-Experten haben – im Vergleich zum ersten Projekt – ein neues Designkonzept entwickelt, das innerhalb der gleichen Schleusenkammermaße 30 % mehr Energie erzeugt.

Technologische Highlights:

• Horizontale Montage: Im Gegensatz zu Lock 12, wo vertikale Turbinen eingesetzt wurden, wurde bei Lock 14 eine horizontale Anordnung gewählt. Diese Bauweise reduziert den Betonbedarf um rund 40 % und senkt Baukosten sowie Bauzeit erheblich, während gleichzeitig eine effiziente und nachhaltige Stromerzeugung ermöglicht wird.
• Ölfreie Technologie: Die wartungsarmen, wassergeschmierten sowie öl- und fettfreien StreamDiver Turbinen minimieren den ökologischen Fußabdruck und ermöglichen eine nahezu geräuschlose Stromerzeugung, da sie vollständig unter Wasser installiert sind.
• Schnelle Einbauzeit: Installation in weniger als einem Tag pro Maschine – dank vollständig vormontierter und getesteter Bausteine, die vor Ort nur noch eingehängt und sofort in Betrieb genommen werden.
  Herausforderungen bei der Umsetzung
  Obwohl Lock 14 innerhalb einer bestehenden Schleusenkammer errichtet wird, stellte die Integration modernster Wasserkrafttechnologie in eine über 100 Jahre alte Infrastruktur eine besondere Herausforderung dar. Felsanker wurden verwendet, um das Bauwerk während der Bauzeit, in welcher die Schleuse vollständig entwässert ist, zu stabilisieren. Die Konstruktion musste so angepasst werden, dass die neuen StreamDiver Turbinen optimal in die bestehende Struktur integriert werden können, ohne deren Stabilität zu beeinträchtigen. Gleichzeitig galt es, das Design zu optimieren, sodass das Kraftwerk extremen Hochwasserereignissen am Kentucky River standhält und für zukünftige Projekte leicht anpassbar bleibt. Der Entwickler hat bereits Lizenzen für vier weitere identische Projekte am selben Fluss gesichert.

Technische Details von Lock 14
Innovative Turbinen-Generator-Kombination: Das Kraftwerk wird mit insgesamt sechs Voith StreamDiver Turbinen ausgestattet. Zum Einsatz kommen dabei vier StreamDiver mit einem Laufraddurchmesser von 1490 mm, die direkt mit einem 642 kW Permanentmagnetgenerator gekoppelt sind, sowie zwei StreamDiver mit einem Laufraddurchmesser von 895 mm, die direkt mit einem 222 kW Permanentmagnetgenerator gekoppelt sind. Die sechs horizontalen StreamDiver erreichen eine Engpassleistung von 3 MW.
Die unterschiedliche Maschinengröße der unregulierten Turbinen erlaubt mit 14 Regulierungsschritten ein optimales und feines Folgen der Abflusskurve am Fluss.

Bedeutung für die Zukunft der Wasserkraft
Lock 14 ist mehr als nur ein Wasserkraftprojekt – es zeigt, wie ungenutzte historische Schleusen und Dämme in moderne, nachhaltige Energiequellen umgewandelt werden können. „Die Entscheidung für die StreamDiver Technologie von Voith war für uns ein wichtiger Schritt, um erneuerbare Energie effizient in bestehende Infrastruktur zu integrieren. Besonders durch die frühzeitige Einbindung von Voith konnte das Projekt optimal abgestimmt und effizient umgesetzt werden. Die einfache Installation und die minimalen Umweltauswirkungen haben uns überzeugt. Zudem hat Voith nicht nur innovative Lösungen geliefert, sondern auch sichergestellt, dass das Konzept leicht wiederholbar ist und langfristig eine nachhaltige Energiegewinnung ermöglicht.“
[David Brown Kinloch, President Appalachian Hydro Associates]
Die Schleusenkammern entlang des Kentucky River haben eine einheitliche Breite, wodurch das Design des Kraftwerks hohe Wiederholbarkeit aufweist. Das Konzept kann somit effizient auf weitere Schleusen übertragen werden und fließt direkt in die Umsetzung der bereits geplanten Wasserkraftprojekte entlang des Kentucky River ein.

Wasserkraft als nachhaltige Lösung
Eines der zentralen Ziele des Projekts war es, die Umweltbelastung so gering wie möglich zu halten. Neben der innovativen, öl- und fettfreien Turbinentechnologie wurden zusätzliche Maßnahmen umgesetzt, darunter spezielle Fischschutzvorrichtungen mit horizontalem Feinrechen und optimierte Wasserabflussregelungen, um das ökologische Gleichgewicht des Kentucky River zu bewahren. Gleichzeitig setzt Lock 14 ein starkes Zeichen für soziale Verantwortung: Die Einnahmen aus der Stromerzeugung fließen direkt in Bildungsprogramme für sozial benachteiligte Studierende des Berea College und fördern so Chancengleichheit. Mit der geplanten Inbetriebnahme im Mai 2025 wird Lock 14 einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Energiezukunft leisten. Das Konzept hat das Potenzial, als Vorbild für viele weitere Projekte in Nordamerika zu dienen und die Nutzung historischer Wasserbauwerke für eine klimafreundliche Energiegewinnung weiter voranzutreiben.

Erschienen in zek HYDRO, Ausgabe 2/2025