In Europa werden jährlich rund 11 Prozent des Stroms aus Wasserkraft erzeugt. 35 Prozent der möglichen Leistung werden jedoch wegen Schäden an den Turbinen nicht ausgeschöpft. Im Rahmen des Forschungsprojekts ReHydro werden an der Hochschule München (HM) neue Methoden zur frühzeitigen Erkennung von Kavitation entwickelt, einer Hauptursache für Turbinenschäden.
Kavitation ist ein hydrodynamischer Effekt, bei dem durch Druckabfall entstandene Dampfblasen in Flüssigkeiten kollabieren. Passiert das in der Nähe von festen Oberflächen, wie Turbinenschaufeln, entstehen extreme lokale Drücke, die wie bei einem Vulkan Material herauskatapultieren und so zu Materialschäden führen, berichtet die Hochschule.
Bisher kann Kavitation nur durch kostenintensive Inspektionen erkannt werden, bei denen die Turbine vollständig entleert werden muss. Wird Kavitation festgestellt, bleibt lediglich die Möglichkeit zur Schadensbegrenzung, in dem man die Drücke erhöht oder die Durchflussgeschwindigkeit reduziert.
Ultraschallsensoren erfassen hohe Frequenzen bei Kavitationsprozess
Um dies zu vermeiden, fahren Betreiber die Turbinen mit hohem Sicherheitsabstand zu kritischen Betriebsbereichen in denen der Druck absinken könnte. Das limitiert jedoch den Betrieb der Turbine und generiert weniger elektrische Leistung als möglich wäre.
Im Rahmen des Projekt ReHydro, von der EU gefördert, entwickelt Prof. Axel Busboom von der HM gemeinsam mit Voith Hydro und Energias de Portugal innovative messtechnische Lösungen und KI-Überwachungssysteme, um Kavitation im laufenden Betrieb zuverlässig zu erkennen und teure Inspektionen zu reduzieren. Dazu setzen sie beispielsweise Ultraschallsensoren ein, die hohe Frequenzen erfassen, welche beim Kavitationsprozess erzeugt werden.
Im Wasserkraftwerk Valeira in Portugal wird die Technologie implementiert und soll zeigen, wie moderne Sensorik und Datenanalyse die Effizienz von Wasserkraftwerken optimieren können. Dies erhöhe nicht nur die Flexibilität der Anlagen, sondern unterstützt auch die Stabilität der Stromnetze, indem es die Verfügbarkeit und Lebensdauer der Wasserkraftwerke verlängert. ReHydro biete somit einen „entscheidenden Beitrag zur ökologischen und ökonomischen Optimierung der europäischen Wasserkraftindustrie“, heißt es.
Das EU-Projekt „Demonstration of Sustainable Hydropower Refurbishment“ (ReHydro) wird für vier Jahre mit 7,5 Mio. Euro im Rahmen des Programms Horizon Europe und Innovation Action gefördert. Zwei Verbände, sieben Forschungseinrichtungen, sechs Betreiber, fünf Hersteller und drei Zulieferer arbeiten daran, die Effizienz und Nachhaltigkeit europäischer Wasserkraftwerke durch innovative Technologien zu optimieren.