Wasserkraft

hydraulische Energie

Die Wasserkraft wird seit Jahrhunderten als Energiequelle genutzt. Die Wasserkraft ist derzeit die weltweit wichtigste Quelle für Strom aus erneuerbaren Energien. mw-headline" id="Geschichte">Historie Die Wasserkraft (auch: Wasserkraft) ist eine erneuerbare Energieform. Die Bezeichnung bezieht sich auf die Umwandlung von Potential oder Bewegungsenergie des Wasser mittels einer hydroelektrischen Maschine in mechanisches Arbeiten. Wasserkraft hat eine lange Tradition.

Andere antike Kulturkreise am Nil, Tigris, und der Indus benutzten vor 3500 Jahren die ersten wassergetriebenen Geräte in Wasserraddimension.

In römischer und griechischer Zeit wurde das Trinkwasser in vielfältiger Form als Antriebskraft für Maschinen verwendet. Jh. n. Chr. wurde das unterirdische Rad verwendet. Fünfhundert Jahre später erfolgte die weitere maßgebliche Weiterentwicklung mit dem überhöhten Wasserschöpfrad. Dabei wurde nicht nur die kinetische Energie des Trinkwassers verwendet, sondern auch sein Eigengewicht.

Im Jahre 1767 produzierte der britische Tiefbauingenieur John Smeaton das erste gusseiserne Rad, das eine Grundvoraussetzung für die Industrierevolution war, da es aufgrund seiner enormen Tragfähigkeit auch bessere Ergebnisse erzielen konnte. Der damit einhergehende Produktivitätszuwachs sorgte für den konjunkturellen Aufschwung, der dem Rad eine hervorragende Position als Antrieb bis ins neunzehnte Jh. verlieh.

Diese Technologie ermöglichte es, grössere Mengen Wasser und grössere Steigungen zu nutzen, was zu einer Leistungssteigerung gegenüber dem Wasserrad geführt hat. Mit der Erfindung des Elektrodynamikgenerators durch Herrn von Siemens im Jahre 1866 wurde die Umsetzung von Wasserkraft in Elektrizität möglich. Wasserkraftwerke gibt es viele verschiedene Ausprägungen.

Ähnlich wie bei Kraftwerktypen können die Anlagen nach unterschiedlichen Gesichtspunkten unterschieden werden: Es gibt verschiedene Arten von Energien. Mit den Gesetzen der Wärmelehre kann Wärme in Arbeitsleistung umgerechnet werden. Bei der Nutzung der Wasserkraft sind Bewegungsenergie und potentielle Energien ausschlaggebend. Der Wasserspiegel über dem Meer hat potentielle Energien und wird durch die Gravitation beschleunigt, wobei ein Teil der ursprünglichen Energien in Bewegungsenergie umgerechnet wird.

In Wasserkraftwerken wird diese fluid-mechanische Kraft durch die Turbine in elektrische Kraft (Rotationsenergie) umgesetzt und schließlich durch den Generator in elektrische Kraft umgerechnet. Zur Bestimmung der maximalen transformierbaren Energien muss eine Rechnung nach der ausgedehnten Bernoulli-Gleichung unter Berücksichtigung aller Turbulenz- oder Reibungsverluste an Anlagenkomponenten durchgeführt werden. Der Energiefluss, auch Energiefluss genannt, wird durch die Tropfenhöhe des Wasser, die Wassermenge, die Wasserdichte und den Anlagenwirkungsgrad miteinbezogen.

Bei Wasserkraftwerken beträgt der Gesamtnutzungsgrad 80 % oder mehr. Aus energiewirtschaftlicher Sicht ist Wasserkraft eine primäre Energie, da sie unmittelbar aus einer natÃ?rlichen Quelle stammen. Aus hydrologischer Sicht ist der Wasserhaushalt für die Wasserkraft von großer Wichtigkeit. Es werden die Wasserbewegungen auf der regionalen und globalen Ebenen beschrieben. Getrieben von der strahlenden Energie der Sonnenstrahlen passiert das Leitungswasser unterschiedliche Aggregatszustände.

Aus dem Oberflächenwasser (Meere, Gewässer, Flüsse) verdampft es und gelangt in die Luft in Form von Dampf. Topografische Gegebenheiten schaffen Einzugsbereiche, in denen Niederschläge Gewässer mit Gewässern bereichern. Der Wasserhaushalt eines Flusses ist stark schwankend, hauptsächlich bedingt durch saisonale Niederschläge und die klimatischen und meteorologischen Einflüsse.

Die Abflussmenge ist ein sehr wichtiges Kriterium für die Auslegung von Wasserkraftwerken. Der Summenstrang ist wichtig für die Auslegung von Wasserkraftwerken mit Stauseen. Anhand der Einleitungsdaten, des Kraftwerkstyps, der Wahl der Turbinen und anderer geplanter Wassernutzungen, wie z.B. Schiffsverkehr oder ökologischer Mindestwasserabfluss, kann der für das jeweilige Kernkraftwerk vorgesehene Ausdehnungsvolumenstrom errechnet werden.

Die Rentabilität eines Wasserkraftwerks hängt von den zu erzielenden Preisen, Stückzahlen und dem zu erzielenden Strompreis ab (siehe auch Kosten-Nutzen-Verhältnis). Die Wasserkraft wird in Deutschland durch das WHG, das Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz (UVPG) und das EEG geregelt. Ein Wasserkraftwerk besteht aus den Anlagen- und Unterhaltskosten.

Anders als bei Feuerungsanlagen fallen bei der Erzeugung von Energie aus Wasserkraft keine oder nur geringfügige Entgelte für die entsprechende Energiequelle an, da diese nahezu unbefristet zur Verfuegung steht. Damit sind die laufenden Kosten - mit Ausnahmen von Pumpspeicherwerken - für funktionstüchtige Wasserkraftwerke im Verhältnis zu den Anlagekosten sehr niedrig.

Die Wasserkraft ist in der Energiebranche üblicherweise basislastfähig. Wasserkraftanlagen haben in der Regel eine sehr lange Lebensdauer und rechnen sich sehr gut über ihre Lebensdauer. Auch wenn die Wasserkraftnutzung zur Energieerzeugung allgemein als besonders umweltfreundlich eingestuft wird, ist sie mitunter mit erheblichen Eingriffen in die Umwelt und die Umwelt behaftet.

Seit 1887 wurden auch für den Schaffhauser Wasserfall (auch Großer Laufen) mehrere Bemühungen zur Versorgung der Energieerzeugung mit den ungenutzten Wassermengen durchgeführt; Besorgnisse wegen der Eingriffe in die Landschaft hinderten die Realisierung bis heute. Als Beispiel, bei dem die Erzeugung von Energie aus Wasserkraft auch einen gravierenden Einfluss auf ein ökologisches System hat, sei hier der Drei-Schluchten-Staudamm am Jangtse in China genannt.

In der für die Länder Europas geltenden WRRL (European Water Framework Directive) wird die Kompatibilität von Maßnahmen in Binnengewässern festgelegt. Das hat einen großen Einfluss auf die Bestimmung des erweiterbaren Wasserkraftpotenzials. Die Nutzung der Wasserkraft ist daher nur möglich, wenn alle Umweltparameter berücksichtigt werden, einschließlich der Sicherung einer genügenden Restwasserversorgung im Wasserkörper. Wasserkraft-Projekte können nur unter Beachtung dieser Umweltanforderungen realisiert werden.

Der Wasserabfluss reduziert die Menge des Wassers im Gewässer zwischen Ansammlung und Wiedereinspritzung unter den Turin. Die Reduzierung auf die so genannte Restabwassermenge wirkt sich auf den Gewässerhaushalt aus, wodurch es in Einzelfällen zu großen Änderungen in der Ökobilanz kommen kann. Ökologische Barriere: Fisch und Mikroorganismen können ihre üblichen Migrationen nicht mehr ausführen, oder sie verenden, wenn sie in die Turbine gezogen werden.

Reduzierte Strömungsgeschwindigkeit durch Wasserstau verursacht reduzierte Sauerstoffkonzentrationen und erhöhte Waschtemperatur. Daher sollten vor allem die bestehenden Wasserkraftwerke erweitert werden. Doch solange Umweltaspekte beachtet werden, steht dem Neubau von Wasserkraftwerken nichts im Wege. Inzwischen gibt es auch technische Verbesserungen, die es den Fischen ermöglichen, diese weitgehend unversehrt zu durchqueren.

Kleinwasserkraftwerke gelten oft als umweltverträglich. Die Verwendung von Spezialturbinen zur Stromerzeugung in Abwasserkanälen[26] ist ein völlig neuer Weg zur umweltverträglichen Wasserkraftnutzung, bei dem auch bei Nachrüstung in bestehenden Kanälen keine Beeinträchtigung der Landschaft oder Beeinträchtigung von Fischpfaden erfolgt.

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