Wasserkraft
1. Laufwasserkraftwerke
2. Speicherkraftwerke
3. Pumpspeicherkraftwerke
4. Gezeitenkraftwerke
5.
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Stromanbieter in Deutschland
Knapp 97,6% des gesamten Wassers der Erde findet man in Ozeanen, wovon jede
Sekunde 14 Mio. m3 verdunsten. Dieses Wasser kommt als Regen wieder auf die Erde
zurück. Wenn diese Niederschläge oberhalb der Meereshöhe fallen, entsteht ein
zusätzliches Potential an Wasserkraft. Europa liegt ca. 300m über Null, Amerika
sogar 700m. Daraus ergeben sich Energiepotentiale, die man zur Energiegewinnung
nutzen kann.
Geographisch sind die Wasserkräfte jedoch sehr ungleichmäßig verteilt: Ca. 2/3
des nutzbaren Potentials findet man in Ländern der dritten Welt. So findet sich
in Brasilien das größte Wasserkraftwerk der Welt mit einer Leistung von 12.600&nbsP;MW!
Auf Platz 13 der "Top25" der leistungsstärksten Wasserkraftwerke steht das
Kraftwerk Kuybischew an der Wolga mit 2563MW.
In Europa wird das Potential der Wasserkraft erst zu ca. einem Drittel
ausgenutzt. Norwegen liegt dabei an der Spitze: 99% des Stroms werden aus
Wasserkraft gewonnen. Dahinter liegen Island mit 94 %, Österreich mit 72 %, die
Schweiz mit 58 %, Frankreich mit 16 %, Deutschland mit 3,5 % usw.
Deutschlands schlechte Position läßt sich auf die Topographie zurückführen. Im
Norden und Osten Deutschlands gibt es sehr wenig Möglichkeiten, Wasserkräfte zu
nutzten, da Flüsse wie die Elbe, die Oder und Saale ein sehr geringes Gefällle
haben. Dem entsprechend finden sich die deutschen Kraftwerke an Rhein, Main,
Donau, u.a.
Laufwasserkraftwerke
Laufwasserkraftwerke gehören zu den Niederdruckkraftwerken. Auf die 585
deutschen Laufwasserkraftwerke entfällt der größte Teil der deutschen
Stromerzeugung aus Wasserkraft. Diese Kraftwerke haben zusammen eine Leistung
von 2600MW. Zum Vergleich: Diese Leistung entspricht der von vier
Kohlekraftwerken.
Laufwasserkraftwerke nutzten die Kraft des fließenden Wassers in Flüssen und
dies mit einem Wirkungsgrad von fast 94%. Der Fluß wird mittels einer Wehranlage
aufgestaut und durch Turbinen in den unteren Flußlauf geleitet.
In den meisten Kraftwerken dieser Bauart kommen vertikalachsige
Kaplan-Turbinen zum Einsatz, in neueren auch die horizontale Version, die
Rohrturbine.
Die Laufwasserkraftwerke dienen zur Deckung der Grundlast, da eine
Durchflußregulierung meist nicht üblich ist, und Verschwendung von Energie
bedeutete. Somit laufen die Kraftwerke 24 Stunden am Tag. Bei einigen
Kraftwerken besteht aber die Möglichkeit, bei geringem Energiebedarf Wasser
aufzustauen, um es als Energiereserve aufzusparen.
Vor allem an Rhein, Donau, Iller, Lech, Isar, Inn und Mosel findet man in
Deutschland große Laufwasserkraftwerke. Ihr Leistungsbereich geht von 85MW bis
zu 130MW an den Grenzkraftwerken des Rheins und der Donau.
Speicherkraftwerke
Speicherkraftwerke nutzen die Wasserkraft, die sich durch den Höhenunterschied
zwischen einem hoch gelegenen Staubecken und einem tiefer gelegenen Krafthaus
ergibt.
Ein Stausee, der durch Aufstauen des Wassers durch eine Staumauer oder einen
Staudamm entstanden ist, speichert das Wasser zu Zeiten großen Zuflusses, wie
z.B. der Schneeschmelze. Durch ein Beileitungssystem werden Stauseen häufig
zusätzlich zur natürlichen Zuleitung mit Wasser aus anderen Gewässern versorgt.
Durch einen Druckstollen und einen Druckschacht wird das tiefer gelegene
Krafthaus mit Wasser versorgt und produziert damit Strom. Diese sogenannten
Triebwege können unterirdisch verlaufen oder durch offenliegende Rohrleitungen.
Das Krafthaus kann ein freistehendes Gebäude, aber auch eine in den Fels
eingegrabene Höhle, auch Kaverne genannt, sein. Als Generator-Antrieb kommen
meist Francis- oder Pelton-Turbinen zum Einsatz.
In Deutschland gibt es 59 Speicherkraftwerke mit einer installierten Leistung
von insgesamt 240MW. Sie sind nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt, sondern
dienen vielmehr dem Einsatz bei Lastspitzen.
Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke arbeiten bei der Stromerzeugung genau wie
Speicherkraftwerke. Wasser aus einem höher gelagerten Speichersee treibt im
Maschinenhaus Turbinen an, die über einen Generator Strom erzeugen. Das Wasser
gelangt dann in den unteren Speichersee, meist ein natürliches Gewässer.
Das Oberbecken hat jedoch meist keine natürlichen Zuflüsse. Das Wasser kommt aus
dem unteren Becken und wurde mit elektrischer Energie hinauf gepumpt. Da das
Hinaufpumpen zwangläufig mehr Energie kostet, als später erzeugt werden kann,
scheint dies unsinnig. Aus technisches und wirtschaftlicher Sicht ist die
zweimalige Umwandlung von elektrischer zu potenzieller Energie und wieder zurück
jedoch sinnvoll.
Wenn der Strombedarf gering ist, z.B. nachts, werden nicht genutzte
Kapazitäten aus der Grundlast genutzt, um Wasser kostengünstig in das Oberbecken
zu pumpen. In Spitzenlastzeiten, mittags oder abends, treibt das Wasser aus dem
Oberbecken dann die Turbinen an, um die vorher zugeführte Energie wieder in
elektrische Energie umzuwandeln.
Pumpspeicherkraftwerke sind also zur Deckung der Spitzenlast unentbehrlich. Auch
finanziell lohnt es sich, da mit diesem Kraftwerkstyp billiger Nachtstrom zu
teuerem Tagstrom verwandelt werden kann.
In der Regeln haben Pumpspeicherkraftwerke eine Wirkungsgrad von rund 75%, d.h.
um 1kWh Strom zu erzeugen, müssen vorher 1,3kWh aufgebracht werden.
Pumpspeicherkraftwerke ereichen eine Leistung von bis zu 1100MW.
Die größten Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland liegen im Schwarzwald, in
Hessen, Niedersachsen und in den neuen Bundesländern.
Gezeitenkraftwerke
Auch die Wasserkraft, die in den Gezeiten verborgen ist, kann man zur
Energiegewinnung nutzten. Voraussetzung hierfür ist allerdings ein ausreichender
Tidenhub, wie er z.B. am Mündungstrichter der Rance bei St. Malo in Frankreich
zur Verfügung steht. Der Unterschied zwischen niedrigstem und höchstem
Wasserstand beträgt hier 12-13 Metern.
Bereits in den 60er Jahren sperrte man den Mündungstrichter mit einem Damm ab
und errichtete ein Gezeitenkraftwerk mit einer Leistung von 600 Millionen kWh.
Da sich der Gezeitenrhythmus täglich um 50 Minuten verschiebt, verschiebt sich
damit auch der Zeitpunkt der vollen Leistungsfähigkeit eines solchen Kraftwerks.
Bei Flut läuft das Staubecken des Kraftwerks voll und die Turbine wird vom
einströmenden Wasser angetrieben. Wenn das Wasser wieder rückläufig ist (Ebbe),
dann wird das gestaute Wasser wieder abgelassen und die Turbinen werden erneut
angetrieben.
Der Itaipu-Damm in Brasilien
Der Itaipu-Damm an der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay ist das weltweit
größte Wasserkraftwerk. Mit einer Leistung von 12600MW deckt es 1995 78% des
Strombedarfs Paraguays und 25% des Bedarfs in Brasilien.
Sieben Jahre, von 1975 bis 1982, waren 30000 Arbeiter mit dem Bau des
20-Milliarden-US-Dollar-Kraftwerks beschäftigt. Der Materialbedarf war
dementsprechend hoch: Stahl von 380 Eiffeltürmen und Beton von 15 Euro-Tunnel.
Im fast 8 Kilometer langen und 196 Meter hohen Damm wurden 18 Turbinen
eingebaut. Das Staubecken faßt ca. 29 Millionen Kubikmeter Wasser bei einer
Wasserfläche von 1350km2.
