Ein Wasserwirbelkraftwerk, auch Gravitationswasserwirbelkraftwerk genannt, ist ein Kleinwasserkraftwerk, das zur Erzeugung von Energie aus Wasserkraft bei kleinen Höhendifferenzen geeignet ist. Die Technik beruht auf einem runden Staubecken mit einem zentralen Abfluss. Über dem Abfluss bildet sich ein stabiler Wasserwirbel aus, der eine Wasserturbine antreibt.

Ein symmetrischer Wasserwirbel bildet sich in einem rotationssymmetrischen Gefäß über einer Abflussöffnung in der Mitte des Gefäßbodens aus. Für die technische Nutzbarkeit wird ein stabiler und symmetrischer Wasserwirbel mit strömungsfreiem Wirbelzentrum angestrebt, der eine langsam rotierende Turbine antreibt.

Im Idealfall ergibt sich ein Potentialwirbel, dessen Tangentialgeschwindigkeit in Richtung des Wirbelzentrums stetig zunimmt. Voraussetzung für die Ausbildung einer stabilen senkrechten Drehachse ist die Schwerkraft. Der Wasserabfluss wird minimal, wenn der Durchmesser des Staubeckens wesentlich größer ist als der Durchmesser des Abflusses.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wasserturbinen ist das Gravitationswasserwirbelkraftwerk mit Zotlöterer-Turbine kein Druck- und auch kein Niederdruckwasserkraftwerk! Das Gravitationswasserwirbelkraftwerk mit Zotlöterer-Turbine ist das erste Turbinen-Wasserkraftwerk, welches das Wasser im geringfügigen Unterdruck auf die Turbine strömen läßt. Bei herkömmlichen Turbinen-Wasserkraftwerken ist entweder ein hoher oder zumindest ein niedriger Wasserdruck nötig um die Turbine in Drehung zu versetzen. Und nur diese einzigartige Wasserführung im geringen Unterdruck auf die Turbine - nämlich die Strömungsform des Gravitationswasserwirbels - ermöglicht einen hohen Eintrag von Luft ins Wasser. Und damit entsteht ein neuer für Wasserpflanzen, Kleinlebewesen und Fische idealer Lebensraum am äußeren Randbereich des Gravitationswasserwirbels.

(Mit einer Turbine, die die vertikale Strömung nutzen soll - siehe Forschungsarbeiten der FH-Westschweiz - wird wieder der alte klassiche Turbinenweg beschritten und die ökologischen Vorteile des Gravitationswasserwirbelkraftwerks samt Zotlöterer-Turbine gehen verloren! - dies ist nicht im Sinn des Erfinders Zotlöterer - sondern eine Unkenntnis des wesentlichen Sachverhalts eine Gravitationswasserwirbelkraftwerks durch die FH Westschweiz!) (Bei all den aktuellen Umweltkatastrophen sollte auch auf Wikipedia interessierten Lesern diese entscheidene neue Art eine ökologisch verträglichen Energietechnologie nicht vorenthalten und auch wissenschaftlich richtig erklärt werden. Überzeugen Sie sich selbst auf den entsprechenden Videos (Kleinlebewesen, Fische) auf unsere Homepage www.zotloeterer.com .)

Das Konzept zur Energiegewinnung aus einem Wasserwirbel, der sich über einem Abfluss eines Wasserreservoirs ausbildet, wird in verschiedenen Vorrichtungen genutzt. So beruht eine 1996 vom Australier Paul Kouris patentierte Vorrichtung auf der Erzeugung von Energie aus einem solchen Wasserwirbel.^[1] Der österreichische Techniker Franz Zotlöterer realisierte ein Konzept, das bei geringen Fallhöhen ab 70 cm und Wassermengen ab 1 m³/s angewendet werden kann und für Kleinkraftwerke geeignet ist.

Anmerkung: Wenn Herr Paul S. Kouris mit dem Gravitationswasserwirbelkraftwerk in Verbindung gebracht wird, müssen auch John C. Horton (US-Patent 195.215 aus dem Jahr 1877)und Herr Kenard D. Brown (US-Patent 3.372.905 aus dem Jahr 1968) angeführt werden. Grundsätzlich haben alle drei angeführten Herrn unterschiedliche Wasserwirbelkraftwerke erfunden, deswegen wurden auch diese drei Patente erteilt. Diese Wasserwirbelkraftwerke haben jedoch wegen des geringen Wirkungsgrads keine praktische Bedeutung erlangt. Das Gravitationswasserwirbelkraftwerk von Zotlöterer (Österreichische Patent 412363 und ein Zusatzpatent 413579aus dem Jahr 2003) ist jedoch das bisher einzig sinnvoll in die Praxis umsetzbare Wasserwirbelkraftwerk. 2009 wurde die für das Gravitationswasserwirbelkraftwerk optimiete Zotlöterer-Turbine (mit bis zu 82% Turbinenwirkungsgrad) zum Patent angemeldet, welches auch in Kürze erteit werden wird. Das Pilot-Gravitationswasserwirbelkraftwerk vom Erfinder Zotlöterer ist bereits seit 2006 im Dauerbetrieb und hat bisher bereits über 260.000kWh an Ökostrom produziert. Inzwischen gibt es bereits weitere Gravitationswasserwirbelkraftwerke in Österreich (Känten) und Deutschland (Sauerland)!

Die Untersuchungen an der FH Westschweiz bestätigten bisher die Ergebnisse der Zotlöterer-Turbine, dass mehrere Schaufeln einen deutlich höheren Wirkungsgrad ergeben. Jedoch hat die Entwicklung einer Turbine mit nur 50% Wirkungsgrad wenig Sinn, wenn es bereits die Zotlöterer-turbine mit 82% gibt. (Auch für den Laien ist an Hand des turbulenten Wassers im Wasserwirbelkraftwerk in Schöftland in der Schweiz gut zu erkennen, das an diesem Kraftwerk noch erheblicher Optimierungsbedarf besteht.)

Dabei werden relativ langsam rotierende Turbinen genutzt (ca. 20 Umdrehungen pro Minute), die für kleines Treibgut und Fische durchgängig sind; durch den Wasserwirbel wird das Gewässer belüftet. In Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik der FH Nordwestschweiz wurde der Rotor optimiert, um mehr Energie aus dem Wirbel zu ernten. Mit einer Turbine, welche auch die vertikalen Strömungen nutzt, konnte der Wirkungsgrad auf 50 % gesteigert werden.^[2]

In einer Pilotanlage in Ober-Grafendorf mit einem Beckendurchmesser von 5,5 m und einer Fallhöhe von 1,4 m werden 7,5 kW elektrische Leistung erzielt. Die Rotationsfrequenz der Turbine beträgt 33 min^-1 (0,55 Hz). Weitere Anlagen sind in der Schweiz in Betrieb (an der Suhre in Schöftland; elektrische Leistung bis 15 kW, Jahresproduktion bis zu 90'000 kWh/a, bzw. Strombedarf von etwa 20–25 Haushalten).^[3]

Bei größeren Fallhöhen und Durchflussmengen kann deutlich mehr Strom gewonnen werden (2,5 m, 10 m³/s: 150 kW)^[4]

• 2007: Energy Globe Award Kärnten
• 2010: Energy Globe Award Niederösterreich 2010 und Austria 2010 (Sonderkategorie Erfinder)^[5]
• 2011: Watt d'Or 2011 in der Kategorie Erneuerbare Energien für die Flussrenaturierung mit Wasserwirbelkraftwerk in Schöftland, verliehen vom Schweizer Bundesamt für Energie^[6]

• Erneuerbare Energie
• Kleinwasserkraft

• Ben Schwan: Wir könnten ein Atomkraftwerk ersetzen. 26. Juli 2010, Technology Review (Online)
• Franz Zotlöterer: (unbekannter Titel) In: Heimerl, Stephan (Hrsg.): Neuntes Internationales Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke. Ostbayerisches Technologie-Transfer-Inst., Regensburg 2006, ISBN 3-934681-47-6, S. 108-112.
• Franz Zotlöterer: Steigerung der Wassergüte durch ein neuartiges Wasserkraftwerk, 5. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien, 2007.
• Franz Zotlöterer: Wasser Energie Luft (Titel des Sammelwerkes). In: Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (Hrsg.): Wasser Energie Luft. 4/2007, Baden, 2007, ISSN 0377-905x
• Franz Zotlöterer: Das Gravitationswasserwirbelkraftwerk, Zement und Beton - Ausgabe 3_11, S. 36–39.

• zotloeterer.com Patentinhaber und Erfinder des Gravitationswasserwirbelkraftwerks
• [1] 10kW Gravitationswasserwirbelkraftwerk mit Zotlöterer-Turbine (Funktionsweise eines gut designten Gravitationswasserwirbelkraftwerks)
• Genossenschaft Wasserwirbelkraftwerke Schweiz
  • Video zur Vorstellung der Technik anhand der Pilotanlage und zu den potentiellen Einsatzgebieten
• Wasserwirbeltechnik

Medienberichte (Auswahl)

• Erstes Wasserwirbel-Kraftwerk, Schweiz aktuell am 24. November 2009 (Videoportal des Schweizer Fernsehens) (Video)
• Wasserwirbelkraftwerk Schöftland, Bericht von Tele M1-Aktuell (YouTube-Video)
• Minikraftwerk im Fluss auf heise online

(Aussagekräfiges Foto eines Gravitationswasserwirbelkraftwerk)

1. ↑ Patent US6114773: Hydraulic Turbine Assembly. Angemeldet am 25. Januar 1996, veröffentlicht am 5. September 2000, Anmelder: Paul S. Kouris, Erfinder: Paul S. Kouris.‌
2. ↑ Superturbine für Klein-Wasserkraftwerke, Einstein (SF-Wissensmagazin) vom 23. Juni 2011
   Thesis zum Thema "Wasserwirbelkraftwerk" an der Hochschule für Technik der FH Nordwestschweiz im Herbst 2010
3. ↑ Projekte und Anlagen, gwwk.ch
4. ↑ watervortex.net: Leistungsdaten
5. ↑ energyglobe.com: Preisträger 2010
6. ↑ Gewinner des Watt d'Or 2011, BFE am 6. Januar 2011