Jeder Betreiber eines Wasserkraftwerks kennt das Geräusch. Die Tonhöhe des Turbinengeräuschs verändert sich: In eine eigentlich gleichmäßige Rotation mischt sich eine leichte Rauheit. Diese Rauheit ist Geschwemmsel, das die Wasserfassung passiert und mit hoher Geschwindigkeit auf die Laufradschaufeln trifft. Ein einziges Aststück durch eine Pelton-Düse kann eine Becheroberfläche ausschlagen, deren Bearbeitung Wochen gedauert hat. Eine Saison mit feinem Sediment durch ein Francis-Laufrad kann den Wirkungsgrad um 2–5 % senken, und der Verlust bleibt bis zur nächsten Revision bestehen [1][2].
Der Einlaufrechen ist die erste und wichtigste Barriere zwischen dem Fluss und Ihrer Turbine. Der Einlaufrechen ist die erste und wichtigste Barriere zwischen dem Gewässer und der Turbine. Bei Anlagen mit mittlerer und großer Fallhöhe haben sich Coanda-Rechen an mehr als 40 europäischen Wasserkraftwerken zur vorherrschenden Einlauftechnik entwickelt: Sie ersetzen Grobrechen, Stabrechen und Tiroler Wehre, die eine ständige manuelle Reinigung erforderten und dennoch schädigendes Geschwemmsel durchließen [3][4].: Sie ersetzen Grobrechen, Absturz-Stabrechen und Tiroler Wehre, die eine ständige manuelle Reinigung erforderten und dennoch schädigendes Geschwemmsel durchließen [3][4].
Dieser Leitfaden erklärt, wie Coanda-Rechen Wasserkraftturbinen schützen, welche Turbinentypen am meisten davon profitieren und wie sich beurteilen lässt, ob eine Coanda-Wasserfassung für Ihr Kraftwerk geeignet ist.
Inhaltsverzeichnis
- Das Geschwemmsel-Problem in der Wasserkraft
- Wie Coanda-Rechen es lösen
- Herkömmliche Einlauftechniken und ihre Grenzen
- Rechenauslegung und Turbinentyp aufeinander abstimmen
- Druckverlust: die entscheidende Auslegungsrandbedingung
- Fischschutz-Konformität in der Wasserkraft
- Kaltes Klima und saisonale Aspekte
- Leistung an Betriebsstandorten: europäische Fallstudien
- Wann ein Coanda-Rechen für die Wasserkraft NICHT geeignet ist
- ADENCO Auslegungsprozess für Wasserkraft-Rechen
- Häufig gestellte Fragen
- Quellen
Das Geschwemmselproblem in der Wasserkraft
Flusswasser führt alles mit sich, was aus dem Einzugsgebiet eingeschwemmt wird: Laub, Zweige, Äste, Plastik, Sediment, Algen und bei Hochwasserereignissen Material von Kies bis hin zu ganzen Baumstämmen. Dieses Geschwemmsel verursacht drei verschiedene Probleme im Wasserkraftbetrieb:
1. Direkte Turbinenschäden (Fremdkörperschäden: FOD)
Hartes Geschwemmsel, das die Turbine erreicht, verursacht mechanische Schäden an Laufradschaufeln, Leitschaufeln, Düsen und Dichtungen. Schätzungen zufolge kostet FOD den weltweiten Wasserkraftsektor jährlich Milliarden Dollar durch beschädigte Ausrüstung, verringerten Wirkungsgrad und ungeplante Ausfälle [1][5]. Ein einzelnes Aststück durch eine Pelton-Düse kann die Becheroberfläche auskolken und eine Nachbearbeitung erforderlich machen. Ein Stein durch ein Francis-Laufrad kann die Eintrittskante einer Schaufel ausschlagen und Kavitation auslösen, die die weitere Erosion beschleunigt.
2. Sedimenterosion (abrasiver Verschleiß)
Feines Sediment (insbesondere Quarzsand mit einer Mohshärte von 7) wirkt im Inneren der Turbine wie ein flüssiges Schleifmittel. Untersuchungen am Wasserkraftwerk Maneri Bhali-II dokumentierten eine Wirkungsgradminderung von 4,97 % durch Sedimentabrasion, während am Kraftwerk Chilime (22 MW) ein Wirkungsgradverlust von 1,2 % gemessen wurde [2]. An einigen Kraftwerken im Himalaya erreichte die Erosionsrate an Pelton-Bechern und Düsennadeln 3,4 mm/Jahr: Das erfordert einen Laufradtausch alle paar Saisons [6].
Flüsse im Himalaya (einschließlich Nepals), in den Anden, den Alpen und den pazifischen Küstengebirgen führen einige der weltweit höchsten Sedimentkonzentrationen. Mit der beschleunigten Gletscherschmelze verschärft sich dieses Problem.
3. Verstopfung des Rechens und entgangene Stromerzeugung
Wenn sich Geschwemmsel auf herkömmlichen Einlaufrechen ansammelt, schränkt es den Zufluss zur Turbine ein. Untersuchungen zeigen, dass Geschwemmsel etwa 50 % des gesamten Druckverlusts an einem Grobrechen ausmachen kann [7]. Wenn sich Geschwemmsel an herkömmlichen Einlaufrechen ansammelt, verringert sich der Zufluss zur Turbine. Untersuchungen zeigen, dass Geschwemmsel für etwa 50 % des gesamten Druckverlusts an einem Grobrechen verantwortlich sein kann [7]. Jedes Prozent Druckverlust bedeutet direkt ein Prozent weniger Stromerlös. Bei herbstlichem Laubfall oder bei Sturmereignissen können sich herkömmliche Rechen innerhalb von Stunden zusetzen und müssen von Hand gereinigt werden – oft an abgelegenen, schwer zugänglichen Standorten. Bei herbstlichem Laubfall oder bei Sturmereignissen können herkömmliche Rechen innerhalb von Stunden zusetzen und müssen von Hand gereinigt werden: oft an abgelegenen, schwer zugänglichen Standorten.
Die wirtschaftlichen Folgen summieren sich: direkte Turbinenschäden + Sedimenterosion + Stillstand durch Verstopfung + Arbeitsaufwand für die manuelle Reinigung = ein erheblicher Teil der jährlichen Betriebskosten vieler Kraftwerke.
Wie Coanda-Rechen es lösen
Ein Coanda-Einlaufrechen nutzt den Coanda-Effekt (die Neigung eines Flüssigkeitsstrahls, an einer gekrümmten Oberfläche anzuhaften), um sauberes Wasser in einem einzigen passiven Schritt vom Geschwemmsel zu trennen. Das Wasser strömt über ein Beschleunigungsblech, bildet einen dünnen, schnell fließenden Wasserfilm und tritt durch geneigte Keildraht-Spalte (V-Draht) hindurch, während das Geschwemmsel über die Rechenoberfläche hinweggeführt und stromab abtransportiert wird [8][9].
Der Mechanismus leistet drei Dinge, die herkömmliche Rechen nicht leisten können:
Hydraulische Geschwemmselabfuhr. Die schnelle Scherströmung über der Keildrahtoberfläche fegt das Geschwemmsel fortlaufend von der Rechenfläche. Die vollständig statische Bauweise benötigt keine Stromversorgung und keinen Räummechanismus. Der Rechen reinigt sich im Betrieb kontinuierlich selbst.
Feine Filtration bei hohem Durchfluss. Übliche Spaltweiten von Coanda-Rechen von 0,5–2,0 mm halten das Geschwemmsel zurück, das Turbinenbauteile beschädigt. In Laborversuchen hielt ein Spalt von 1,0 mm etwa 90 % der Partikel zurück, die größer als der Spalt waren, ein Spalt von 0,5 mm etwa 98 %; Pilotanlagen im Vereinigten Königreich und in der Schweiz verzeichneten bei 1 mm Spaltweite einen Rückhalt von 94 % der Partikel von 0,5–1,0 mm [18]. Bei einem allgemeinen Branchenrichtwert von rund 140 l/s je Meter Wehrbreite [8] (die Baureihen von ADENCO haben Nennkapazitäten von 35, 67 und 150 l/s je Meter für ADENCO-45, ADENCO-70 bzw. ADENCO-127, je nach Absturzhöhe: siehe die Produktseite) kann ein einzelnes Siebpaneel ein beachtliches Wasserkraftwerk versorgen.
Kein Energieverbrauch. Der gesamte Vorgang wird von der Schwerkraft angetrieben. Das Wasser beschleunigt unter Schwerkraft über das Blech, tritt unter Schwerkraft durch den Rechen, und das Geschwemmsel wird unter Schwerkraft stromab abgeführt. An der Wasserfassung gibt es keine Pumpe, keinen Motor und keinen elektrischen Anschluss.
Für einen Wasserkraftbetreiber bedeutet das: kontinuierlich sauberes Wasser an der Turbine, ohne manuellen Eingriff, ohne Stromverbrauch und ohne mechanische Bauteile, die gewartet werden müssen.
Herkömmliche Einlauftechnologien und ihre Grenzen
Um zu verstehen, warum mehr als 40 europäische Wasserkraftwerke Coanda-Rechen eingeführt haben, hilft ein Blick darauf, was sie ersetzt haben:
| Technologie | Typische Öffnung | Selbstreinigend? | Strom erforderlich? | Manuelle Wartung | Durchgelassenes Geschwemmsel |
|---|---|---|---|---|---|
| Grobrechen | 25–150 mm | Nein | Nein | Wöchentliche bis tägliche Reinigung | Laub, Zweige, kleine Äste, gesamtes Sediment |
| Feiner Stabrechen | 6–25 mm | Nein | Nein | Tägliche bis stündliche Reinigung | Laub, feine Zweige, gesamtes Sediment |
| Bandsieb | 3–10 mm | Ja | Ja (Motor) | Monatlich | Feines organisches Geschwemmsel, gesamtes Sediment |
| Trommel-/Rotationssieb | 0,5–3 mm | Ja | Ja (Motor) | Monatlich | Nur feines Sediment |
| Tiroler Wehr | 20–40 mm | Teilweise | Nein | Periodische Spülung | Laub, organisches Geschwemmsel, feines Sediment |
| Coanda-Rechen | 0,5–2,0 mm | Ja | Nein | Nur jährliche Inspektion | Nur feiner Schluff (< Spaltweite) |
Der Vergleich zeigt, warum Coanda-Rechen an Standorten, an denen Geschwemmsel und Wartung dauerhafte Probleme waren, ältere Technologien ersetzt haben. Keine andere passive (schwerkraftbetriebene) Technologie erreicht eine Filtration feiner als 2 mm bei kontinuierlicher Abfuhr des Geschwemmsels.
Einen ausführlichen Vergleich aller Einlaufrechen-Technologien finden Sie in unserem Leitfaden: Coanda-Rechen vs. Stabrechen vs. Trommelsieb.
Abstimmung der Rechenauslegung auf den Turbinentyp
Verschiedene Turbinentypen sind unterschiedlich anfällig für Geschwemmsel und Sediment. Die Auslegung des Rechens (insbesondere die Spaltweite) sollte auf die Empfindlichkeit der Turbine abgestimmt werden:
Pelton-Turbinen (große Fallhöhe: > 200 m)
Pelton-Turbinen nutzen einen oder mehrere Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeit, die auf becherförmige Schaufeln eines Laufrads treffen. Die Düsenöffnung hat üblicherweise einen Durchmesser von 50–200 mm, und jedes Partikel, das die Düse passieren kann, trifft mit Geschwindigkeiten von 30–80 m/s auf die Becheroberfläche.
Anfälligkeit: Extrem. Durch die hohe Strahlgeschwindigkeit verursachen schon kleine Geschwemmselpartikel erhebliche Aufprallschäden. Die Sedimenterosion an Becherflächen und Düsennadeln ist das wichtigste Wartungsproblem bei Pelton-Anlagen in sedimentreichen Einzugsgebieten [6].
Empfohlene Coanda-Spaltweite: 0,5–1,0 mm: die feinste praktikable Filtration zum Schutz hochwertiger Düsen- und Becherbauteile.
ADENCO-Empfehlung: Für Pelton-Anlagen wählen wir die kleinsten verfügbaren Spaltweiten. Die Kosten für Keildraht mit enger Spaltweite sind gering im Vergleich zu den Kosten einer einzigen Überholung eines Pelton-Laufrads.
Francis-Turbinen (mittlere Fallhöhe: 30–300 m)
Francis-Turbinen sind Überdruckturbinen, bei denen das Wasser radial nach innen durch Leitschaufeln und Laufradschaufeln strömt. Die Eintritts- und Austrittskanten der Laufradschaufeln sind die am stärksten der Erosion ausgesetzten Teile [2].
Anfälligkeit: Hoch. Francis-Laufräder sind Präzisionsgussteile. Erosion an den Eintrittskanten der Schaufeln stört das ausgelegte Strömungsbild, senkt den Wirkungsgrad und löst Kavitation aus, die weitere Schäden beschleunigt.
Empfohlene Coanda-Spaltweite: 1,0–1,5 mm: ein Ausgleich zwischen dem Fernhalten von Geschwemmsel und den höheren Durchflussmengen, die für Francis-Anlagen typisch sind.
ADENCO-Empfehlung: Bei Francis-Anlagen besteht die wichtigste Auslegungsanforderung darin, die Kapazität des Rechens auf den Bemessungsdurchfluss der Turbine abzustimmen. Coanda-Rechen mit mehreren Siebpaneelen sind bei Francis-Anlagen üblich, wenn die Breite eines einzelnen Siebpaneels nicht ausreicht.
Kaplan-Turbinen (geringe Fallhöhe: 2–40 m)
Kaplan-Turbinen sind axial durchströmte Propellerturbinen mit verstellbaren Schaufeln. Sie arbeiten bei geringer Fallhöhe und hohem Durchfluss.
Anfälligkeit: Mäßig gegenüber Geschwemmselaufprall, aber hoch gegenüber Sediment. Am stärksten erosionsgefährdet sind die äußeren Austrittskanten und die obere Laufradkammer [5]. Durch die großen Durchflussmengen gelangen erhebliche Geschwemmselmengen in das System.
Empfohlenes Rechenkonzept: Für Kaplan-Anlagen werden Coanda-Rechen wegen des technologiebedingten Druckverlusts (450–1.270 mm bei den Standardrechen von ADENCO, mehr bei Sonderanfertigungen) im Allgemeinen nicht empfohlen. An Standorten mit nur 2–10 m verfügbarer Fallhöhe ist ein Verlust von 0,45–1,3 m Fallhöhe am Einlaufrechen häufig nicht hinnehmbar. Der Coanda Design Guide des US Bureau of Reclamation (USBR) (Wahl, 2003, Bericht R-2003-03) [4] hält dasselbe fest: Steht weniger als etwa 1 m Absturzhöhe zur Verfügung, ist nur ein flacher Rechenwinkel möglich, und bei einer Anlage mit geringer Fallhöhe macht die vom Rechen benötigte Absturzhöhe einen großen Anteil der Gesamtfallhöhe aus. Für Kaplan-Anlagen sind Bandsiebe oder getauchte Keildrahtzylinder in der Regel besser geeignet.
Zusammenfassung: Rechenauslegung nach Turbinentyp
| Turbinentyp | Typische Fallhöhe | Geschwemmselempfindlichkeit | Empfohlener Spalt | Coanda geeignet? |
|---|---|---|---|---|
| Pelton | >200 m | Extrem | 0,5–1,0 mm | Ideal: Druckverlust gegenüber der Gesamtfallhöhe vernachlässigbar |
| Francis | 30–300 m | Hoch | 1,0–1,5 mm | Ja: Druckverlust oberhalb von etwa 50 m Gesamtfallhöhe akzeptabel |
| Turgo | 50–250 m | Hoch | 0,5–1,0 mm | Ja: ähnlich wie bei Pelton-Anwendungen |
| Durchströmturbine | 5–200 m | Mäßig | 1,0–2,0 mm | Ja für Standorte mit >30 m Fallhöhe; grenzwertig bei Standorten mit geringerer Fallhöhe |
| Kaplan | 2–40 m | Mäßig | entfällt | Im Allgemeinen nein: Druckverlust zu erheblich |
Druckverlust: die entscheidende Auslegungsrandbedingung
Der Druckverlust zwischen der Wehrkrone und der Unterkante eines Coanda-Rechens liegt in der veröffentlichten Literatur typischerweise bei 450–1.300 mm [3][8]; die Standardrechen von ADENCO haben Absturzhöhen von 450, 700 und 1.270 mm, und Sonderrechen können mit größerer Absturzhöhe gebaut werden. Dies ist eine inhärente Eigenschaft der Technologie: Das Wasser muss über das Blech beschleunigen und unter Schwerkraft über die gesamte Rechenlänge strömen.
Bei einem Pelton-Kraftwerk mit 200 m Fallhöhe entspricht ein Druckverlust von 1,0 m an der Wasserfassung 0,5 % der Gesamtfallhöhe: vernachlässigbar. Bei einem Francis-Kraftwerk mit 50 m Fallhöhe sind es 2,0 %: für die meisten Betreiber angesichts der Wartungsersparnis akzeptabel. Bei einem Kaplan-Kraftwerk mit 10 m Fallhöhe sind es 10 %: eine erhebliche Minderung des Wirkungsgrads, die die Coanda-Technologie in der Regel ausschließt.
Die praktische Regel: Coanda-Rechen sind für Anlagen mit einer Gesamtfallhöhe über etwa 30 m wirtschaftlich gerechtfertigt, bei denen der Druckverlust weniger als 3–4 % der gesamten verfügbaren Fallhöhe ausmacht. Unterhalb dieser Schwelle übersteigt der Verlust an Stromerzeugung durch die vom Rechen verbrauchte Fallhöhe in der Regel die Wartungsersparnis.
Zur Bewertung der Auswirkung des Druckverlusts auf Ihre konkrete Anlage verwenden Sie den folgenden Zusammenhang:
Jährliche Erlösauswirkung (%) ≈ (Druckverlust des Rechens ÷ Bruttofallhöhe) × 100
Für eine Anlage mit 100 m Fallhöhe und einem Stromerlös von 200.000 £/Jahr kostet ein Druckverlust von 1,0 m etwa 2.000 £/Jahr: leicht zu rechtfertigen im Vergleich zu den Kosten für die manuelle Reinigung des Rechens, für die Turbinenwartung infolge von Geschwemmselschäden und für die entgangene Stromerzeugung durch Verstopfungsereignisse am Rechen.
Einhaltung der Fischschutzvorgaben in der Wasserkraft
Fischschutz durch Siebung ist in der Wasserkraft nicht länger optional. Die regulatorischen Rahmenwerke aller wichtigen Märkte verlangen inzwischen eine Siebung an der Wasserfassung, die das Mitreißen und das Anpressen von Fischen verhindert:
- EU-Wasserrahmenrichtlinie (WFD): Verlangt, dass alle Binnengewässer einen „guten ökologischen Zustand“ erreichen, was zunehmend Anforderungen an den Fischschutz an Entnahmestellen auslöst [10]
- UK Environment Agency (EA): Maximale Spaltweite von 3 mm für Einzugsgebiete im Bergland; 1 mm nahe der Tidegrenze zum Schutz von Glasaalen [11][12]
- UK Eels Regulations 2009: Verbindliche Siebung an Wasserfassungen, um das Einsaugen von Aalen zu verhindern [12]
- US EPA Section 316(b): Maximale Einlaufgeschwindigkeit von 0,5 Fuß pro Sekunde (0,15 m/s) und Mortalität durch Anpressen unter 24 % [13]
- Natural Resources Wales: Besondere Anforderungen an Fischschutzrechen für alle Wasserfassungen von Wasserkraftanlagen [14]
Coanda-Rechen können so geliefert werden, dass sie die meisten Anforderungen an den Fischschutz erfüllen, weil:
- Spaltweiten von 0,5–2,0 mm schließen alle Fische außer den kleinsten Larvenstadien physisch aus
- Keine Sogwirkung, kein Anpressen: Fische werden nicht gegen die Rechenoberfläche gezogen; Geschwemmsel und Fische werden über den Rechen gespült und flussabwärts abgeführt
- Niedrige Anströmgeschwindigkeiten sind durch eine korrekte Auslegung des Rechens erreichbar
Ausführliche Hinweise zu den Vorschriften finden Sie in unserem Leitfaden zur Einhaltung der Fischschutzvorgaben: Fischschonende Einlaufrechen: Section 316(b) und EU-Vorgaben erfüllen.
An vielen Wasserkraftstandorten rechtfertigt bereits die Fischschutzauflage allein die Investition in einen Coanda-Rechen: denn derselbe regulatorische Standard erfordert mit konventionellen Rechen in der Regel angetriebene mechanische Systeme mit deutlich höheren Investitions- und Betriebskosten.
Kaltes Klima und saisonale Randbedingungen
Viele Wasserkraftstandorte liegen in kalten Klimazonen, in denen Frazil-Eis (kleine, im fließenden Wasser mitgeführte Eiskristalle), Schneeansammlungen und Frosttemperaturen von November bis März Probleme an der Wasserfassung verursachen.
Untersuchungen an der NTNU (Norwegische Universität für Wissenschaft und Technologie) haben zwei unterschiedliche Mechanismen der Verstopfung durch Eis an Coanda-Rechen dokumentiert [15]:
- Typ I: Weiches Eis, das an den Keildrahtoberflächen haftet: bei ausreichendem Durchfluss in der Regel beherrschbar
- Typ II: Festes Eis, das sich bei extremen Temperaturen (unter -14 °C) zwischen den Keildrähten bildet: erfordert aktives Eingreifen
Für Wasserkraftwerke in kalten Klimazonen legt ADENCO die Rechen mit Ausrüstung zum Schutz vor Vereisung aus: elektrische Heizelemente im Rechenrahmen, Warmwasser-Rezirkulation oder beheizte Luftdiffusorsysteme. Die kohlenstoffarmen L-Güten sind gegen Sensibilisierung durch die Temperaturwechsel beheizter Rechen beständig; die Werkstoffwahl für beheizte Rechen wird bei der Prüfung durch einen Ingenieur von ADENCO bestätigt.
Auch die saisonale Geschwemmselfracht beeinflusst die Auslegung. Der herbstliche Laubfall in bewaldeten Einzugsgebieten stellt für jeden Einlaufrechen das größte Verstopfungsrisiko dar. Das Wasserkraftwerk Lodore Falls im Vereinigten Königreich (ein bewaldetes Einzugsgebiet) erlebte im Herbst innerhalb von Stunden eine Verstopfung des Drahtkorbrechens, bevor es auf einen Coanda-Rechen umstellte [3]. Nach dem Einbau des Coanda-Rechens bewältigte die vom Wasser überströmte Rechenoberfläche die Laubfracht ohne Eingriff.
Eine umfassende Darstellung der Technik gegen Vereisung finden Sie hier: Technik gegen Vereisung für Einlaufrechen.
Leistung an Betriebsstandorten: europäische Fallstudien
Mehr als 40 Wasserkraftwerke mittlerer und hoher Fallhöhe in Europa setzen inzwischen Coanda-Einlaufrechen ein, überwiegend in den Alpen und im Vereinigten Königreich [3][4]. Veröffentlichte Fallstudien belegen durchgängige Leistungsverbesserungen:
Lodore Falls, Vereinigtes Königreich: Turgo-Anlage mit 170 kW
- Fallhöhe: 150 m brutto
- Durchfluss: 235 l/s
- Turbine: Turgo
- Bisherige Wasserfassung: Drahtkorbsieb: beim herbstlichen Laubfall innerhalb von Stunden verstopft
- Ergebnis mit Coanda: Selbstreinigender Betrieb über alle Jahreszeiten. Der Betreiber der Anlage schätzte die Steigerung der Jahresproduktion auf 15 % (ausgehend von 700–800 MWh), was über 7.000 US$ zusätzlichen Jahresumsatz und eine Amortisation in zwei Jahren für den Coanda-Rechen ergibt [3][4].
Alpenstandorte: mehrere Anlagen
An Alpenstandorten in Österreich, der Schweiz und Norditalien wurden Coanda-Rechen dort nachgerüstet, wo herkömmliche Tiroler Wehre und Stabrechen (feststehend) die hohen Sedimentfrachten bei der Schneeschmelze im Frühjahr und bei sommerlichen Starkregenereignissen nicht bewältigen konnten. Diese Standorte berichten:
- Drastisch verringerte manuelle Wartung: vom wöchentlichen oder täglichen Reinigen zur jährlichen Inspektion
- Verbesserter Turbinenzustand: längere Intervalle zwischen Laufrad-Überholungen durch geringeren Sedimenteintrag
- Höhere jährliche Stromerzeugung: weniger Zwangsabschaltungen durch Rechenverstopfung bei Ereignissen mit hohem Geschwemmselanfall
Nachrüstung im Vereinigten Königreich: Anlage vor der Stilllegung bewahrt
An einer dokumentierten Anlage im Vereinigten Königreich war die vorhandene Wasserfassung so problematisch geworden, dass der Betreiber die vollständige Stilllegung der Anlage erwog. Die Nachrüstung mit einem Coanda-Rechen stellte den zuverlässigen Betrieb wieder her, und die Anlage erzeugt weiterhin Strom [3].
Diese Ergebnisse decken sich mit dem, was wir an den Wasserkraftstandorten von ADENCO sehen: Die Kombination aus passiver Geschwemmselabfuhr, feiner Filtration und schwerkraftbetriebenem Betrieb ergibt wirtschaftliche Erträge, die die Investition an den meisten Standorten rechtfertigen; die veröffentlichte Auswertung für Lodore Falls beziffert die Amortisation dieser Anlage auf etwa zwei Jahre, und der Wert für einen konkreten Standort wird aus dessen eigener Stromerzeugung und den Wartungsaufzeichnungen ermittelt.
Wann ein Coanda-Rechen in der Wasserkraft NICHT geeignet ist
ADENCO ist ein Hersteller von Coanda-Rechen, wir empfehlen unser Produkt jedoch nicht für jedes Wasserkraftprojekt. Coanda-Rechen sind nicht die richtige Wahl, wenn:
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Die Gesamtfallhöhe unter 30 m liegt. Der Druckverlust am Rechen von 450–1.270 mm (die Standard-Absturzhöhen von ADENCO) verbraucht einen zu großen Anteil der verfügbaren Fallhöhe. Für Anlagen mit geringer Fallhöhe (Kaplan, Francis mit geringer Fallhöhe) sind Bandsiebe oder getauchte Zylindersiebe besser geeignet.
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Das Rohwasser sehr wenig Geschwemmsel führt. Ist das Einzugsgebiet felsig und spärlich bewachsen und führt es wenig organisches Geschwemmsel, kann ein herkömmlicher Grobrechen völlig ausreichen und kostet weniger.
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Sehr hoher Durchfluss bei geringer Fallhöhe ist erforderlich. Coanda-Rechen liefern bei der USBR-Referenzgeometrie etwa 140 l/s je Meter Wehrbreite [8] und 150 l/s je Meter beim ADENCO-127. Bei Anlagen, die mehrere tausend Liter pro Sekunde bei geringer Fallhöhe benötigen, kann die erforderliche Rechenbreite unpraktikabel werden.
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Der Standort kein natürliches Wehr und keinen Höhenunterschied hat. Coanda-Rechen setzen voraus, dass Wasser über eine Wehrkrone fließt. Ist die Wasserfassung eine seitliche oder getauchte Ausführung ohne natürlichen Höhenunterschied, können die Bauarbeiten für ein geeignetes Wehr unwirtschaftlich teuer sein.
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Extreme Frazil-Eis-Bedingungen ohne Budget für den Schutz vor Vereisung vorliegen. In den strengsten Kaltklimaten (dauerhaft Temperaturen unter -14 °C) benötigen Coanda-Rechen eine Ausrüstung zum Schutz vor Vereisung. Lässt das Projektbudget diese nicht zu, kann eine getauchte Wasserfassung praktikabler sein.
Offen über diese Grenzen zu sprechen, schafft bei unseren Kunden in der Wasserkraft mehr Vertrauen, als mehr zu versprechen, als wir halten können.
ADENCO Auslegungsprozess für Rechen in der Wasserkraft
Jeder ADENCO-Rechen für die Wasserkraft wird für den jeweiligen Standort ausgelegt. Unser Vorgehen:
Schritt 1: Standortbewertung
Wir prüfen die Bruttofallhöhe der Anlage, den Bemessungsdurchfluss, die Eigenschaften des Einzugsgebiets (Vegetation, Sedimentfracht, Klimazone) sowie die behördlichen Anforderungen (Fischschutz, Umweltgenehmigungen).
Schritt 2: Auf die Turbine abgestimmte Auslegung
Ausgehend vom Turbinentyp wählen wir Spaltweite, Drahtprofil und Neigungswinkel, die den erforderlichen Geschwemmselrückhalt bei maximaler Durchflusskapazität bieten.
Schritt 3: Auslegung des Rechens
Anhand des Bemessungsdurchflusses und der standortspezifischen Kapazität je Meter Breite (angepasst an Spaltweite, Neigungswinkel und verfügbare Fallhöhe) berechnen wir die erforderliche Rechenbreite. Für größere Anlagen legen wir Rechen mit mehreren Siebpaneelen und unabhängigen Sammelkammern aus. Zur detaillierten Auslegungsmethodik siehe: Auslegung eines Coanda-Einlaufrechens.
Schritt 4: Werkstoffauswahl
Auf Grundlage der Wasserchemie (insbesondere Chloridkonzentration, pH-Wert und Temperaturbereich) wählen wir aus unseren sechs Edelstahlgüten aus. Wasserkraftstandorte im Süßwasser werden in der Standardgüte 304 geliefert. Standorte mit Chlorid- oder Meerwassereinfluss (Ästuar oder Küste) erfordern 316L oder höher. Hinweise zur Werkstoffauswahl finden Sie unter: 304 vs. 316 Edelstahl für Einlaufrechen an Wasserfassungen.
Schritt 5: Maßnahmen für kalte Klimazonen
Für Standorte in kalten Klimazonen wählen wir Optionen gegen Vereisung (elektrische Beheizung, Warmwasser-Rezirkulation oder beheizter Luftdiffusor) sowie geeignete Edelstahlgüten für Rechen, die wiederholt erwärmt und abgekühlt werden.
Schritt 6: Fertigung und Lieferung
Jeder Rechen wird nach den Projektanforderungen gefertigt und mit einer Montageanleitung geliefert. ADENCO leistet technische Unterstützung bis einschließlich Inbetriebnahme.
Häufig gestellte Fragen
Welcher Einlaufrechen eignet sich am besten für kommerzielle und großtechnische Wasserkraft?
Für Wasserkraftwerke mit mittlerer und hoher Fallhöhe (oberhalb von etwa 30 m Gesamtfallhöhe) bieten Coanda-Rechen die beste Kombination aus feiner Geschwemmselfiltration, passivem Betrieb und niedrigen Lebenszykluskosten. Mehr als 40 kommerzielle Wasserkraftwerke in Europa setzen Coanda-Einlaufrechen ein. Für Anlagen mit geringer Fallhöhe (unter 30 m) sind Bandsiebe oder getauchte Keildraht-Zylinder in der Regel besser geeignet. Einen direkten Vergleich aller Einlauftechnologien finden Sie unter: Coanda-Rechen, Stabrechen oder Trommelsieb im Vergleich.
Wie viel Geschwemmsel halten Coanda-Rechen zurück?
Coanda-Rechen mit üblichen Spaltweiten von 0,5–2,0 mm halten praktisch das gesamte Geschwemmsel zurück, das größer als die Spaltweite ist: Blätter, Zweige, Äste, Kies und den größten Teil des organischen Materials. Nur feiner Schluff und gelöstes Material, das kleiner als die Spaltweite ist, gelangt hindurch. In Wasserkraftwerken ist dokumentiert, dass dies den Wartungsaufwand der Turbinen deutlich verringert und die Intervalle für Laufrad-Überholungen verlängert.
Funktionieren Coanda-Rechen an Wasserkraftstandorten auch unter Winterbedingungen?
Ja, mit geeigneter Ausrüstung gegen Vereisung. ADENCO sieht bei allen Wasserkraftwerken in kalten Klimazonen einen Vereisungsschutz vor. Einen vollständigen Leitfaden zur Physik des Frazil-Eises und zu 5 Vorbeugungsmethoden finden Sie unter: Vereisungsschutz für Einlaufrechen.
Wie hoch ist der Druckverlust eines Coanda-Einlaufrechens?
Der Druckverlust zwischen der Wehrkrone und der Unterkante eines Coanda-Rechens beträgt bei den Standardrechen von ADENCO typischerweise 450–1.270 mm (450, 700 oder 1.270 mm Absturzhöhe; bei Sonderrechen mehr), abhängig von Rechenlänge, Spaltweite und Bemessungsdurchfluss. Bei Pelton-Anlagen mit hoher Fallhöhe (200+ m) entspricht dies weniger als 0,5 % der Gesamtfallhöhe: vernachlässigbar. Bei Francis-Anlagen mit mittlerer Fallhöhe (50–100 m) sind es 1–2 %. Bei Kaplan-Anlagen mit geringer Fallhöhe kann der Druckverlust 5–10 % der Gesamtfallhöhe übersteigen, was in der Regel nicht akzeptabel ist.
Sind Coanda-Rechen an Wasserfassungen für die Wasserkraft fischschonend?
Ja. Coanda-Rechen halten Fische durch enge Spaltweiten physisch zurück und erzeugen weder Sog noch Anpressung: Die Fische werden über die Oberfläche geführt und mit dem Überschusswasser flussabwärts abgeleitet. Detaillierte Hinweise zur Einhaltung von Section 316(b), EU WFD, UK EA und Aal-Vorschriften finden Sie unter: Fischschonende Einlaufrechen.
Wie viel Wartung erfordert ein Coanda-Rechen an einem Wasserkraftstandort?
Jährliche Sichtinspektion und gelegentliche Hochdruckreinigung (alle 2–5 Jahre): gegenüber täglicher oder wöchentlicher Reinigung bei herkömmlichen Grobrechen. In der Anlage Lodore Falls im Vereinigten Königreich verstopfte der vorherige Drahtkorbrechen im Herbst innerhalb weniger Stunden; der als Ersatz eingebaute Coanda-Rechen arbeitet durchgehend ohne Eingriff. Den vollständigen Wartungsplan auf Basis von mehr als 10 Jahren Betriebsdaten finden Sie unter: Wartung von Coanda-Rechen.
Lässt sich ein Coanda-Rechen an einer bestehenden Wasserfassung eines Wasserkraftwerks nachrüsten?
Ja, sofern das vorhandene Wehr breit genug für das Siebpaneel und hoch genug für die vom Rechen benötigte Absturzhöhe ist (450 bis 1.270 mm bei den Standardrechen von ADENCO). Der Rechen in Lodore Falls im Vereinigten Königreich war eine Nachrüstung an einem bestehenden Wehr und erforderte lediglich eine Sammelkammer, eine Sanierung der Wehrkrone und eine geringfügige Anpassung der Rohrleitung. Ist die vorhandene hydraulische Auslegung jedoch grenzwertig (insbesondere bei begrenzter verfügbarer Fallhöhe), kann die Nachrüstung nicht durchführbar sein. ADENCO bewertet die Eignung für eine Nachrüstung im Rahmen der ersten Standortbeurteilung.
Was kostet ein Coanda-Rechen für ein Wasserkraftwerk?
Die Kosten hängen von der Rechenbreite (bestimmt durch den Bemessungsdurchfluss), der Spaltweite, der Edelstahlgüte und etwaigen Maßnahmen für kalte Klimazonen ab. Eine ausführliche Erörterung der Preisfaktoren finden Sie unter: Was kostet ein Coanda-Rechen?. Veröffentlichte Fallstudien zeigen Amortisationszeiten von etwa zwei Jahren in Anlagen, in denen Coanda-Rechen problematische herkömmliche Wasserfassungen ersetzt haben, auf Grundlage höherer jährlicher Stromerlöse und geringerer Wartungskosten.
Quellen
-
"Silt Erosion and Cavitation Impact on Hydraulic Turbines Performance: An In-Depth Analysis and Preventative Strategies." PMC/MDPI, 2024. Abgerufen im April 2026 von https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11033088/
-
"Common Failures in Hydraulic Kaplan Turbine Blades and Practical Solutions." PMC/MDPI, 2023. Abgerufen im April 2026 von https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10179411/
-
"The Coanda Effect." International Water Power & Dam Construction Magazine. Abgerufen im April 2026 von http://www.waterpowermagazine.com/features/featurethe-coanda-effect/
-
Wahl, T.L. (2003). Design Guidance for Coanda-Effect Screens. U.S. Bureau of Reclamation, Forschungsbericht R-2003-03. Denver, CO.
-
"Trash Racks: Minimise Downtime & Maximise Generation." Hydro Maintain. Abgerufen im April 2026 von https://www.hydropowermaintenance.com/trash-racks-minimise-downtime/
-
"Sediment Erosion in Pelton Turbines: A Review." Chinese Journal of Mechanical Engineering, Springer, 2023. Abgerufen im April 2026 von https://link.springer.com/article/10.1186/s10033-023-00880-y
-
"Trash Racks & Bar Screens." Water Screen Systems. Abgerufen im April 2026 von https://waterscreensystems.com/trash-racks-bar-screens/
-
Wahl, T.L. (2001). "Hydraulic Performance of Coanda-Effect Screens." Journal of Hydraulic Engineering, Bd. 127, Nr. 6. ASCE.
-
Wahl, T.L. et al. (2021). "Surface Tension Effects on Discharge Capacity of Coanda-Effect Screens." Journal of Hydraulic Engineering, Bd. 147, Nr. 8. ASCE.
-
Europäische Kommission. "Water Framework Directive." Abgerufen im April 2026 von https://environment.ec.europa.eu/topics/water/water-framework-directive_en
-
UK Environment Agency. "Screening for Intake and Outfalls: A Best Practice Guide." Abgerufen im April 2026 von https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7c9293ed915d6969f45d2d/scho0205bioc-e-e.pdf
-
Natural Resources Wales. "Intake Screening for Fish: Hydropower." Abgerufen im April 2026 von https://naturalresources.wales/permits-and-permissions/water-abstraction-and-impoundment/hydropower/intake-screening-for-fish/?lang=en
-
U.S. EPA. "Section 316(b) Final Regulations." Federal Register, 2014. Abgerufen im April 2026 von https://www.federalregister.gov/documents/2014/08/15/2014-12164/
-
"Testing the Effectiveness of Fish Screens for Hydropower Intakes." UK Environment Agency, 2013. Abgerufen im April 2026 von https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a80a356e5274a2e87dbaf65/Testing_the_effectiveness_of_fish_screens_for_hydropower_intakes_-_report.pdf
-
"Performance of Coanda-Effect Screens in a Cold Climate." Journal of Cold Regions Engineering, Bd. 28, Nr. 4, ASCE, 2014.
-
FIThydro: Fish-Friendly Innovative Technologies for Hydropower. EU-Projekt Horizon 2020. Abgerufen im April 2026 von https://www.fithydro.wiki/
-
"Passive Water Intake Screen to Reduce Entrainment of Debris and Aquatic Organisms." MDPI Water, Vol 17, No 23, Dezember 2025.
-
Huber, D. Coanda-Effect Screens: Laboratory Tests of 1.0, 0.5 and 0.2 mm Slot Panels (Diplomarbeit, NTNU, BEDUIN-Projekt); Howarth, W. (2001). Pilotstudie Keswick, Vereinigtes Königreich; ENTEC AG (1998). Schweizer Pilotstudie. Sedimentrückhalt-Wirkungsgrad nach Korngröße für Rechen mit 1 mm und 0,5 mm Spaltweite.
Veröffentlicht von ADENCO: Advanced Engineering Coanda Intake Screens. ADENCO plant und fertigt projektspezifische Coanda-Einlaufrechen für Wasserkraftwerke weltweit, von 10-kW-Mikrowasserkraft bis zu Anlagen im Mehr-MW-Bereich. Jeder Rechen wird für Ihren Turbinentyp, Ihre Standortbedingungen und Ihre behördlichen Anforderungen ausgelegt. Beratung zur Wasserfassung für Wasserkraft anfordern →