Wasserkraft

Wasserkraft
Wasser:
Wasser (H2O) ist eine chemische Verbindung aus Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H).
Wasser wird im flüssigen Aggregatzustand Wasser genannt. Im gefrorenen Zustand wird es
Eis und zuletzt im gasförmigen Aggregatzustand Wasserdampf oder Dampf genannt.
(Scheck, 2007; Eigenwissen)
Was ist Wasserkraft:
Wasserkraft ist eine Energieform die durch Bewegung von Wasserteilchen erzeugt wird.
Diese Kraft wird an vielen Orten der Welt praktisch genutzt. Da ¾ der Erdoberfläche aus
Wasser besteht, ist dies wahrscheinlich die einfachste und am leichtesten zu gewinnende
Energieform.
(Dies ist gut auf Abb. 1 erkennbar)
(Wichmann, k.A.)
Wie funktioniert das Wasserkraftwerk?
Das strömende Wasser wird an einem Staudamm gestaut. Dort wird das Wasser in einen Gang
geleitet. Das Wasser wird durch eine Turbine geleitet, welche sich dabei durch den Druck des
Wassers extrem schnell dreht. Das Drehen der Turbine kann in elektrischen Strom
umgewandelt werden. Dieser entstandene Strom wird an einen Transformator weitergeleitet.
Von diesem Transformator geht der Strom an die Energieverbraucher.
(Eigenwissen)
Verschiedene Wasserkraftwerkarten:
Laufwasserkraftwerk (Abb. 2)
Bei Laufwasserkraftwerken ist die Fallhöhe des Wassers nicht sehr hoch. Trotzdem sind die
Investitionskosten relativ hoch, was aber wieder ausgeglichen wird, da Laufwasserkraftwerke
eine lange Lebensdauer aufweisen. Die meisten Kraftwerke dieser Art werden von einer
Zentrale aus gesteuert und weisen geringe Betriebskosten auf. Eine andere Bezeichnung für
Laufwasserkraftwerke ist Niederdruckanlage. Zur Stromversorgung werden Kaplanturbinen
oder Rohrturbinen eingesetzt. Die Beeinträchtigung auf die Umwelt ist sehr gering. Es gibt
kaum negative Auswirkungen. Es wurden zum Teil auch Fischtreppen in den
Niederdruckanlangen eingebaut, damit es keine Behinderung mehr für die Fische gibt. Ein
weiterer Vorteil ist, dass durch die höhenverstellbaren Stauwehre die Wasserführung eines
Flusses beeinflusst werden kann, wodurch ein Beitrag zum Hochwasserschutz möglich ist.
Speicherkraftwerk (Abb. 3)
Speicherkraftwerke eigenen sich zum Bauen bei hochgelegenen Seen mit natürlichem
Wasserzulauf oder gelegentlich auch Talsperren. Das Wasser wird unter anderem über Stollen
und Druckrohrleistungen zu Turbinen geführt, die man im Maschinenhaus finden kann.
Anders als bei Laufwasserkraftwerken muss man das zufließende Wasser nicht sofort nutzen,
da man das Wasser in Speicherbecken ansammeln kann. Durch die Speicherbecken ist es
möglich die Leistungsanforderungen zu variieren. Bei reichlichem Wasserzufluss kann ein
Großteil der Turbinen auch die ganze Zeit in Betrieb genommen werden. Maschinen mit den
Turbinen und Generatoren befinden sich unterhalb des Speicherbeckens. Wenn die Fallhöhe
des Wassers zwischen 200m und 2000m ist, werden Peltonturbinen (gut in Abb. 4 zu
erkennen) bzw. Freistrahlturbinen verwendet. Wenn die Fallhöhe des Wassers zwischen 25m
und 600m ist, werden Francisturbinen (siehe Abb. 5) eingesetzt. Bei Speicherkraftwerken
bringt z.B. die Errichtung einer Talsperre eine größere Überflutung mit sich, was nicht nur
Vorteile haben kann. Es gibt auch eine geringe Gefahr, die sich auf Dammbrüche belaufen
kann. Ein Vorteil der Speicherkraftwerke sind jedoch die Talsperren, da sie ein wichtiges
Reservoir der Wasserversorgung aufweisen und zum Hochwasserschutz beitragen.
Pumpspeicherkraftwerk
Bei Pumpspeicherwasserkraftwerken werden mit Hilfe elektrischer Pumpen Wasser in höher
gelegene Speicherbecken gepumpt. Wenn Belastungsspitzen auftreten, wird das hoch
gepumpte Wasser dazu verwendet, Strom zu erzeugen. Das passiert wie folgt: Wasser stürzt
in Rohren zurück zum Tal und treibt auf dem Weg dorthin (Francis-) Turbinen an, welche
dann an Generatoren gekoppelt sind. Man könnte sagen, dass Pumpspeicherkraftwerke wie
eine Batterie funktionieren, je nach Bedarf werden sie aufgeladen und dann benutzt.
(Lautwein, 1998)
Gezeitenkraftwerk
(Siehe Referat Gezeitenkraftwerk von Marie, Jonas und Sarah)
Wellenkraftwerk
(Siehe Referat Wellenkraftwerk von Marie, Jonas und Sarah)
Die Geschichte der Wasserkraft
Das Wasserrad wurde schon in der Antike von Menschen genutzt. Es wurde zur
Wasserschöpfung verwendet, später dann zum Antrieb für Mühlen ect. Für Menschen in den
Alpen war die Wasserkraft neben Holz eine sehr wichtige Energiequelle.
Es gibt verschiedene Wasserräder:
1.Das Stoßrad, dessen Schaufeln waagerecht in das Wasser eintauchen. Dabei wird
Bewegungsenergie genutzt. (Abb. 6)
2.Stockräder werden seit dem 9 Jh. verwendet. An hölzernen Achsen werden radiale Bretter
angebracht. Die untersten werden in Wasser eingetaucht, Wasserdruck wirkt auf die
Bretter, dadurch wird ein Drehmoment erzeugt.
3.Oberschlächtige Wasserräder werden seit dem 14 Jh. Genutzt. Sie bestehen aus Holzrädern,
die einen großen Durchmesser haben. So wirken sie wie Schaufeln, auf die das Wasser von
oben fließt und so das Rad antreibt. (Abb.7)
Die ursprünglichen bäuerlichen Erfindungen wurden mit der Zeit langsam erneuert und durch
Technik ersetzt. Holz wurde durch Metall ersetzt. Später wurden Wasserräder durch Turbinen
ersetzt. 1769 wurde das erste gusseiserne Wasserrad hergestellt.
Die Weiterentwicklung der Stockräder ist die Peltonturbine. Die am häufigsten verwendete
Turbine ist die Francis-Turbine. Nicht nur das Material sondern auch die Nutzweise der
Wasserräder veränderte sich. Früher wurden sie zum Maschinenantrieb verwendet, heute
werden sie in Formen von Turbinen zur Erzeugen von elektrischer Energie eingesetzt. 1880
wurde das erste Wasserkraftwerk im englischen Northumberland errichtet.
(k.A. Wkb k.A.)
Wo findet man Wasserkraftwerke in Deutschland?
Die Wasserkraftwerke in Deutschland können nur noch einen kleinen Teil des Stormbedarfs
in Deutschland selbst abdecken, obwohl bereits ca. 70% genutzt werden. In Deutschland
werden im Durchschnitt 17 Milliarden Kilowattstunden jährlich erzeugt. Wahrscheinlich
könnte man jedoch auf 20 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr erhöhen.
Die meisten Laufwasserkraftwerke liegen im Süden Deutschlands, an der Donau mit ihren
Nebenflüssen Iller, Lech, Isar und Inn, sowie an Rhein, Main, Mosel und Neckar.
In Deutschland gibt es rund 585 Laufwasserkraftwerke, die eine Leistung von 2 600
Megawatt aufbringen. Hinzu kommen noch 59 Speicherkraftwerke, die sich eher in den
gebirgigen Gegenden befinden. Diese bringen eine Leistung von 240 Megawatt auf. Die 33
Pumpspeicherkraftwerke bringen eine Gesamtleistung von 5 200 Megawatt auf. 15
Kraftwerke von diesen 33 verfügen über natürliche Zuflüsse, die restlichen 18
Pumpspeicherkraftwerke besitzen keinen natürlichen Zufluss.
Der Anteil der Wasserkraft liegt bundesweit bei 3,5 % der öffentlichen Stromversorgung.
Die Flüsse Rhein, Main oder Donau haben ein günstiges Gefälle, deswegen kann man dort
mehr Wasserkraftwerke finden. Diese Art von Wasserkraftwerken sind nicht gerade billig zu
bauen, trotzdem sind sie sehr robust und wartungsarm, sodass man auf längere Sicht sagen
kann, dass sie sehr rentabel arbeiten.
(Abb. 8)
(Wagner, 2003; k.A. Wka k.A.)
Wasserkraftwerke weltweit:
Mit 2 627 Milliarden Kilowattstunden Strom stellt Wasserkraft rund 17 % der
Stormversorgung (im Jahr 2001). Kanada mit 331 Milliarden Kilowattstunden und Brasilien
mit 271 Milliarden Kilowattstunden gehören zu den größten Stromproduzenten aus
Wasserkraft. In Norwegen stammen 99 % der landesweiten Erzeugung aus
Wasserkraftwerken, in Zahlen sind das: 121 Milliarden Kilowattstunden Strom.
Die Primärenergierahneteile sind weltweit wie folgt aufgeteilt (Abb. 9):
Man kann sehen, dass Öl prozentual gesehen am meisten zum Energieerhalt verwendet wird
(35%). Danach folgt Kohle mit 24 % und knapp dahinter Gas mit 21 %. Erneuerbare Energien
wie Biomasse (80%) und Wasserkraft mit 16,7% haben doppelt so viel Energieanteil wie
Atomkraft (7%). Die erneuerbaren Energien haben 14%.
(Reiss, 2007;