Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 2

    • Die Nutzung der Wasserkraft

      Die Nutzung der Wasserkraft beruht auf der Ausnutzung des Wasserkreislaufs der Erde. Dieser wird im Wesentlichen durch die Strahlungsenergie der Sonne angetrieben und funktioniert derart, dass Wasser an Land und auf dem Meer erwärmt wird und dadurch verdunstet. Das verdunstete Wasser geht als Niederschlag, meist an anderer Stelle, auf die Erdoberfläche zurück und fließt aus höheren Lagen zurück an tiefer gelegene Orte. Dabei bilden sich Bäche, Flüsse und Seen.


      (Grafik: Schneider, U., Finger, P., Meyer-Christoffer, A., Rustemeier, E., Ziese, M., & Becker, A. (2017). Evaluating the Hydrological Cycle over Land Using the Newly-Corrected Precipitation Climatology from the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC). Atmosphere, 8(3), 52. https://doi.org/10.3390/atmos8030052)

      Wasserkraft nutzt die kinetische Energie großer Wassermengen, die von einem höheren zu einem tieferen Punkt fließen.

      Kraftwerksarten

      Prinzipiell kann bei der Nutzung von Wasserkraft zwischen Lauf- und Speicherwasserkraftwerken unterschieden werden. Speicherwasserkraftwerke liegen an Stauseen, die in seltenen Fällen natürlich entstanden sind und zu mindestens einer Seite durch Staudämme oder Staumauern abgegrenzt sind. Die Energie kann hier sehr gezielt in bestimmten Zeiträumen entnommen werden. Bei vielen Speicherkraftwerken, insbesondere in Gebirgen, besteht eine große Höhendifferenz zwischen Wasserspeicher und dem Abfluss, wodurch ein hoher Druck des Wassers besteht, der ausgenutzt werden kann. Laufwasserkraftwerke sind an Flüssen gelegen, die nur leicht aufgestaut werden.

      In den Abbildungen ist zum einen (links) das Weserwehr in Bremen zu sehen, welches mit einem Laufwasserkraftwerk kombiniert ist, die Stauhöhe beträgt hier zwischen drei und sechs Metern. Typisch bei Wehren an größeren Flüssen ist, dass hier auch eine Schleuse installiert ist. Das zweite Foto zeigt die Schwarzenbachtalsperre im Nordschwarzwald.



      Diese Kraftwerke nutzen die Energie des fließenden Wassers, die hier konstant gewonnen wird. Sie kann nicht, im Unterschied zu den Speicherwasserkraftwerken, auf bestimmte Zeiträume beschränkt werden. Beide Kraftwerksformen beruhen auf baulichen Eingriffen in den natürlichen Verlauf von Fließgewässern, die neben der Energiegewinnung auch andere Ziele haben: Schiffbarmachung, Flutvorbeugung, Schaffung landwirtschaftlicher Flächen, Sicherung der Trinkwasserversorgung und Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen, Freizeitnutzung der Seen.

      Aufbau eines Wasserkraftwerks
    • Bei der Umwandlung der Bewegungsenergie von Wasser gibt es drei verschiedene Turbinentypen:

      • Die Peltonturbine (A), 
      • Kaplanturbine (B) und 
      • die Francisturbine (C).


      Sie unterscheiden sich jeweils in der Form und Anordnung ihrer Schaufelblätter. Peltonturbinen werden eingesetzt, wenn große Fallhöhen und geringe Wassermengen bestehen, Kaplanturbinen bei Laufwasserkraftwerken mit großen Wassermengen und geringen Fallhöhen und Francisturbinen bei großen Wassermengen und mittleren bis größeren Fallhöhen.

      Der Anlagenwirkungsgrad moderner Wasserkraftwerke liegt bei 80 – 90 %. Dies bezieht sich auf einen Betrieb unter regulären Bedingungen. Wenn zu viel oder zu wenig Wasser vorhanden ist, werden diese Werte deutlich unterschritten.

      Pumpenspeicherkraftwerke

      Pumpspeicherkraftwerke sind Speicherkraftwerke, die dazu genutzt werden können überschüssige Energie aus dem Stromnetz zu konservieren. Dies geschieht, indem diese Energie genutzt wird um Wasser von einem tiefergelegenen Becken in den höher gelegenen Speichersee zu pumpen. Zu Zeiten in denen wieder Strom benötigt wird, wird das Wasser wie bei einem regulären Wasserkraftwerk wieder ins Tal abgelassen und dabei Strom gewonnen.


      (Bild: "Pumped-storage power station 20080510.jpg" von Dr.G.Schmitz auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-SA 3.0)

      Pumpspeicherkraftwerke haben bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie einen Wirkungsgrad zwischen 75 und 80%.

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