Wasserkraftwerk

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Bild:Hydroelectric dam german.png Ein Wasserkraftwerk oder Wasserkraftanlage ist ein Elektrizitätswerk, das die mechanische Energie des Wassers in elektrischen Strom umwandelt. Damit wird die Wasserkraft für den Menschen nutzbar gemacht. Größere Wasserkraftwerke werden sinnvollerweise in Mittel- und Hochgebirge errichtet, wo der für ihren Betrieb notwendig Höhenunterschied vorhanden ist. Kleinanlagen können dagegen auch im Flachland gebaut werden. Der technische Vorgänger des Wasserkraftwerkes war die Wassermühle, wobei die geschätzte Anzahl von 100.000 der bis ins 20. Jahrhundert in Deutschland vorhandenen Wasserräder auf etwa 8000 Wasserturbinen zurückging. Die mit der jahrhundertelangen Nutzung der Wassermühlen entstandenen Staurechte blieben dagegegen in vielen Fällen bestehen und können heute mit modernen Wasserrädern reaktiviert werden.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Ein Wasserkraftwerk staut meist ein Fließgewässer durch ein Wehr oder durch einen Staudamm an. Das angestaute Wasser wird durch diesen Eingriff gespeichert und kann kontrolliert seine Energie der Lage und Energie der Bewegung in einer Wasserturbine abgeben. Dabei wird Wasser durch eine Wasserturbine geleitet, wodurch die Schaufelräder der Turbine in Drehbewegung versetzt werden. Diese wird direkt oder über ein Getriebe an die Welle des Generators weiter geleitet. Kleinanlagen nutzen auch das einfach zu regelnde Wasserrad als Antrieb.

Zu einem Wasserkraftwerk gehört fast immer ein Maschinenhaus, das schon allein durch seine Größe recht auffällig ist. Vor allem in den Anfangsjahren der Versorgung mit elektrischem Strom wurden diese Maschinenhäuser architektonisch aufwändig gestaltet. Weitere Bauteile sind das bereits erwähnte Wehr oder die Staumauer, bei an Flüssen liegenden Anlagen kommen noch das Einlaufschütz und der Treibgutrechen hinzu. Kennzeichen eines im Gebirge befindlichen Wasserkraftwerkes sind die meist offen liegenden Rohrleitungen zwischen dem Wasserschloss und dem Maschinenhaus.

Wirtschaftliche Kenndaten

Die Kosten der Investitionen für Wasserkraftwerke liegen sehr hoch und belasten die Rentabilität der Anlage. Daher ist in Wasserkraftwerken produzierte Elektrische Strom zunächst einmal kostspieliger als der in vergleichbaren Dampfkraftwerken produzierte Strom. Die Kostenlosigkeit der unbegrenzt zur Verfügung stehende Ressource Wasserkraft macht sich erst bemerkbar, wenn die Erlöse des verkauften Stromes die Kosten der Errichtung des Kraftwerkes gedeckt haben. Aus diesem Grund werden Wasserkraftwerke für eine hohe Lebensdauer ausgelegt, um diesen Effekt möglichst lange nutzen zu können.

Leistung

Die Leistung P ist abhängig vom Wasserdurchfluss Q und der Fallhöhe h sowie von den Wirkungsgraden der Wasserturbine, des Getriebes und des Generators </br>

Näherungsweise Berechnung:

<math>

P\left[kW\right] = Q\left[m^3 /s \right] \cdot h\left[ m\right] \cdot 7 </math>

Die Breite der Installierten Leistung liegt zwischen 20 kW und 10000 Megawatt.

Typen von Wasserkraftwerken

Einteilung nach Nutzgefälle

Bild:Kölnbreinspeicher.jpg
Bild:Wasserkraftwerk Horster Muehle Ruhr Germany.jpg
Bild:Grand Coulee Dam.jpg

Das Nutzgefälle oder die Fallhöhe ist der Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel oberhalb der Turbine (Oberwasser) und dem Wasserspiegel nach der Turbine (Unterwasser).

  • Niederdruckraftwerke
Fallhöhe: < 15m
Durchfluss: groß
Verwendung für: Grundlast
Turbinenarten: Kaplan-Turbine, Durchströmturbine
Bauarten: Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk
  • Mitteldruckkraftwerke
Fallhöhe: 15m – 50m
Durchfluss: mittel - groß
Verwendung für: Grundlast, Mittellast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine, Durchströmturbine
Bauarten: Flusskraftwerke, Speicherkraftwerke
  • Hochdruckkraftwerke
Fallhöhe: 50m – 2000m
Durchfluss: gering
Verwendung für: Spitzenlast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Pelton-Turbine
Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke

Einteilung nach Auslastung

Die erzeugte Strommenge (Regelarbeitsvermögen) ergibt im Verhältnis zur Nennleistung die Auslastung eines Kraftwerkes.

Auslastung: > 50 %
Bauarten:Flusskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk
Auslastung: 30 - 50 %
Bauarten: Flusskraftwerke mit Schwellbetrieb, Speicherkraftwerke
Auslastung: < 30 %
Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke

Einteilung nach Bauart

Bei einem Laufwasserkraftwerk wird ein Fluss gestaut und mit dem abfließenden Wasser elektrischer Strom produziert.
Bei einem Speicherkraftwerk wird das Wasser über einen Zeitraum (mehrere Stunden bis mehrere Monate) gespeichert, um bei Bedarf wertvolle Spitzenenergie zu erzeugen.
Ein Pumpspeicherkraftwerk ist ein Speicherkraftwerk, bei dem mit überschüssigem Strom Wasser aus einer niedrigen Lage in einen höher gelegenen Stausee gepumpt wird.
Ein Kavernenkraftwerk verwendet künstlich geschaffene Hohlräume (Kavernen als Energiespeicher oder als Standort für Kraftwerkskomponenten).
Ein Gezeitenkraftwerk nutzt die Energie aus dem ständigen Wechsel von Ebbe und Flut.
In Wellenkraftwerken wird, im Unterschied zu einem Gezeitenkraftwerk, nicht der Tidenhub, sondern die Energie der kontinuierlichen Meereswellen selbst ausgenutzt.
Ein Meeresströmungskraftwerk nutzt die kinetische Energie von Meereströmungen.
Ein Gletscherkraftwerk nutzt die potenzielle Energie eines Schmelzwassersees.

Ökologische Auswirkung

Der Landschaftsverbrauch beim Anlegen von Wasserkraftwerken, insbesondere beim Bau von neuen Stauseen (Talsperre) oder Sperrwerken kann zu Konflikten führen, bei denen Nachteile und Vorteile, auch im Vergleich zu anderen Lösungen, im Einzelfall abgewogen werden müssen.

Vorteile

  • Erneuerbare Energieform in großem Maßstab (Einschränkung: Pumpspeicherkraftwerke)
  • Keine Emissionen von Treibhausgasen (Einschränkung: Pumpspeicherkraftwerke, sowie Methanemissionen bei Stauseen, unter denen vor der Flutung die Vegetation nicht entfernt wurde (s. Tucuruí))
  • Flussregulierung, Hochwasserschutz (Wasser wird in wasserreichen Zeiten zurückgehalten und dosiert abgegeben)
  • verbesserte Schiffbarkeit von Flüssen
  • Reinigung der Flüsse (Treibgut wird vom Rechen des Kraftwerkes zurückgehalten und entsorgt)
  • Kühlung der Flüsse (die Energie, die das Kraftwerk dem Fluss entzieht, würde ohne das Kraftwerk zu verstärkter innerer Reibung und Erwärmung des Wassers führen)
  • Bewässerung (Wasser steht auch in wasserarmen Zeiten zur Verfügung)

Mögliche Nachteile

  • Umsiedlung der Bewohner
  • ökologische Veränderungen, Beeinträchtigung von Natur und Landschaft, Zerstörung des natürlichen Fließgewässerregimes
  • Überstauung und Zerstörung von Kulturgütern
  • begrenzte potentielle Nutzungsdauer, da Stauseen (wie jeder Binnensee) verlanden, bzw. großer Erhaltungsaufwand

Siehe auch

Weblinks / Quellen

Von "http://de.freepedia.org/Wasserkraftwerk.html"


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