Ein praxisnahes Studierendenprojekt zur Entwicklung eines modularen, skalierbaren Systems zur nachhaltigen Stromerzeugung mittels Wasserrad und intelligenter Steuerung.
Ausgangslage
Die untere Mühle in Böttstein wird im Zuge von Renovierungsarbeiten mit einem neuen Holz-Wasserrad ausgestattet. Dieses soll künftig zur nachhaltigen Stromerzeugung genutzt werden. Ziel ist es, ein geeignetes Generatorsystem zu entwickeln, das die mechanische Energie des Wasserrads effizient in elektrische Energie umwandelt. Dabei sind verschiedene Betriebszustände zu definieren und ein zuverlässiger, automatisierter Dauerbetrieb sicherzustellen.
Ziel
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Umsetzung eines einfachen, robusten und effizienten Strom-Generatorsystems (SGS). Dieses soll:
- die Energie des Wasserrads optimal nutzen,
- eine automatische Regelung der Drehzahl ermöglichen,
- unterschiedliche Wasserzuflüsse ausgleichen können,
- sowie einen sicheren und benutzerfreundlichen Betrieb gewährleisten.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung eines skalierbaren Konzepts, das auch auf andere Wasserräder übertragbar ist.
Engineering
Das entwickelte System besteht aus drei zentralen Komponenten:
- einem Generator zur Energieumwandlung,
- einem Solar-Inverter zur Einspeisung und Leistungsregelung,
- sowie einem Schaltschrank mit speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS).
Die SPS übernimmt die Kommunikation mit dem Inverter und steuert die verschiedenen Betriebszustände. Durch die intelligente Regelung kann die Drehzahl des Wasserrads stabil gehalten werden:
- Bei steigendem Wasserzufluss erhöht sich die Eingangsleistung und die Drehzahl nimmt zu.
- Das System reagiert darauf mit einer Erhöhung der elektrischen Ausgangsleistung, um die Drehzahl zu stabilisieren.
- Bei sinkendem Zufluss wird die Leistung entsprechend reduziert.
Resultate
Mit einem Prototypen konnte erfolgreich gezeigt werden, dass das entwickelte Funktionskonzept praxistauglich ist. Die wichtigsten Ergebnisse sind:
- Nachweis eines stabilen und regelbaren Betriebs unter variierenden Bedingungen,
- erfolgreiche Umsetzung einer automatisierten Steuerung mittels SPS,
- benutzerfreundliche Bedienung durch Visualisierung und Bedienfeld,
- Testbetrieb unter Laborbedingungen mit einer Leistung von 1.5 kW (maximal bis zu 3 kW).
Das System überzeugt durch seine modulare und skalierbare Bauweise, wodurch eine Anwendung bei verschiedenen Wasserrad-Anlagen möglich ist.
Medienberichte zum Thema
- «Das ist ja gigantisch»: Das grösste Wasserrad Europas dreht sich wieder (Aargauer Zeitung, 11.05.2024)
Projektdetails
- Typ
- Studierendenprojekt
- Forschungsfeld
- Elektrotechnik
- Themen
- Technologien und Engineering, Elektrotechnik und Messtechnik, Sozialraumplanung, Umwelt und Nachhaltigkeit und Umwelttechnologie und Recycling
- Hochschule/Institut
- Hochschule für Technik und Umwelt
- Partner
- Verein Kultur am Mühlebach, Böttstein
- Mitarbeit
- Student: Julian Städeli
Betreuung: Prof. Dr. Georg Traxler-Samek,
Prof. Dr. Ishan Pendharkar