Weltweit existiert ein gewaltiges ungenutztes Wasserkraftpotential im Bereich der niederen Fallhöhen und der großen Durchflussmengen von Flachlandflüssen. Die Größe dieses Potentials liegt bei einer Jahresstromproduktion von 6.500 TWh und bei einer Leistung von über 1.300 GW, was 40 % der weltweit technisch nutzbaren Wasserkraft entspricht und 5 bis 10 % zur derzeitigen Weltenergieproduktion beitragen kann. Bei der vollständigen Nutzung des Potentials zur Stromversorgung würde die CO2-Einsparungen weltweit bei 9,7 Mrd. t/a, in der EU bei 374 Mill. t/a und in Deutschland bei 15 Mill. t/a liegen. Die Erschließung dieses für die Stromerzeugung hochinteressanten Wasserkraftpotentials, durch dessen Nutzung die Stromerzeugung auf Kohlebasis vollständig ersetzt werden könnte, ist mit dem derzeitigen Stand der Technik weder wirtschaftlich noch technisch möglich. Auf Grund dieser Tatsache wurde am Institut für Statik von der Arbeitsgruppe "Regenerative Energien" eine Klasse von Wasserkraftmaschinen entwickelt, die in der Lage ist, das Wasserkraftpotential im Bereich der niederen Fallhöhen und der großen Durchflussmengen sowohl technisch als auch wirtschaftlich erfolgreich zu erschließen. Die dabei entstandene patentangemeldete Schlüsseltechnologie zeichnet sich durch hohe Umweltfreundlichkeit, einen hohen Wirkungsgrad, ein großes Schluckvermögen und ein großes ganzjähriges Arbeitsvermögen aus.
Für die Demonstration der neuen Technologie wird im Rahmen des Forschungsvorhabens mit Unterstützung des BMU, BMWi, BMVBS und des Landes Niedersachsen die Errichtung einer Pilot- und Demonstrationsanlage vorbereitet. Vorgesehen ist ein Hochleistungswasserrad mit einer Leistung von 500 kW, einem Schluckvermögen von 60 m³/s und einer Jahresstromproduktion von 2.500 MWh, mit der ca. 1.000 Haushalte dauerhaft dezentral mit Strom versorgt werden können. Der Zweck der Pilot- und Demonstrationsanlage besteht in der Aufgabe, den technischen Funktionsnachweis der neuen Technologie im Originalmaßstab zu erbringen und den wirtschaftlichen Betrieb der Anlage nachzuweisen. Kurz- und langfristige Untersuchungen der Wasserkraftmaschine im Dauerbetrieb sind hiermit vorgesehen. Ebenso ermöglicht die geplante Pilot- und Demonstrationsanlage, die Region dauerhaft mit erneuerbarer Energie zu versorgen.
Schwerpunktmäßig wird in diesem Themengebiet von der mechanischen Seite die Verarbeitung großer Drehmomente, großer Kräfte und Biegemomente mit der entsprechenden Entwicklung, Optimierung und Konstruktion geeigneter Tragelemente und Übertragungsmittel (Welle, Radfachwerk, Getriebe, etc.) betrachtet. Die Entwicklung von Hochleistungswellen für die Verarbeitung großer Drehmomente und Biegemomente im niederen Drehzahlbereich sowie von Hochleistungsgetrieben und Kombinationsgetrieben zielt auf den Leistungsbereich von 200 - 3.000 kW bei Drehzahlen von 1 bis 4 U/min und bei Drehzahlen von 12 bis 16 U/min auf den Leistungsbereich von 5 bis 12 MW ab. Von der strukturmechanischen Seite erfolgen Untersuchungen und Optimierungen von Getriebe-, Wellen- und Maschinenkomponenten für Wasserrkraftmaschinen mit Hilfe analytischer, numerischer und experimenteller Verfahren. Den Arbeitsschwerpunkten Modellbildung, Simulation, Entwicklung von Berechnungsverfahren, dem Entwurf und der Entwicklung von Hochleistungsgetrieben und Hochleistungswellen kommt innerhalb des Forschungsgebietes Hochleistungswasserräder ein besonderer Stellenwert zu.
Für den bisher technisch nicht nutzbaren Wasserkraftbereich der niederen Fallhöhen und großen Durchflussmengen der Flachlandflüsse existiert im Gegensatz zu Kraftwerksstandorten mit großen Fallhöhen, die den Einsatz der Turbinentechnologie ermöglichen, kein ausentwickelter Kraftwerkstyp. Aufgrund der Standortcharakteristik der Flachlandflüsse sind infolge der geringen Wassertiefen breite Einlauf- und Kraftwerksbauten für die Verarbeitung großer Durchflussmengen erforderlich. Von der strömungsmechanischen Seite erfolgen Untersuchungen und Optimierungen der entwickelten Wasserkraftwerkskonfigurationen mit Hilfe analytischer, numerischer und experimenteller Verfahren. Im Rahmen der Entwicklung von Bemessungsverfahren für Wasserkraftanlagen sind für den konstruktiven Entwurf statische und dynamische Untersuchungen, insbesondere die Tragwerksentwicklung und die Tragwerksanalyse im Bereich Kraftwerksbau und Stahlwasserbau notwendig. Wichtige Aspekte des Stahlwasserbaus stellen dabei die statischen und dynamischen Untersuchungen sowie die Entwicklung von Bemessungsverfahren für Stahlwasserbauteile, wie Schwerlastschütze, Überfallschütze, Wehranlagen und Rechenanlagen dar.
Im Themengebiet der Potenzialuntersuchung der Wasserkraft werden geeignete analytische, numerische und statistische Verfahren entwickelt und umfangreiche Gebietsuntersuchungen zur Verfahrensvalidierung durchgeführt. Darüber hinaus werden Klassifizierungs- und Bewertungsmethoden für die unterschiedlichen Anforderungen der Bewertung von Wasserkraftpotenzialen ermittelt. Im Bereich der Wasserkraftpotenzialermittlung erfolgten vertiefende Untersuchungen zu den verschiedenen Erhebungsverfahren wie Linienpotenzialmodelle, Standort- und Katastermethoden, welche bereits für verschiedene Flussgebietseinheiten erfolgreich angewandt wurden.
Bei der Untersuchung des Windkraftpotenzials großflächiger Gebietseinheiten werden aus den klimatologischen, den meteorologischen sowie den topographischen Daten detaillierte Aussagen über die Ausbildung des lokalen Windfeldes in Bezug auf Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen über die mögliche, durchschnittliche, anlagenabhängige Jahresstromproduktion sowie über die verschiedenen Betriebszustände im lokal betrachteten Windfeld erzielt. Dabei werden die Daten aus lokalen Windmessungen und aus gemittelten Geschwindigkeitsfeldern mit Hilfe geeigneter statistischer Modellansätze miteinander zu einem globalen, kalibrierten Potenzialmodell verknüpft.