Wasserfassungen mit Coanda Rechen

Beispiel Coanda Rechen

Optimierung der Coanda-Rechen für Schweizer Gewässer

Forschungsprojekt im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE)


Die Sohlentnahme über ein Tiroler Wehr ist der übliche Fassungstyp für Kraftwerksfassungen an Gebirgsbächen. Das Tiroler Wehr weist im Allgemeinen grosse Spaltweiten zwischen 3 bis 10 cm sowie ein hohes spezifisches Schluckvermögen auf. Nachteilig bei dieser Fallrechenfassung ist, dass sie häufig gereinigt werden muss und dass mit dem Triebwasser auch sehr viel Geschiebe, Kies und Sand mitgefasst wird. Die Sedimente müssen zum Schutz empfindlicher Anlageteile in einer teuren Entsanderanlage ausgeschieden werden. Zudem können am Tiroler Wehr Fische verletzt oder durch den Rechen fallen und in die Fassung geraten.


Der Coanda-Rechen ist demgegenüber eine sehr wirtschaftliche, unterhaltsarme und umweltschonende Alternative, welche in der Schweiz jedoch noch nicht weit verbreitet ist. Hierzulande wurde die Einsatzmöglichkeit eines Coanda-Rechens erstmals anhand einer 1998 installierten Pilotanlage am Räppierbach in der Gemeinde Hinterrhein GR untersucht. Die Erkenntnisse dieser durch das Programm „Energie 2000“ unterstützten Anlage sind im Schlussbericht „Pilotprojekt COANDA Feinrechen für kleine Wasserkraftanlagen“ zusammengefasst (Entec AG, Hans Marugg & Partner AG, 18.12.1998). Das Institut für Bauen im alpinen Raum (IBAR) der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Chur untersucht in einem vom Bundesamt für Energie (BFE) geförderten, weiterführenden Forschungsprojekt das Potenzial des Coanda-Rechens für den Einsatz an Schweizer Gewässern. 

Prinzipskizze Coanda Rechen

Funktionsprinzip des Coanda-Rechens

Beim Coanda-Rechen wird der Wandhaftungsseffekt, der sogenannte Coanda-Effekt, bei der gleichmässigen Überströmung eines abgerundeten Wehrkörpers ausgenützt und das Triebwasser über quer zu dessen Fliessrichtung angeordnete, filigrane Rechenstäbe entnommen. Die scharfkantigen Stäbe sind leicht schräg angeordnet (ca. 3° bis 6° Neigung), wodurch das Stabprofil in das überfliessende Wasser hineinragt und beim Wasserstrom jeweils ein Teil abgeschert wird (aquashear). Durch den Coanda-Effekt folgt das strömende Wasser dem Stabprofil und fliesst in einen Sammelkanal, von wo es der Druckleitung zugeführt wird. Der Coanda-Rechen ist ca. 1.30 m hoch. Das spezifische Schluckvermögen beträgt ca. 110 bis 140 l/s pro Meter Rechenbreite.

 

Der Coanda-Rechen hat geringe Spaltweiten von lediglich 0.2 mm bis 3.0 mm. Dadurch wird der grösste Anteil der Sedimente sowie das Geschwemmsel gar nicht mitgefasst und verbleibt im Bachbett. Es kann oft auf einen Sandfang verzichtet werden. Ein Rechen mit einem Stababstand von 1.0 mm hält gemäss Angaben der Hersteller 90% der Feststoffe im Wasser von mehr als 0.5 mm Grösse von der Fassung fern. Auch der Fischabstieg ist durch die geringen Spaltweiten problemlos möglich, wodurch der Coanda-Rechen in Kreisen von Ökologie und Fischerei Anklang gefunden hat. Zudem ist der Coanda-Rechen grösstenteils selbstreinigend, da das auf dem Rechen liegenbleibende Treibgut und Laub durch das Überschusswasser mitgerissen wird. Es kann somit auf eine Rechenreinigungsanlage verzichtet werden.

Detailskizze Coanda Rechen

Forschungsziele

Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen nach einem umfassenden Literaturstudium ausgewählte Anlagen in der Schweiz und im nahen Ausland in Bezug auf die Betriebserfahrungen analysiert werden. Denn die bisherigen Erfahrungen von Betreibern von Coanda-Rechen brachten auch einige Probleme ans Licht. So wird durch den Abrieb und den Verschleiss der scharfkantigen Profile das spezifische Schluckvermögen stark reduziert. Die Rechen weisen je nach Geschiebe eine begrenzte Lebensdauer von ca. 10 bis 15 Jahren auf. Ein weiteres Problem ist die eingeschränkte Schluckfähigkeit infolge unregelmässiger Anströmung. Zudem gibt es vereinzelte Erfahrungsberichte von Betreibern, dass die Rechen rasch verstopfen können, z.B. durch Verkalkung.

 

In wissenschaftlicher Hinsicht soll der Ausscheidungsgrad der Feststoffe in Abhängigkeit des Stababstands für ausgewählte in Betrieb stehende Anlagen sowie im hydraulischen Modellversuch ermittelt werden. Neben der technischen Optimierung der Rechen sollen Planungshilfen, Empfehlungen für optimale Einbauarten und Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Das Zielpublikum sind in erster Linie projektierende Ingenieurinnen und Ingenieure.

Ansprechpersonen

Lifa Imad, Prof. Dr. Ing. TU/SIA, MBA
Tel. +41 81 286 24 83
Fax +41 81 286 24 00
imad.lifa@htwchur.ch
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