Wasser­kraftanlage

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In einer Wasser­kraft­an­lage, auch Wasser­kraft­werk genannt, wird mittels Wasser mecha­ni­sche Energie in elektri­sche Energie umgewan­delt. Da Wasser ein Energie­träger ist, der scheinbar unbegrenzt zur Verfü­gung steht und sich schnell auf natür­liche Weise regene­riert, zählt die Strom­erzeu­gung mittels Wasser­kraft­an­lagen zu den erneu­er­baren Energie­quellen und können in der Strom Direkt­ver­mark­tung vermarktet werden. Weltweit wird mit Wasser­kraft­werken rund 24 Prozent des weltweiten Stroms produ­ziert.

Wie funktio­niert eine Wasser­kraft­an­lage?

Damit die kineti­sche Energie des Wassers in elektri­sche Energie umgewan­delt werden kann, wird das Wasser durch eine Talsperre bzw. Stauan­lage zurück­ge­halten, um ein großes Reser­voir zu schaffen. So entsteht ein Höhen­un­ter­schied. Sobald sich der Staudamm öffnet und das Wasser abfließt, wird es durch eine Druck­rohr­lei­tung in die Turbine geführt. Diese setzt sich durch die Bewegungs­en­ergie des Wassers in Gang und treibt wiederum einen elektri­schen Generator an, der dafür sorgt, dass die mecha­ni­sche in elektri­sche Energie umgewan­delt wird. In einem nächsten Schritt wandelt ein Trafo den so entste­henden Wechsel­strom in Stark­strom, der ins Netz gespeist wird. Um eine Kilowatt­stunde Strom zu erzeugen, werden rund 400.000 Liter Wasser benötigt. Das „verbrauchte“ Wasser wird zurück in den Fluss geführt.

Wasser­kraft­an­lagen: Arten / Typen

Wasser­kraft­werke lassen sich in Laufwas­ser­kraft­werke und Speicher­kraft­werke unter­scheiden: Laufwas­ser­kraft­werke nutzen die Energie des fließenden Wassers an Bächen oder Flüssen. Somit wird perma­nent Strom erzeugt. Sie nehmen nur sehr limitierten Einfluss auf das Volumen an aufge­stautem Wasser. Die Wasser­mengen, die hindurch­strömen sind groß, aber das Gefälle ist gering. Speicher­kraft­werke verfügen über einen Energie­spei­cher in Form von Teichen oder Seen. Der Pegel dieser Energie­spei­cher kann vom Kraft­werks­treiber geregelt werden. Das Wasser wird in einem Stausee gesam­melt bzw. gespei­chert. Strom wird hier auf Abruf produ­ziert, sobald bei Bedarf Wasser aus dem Damm durch das Kraft­werk geleitet wird. Pumpspei­cher­kraft­werke eignen sich neben der Strom­pro­duk­tion gut zum Speichern von Strom. Pumpspei­cher­werke funktio­nieren auf die gleiche Weise, wie Speicher­kraft­werke, sie verfügen über zusätz­liche Pumpen und Auffang­be­cken: Durch elektri­sche Energie werden Wasser­mengen zurück ins Speicher­be­cken gepumpt.

Durch diese Zwischen­spei­che­rung wird das Strom­netz zu unter­schied­li­chen Zeiten besser ausge­lastet.

Gezei­ten­kraft­werke nutzen die Energie von Ebbe und Flut. Daher kann Strom nur zu den entspre­chenden Gezei­ten­fluten erzeugt werden und ist von ihrer Größe abhängig. Auch hier werden Turbine und Generator vom Wasser angetrieben.

Eine weitere Unter­schei­dung zwischen Wasser­kraft­an­lagen wird anhand ihres Nutzge­fälles (oder der Fallhöhe) getroffen. Unter Nutzge­fälle versteht man hierbei den Höhen­un­ter­schied zwischen dem Wasser­spiegel oberhalb der Turbine und dem hinter der Turbine. Ist das Nutzge­fälle etwa 15 Meter hoch, handelt es sich um ein Nieder­druck­kraft­werk. Nieder­druck­kraft­werke werden vor allem im Mittel­lauf von Flüssen einge­setzt. Mittel­druck­kraft­werke hingegen haben eine Fallhöhe zwischen 25 und 400 m. Als letztes kommen die Hochdruck­kraft­werke mit einem Nutzge­fälle von mehr als 250 Meter. Diese Anlagen werden meistens in Hochge­birgen gebaut, um ein so großes Gefälle überhaupt ermög­li­chen zu können. Über Staudämme wird das Wasser bis über ein Jahr gespei­chert und mittels Druck­schächte zum im Tal befind­li­chen Kraft­werk trans­por­tiert.

Vor- und Nachteile von Wasser­kraft­an­lagen

Vorteile von Wasser­kraft­an­lagen

  • Bei der Strom­pro­duk­tion wird kein CO2 ausge­stoßen.
  • Konstante Strom­pro­duk­tion: Im Gegen­satz zu Wind und Sonne ist Wasser immer verfügbar.
  • Speicher­kraft­werke, die Wasser in großen Mengen zurück­halten, tragen zum Hochwas­ser­schutz bei.
  • Stauseen können als Trink­was­ser­re­ser­voir dienen.
  • Die Wasser­kraft­an­lage hat eine hohe Lebens­dauer.
  • Die Erneu­er­bare Energie­quelle, die immer und kostenlos verfügbar ist, können die hohen Baukosten der Anlage schnell gedeckt werden.
  • Bei der Strom­pro­duk­tion wird kein Wasser verschwendet.
  • Hilfs­maß­nahmen wie der Fisch­auf­stieg schützen Tiere.

Nachteile von Wasser­kraft­an­lagen

  • Der Bau der Anlage verbraucht viel Energie und erzeugt CO2.
  • Natur und Landschaft werden beein­träch­tigt: Menschen können ihren Lebens­raum verlieren, Fische können unter Umständen nicht zu ihren Laich­plätzen kommen und bei Flutung von Wäldern und Landschaften setzen Bäume den Ihnen gespei­cherten Kohlen­stoff am Seeboden als Treib­hausgas Methan frei.
  • Durch die Errich­tung von Staudämmen wird in den Grund­was­ser­haus­halt einge­griffen. Dies kann zu Verun­rei­ni­gungen des Grund­was­sers führen.
  • Die Kosten für den Bau des Kraft­werks sind hoch. Daher ist der Strom zunächst kostspie­liger als bei anderen EE-Anlagen.

Wasser­kraft­werke in Deutsch­land

In Deutsch­land gibt es rund 7700 Wasser­kraft­werke. Das Entwick­lungs­po­ten­tial der Wasser­kraft ist jedoch beschränkt. Dies liegt an der geringen Anzahl mögli­cher Stand­orte. Die Wasser­kraft trägt einen wesent­li­chen Teil zum Strommix in Deutsch­land bei. Aller­dings ist ein Still­stand in der instal­lierten Leistung zu verzeichnen. Ebenso sinkt der Anteil an der Strom­erzeu­gungs­menge langsam aber stetig, denn laut Berichten des Umwelt­bun­des­amts ist das techni­sche Poten­tial dieses Kraft­werks­typs ausge­schöpft. Durch die oben genannten Nachteile dieser Anlagen, beson­ders den Eingriff in die Natur, ist Neuan­lagen kritisch entge­gen­zu­sehen. Eine Lösung sei aber die Moder­ni­sie­rung bereits bestehender Kraft­werke.

Entwicklung Wasserkraftanlagen Deutschland
Entwick­lung Wasser­kraft­an­lagen Deutsch­land — Quelle: https://www.erneuerbare-energien.de/EE/Redaktion/DE/Textbausteine/Banner/banner_wasserkraft.html

Wasser­kraft­werke: Geschichte

Seit Jahrtau­senden nutzen die Menschen Wasser­kraft zur Energie­ge­win­nung. Bis zu Beginn des 20. Jahrhun­derts wurde die Energie des Wassers weitest­ge­hend mecha­nisch genutzt, beispiels­weise in Mühlen. Heute wird die aus Wasser­kraft gewon­nene Energie mit Hilfe von Genera­toren in Ökostrom umgewan­delt. Das erste Wasser­kraft­werk zur Strom­ge­win­nung wurde 1880 in England in Betrieb genommen.1896 wurde das bis dahin weltweit größte Wasser­kraft­werk an den Niaga­ra­fällen errichtet.
Virtuelles Kraftwerk der EnBW

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