Wie funktioniert Wasserkraft ?

Wasserkraft in Funktion und Erneuerbare Energien!

Hoch oben herausragender Alpen, mit ihren schneebedeckten Gletschern, speichern sie ein enormes Volumen an Energie, welche sich immer wieder erneuern. Energie, die in Strom umgewandelt werden kann. Einen weitaus wichtigen Beitrag zur europäischen-Stromerzeugung leistet Wasser-Kraft aus Gebirgsmassiven. Als Oberwasser wird das Wasser bezeichnet, welches im Wasserspeicher enthalten ist. Oftmals handelt es sich dabei um einen Stausee. Um so höher das Wasser aufgestaut wird, desto größer der Höhen-Unterschied zwischen Oberwasser und Turbine. So bestimmt ein Nutzungsgefälle diesbezüglich, wie viel Strom aus dem Wasserkraftwerk erzeugt werden kann. Zu erneuerbare Energien zählt die Wasserkraft, weil das Wasser aus Seen und Flüssen sich stets durch Regen immer wieder erneuert. Große Wassermenge verdunsten durch Sonneneinstrahlungen auf dem Meer und das sind täglich beinahe 1.000 Kubikkilometer. Wärme wird genauso in Lageenergie umgewandelt, wenn der warme Wasserdampf nach oben steigt. Fast ein Drittel des Wasserdampfes zieht als Wolke oder Luftfeuchtigkeit über das Land, wo es abregnet. So werden alle Gewässer wieder aufgefüllt. Da prinzipiell Land höher gelegen ist als das Meer, hat das abregnende Wasser dadurch immer noch Lageenergie. Diese Energie lässt sich sogar auf seinem Weg ins Meer zurück anzapfen. Mit dieser Wasserkraft nutzen wir gleichsam ebenso die Sonnenenergie. Allerdings nur über den Umweg des Wasserkreislaufs der Erde.

Erneuerbare Energien:

Als erneuerbare Energien, aber auch als regenerative Energien bezeichnet, werden Energieträger, die im menschlichen Zeithorizontrahmen äußerst praktisch, da unerschöpflich, zur Verfügung stehen bzw. sich im Verhältnis sehr schnell erneuern. Rolf Hinrichs EEV weiß das dazu zählen: Wasser-Kraft, Meeresenergie, Sonnenenergie, Windenergie, Geothermie und Bioenergie.

Wasserkraftwerk-Typen

  • Laufwasserkraftwerke:Zur damaligen Zeit war es äußerst einfach die Wasser-Kraft selbstverständlich zu nutzen. So baute man ganz einfach ein Wasserrad in einen Fluss, womit eine Mühle angetrieben wurde. In der heutigen Zeit sind Laufwasserkraftwerke die effizienteren Nachfolger einer Mühle. Laufwasserkraftwerke nutzen oberhalb und unterhalb, zwischen dem Wasser, den Höhenunterschied des Kraftwerks, dieser zwar nur wenige Meter beträgt, da dennoch problemlos pro Sekunde Tausende Tonnen Wasser hinunterfließen können, liefern Laufwasser-Kraftwerke bis zu mehrere Megawatt-Leistungen. Die gleichmäßige Fließgeschwindigkeit von Flüssen garantiert eine durchweg konstante Leistung. Der Strom, dieser von einem Generator erzeugt wird, ist mithilfe von Transformatoren so anpassbar, um optimal in das Stromnetz eingespeist zu werden. Laufwasserkraftwerke sind generell an Flüssen zu finden. Ausgelegt für große Wassermassen, besitzen Sie eine Fallhöhe von unter 15 Metern. Laufwasser-Kraftwerke sind ein wichtiger Bestandteil für die Energiewende in Deutschland, weil sie für den Grundlastbereich Strom erzeugen, der jedoch jahreszeitlich immer wieder Schwankungen ausgesetzt ist. Laufwasserkraftwerke dienen neben der Energieerzeugung oftmals auch als Hochwasserschutz. So bieten sie Fischen und Schiffen in Flüssen die Möglichkeit, Höhenunterschiede zu überwinden.Laufwasser-Kraftwerke bestehen aus:
    • Kraftwerk
    • Turbine
    • Generator
    • Oberwasser m. Wehr, wobei das Wasser leicht aufgestaut wird
    • Unterwasser: dabei wird das Wasser wieder an den Fluss übergeben
    • Transformator mit Stromnetz-Anschluss

     

  • Speicherkraftwerke:Den Höhenunterschied nutzen Speicherkraftwerke zumeist zwischen einem Ablauf und einem höher gelegenen Stausee. Meistens ist es ein Fluss, wobei Höhenunterschiede von über hundert Metern möglich sind. Das Wasser fließt durch Stollen oder große Rohre vom Speichersee bis hin zum Kraftwerk, wo es die Turbinen letztendlich antreibt. Dem Bedarf entsprechend, lässt sich die Stromproduktion gut anpassen. Denn, wird gerade kein Strom benötigt, können die Ventile geschlossen werden, damit kein Wasser aus dem Speichersee mehr abfließen kann. Speicherkraftwerke sind überwiegend in Gebirgen und Mittelgebirgen zu finden. Hauptsächliche dienen sie zur Nutzung im Spitzenlastbereich der Energieerzeugung. Hierfür wird in einem Speichersee das benötigte Wasser zur Stromgewinnung bereitgestellt (gestaut). Speicherkraftwerke sind oftmals als Tal-Sperren ausgelegt. Das Kraftwerk mit Generator und Turbine befindet sich dabei am Fußende der Stau-Mauer. Durch Fallrohre wird das Wasser auf Francis-Turbinen oder Kaplan-Turbinen geleitet, die über Generatoren die potenzielle Energie in elektrische Energie umwandeln. Das Schmelzwasser wird meistens bei Bergspeichern weit oben auf einem Berg gestaut. Über 1000 Meter kann dabei die Fallhöhe betragen. Durch Druckrohre wird Wasser hin zum Maschinenhaus in das Tal geleitet. Auch hier findet man wieder das eigentliche Wasser-Kraftwerk mit Generator und Turbine. Pelton-Turbinen werden oft bei sehr hohen Fallhöhen eingesetzt weiß Rolf Hinrichs EEV. Sollte nur wenig oder kein Strom benötigt werden, kann das Speicher-Kraftwerk auch geregelt oder gar geschlossen werden. 
  • Pumpspeicherkraftwerke:Pumpspeicherkraftwerke nutzen die überschüssige Energie, um Wasser in die hochgelegenen Speicherbecken zu pumpen, bei Zeiten von äußerst geringerem Verbrauch. Das Pumpspeicher-Kraftwerk liefert nur bei entsprechendem Bedarf Strom. Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen werden der Fallhöhe entsprechend zur Energiegewinnung verwendet. Die Francis-Turbinen sind gleichzeitig auch zum Pumpen des Wassers angedacht.
  • Wasserkraft durch Sonnenenergie:Sonne treibt den natürlichen Wasserkreislauf als eigentlichen Motor an! Durch Sonnenenergie wird Wasser weltweit verdunstet, der wiederum aus dem Meer in die Atmosphäre aufsteigt. Wobei sie sich zu winzigen Wassertropfen zusammenschließen und eine Wolke bilden, um so als Niederschlag wieder herunterzutropfen auf die Erde. Und so beginnt der natürliche Wasserkreislauf abermals von neuem. Die potenzielle kinetische Energie, als auch die Lageenergie in Wasserkraftwerken, kann mithilfe des Menschen mit Turbinen in elektrische Energie umgewandelt werden. 
  • Turbinen-Arten:Die Leistung von einem Wasser-Kraftwerk wird mittels einer Durchflussmenge bestimmt. Hierbei sind grundsätzlich drei Typen zu unterscheiden: Hochkraftwerke, Mittelkraftwerke und Niederdruckkraftwerke. Hochdruckkraftwerke sind Pumpspeicherkraftwerke bzw. Speicherkraftwerke, die eine äußerst kleine Durchflussmenge aufweisen, dennoch eine große Wasser-Fallhöhe besitzen. Bei Niederdruck-Kraftwerken oder Laufwasser-Kraftwerken ist es genau der umgekehrte Fall. Fließend sind dabei die Übergänge der verschiedenen Kraftwerktypen.

Nutzung von Wasserkraft!

Dass Menschen sich die Energie durch fließendes Wasser zu Nutze machen, um daraus elektrischen Strom zu gewinnen, ist eine selbstverständliche Entwicklung. In einer Gegenüberstellung durch Vor- und Nachteile insgesamt, wird deshalb geklärt, ob die Nutzung der Wasserkraft somit als sinnvoll zu erachten ist. Dies sollte sich in diesem Abschnitt selbst erklärend darstellen. So werden zunächst die wichtigsten Vorteile der Wasserkraft-Nutzung betrachtet:

Kostengünstige Methoden zur Stromerzeugung!

Auch wenn Errichtungen von großen Wasserkraftwerken teilweise sehr aufwendig und langwierig sind, zahlt sich die Wasser-Kraft-Nutzung selbst dabei aus, da diese Anlagen äußerst langlebig sind. Der zur Energie-Erzeugung notwendige Rohstoff: “Wasser”, steht stets kostenlos zur Verfügung und ist genau deswegen durchaus lohnenswert auf lange Sicht gesehen, auf Grund der beträchtlichen Gewinne der erzeugten Energie, elektrischer Strom, durch Wasserkraftwerke.

Ohne schädliche Emissionen, während dem Betrieb von Wasserkraft-Anlagen!

Über konventionelle Energieträger verhält es sich dabei anders als bei der Energieerzeugung aus Wasser-Kraft. Nämlich, im Betrieb von Wasserkraftanlagen fallen keine Emissionen an, die unserer Umwelt oder unserer Gesundheit schaden könnten. Wasserkraft ist demnach eine “saubere” regenerative-Form zur Energieerzeugung!

Rohstoffe sind dauerhaft verfügbar!

Der Wasser-Kreislauf ist beständig auf unserer Erde. Es könnte vorkommen, dass die Wasserverteilung sich auf unserer Erde verändert und so beispielsweise Flüsse austrocknet. Als Energiequelle - “Wasser” - jedoch keinesfalls auf unserer Erde. Deshalb dürfen Befürchtungen getrost ausgeschlossen werden, dass der benötigte Wasser-Rohstoff global gesehen knapp werden könnte, hinsichtlich Nutzung von Wasserkraft zur Energieerzeugung.

Aber auch Nachteile der Wasserkraftnutzung, dürfen nicht missachtet werden, wie zum Beispiel:

Teilweise starke Eingriffe in die Natur

Ganz besonders dann, wenn große Wasserkraftanlagen errichtet werden sowie Staudämme zum Beispiel, geht dies einher mit einem Eingriff in die Natur. So könnte der Bau von einem Staudamm beispielsweise dazu führen, dass abermals fruchtbare Landstriche einfach austrocknen und somit auch landwirtschaftliche Einbußen zu verzeichnen wären, gegebenenfalls sogar ganze Menschengruppen darunter zu leiden hätten . Zur damaligen Zeit sind diesbezüglich bei der Planung von Wasserkraftwerken durchaus auch Fehler gemacht worden. Deswegen ist es extrem wichtig, bei der Planung neuer Wasserkraftwerke möglichst alle Aspekte, nebst möglicher Folgen für Mensch und Umwelt, zu berücksichtigen.

Gefährdungen von Fischen und anderen Wasser-Lebewesen!

In den natürlichen Verlauf von Flüssen einzugreifen hat in der Regel Konsequenzen für alle Wasser-Lebewesen. So könnte es geschehen, dass Fische, nachdem Wehren oder Staudämme errichtet wurden, an ihre Laichplätze nicht mehr herankommen. Das wäre fatal, denn diese Fischart könnte sich nicht mehr vermehren. Um das zu vermeiden, müssen vorab bauliche Vorkehrungen bei Wasserkraftwerken getroffen werden. Dabei sollte z.B. eine spezielle “Fischtreppe” berücksichtigt werden.

 

Author: Rolf Hinrichs EEV

https://rolfhinrichs.com/wie-funktioniert-wasserkraft/

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