Energie aus Wasserkraft

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Quellenverzeichnis

Esslinger Zeitung Nr. 128 Seite 1

Vorteile:

Wir haben ein sehr groЯes Problem in dieser Welt, weil wir zu bestimmten Zeiten sehr viel Strom brauchen. Diese kann man aber nicht immer ausrechnen oder vorhersagen. Wir haben aber nicht sehr viele Stromspeicher, deshalb brauchen wir Kraftwerke mit denen wir jeder Zeit (eine andere Art von) Storm herstellen kцnnen. Das heiЯt hier sind Wasserkraftwerke sehr nьtzlich. Da man z.B. bei einem Pumpspeicherkraftwerk einen Stausee hat von dem man in Sekundenschnelle das Wasser ablassen kann, welches durch die Turbinen flieЯt die dann Strom erzeugen. Andere Kraftwerke wie Kernkraftwerke oder Windkraftwerke sind in ihrer Stromherstellung nicht so schnell zu beeinflussen, das Windkraftwerk kцnnen wir z.B. selbst gar nichts Steuern.

Durch die Stromproduktion aus Wasser schaden wir auch nicht der Umwelt, weil hier keine Abgase frei werden.

Nachteile:

Wir kцnnen diese Wasserwerke nur an bestimmten Stellen bauen da wir ein bestimmtes Gefдlle dafьr benцtigen, bzw. einen See, ausdem man das Wasser ablassen kann.

Was noch sehr gegen ein Wasserkraftwerk spricht ist, dass es sehr viel Platz in Anspruch nimmt.

Daten und Fakten:

Das grцЯte Wasserwerk in Russland liefert in der Stunde 6 Gigawatt Strom. Diese Menge an Storm brдuchte man fьr 2 FuЯballplдtze die Zimmerhoch mit 100 Watt Birnen gelagert sind. Der grцЯte Tidenhub von 21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig. Der GrцЯte Stausee betragt 250 Kubikkilometer, der Bodensee hat im vergleich gerade mal 48 Kubikkilometer. Fьr den Bau eines Kraftwerkes mьssen genaue Vorschriften eingehalten werden:

Geschichte:

Die Wissenschaftler schдtzen, dass es schon vor ьber 3000 Jahren Wasserrдder gab, Sie wurden damals aber nur zur Bewдsserung der Felder verwдndet. Sie wьrden frьher nur einfach aus Holz gebaut und pumpten das Wasser auf eine Holzrinne, so konnte das Wasser fьr die Felder schneller dort hin gebracht werden, wo es gebraucht wurde. Spдter verwendeten auch die Mьller Wasserrдder um das Korn zu mahlen. Heute verwenden wir es zur Stromgewinnung. Wir produzieren von unserem Strom ca. 5% nur aus Wasserkraft.

Wasserkraftwerke:

Es gibt verschieden Arten von Wasserkraftwerken die alle ein wenig anders funktionieren es gibt z.B.

Laufwasserkraftwerk

Speicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerk

Gezeitenkraftwerk

Gletscherkraftwerk

Wellenkraftwerk Schema eines Pumpspeicherkraftwerks

Das Laufwasserwerk ist die einfachste Art von Wasserkraftwerken. Es funktioniert nach der alten Art und Weise. Hierzu braucht man ein Gewдsser und ein Wasserrad, dieses ist auf einem Lager gelagert und wird somit durch die Wassergeschwindigkeit angetrieben. Das Laufwasserwerk bringt stдndig Strom in das Netz es Lдuft 24 Stunden am Tag immer im gleichen Betrieb. Der Nachteil von diesem Wasserwerk ist das man die Geschwindigkeit des Rades nicht regulieren kann. Dies sieht man z.B:

Das Speicherkraftwerk wird mit einem Stausee betrieben. Man unterscheidet hier zwischen Tages-, Monats-, Jahresspeicher. Diese Wasserwerke werden zu den Hauptverbrauchszeiten eingesetzt. Man kann hier selbst die Regulierung ьbernehmen und somit zu bestimmten Zeiten viel Energie gewinnen. Durch das Aufstauen kann man auch Hochwasser regulieren, Trinkwasser und Bewдsserungswasser speichern. Das dies aber sehr viel Platz in Anspruch nimmt ist ein sehr groЯer Nachteil.

Das Pumpspeicherkraftwerk dient zur Haltung der Netzfrequenz, Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke ausfallen. In diesem Kraftwerk gibt es ein hцher gelegenes Becken und ein niedrig gelegenes Becken. Am Tag wenn am meisten Strom verbraucht wird, wird das Wasser durch Turbinen und Generatoren nach unten in das niedrigere Becken gelassen. In der Nacht wird das Wasser mit dem billigen Nachtstrom wieder nach oben gepumpt. Hier dienen die Trubinen als Pumpen. Diese Art von Wasserkraftwerk gibt es z. B. in Luxenburg in dem Vianden Kraftwerk dies ist eins der grцЯten Wasserwerke und kann jederzeit 1100 Megawatt Strom liefern. Wir haben auch in Deutschland ein solches Kraftwerk es liegt am Schluchtsee der sьdцstlich von Freiburg ist. Das Kosten/Nutzverhдltnis stimmt bis jetzt nicht ьber ein. Doch die Idee von "Werner und Siemens" wird weiterentwickelt um dieses Problem zu beheben oder wenigstens zu verringern.

Das Gezeitenkraftwerk nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus. Das Wasser wird zweimal durch die Turbinen geleitet. Es wird das erste Mal gefьllt wenn bei der Flut der Wasserspiegel steigt wenn bei Ebbe der Wasserspiegel wieder sinkt wird es ein zweites mal durch die Turbinen geleitet. So kann man bis 140 Megawatt Strom in der Stunde erzeugen. Das ganze lohnt sich aber nur bei groЯen Tiefenhьben wie bei Saint Malo wo das Wasser 13.5 Meter fдllt und somit durch 10 Turbinen geleitet werden kann, die in einer 750 Meter langen Staumauereingebaut sind.

Das Gletscherkraftwerk besteht aus einem Stausee, in dem man das Schmelzwasserstaut und Turbinen die dann die Generatoren in Betrieb setzten.

Das Wellenkraftwerk soll es sogar auch geben. Dies ist aber sehr kosten aufwendig und, schwer zu bauen, da man die Wellen und die Generatoren auf einer elektrischen Achse lagern muЯ da die Richtung der Wellen oft sehr schwankt.

Die Turbine:

Auch hier gibt es wie bei den Wasserkraftwerken verschiedene Arten.

Kaplan-Turbine

Freistrahl-Turbine

Francis-Turbine

Rohr-Turbine

Kaplan- Turbine

Die Kaplan-Turbine wurde 1913 vom цsterreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelt. Sie eignet sich besonders fьr Flьsse, bei denen groЯe Wassermengen bei geringem Gefдlle zur Verfьgung stehen. Vertikal eingebaute Kaplan-Turbinen werden in FluЯkraftwerken fьr Fallhцhen bis maximal 65 m eingesetzt.

Das Laufrad der Kaplan-Turbine ist einem Schiffspropeller дhnlich. Durch dessen verstellbare Schaufeln strцmen die Wassermassen und treiben die Turbine an.

Der Leitapparat der Kaplan-Turbine besteht aus jalousieartigen Lamellen. Er hat die Aufgabe, die einstrцmenden Wassermassen so zu lenken, dass sie parallel zur Turbinenwelle auf die Schaufeln des Laufrades treffen.

Die Schaufeln werden mit Servomotoren gesteuert. Verstellbar sind sowohl die Schaufeln des Leitapparats als auch die Schaufeln des Laufrades. Sie werden den Schwankungen der Wasserfьhrung und des Gefдlles angepasst. Je nach Einsatzbereich werden Kaplan-Turbinen mit drei bis sechs Laufradschaufeln gebaut.

GroЯe Kaplan-Turbinen sind vorwiegend vertikal eingebaut, so dass das Wasser von oben nach unten durchstrцmt. Eine Kaplan-Turbine im Donaukraftwerk Aschach hat einen Laufraddurchmesser von 8,4 m und ein Gesamtgewicht von 1 300 Tonnen. Kaplan-Turbinen laufen дuЯerst schnell und haben einen Wirkungsgrad bis zu 95 %.

Sonderform: TAT-Turbine

Bei kleineren Wasserkraftwerken (max. 10 MW) mit einer Fallhцhe zwischen 2 und 24 m werden heute TAT-Turbinen (Tubular Axial Turbines) eingesetzt. Das sind kleinere Kaplan-Turbinen mit vorwiegend vertikaler Achse. Bei diesen Turbinen kann nur entweder das Laufrad oder das Leitrad reguliert werden.

Francis-Turbine

Historische Entwicklung

Die Francis-Turbine wurde 1849 von dem angloamerikanischen Ingenieur James B. Francis entwickelt. Dieses Prinzip geht eigentlich auf Benoit Fourneyron aus dem Jahre 1824 zurьck. Er lieЯ das Wasser innerhalb eines geschlossenen Systems zunдchst durch die gekrьmmten Schaufeln eines Leitwerks strцmen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades trifft und diese in Bewegung setzt. Zum Unterschied von der Francis-Turbine war bei Fourneyron das Leitwerk im Inneren des Laufrades, und das Wasser musste radial nach auЯen flieЯen. Diese von Fourneyron entwickelte Turbine hatte bereits einen Wirkungsgrad von etwa 80%. Auch die Kaplan-Turbine arbeitet im wesentlichen nach diesem Prinzip.

Francis-Turbinen sind am weitesten verbreitet, da sie universell einsetzbar sind. Sie werden in Цsterreich bis zu Fallhцhen von 500 Metern eingesetzt.

Das Wasser strцmt durch einen Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenlдufig gekrьmmten Schaufeln des Laufrades. Die Wasserzufuhr erfolgt ьber ein schneckenfцrmig gekrьmmtes Rohr, Spirale genannt.

Um die Turbinenleistung den Erfordernissen anzupassen, kann das zustrцmende Wasser durch die verstellbaren Schaufeln des Leitapparats reguliert werden. Das abgearbeitete Wasser flieЯt ьber das Saugrohr in der Verlдngerung der Turbinenachse ab.

Die Turbinenachse kann unterschiedlich gelagert sein. Bei Kraftwerken mit grцЯerer Leistung und grцЯeren Fallhцhen wird sie in der Regel vertikal eingebaut. So sind im Krafthaus Imst, wo durch die Abkьrzung einer Flussschleife eine Fallhцhe von 143,5 Metern erzielt wird, 3 Francis-Turbinen mit vertikaler Achse installiert. Bei kleineren Anlagen, wie z. B. im Kraftwerk Heinfels, ist die Turbinenachse meist horizontal gelagert.

Weitere Verbesserungen der Fourneyron-Turbine erfolgten 1837 durch den Deutschen Karl Anton Henschel, den Amerikaner Samuel B. Howd, der 1838 das Laufrad ins Innere des Leitwerks verlegte, sowie den Englдnder James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gekrьmmten Laufradschaufeln entwickelte.

Francis verbesserte dann diese Turbine und erzielte einen Wirkungsgrad von etwa 90 %.

Francis-Schacht-Turbine

Fьr Leistungen bis 2 Megawatt und Fallhцhen bis etwa 2 Meter eignen sich Francis-Schacht-Turbinen.

Francis-Spiral-Turbine

Fьr kleinere Kraftwerksanlagen bis maximal 10 Megawatt werden fьr Fallhцhen zwischen 5 und 170 m standardisierte Francis-Spiral-Turbinen eingesetzt.

Wasserkraft

Ьbersicht:

Mehr als 70 Prozent der Erdoberflдche sind mit Wasser bedeckt: Meere, Seen und Flьsse. In ihnen steckt ein gewaltiges Energiepotential, aus dem sich auch Strom gewinnen lдЯt. Die ersten Wasserrдder gab es wahrscheinlich schon vor 3000 Jahren zur Feldbewдsserung. Allein in Deutschland gibt es mehr als 660 Wasserkraftwerke, die immerhin ca. 5% des Stromes liefern, 1992 waren es 15.900 GWh. Zwar sind die Baukosten sehr hoch, aber der Strom ist danach billig, da keine Brennstoffe verwendet werden. Das Potential in Deutschland ist zwar schon zu ѕ ausgenutzt, aber die Zahl der Kraftwerke steigt weiter an: Es wird damit gerechnet, dass bis zum Jahr 2000 fast 2000 neue Kleinkraftwerke gebaut werden.

Die Kraftwerke bringen wichtige Vorteile fьr die Natur: Es wird kein Brennstoff verbraucht und damit werden auch keine Emissionen freigesetzt. Das grцЯte schleswig-holsteinische Wasserkraftwerk, Farchau, ersetzt rund 430.000 Liter Heizцl jдhrlich. Zudem werden Sinkstoffe aus dem FlieЯwasser herausgefiltert, was die Wasserqualitдt wesentlich verbessert. Der Wasserstand bleibt auch konstant. Das schafft sogar neue Lebensrдume fьr Tiere und Pflanzen.

In Schleswig-Holstein gibt es mehrere Wasserkraftwerke, die Strom in das Netz der Schleswag einspeisen. Das grцЯte Kraftwerk, Farchau, liefert 1,6 MW und hat eine Fallhцhe von 30 Metern. Zwei weitere sind Herrenmьhle mit 0,144 MW bei einer Hцhe von nur 2,4 Metern und Wellspang mit 0,04 MW mit 4,2 Metern.

Daten und Fakten:

Das grцЯte Wasserkraftwerk in Krasnoyarsk (Russland) liefert 6Strom. Das entspricht einer Menge von Hundert-Watt-Glьhlampen (105x 6x 6die in Zimmerhцhe gestapelt zwei FuЯballplдtze fьllen. Die Fallhцhe des Wassers betrдgt bis zu 2 Kilometer. Zum Vergleich: Krьmmel liefert 0,6und das Kernkraftwerk Brokdorf 1,326Der grцЯte Tidenhub von 21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig (Kanada). Der grцЯte Inhalt eines Stausees betrдgt 205 Kubikkilometer, der Bodensee hat gerade mal 48. Der Wirkungsgrad der Wasserkraftwerke liegt zwischen 80 und 90 Prozent. Beim Auto ist dieser Wert gerade mal 20%, bei einer Glьhlampe %.

Laufwasserkraftwerke:

Laufwasserkraftwerke sind die einfachste und hдufigste Art von Kraftwerken. Es sind meist Wasserrдder an Flьssen oder Kanдlen. Sie laufen in stдndigem Betrieb und liefern stдndig Strom ins Netz. Um den Druck zu erhцhen, werden die natьrlichen Widerstдnde in den Flьssen verkleinert. Der Sinkstofftransport wird vermindert, und vor allem werden Flьsse begradigt, wodurch die Erosion abnimmt. Zudem wird die FlieЯgeschwindigkeit des Wassers verringert, um die innere Reibung zu verkleinern. Meist entsteht der Druck auch noch durch ein Gefдlle, da das Wasser ьber eine weite Strecke einen Berg hinabflieЯt.

Speicherkraftwerke:

Die Speicherwasserkraftwerke werden in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeicher unterteilt. Meistens werden sie zu Spitzenverbrauchszeiten eingesetzt. Das Wasser, welches in Becken aufgestaut wird, ist potentielle Energie, die bei Bedarf verwendet wird. Aber die Stauung dient auch zur Hochwasserrьckhaltung, Regulierung des Abflusses fьr die Sicherheit der Schifffahrt, zur Speicherung von Trinkwasser und zur Bewдsserung.

Pumpspeicherwasserkraftwerke:

Pumpspeicherkraftwerke dienen zur Haltung der Netzfrequenz, Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke ausfallen.

In einem Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es ein hцher gelegenes und ein niedrig gelegenes Wasserbecken. Zu den Tageszeiten, wo der Stromverbrauch am hцchsten ist, wird das Wasser vom oberen Becken durch Turbinen und Generatoren in das niedrigere Bassin geleitet. In der Nacht wird das Wasser dann mit billigem Nachtstrom durch Rohrleitungen wieder in das obere Becken gepumpt, die Generatoren und Turbinen werden dann als Pumpen verwendet.

Das Pumpspeicherwasserkraftwerk Vianden in Luxemburg ist eines der grцЯten und kann jederzeit 1100 Megawatt liefern. Ein Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es auch in Deutschland, am Schluchsee, sьdцstlich von Freiburg.

Der grцЯte Nachteil ist jedoch, dass das Kosten-/Nutzen-Verhдltnis bis jetzt nicht ьbereinstimmt. Doch man entwickelt die Ideen Werner von Siemens’ weiter, um dieses Problem zu beheben.

Gezeitenkraftwerke:

Dieser Kraftwerkstyp nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus: Das Wasser wird zweimal durch Turbinen geleitet: Das erste Mal, wenn es bei Flut ein Becken fьllt, das zweite Mal, wenn es bei Ebbe wieder aus diesem Becken herausflieЯt. Das lohnt sich aber nur bei groЯen Tidenhьben, zum Beispiel in Saint-Malo an der franzцsischen Kьste. Das Wasser steigt und fдllt hier 13,5 Meter, und es wird jeweils durch 10 Turbinen geleitet, die in einer 750 Meter langen Staumauer eingebaut sind. Das Kraftwerk liefert 0,24 Gigawatt Strom.

Gletscherkraftwerke:

Auch die zweitgrцЯte Eismasse der Welt, das Grцnlдndische Inlandeis, wird zur Stromgewinnung eingesetzt. Das Eis hat eine Masse von 2,4 Millionen Kubikkilometern. Der Bodensee hingegen hat nur 48 Kubikkilometer. Bei Gletscherkraftwerken wird ein Schmelzwassersee an seinem tiefsten Punkt angebohrt, damit man auch im Winter genug Wasser hat, obwohl die Oberflдche des Sees gefriert. Dann wird das Wasser durch ein Rohr unter dem Eis an die Kьste geleitet, wo es in den Turbinen Strom erzeugt. In Grцnland ist bisher nur ein Kraftwerk gebaut worden, das sein Wasser aus einem 11 Kilometer entfernten See bekommt. Man schдtzt aber, dass man in Grцnland jдhrlich fast 10 Terawattstunden Strom gewinnen kцnnte!

Wellenkraftwerke:

Sogar die Kraft der Wellen soll fьr die Energiegewinnung genutzt werden. Aber die Nutzung ist schwierig und vor allem teuer. Die Kraftwerke mьssen auf Plattformen entstehen, die voll automatisiert funktionieren. Auch der Mechanismus, der die Wellenenergie in elektrische Energie umwandelt, ist sehr kompliziert, da die Stдrke und Richtung der Wellen stark schwankt.