Der deutsche Strommix setzt sich zu 29,5 % aus erneuerbaren Energien und zu 70,5 % aus konventionellen Energieträgern zusammen. Seit Jahren verschiebt sich der Mix zugunsten der Erneuerbaren. Wasserkraftschnecken liefern hier nur einen recht geringen Beitrag, obwohl sie mit Turbinenwirkungsgraden zwischen 80 und 90 % betrieben werden und viele Vorteile bieten. Sie sind effizient, robust und umweltfreundlich und zeigen ihre Stärken im kleinen und mittleren Durchflussbereich sowie kleinen Fallhöhen. Die Anlagen weisen ein gutes Teillastverhalten auf. Die baulichen und technischen Größenbegrenzungen von Wasserkraftschnecken geben den Einsatz im Bereich der Klein- und Kleinstwasserkraft vor.
Im Jahr 2001 wurden die ersten beiden kommerziellen Anlagen in Betrieb genommen. Es waren die Rödermühle mit 7,5 kW an der Fränkischen Saale in Diebach bei Hammelburg und eine Anlage mit 18,5 kW an der Nethe in Höxter-Godelheim. Heute sind in Europa mehr als 300 Anlagen in Betrieb, jedes Jahr kommen ca. 40 neue hinzu. Die Technologie hat sich mittlerweile bewährt. Daher werden nunmehr hauptsächlich größere Anlagen gebaut, von denen sich viele im Bereich von 140 kW bis über 200 kW Leistung bewegen. Eine der größten Wasserkraftschnecken steht im österreichischen Kindberg.
Zentrales Bauteil einer Wasserkraftschnecke ist der Läufer, der jeweils am oberen und unteren Ende an einer Traverse gelagert ist. Nach der Übersetzung durch ein Getriebe wird mit höherer Drehzahl ein elektrischer Generator zur Stromerzeugung angetrieben. Dieser ist meist hochwassersicher am oberen Ende der Vorrichtung montiert. Während das obere Ende in der offenen Bauweise trocken gelagert ist, befindet sich die untere Lagerung ständig unter Wasser. Um die Reibungs- und Impulsverluste bei der Energieumwandlung gering zu halten, dreht sich die Schnecke mit nur maximal 20 bis 60 Umdrehungen pro Minute verhältnismäßig langsam. Das hohe Eigengewicht des Läufers muss von den Lagern aufgenommen werden. Hinzu kommt noch das Gewicht des Triebwassers, das sich in den Kammern zwischen den Gewindegängen herunterbewegt und dadurch den Läufer in eine Drehbewegung versetzt.
Wasserkraftschnecken sind unempfindlich gegenüber Wassermengenschwankungen und können an Standorten mit geringem Nutzgefälle wirtschaftlich betrieben werden. Dazu wird die gesamte Vorrichtung um ca. 20 bis 30 Grad geneigt zwischen dem Ober- und Unterwasser der Kraftwerksanlage eingebaut. Für die Lagerungen entsteht hieraus eine Kombination aus hohen Axial- und Radiallasten. Eine zusätzliche Belastung für die Lagerungen besteht in rhythmischen Schwingungen, die das beschleunigte Ablaufen des Wassers aus dem letzten Schneckengang verursacht.
Anforderungsprofil für das Schmierfett
Ein führender Hersteller in Süddeutschland suchte ein Spezialschmierfett für die Lager seiner Wasserkraftschnecken, das ein sehr anspruchsvolles Anforderungsprofil erfüllen musste. Das Unternehmen baut Anlagen mit einer Leistung bis 500 kW und einem Wirkungsgrad bis 92 %. Diese werden bei einem Wasserstrom bis 10 m³/s und Fallhöhen bis 10 m betrieben.
Die obere Lagerung der Wasserkraftschnecken, die einen Durchmesser bis zu 5 m haben, besteht aus einem Rillenkugellager oder Tonnenlager, die untere Lagerung aus einem Gleitlager oder Kegelrollenlager. Die 10 bis 18 m langen Schnecken drehen sich mit 1 bis 2, maximal 30 Umdrehungen pro Minute. Für die Grundölviskosität des Schmierfettes war daher eine hohe Viskosität von mindestens 100 mm²/s, besser 1000 mm²/s bei 40 °C gefordert. Das Schmierfett musste zudem eine extrem hohe Wasserbeständigkeit und einen sehr guten Korrosionsschutz aufweisen. Aus diesen Gründen waren Produkte mit einem Calcium-Sulfonatkomplex-Verdicker bevorzugt. Diese zeichnen sich zudem durch eine sehr gute mechanische Beständigkeit und hohe Lasttragefähigkeit, auch unter Schockbelastungen, aus.
Da Wasserkraftschnecken häufig auch in Gewässern mit Fischfauna betrieben werden, musste das Schmierfett eine gute biologische Abbaubarkeit besitzen und toxikologisch unbedenklich sein. Zudem sollte es für die Nachschmierung problemlos über Pumpen förderbar sein. Bevorzugt war daher eine weiche Konsistenz in der NLGI-Klasse 1.
LUBCON Grizzlygrease Bio 1–1000
Der Spezialschmierstoff-Hersteller Lubricant Consult GmbH (LUBCON) mit Sitz im hessischen Maintal bietet mit LUBCON Grizzlygrease Bio 1–1000 ein Produkt an, das dieses anspruchsvolle Anforderungsprofil vollständig erfüllt. Das im Markt einzigartige Produkt wurde ursprünglich für die Schmierung der Zahnstangengetriebe an den Säulen von Hubschiffen entwickelt, die im Offshore-Bereich die Installation und Maintenance von Bohrinseln und Windkraftanlagen durchführen. Neben der nachgewiesenen technischen Leistungsfähigkeit besitzt das Schmierfett die OCNS-Freigabe des Cefas (Centre for Environment Fisheries and Aquaculture Sciences) und ist in die HOCNF-Kategorie „Yellow“ eingestuft. Dieser Farbcode für Offshore-Chemikalien (Black, Red, Green und Yellow) entstammt dem norwegischen Regelwerk für die Petroleumindustrie zum Schutz der norwegischen Küste. Dadurch ist die in unabhängigen, akkreditierten Laboren gemessene biologische Abbaubarkeit von 80 % nach OECD 301 D und die toxikologische Unbedenklichkeit durch einen EC50-Wert von > 100 mg/l (Daphnien‑, Algen- und Fischtoxizität) bestätigt. Diese Zertifizierungen sind unabdingbar für den uneingeschränkten Einsatz von Chemikalien (darunter fallen auch Schmierstoffe) in der Nordsee und dem Nordostatlantik.
Das Calcium-Sulfonatkomplex-Fett in der NLGI-Klasse 1, auf Basis eines Grundöls mit der Viskosität 1000 mm²/s bei 40 °C, besitzt einen hervorragenden Korrosionsschutz auch gegenüber Meerwasser (SKF-EMCOR Test mit 2 % NaCl: Note 0/0). Die sehr hohe Lasttragefähigkeit wird durch eine Schweißkraft von > 6000 N bei der Prüfung im Shell-Vierkugel-Apparat (VKA) eindrucksvoll nachgewiesen. Die problemlose Förderfähigkeit von LUBCON Grizzlygrease Bio 1–1000 wurde in umfangreichen Pumptests eines namhaften Herstellers von Nachschmieranlagen bestätigt.
Deutliche Vorteile im Betrieb
Der Hersteller der Wasserkraftschnecken hat aufgrund dieses äußerst aussagefähigen „Steckbriefs“ ohne umfangreiche Versuche sofort die Freigabe für das Spezialschmierfett von LUBCON erteilt und auf dieses Produkt umgestellt. Alle Neuanlagen werden nun mit diesem Schmierfett ausgerüstet, das auch bei den Förderschnecken des Herstellers in der Abwassertechnik zum Einsatz kommt.
Die Anlagenbetreiber profitieren damit nicht nur von der signifikanten Erhöhung der Betriebssicherheit ihrer Wasserkraftschnecken im Hinblick auf den Gewässerschutz. Mit dem Einsatz von LUBCON Grizzlygrease Bio 1–1000 verlängern sich auch die Lagerstandzeiten. Dies führt zu reduziertem Wartungs- und Reparaturaufwand sowie einer höheren Anlagenverfügbarkeit. Die daraus entstehenden Kostenvorteile sind enorm.
