Kraftwerk Gratkorn

Detailplanung und Konstruktion der Turbinen

Im Oktober 2024 wurde das neue Wasserkraftwerk Gratkorn in Betrieb genommen und von den Projektpartnern VERBUND und Energie Steiermark feierlich eröffnet. Das Wasserkraftwerk wurde ca. 10 Kilometer nördlich vom Zentrum der steirischen Landeshauptstadt Graz (Österreich) errichtet und liefert nachhaltigen Strom für ca. 15.000 Haushalte. Im inneren der Anlage arbeiten dafür zwei Kaplan-Turbinen. Diese wurden für 205 m³/s Ausbaudurchfluss und 6,62 m Fallhöhe konstruiert. Bei vollem Zufluss erreichen sie mehr als 11 Megawatt Maximallleistung.

Wir freuen uns, dass Jaberg & Partner dieses Projekt in der Detailplanung und der Konstruktion der Turbinen, so wie mit der Unterstützung eines Modellversuches begleiten durften.

Hydraulische Entwicklung

Im Auftrag des Herstellers der Kaplan Turbinen führten wir eine CFD-basierte Entwicklung der Turbinenhydraulik durch. Die besondere Herausforderung bestand in der Konstruktion einer effizienten und kompakten vertikalen Kaplanturbine mit einer vergleichsweise hohen spezifischen Drehzahl nq für stark eingeschränkte Geometrieverhältnisse.

Querschnitt des Kraftwerks in Seitenansicht mit einer Überlagerung der vorgegebenen strukturellen Einschränkungen (in grau) und dem endgültigen Turbinendesign (helle Farben)

Fertige Turbinenhydraulik beim Einbau in das Kraftwerk Gratkorn

Aufgrund der speziellen baulichen Anforderungen, musste nicht nur die Höhe des Spiralgehäuses reduziert werden (von H = 6,75 m auf H = 6,25 m), sondern auch die Breite (von B = 12,75 m auf B = 10,5 m).

Optimierung der Laufschaufeln und des Saugrohrs

Die Abweichung vom ursprünglichen Design führt zu einer erhöhten Verwirbelung, die durch das Spiralgehäuse erzeugt wird. Infolgedessen sind die Einströmbedingungen nicht ideal und vergleichsweisen hohen Verluste sind die Folge.

Überlagerung eines herkömmlichen Spiralgehäuses und des neuen, speziell entwickelten Spiralgehäuses.

Geschwindigkeitsverteilung, dargestellt auf einem Mittelabschnitt des Spiralgehäuses bei hoher Belastung.

Jede Änderung der Schaufelgeometrie bewirkt eine Änderung der Strömung im Saugrohr, was sich wiederum auf die Gesamtleistung der Turbine auswirkt. Deshalb wurde die Optimierung der Laufschaufeln zusammen mit der Optimierung des Saugrohrs durchgeführt.

Im Laufe der Optimierung wurde ein Spitzenwirkungsrad von 94% erzielt. Hierfür musste das Laufraddesign für den Betrieb unter hoher Last optimiert werden.