Wasserkraft – der vergessene Riese

Wasserkraft im Wandel:

Warum verschleißfeste Werkstoffe entscheidend für die Energiewende sind

Laut der International Hydropower Association (IHA) wird erwartet, dass bis 2030 mehr als die Hälfte der bestehenden Wasserkraftwerke der Welt modernisiert werden müssen (Ref. 1) und die International Energy Agency (IEA) gibt an, dass weltweit etwa die Hälfte des wirtschaftlich rentablen Wasserkraftpotentials ungenutzt ist (Ref. 2). Wasserkraft ist nicht nur eine bewährte Technologie und derzeit die größte erneuerbare Energiequelle, sondern bringt auch die Flexibilität, die wir im Stromsektor mit Speicherkapazitäten brauchen. Deloro engagiert sich für die Steigerung der Produktivität von Wasserkrafttechnologien durch Verschleiß- und Korrosionsschutz für kritische Komponenten in Wasserkraftwerken.

Kritische Komponenten in Wasserkraftwerken müssen simultanen Verschleißmechanismen wie Erosion, Hydroabrasion und Kavitation standhalten. Aufgrund dieser Mechanismen unterliegen die Wasserkraftturbinen Wirkungsgradverlusten. Die gute Nachricht ist, dass die Lebensdauer von Wasserkraftkomponenten mit geeigneten verschleißfesten Materialien wie Stellite™ erheblich verlängert werden kann.

Einer der maßgeblichen Faktoren für die Art des Verschleißmechanismus ist der Winkel zwischen der partikelbeladenen Strömung und der Bauteiloberfläche. Bei niedrigen Winkeln entsteht der Materialverlust durch den Abtrag von Mikrospänen oder das Zerpflügen der Oberfläche mit dem Abtrag der aufgeworfenen Materialpartikel. Mit zunehmendem Winkel verschiebt sich das Verschleißmuster in Richtung Oberflächenverformung und Zerrüttung. Durch den erosiven Angriff bei kleinen Anströmwinkeln werden weiche duktile Werkstoffe stärker angegriffen, während bei hohen Anströmwinkeln harte und spröde Werkstoffe stärker geschädigt werden. (Ref. 4) Da in strömungstechnischen Anlagen und Maschinen häufig unterschiedliche Anstellwinkel vorliegen, muss das Verhalten von Verschleißschutzschichten unter diesen unterschiedlichen Bedingungen berücksichtigt und entsprechende Werkstoffe ausgewählt werden. Deloro Wear Solutions bietet eine breite Palette von Lösungen für verschiedene Arten von Wasserkraftturbinen wie Pelton, Francis und Kaplan an und kann die Legierungen an die individuellen Bedingungen anpassen, unter denen Wasserkraftwerke arbeiten, d. h. Partikelbelastung, Strömungswinkel und -geschwindigkeit usw.

Komponenten für Pelton-Turbinen

Injektionsnadeln und Sitze für Pelton-Turbinen müssen in einer stark abrasiven und erosiven Umgebung betrieben werden, die durch eine Mischung aus Wasser, Sand und Steinen verursacht wird. Besonders mit Gletscherwasser betriebene Wasserkraftwerke werden von Schwebstoffen angegriffen. Nadeln und Sitze mit sandgegossener Stellite™- und/oder HVOF-Hartschicht weisen eine wesentlich bessere Leistung in Umgebungen mit hohem Erosionsgrad auf als unbeschichtete Stahlsubstrate.

Komponenten für Francis-Turbinen

Sanddichtringe für Leitschaufeln sind Strömungen aus Wasser, Sand und Steinen ausgesetzt, die an kritischen Stellen zu Hydroabrieb und Erosionsverschleiß führen. Bearbeitete Stellite™ Schleudergussteile haben eine deutlich längere Lebensdauer im Vergleich zu Ringen aus Edelstahl oder Cu-Al-Bronze.

Komponenten für Kaplan-Turbinen

Verschleißsegmente für die Außenkontur von Turbinenflügeln müssen extremer Kavitation standhalten. Mit Stellite™-Laser- oder PTA-Beschichtung auf 1.4571-Basismaterial haben Teile deutlich bessere Eigenschaften in Umgebungen mit hohem Kavitationsgrad im Vergleich zu unbeschichteten Segmenten.

Verschleißteile für alle Arten von Wasserturbinen können gemäß den Spezifikationen der Wasserkraftwerksbetreiber neu hergestellt und verschlissene Teile mit den Fähigkeiten von Deloro aufgearbeitet werden. Darüber hinaus bietet Deloro Schweißmaterialien für Turbinenreparaturarbeiten an, die von OEMs oder spezialisierten Dienstleistern ausgeführt werden. Neugierig, wie Sie die Produktivität Ihres Wasserkraftwerks durch Verschleißschutz kritischer Komponenten steigern können? Zögern Sie nicht, mit uns über Ihre Herausforderung zu sprechen.

Referenzen

1. IHA – International Hydropower Association

2. IEA (2021), Hydropower Special Market Report, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/hydropower-special-market-report

3. Ziyi Yang et al, (2022) Microstructure, hardness and slurry erosion-wear behaviors of high-speed laser cladding Stellite 6 coatings prepared by the inside-beam powder feeding method, Journal of Material Research and Technology, 19, p 2596-2610

4. Prof. Dr.-Ing. V. Wessling et al, Verschleißschutzsysteme gegen hydroabrasive Belastungen, TU Clausthal-Zellerfeld

5. Ekanger, Jarle Vikor (2011) Master of Science in Energy and Environment Morphing skins to improve local flow behavior in a hydroturbine context Adaptive overflater for forbedring av lokal strømning i vannturbinsammenheng

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