Wasserkraft

Diese Energie wird durch die Bewegungsenergie des Wassers durch Turbinen in elektrische Energie umgewandelt. Sie ist bis jetzt der grösste regenerative Energieproduzent Deutschlands und der Welt insgesamt. Das sind in Deutschland aber nur 5 % der gesamten Energie.

Weltweit liefert Wasser 20 % des Stroms. Norwegen, Island und Ghana produzieren zu fast 100 % aus Wasserkraft. Da der Bau von riesigen Wasserkraftanlagen in den Entwicklungsländern oft zur Vertreibung von Menschen und zu Umweltproblemen kommt ist es sinnvoller Wasserkraftwerke dezentralisierter zu nutzen.

In Deutschland gibt es etwa 300 Laufwasserkraftwerke mit der Leistung über 1 MW und ca. 7000 Kleinanlagen mit durchschnittlich 57 KW. Aber man kann diese Energie nicht speichern. Es gibt verschiedene Turbinentypen.

1. Kaplanturbine

Das Laufrad dreht sich so ähnlich wie bei einer Schiffsschraube im Wasserstrom. Verwendung bei Fallhöhen von 10 -70 m.

2. Francisturbinen

Funktionsprinzip wie bei der Kaplanturbine nur die Fallhöhe unterscheidet sich der Kaplanturbine mit 50 -800m und großenWassermengen. Man kann mit ihr bis zu 8000MW erreichen.

3. Peltonturbine

Sie erinnert an die klassischen Stosslaufräder. Die Höhen betragen bis zu 1000m.

Eine andere Möglichkeit zur Nutzung der Wasserkraft ist das Gezeitenkraftwerk. Es wird dabei Ebbe und Flut ausgenutzt. Deshalb sperrt man eine Bucht, bei Flut fliesst das Wasser herein bei Ebbe wieder heraus. Beide Male werden Turbinen angetrieben. Diese Technik ist für Deutschland ungeeignet.

1. Nutzung der Wasserkraft

Das Prinzip der Nutzung der Wasserkraft beruht darauf, dass die

potentielle (angestaute) oder kinetische (die Strömungs ) Energie einer Wassermenge durch das Überwinden von Höhenunterschieden frei wird
diese wird dann in sekundäre Energie (Bewegungsenergie) der Turbine umgesetzt
die Turbine kann durch einen angekoppelten Dynamo die sekundäre Energie zu elektrischer Energie umwandeln

1.1. Die Kraftwerkstypen werden unterschieden nach Fallhöhe in:

Niederdruckanlagen mit Fallhöhen von 1 -20 m
Mitteldruckanlagen von 20 -100 m
und Hochdruckanlagen bis über 100m

und nach Betriebsweise in:

Laufkraftwerke
Speicherkraftwerke

1.2. Laufkraftwerke sind:

1.2.1. Das Gezeitenkraftwerk

ist eine Niederdruckanlage
die von den Gezeiten entstehende Flut fließt durch die Einlässe des Dammes der einen Teil des Meeres abschließt
das durch die Einlaßtore strömende Wasser treibt die Turbinen an
das Wasser wird hinter dem Damm gestaut
bei Ebbe wird das aufgefangene Wasser abgelassen, wobei es wiederum Turbinen antreibt
solche Gezeitenkraftwerke arbeiten am effektivsten, wenn der Unterschied zwischen Ebbe und Flut sehr groß ist
den größten Unterschied zwischen Ebbe und Flut auf der Welt gibt es in der Fundybay in Kanada, wo die Differenz 18 Meter beträgt

1.2.2. Das Laufwasserkraftwerk

das Laufwasserkraftwerk ist eine Niederdruckanlage
Laufwasserkraftwerke nutzen das fließende Wasser des Flusses um Strom zu erzeugen, ohne ihn dabei aufzustauen
bei einem Laufwasserkraftwerk reicht die Durchströmgeschwindigkeit des Wassers aus, um das Kraftwerk effizient arbeiten zu lassen
die Wassermenge wird mit Hilfe von einer Kaplan-Turbine zur Stromerzeugung genutzt

1.3. Speicherkraftwerke sind:

1.3.1. Das Speicherkraftwerk oder Talsperrenkraftwerk

ist meistens eine Hochdruckanlage
In einem Speicherkraftwerk wird das Wasser in großen Mengen an einem Damm angestaut
je höher die Stauhöhe ist desto größer ist der Druck in den unteren Schichten des Wassers
durch den hohen Druck strömt das Wassers durch die Turbinen und setzt diese in Bewegung
ein Speicherkraftwerk dient außerdem zum Hochwasserschutz, zur Trinkwasserversorgung, zur Bewässerung und zur Wasserbevorratung für Trockenzeiten

1.3.2. Das Pumpspeicherwerk

ein allen bekanntes Beispiel dürfte das Pumpspeicherwerk Niederwartha sein
das Pumpspeicherwerk eine Hochdruckanlage und ein Speicherkraftwerk
während der Nacht wird mit Hilfe von überschüssigem elektrischem Strom Wasser in ein hochgelegenes Speicherbecken gepumpt
bei Entnahme am Tag treibt das gespeicherte Wasser, das durch Fallrohre einen großen Druck erzeugt, Turbinen an

1.3.3. Das Gletscherkraftwerk

ist eine Hochdruckanlage
Gletscherseen werden an ihrer tiefsten Stelle angebohrt
das Wasser wird über ein Rohrsystem zu einem manchmal weit entfernt gelegenen Kraftwerk bzw. durch dessen Turbinen geleitet
auch im Winter kann noch Strom erzeugt werden, da die Seen nicht ganz bis nach unten gefrieren

Extra:

1.3.4. Das Wellenkraftwerk

Wellenkraftwerke sind erst in der Entwicklungsphase
Eine Plattform wird durch Wellen angehoben bzw. abgesenkt
wenn die Platte angehoben wird, presst sie Luft durch Turbinen in Kammern
umgedreht wird die Luft wieder herausgepresst, wenn sich die Plattform wieder absenkt
hierbei wird beide Male Energie gewonnen

1.4. Turbinen

Einsatzbereiche der verschiedenen Turbinentypen:

in erster Linie bestimmen Fallhöhe und Wassermenge die Wahl der Turbinenart
Kaplan-Turbinen werden für große Wassermengen bei geringer Fallhöhe eingesetzt, meistens in Flußkraftwerken
in Speicherkraftwerken mit großer Fallhöhe und vergleichsweise geringer Wassermenge verwendet man Pelton-Turbinen
die Francis-Turbine ist am weitesten verbreitet, weil sie universell einsetzbar ist
die Einsatzbereiche überlappen einander

1.5. Turbinentypen

1.5.1. Pelton-Turbine

Erfinder der 1848 entwickelten Pelton -Turbine (auch Freistrahl -Turbine oder Becher - Turbine genannt) war L.A. Pelton
Funktionsweise: Wasser wird durch ein sich verengende Rohre in die Schaufel des Peltonrades gedrückt - Geschwindigskeitsenergie entsteht -> radiale Drehbewegung
Fallhöhe: 550 bis 2000m
Leistungen: bis zu 500 MW
Wirkungsgrad: über 90%

1.5.2. Francis-Turbine

Erfinder der Francis- Turbine, die 1849 entwickelt wurde, war J.B. Francis
Funktionsweise: Das Wasser wird in Spiralgehäuse, in dem sich das feststehende Leitrad befindet gedrückt. Dieses besteht aus einem rundem Kranz mit vielen schräggestellten Schaufeln und hat den Zweck, dem aus dem Gehäuse allseitig zuströmenden Wasser eine bestimmte Richtung zum Laufrad zu geben. Danach fließt es nach unten durch das Laufrad ab.
Fallhöhe: bis zu 800m
Leistung: bis zu 750 MW
Wirkungsgrad: bis zu 90%

1.5.3. Kaplan-Turbine

Erfinder der Kaplan- Turbine war Prof. V. Kaplan
Funktionsweise:
das Wasser wird axial zu den Schaufeln geführt
danach fließt es radial durch die Schaufeln, welche durch ihre schräge Anordnung die Turbine antreiben.
Fallhöhe: bis zu 200m
Leistung: bis zu 125 MW
Wirkungsgrad: bis zu 95%

2. Vor- und Nachteile der Nutzung der Wasserkraft

Vorteile

Umweltfreundlich, da keine Schadstoffe
kein Verbrauch natürlicher Ressourcen
geringe Abgabe von Wärme
hoher Wirkungsgrad (etwa 90%)
lange Lebensdauer einer Anlage
einfache und bewährte Technologie
niedrige Betriebskosten aufgrund geringer Erfordernisse an Wartung und Bedienung
Schnelligkeit des Anstellens und Abstellens einer Anlage
Vorteile bei Mehrzwecknutzung (Bewässerung, Schiffahrt, Hochwasserschutz, Trinkwasserversorgung )
Energiespeicherungsmöglichkeit
Ausbleibende Hochwasser

Nachteile

vergleichsweise hohe Investitionskosten
häufig grosse Entfernungen zwischen günstigen Wasserkraftstandorten und Verbraucherzentren
Energieerzeugung ist bei Wellenkraftwerken unregelmässig
Überstauung anderweitig nutzbarer Flächen und ökologisch wertvoller Lebensräume
soziologische Effekte aufgrund von Umsiedelungen
Unterbrechung und Einschränkung des Lebensraumes für Wanderfische
Störung des Wasserhaushalts in der Umgebung
Herabsetzung der Fliessgeschwindigkeit, was oberhalb der Stauanlage zu Ablagerungen und unterhalb zur Erosion, also Abtragung des Geländes, führt
Störung des Lebensraums vieler im Wasser lebender Tierarten und Pflanzenarten
Wasserveränderungen treten ein wie: Sauerstoffarmut, Temperaturveränderung, Änderung der Strömungsverhältnisse und Zunahme an Nährstoffen die zu ungewollten Pflanzenwachstum
Hebung des Grundwasserspiegels
Störung des biologischen Gleichgewichts

Erneuerbare Energien

Möglichkeiten der alternativen Energien