Wasserkraftwerk

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Ein Wasserkraftwerk oder auch Wasserkraftanlage ist ein Kraftwerk, das die kinetische Energie des Wassers in mechanische Energie bzw. elektrische Energie umwandelt. Damit wird die Wasserkraft für den Menschen nutzbar gemacht.

Schema eines Wasserkraftwerkes ausgestattet mit einer Francis-Turbine
Wasserturbine mit Generator

Funktionsweise

Privates Wasserkraftwerk in Olching

Bei allen Wasserkraftwerken wird durch eine Stauanlage (auch Staumauer oder Talsperre genannt) Wasser im Stauraum auf hohem potentiellem Niveau zurückgehalten. Die Bewegungsenergie des abfließenden Wassers wird auf eine Wasserturbine oder ein Wasserrad übertragen, welches wiederum direkt oder über ein Getriebe einen elektrischen Generator antreibt, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Zur Einspeisung in ein Mittel- oder Hochspannungsnetz ist vielen Wasserkraftwerken auch ein Umspannwerk angegliedert.

Grundsätzlich wird zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken unterschieden. Laufwasserkraftwerke können keinen oder nur sehr begrenzten Einfluss auf das Volumen an aufgestautem Wasser nehmen. Meist bestehen sie aus einer durch ein Wehr gebildeten Staustufe in einem fließenden Gewässer. Speicherkraftwerke hingegen besitzen einen Energiespeicher in Form von Seen oder Teichen, deren Pegel vom Kraftwerksbetreiber gesteuert werden kann. Oft handelt es sich dabei um Stauseen, die mittels Staudämmen oder -mauern künstlich für die Energiegewinnung angelegt wurden, seltener werden hierfür aber auch natürliche Seen verwendet. Pumpspeicherkraftwerke können bei Bedarf unter Aufwendung von elektrischer Energie Wasser zurück ins Speicherbecken pumpen. Dadurch ermöglichen sie durch Zwischenspeicherung eine gleichmäßigere Auslastung des Stromnetzes zu unterschiedlichen Zeiten.

Leistung

Die Leistung P ist abhängig von dem Wasserdurchfluss Q (in m³/s) und der Fallhöhe (Wasserbau) h (in m) sowie dem Wirkungsgraden η des Zulaufs, der Wasserturbine, des Getriebes, des Generators und des Transformators.

Näherungsweise Berechnung bei einem Wirkungsgrad von ca. 85 % (gρη ≈ 8,5 kN /m3)

P = Q \cdot h \cdot 8,5\,\mathrm{kN} / \mathrm{m}^3

Beispiel: Durch die Turbine eines Laufwasserkraftwerkes mit der Stauhöhe 6 m strömen pro Sekunde 20 m³ Wasser. Damit ergibt sich eine Leistung von P = 20 m³/s • 6 m • 8,5 kN/m³ = 1020 kW. Die installierten Leistungen liegen zwischen wenigen kW und 18.000 Megawatt (Drei-Schluchten-Damm in China).

Wasserkraftwerke erzielen einen hohen Wirkungsgrad. Ihre Turbinen und Generatoren können bis zu 90 % der nutzbaren Wasserkraft in elektrischen Strom umwandeln.

Ausbauleistung

Die beiden bedeutenden Faktoren um die Energieausbeute einer Wasserkraftanlage zu ermitteln stellen der Zufluss Q sowie die Nettofallhöhe hf, N dar. An der Turbine erfolgt die Umwandlung der Energie des Wasserstroms ρ*Q mit dem Potential g*hf,N in Drehleistung.

P=\eta \cdot \rho \cdot g \cdot Q \cdot h_{f,N} \ \mathrm{ \lbrack W \rbrack}

mit

η Gesamtwirkungsgrad der Wasserkraftanlage (0,80–0,90)
ρ Dichte des Wassers [kg/m3]
g Erdbeschleunigung [m/s2]
Q Zufluss [m3/s]
hf, N Nettofallhöhe [m]

Als Ausbauleistung Pa wird die maximale elektrische Leistung eines Kraftwerks bezeichnet, die sich beim Ausbauzufluss Qa ergibt. Dieser Zufluss stellt sich jedoch bedingt durch natürliche Abflussschwankungen nicht permanent ein. Im Schnitt wird der Ausbauzufluss in Mitteleuropa an etwa 30 bis 60 Tagen im Jahr erreicht bzw. überschritten.[1]

Ausbaugrad

Die maximale Leistung eines Wasserkraftwerks wird erbracht, wenn sich der Ausbaudurchfluss Qa bei optimalem Wirkungsgrad einstellt.

Unter Ausbaugrad fa wird bei Laufwasserkraftwerken das Verhältnis zwischen Ausbaudurchfluss Qa und Mittelwasserabfluss MQ verstanden.

Ausbaugrad für Laufwasserkraftwerke

Laufwasserkraftwerk von 1892 48.13732911.20775
f_a= \dfrac{Q_a}{MQ} \ \ \mathrm{ \lbrack - \rbrack}
fa Ausbaugrad [-]
Qa Ausbaudurchfluss [m3/s]
MQ Mittelwasserabfluss [m3/s]

Im Gegensatz zu oben genanntem Anlagentyp ergibt sich der Ausbaugrad fa bei Speicherkraftwerken aus dem Verhältnis von Speichervolumen VSP zu Jahreswasserfracht der Zuflüsse VZU.

Ausbaugrad für Speicherkraftwerke

f_a= \dfrac{V_{SP}}{V_{ZU}} \ \ \mathrm{ \lbrack - \rbrack}
VSP Speichervolumen [m3]
VZU Jahreswasserfracht der Zuflüsse [m3]

Die Wahl des Ausbaugrades erfolgt unter den Gesichtspunkten Abflusscharakteristik des Gewässers (Abfluss gleichmäßig oder stark schwankend), Einsatzart der Wasserkraftanlage (Einzelversorgung, Grund-, Mittel-, Spitzenlastkraftwerk), von weiteren Anforderungen an die Wassernutzung (Schifffahrt, Mindestwasser) sowie dem Kosten-Nutzen-Faktor. Für Grundlastkraftwerke mit hoher Abgabesicherheit, bei verhältnismäßig niedriger Investition, wird ein geringer Ausbaugrad gewählt (Qa,I). Für Spitzenlastkraftwerke hingegen bietet sich die Wahl eines hohen Ausbaugrades (Qa,II) an, ebenso ergeben sich höhere Investitionsaufwendungen.[2]

Leistungsplan

Der Leistungsplan gibt Auskunft über die mittlere jährliche Energieausbeute einer Wasserkraftanlage und ist daher für energiewirtschaftliche Betrachtungen von großer Bedeutung. Zur Ermittlung der Jahresproduktion eines Kraftwerkes muss die mittlere Überschreitungsdauerlinie des Zuflusses bekannt sein. Weiter wird die Dauerlinie des Unterwasserstandes sowie des Oberwasserstandes, aus denen sich die Fallhöhendauerlinie ermitteln lässt, benötigt. Meist werden Dauerlinien auf Basis von Tagesmittelwerten verwendet. Zur Absicherung der Aussage sollen jedoch mehrere Jahresdauerlinien in die Auswertungen einfließen und ein Mittelwert gebildet werden.

Durch Multiplikation von Überschreitungsdauerlinie des Zuflusses und Fallhöhendauerlinie ergibt sich die Leistungsdauerlinie für ein Jahr und aus deren Integration über die Zeit die Jahresarbeit der Anlage.[1]

Typen von Wasserkraftwerken

Einteilung nach Nutzgefälle

Ein typisches Wasserkraftwerk, hier an der Ruhr

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

Niederdruckkraftwerke

Als Niederdruckkraftwerke werden Wasserkraftanlagen bezeichnet, bei denen die Fallhöhe ca. 15 m beträgt. Im Gegensatz zu Mitteldruck- oder Hochdruckkraftwerken befinden sich diese im Mittellauf eines Flusses und weisen damit wesentlich höhere Abflüsse auf.[1]

Die Anzahl der verbauten Maschinensätze wird nach Durchfluss, Abflusscharakteristik, Einzelbetrieb oder Durchlaufspeicherung in einer Kraftwerkskette bestimmt. Weitere Nutzungsziele neben der Erzeugung elektrischer Energie können beispielsweise eine Verbesserung des Hochwasserschutzes oder eine Eindämmung einer vorhandenen Sohlerosion sein.[2]

Insbesondere bei Niederdruckanlagen erfolgt oftmals die Anordnung eines Saugrohres um eine Erhöhung des Wirkungsgrades zu erreichen.[2]

Eckdaten:

Fallhöhe: 15 m
Verwendung für: Grundlast
Turbinenarten: Kaplan-Turbine, Rohrturbine, Durchströmturbine, Straflo-Turbine
Bauarten: Flusskraftwerke, Ausleitungskraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerk

Mitteldruckkraftwerke

Bei Mitteldruckkraftwerken handelt es sich um Wasserkraftanlagen mit einer Fallhöhe zwischen 25 m und 400 m, wobei sowohl der Übergang zwischen Niederdruck- und Mitteldruckanlagen als auch zwischen Mitteldruck- und Hochdruckanlagen als fließend bezeichnet werden kann. Die Realisierung dieses Kraftwerkstyps erfolgt meist im Zusammenhang mit niedrigen Talsperren als Speicherkraftwerk oder in Kombination mit höheren Wehranlagen an Flusskraftwerken. Charakteristisch für diese beiden Arten von Wasserkraftanlagen ist, dass der typische mittlere Wasserdurchsatz nur durch eine Speicherbewirtschaftung zu erreichen ist. Abgesehen von den für die Energiegewinnung notwendigen Belangen (Ausgleich jahreszeitlich unterschiedlicher Abflüsse, Pumpspeicherung etc.) sind meist auch andere Ziele (Trinkwasserversorgung, Hochwasserschutz, Erholungswirkung etc.) zu berücksichtigen.

Folgende Einsatzzwecke lassen sich unterscheiden

  • Einzweckanlagen
Anlagen die einen vorgegebenen Strombedarf decken
Anlagen zur Vergleichmäßigung des Abflusses eines Fließgewässers
Anlagen zur Spitzenstromerzeugung
  • Mehrzweckanlagen, die primär der Energieerzeugung dienen, gleichzeitig werden aber auch andere Anforderungen erfüllt (z.B. Hochwasserschutz, Bewässerung, Trinkwasserversorgung).
  • Mehrzweckanlagen, die hauptsächlich anderen Zielen als der Energieerzeugung dienen. Insbesondere fallen in diesen Bereich Anlagen zur Stauhaltung schiffbarer Flüsse.
Charakteristisch für Mitteldruckanlagen ist neben der Fallhöhe eine dreifache Gliederung des Maschinenhauses
  • Einlauf mit Rechen und Turbinenschütz
  • verlängerter Einlaufschlauch bzw. Triebwasserleitung
  • Einlaufspirale, Wasserturbine, Saugschlauch.

Talsperrenkraftwerke, welche in direkter Verbindung von Erddämmen oder Betonstaumauern errichtet werden sind meist dicht an der Luftseite situiert. Das Krafthaus liegt direkt am Damm- oder Mauerfuß und erlaubt kurze und hydraulisch günstige Druckrohrleitungen. Auch eine Anordnung weiter flussabwärts, sowie bei besonders beengten Verhältnissen in Kavernen (eher selten bei Mitteldruckanlagen) ist möglich.[2]

Eckdaten:

Fallhöhe: 25-400 m
Verwendung für: Grundlast, Mittellast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine(selten)
Bauarten: Flusskraftwerke, Speicherkraftwerke

Hochdruckkraftwerke

Von Hochdruckanlagen spricht man, wenn die Nutzfallhöhe mehr als 250 m beträgt. Um ein solch großes Gefälle realisieren zu können, werden solche Anlagen im Mittel- und Hochgebirge errichtet. Zur Stauhaltung werden Talsperren, Staumauern oder ein Staudamm verwendet, wodurch große Mengen Wasser über ein Jahr gespeichert werden können, welche mittels Druckstollen und Druckschächten zum Kraftwerk, das sich zumeist im Tal befindet, transportiert werden.

Durch dieses ständig verfügbare Wasservolumen können Spitzenlasten im Stromverbrauch ausgeglichen werden und an den kurzfristigen, hohen Bedarf angepasst werden. Jedoch treten dann extrem große Mengen Wasser an, die dann schlagartig abgeführt werden müssen. Es ist aus ökologischen Gesichtspunkten problematisch, sie ohne weiteres an das Unterwasser abzugeben. Deshalb kommen Rückhaltebecken und Zwischenspeicher zum Einsatz, um die Wasserabgabe an den Unterlauf zu verzögern und regulieren.

Wegen des hohen Drucks finden nur noch Pelton- und Francisturbinen Verwendung. Die Bauweise ähnelt sehr der Bauweise einer Mitteldruckanlage. Eine wesentliche Ergänzung ist das Wasserschloss. Es dient dazu, den Druckstoß in der Rohrleitung zu vermindern, der beim Schließen der Armaturen in der Leitung entsteht.

Im Unterschied zu Niederdruck- und Mitteldruckkraftwerken haben die, in den Zuleitungen und Fassungen auftretenden Verluste und Fallhöhenschwankungen bedingt durch die großen Gesamtfallhöhen, keine besonderen negativen Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Im Gegensatz dazu bringen Schwankungen bei den relativ geringen Durchflüssen Probleme mit sich. Diesem Umstand lässt sich mit einer Erweiterung des Einzugsgebietes der Anlage, beispielsweise durch Einbeziehung benachbarter Speicherseen und Beileitungen, begegnen.[2] Zum Schutz der teilweise sehr langen Druckstollen durch die bei Schnellverschluss der Turbinen auftretenden Druckstöße kann, wie oben schon erwähnt, die Anordnung eines Wasserschlosses erfolgen.[1]

Drei Anlagentypen lassen sich nach ihrer grundsätzlichen Anordnung unterscheiden:

  • Hochdruckanlagen mit Freispiegelkanal und Einlaufbecken bzw. Freispiegelstollen und Druckleitung
Bei diesen Anlagen weisen die Wehranlagen nur geringe Höhen auf und dienen nur dem Zweck der Wasserfassung und nicht der Druckerhöhung.
  • Hochdruckanlagen mit gänzlicher Druckleitung (Stollen bzw. Rohrleitung)
Dieser Anlagentyp bietet sich als Lösung besonders dort, wo durch Fließstreckenverkürzung, beispielsweise mittels Stollendurchbruch bei Flusskrümmungen, eine besonders große Fallhöhe erreicht werden kann. Im Gegensatz zu Anlagen mit Freispiegelkanälen nimmt die Stauhöhe durch die geschlossene Druckverbindung (Anordnung eines Wasserschlosses notwendig) zum Speicher hin direkten Einfluss auf die Energiegewinnung. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich die Notwendigkeit einer möglichst großen Stauhöhe.
  • Talsperrenkraftwerke
Ähnlich den Mitteldruckanlagen wird hier das Krafthaus in direktem Anschluss an die Talsperre errichtet, die Fallhöhen sind jedoch größer.[2]

Eckdaten

Fallhöhe: ab 250 m
Verwendung für: Spitzenlast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Pelton-Turbine
Bauarten: Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Kavernenkraftwerke
Beispiele:

Weitere Klassifizierungsmerkmale

Betrachtungsweise Klassifizierung
Auslastung
Die erzeugte Strommenge (Regelarbeitsvermögen)
ergibt im Verhältnis zur Nennleistung
die Auslastung eines Kraftwerkes.
Grundlastkraftwerk: Auslastung: > 50 %
Bauarten: Flusskraftwerk, Gezeitenkraftwerk, Strom-Boje, Wellenkraftwerk
Mittellastkraftwerke: Auslastung: 30–50 %
Bauarten: Flusskraftwerk mit Schwellbetrieb, Speicherkraftwerk
Spitzenlastkraftwerke: Auslastung: < 30 %
Bauarten: Speicherkraftwerk, Pumpspeicherkraftwerk, Kavernenkraftwerk
Installierte Leistung Kleinwasserkraftanlagen(< 1 MW)
mittelgroße Wasserkraftanlagen(< 100 MW)
Großwasserkraftanlagen(> 100 MW)
Topografie Unterlauf (Flusskraftwerk)
Mittelgebirge (Laufwasser- und Speicherkraftwerk)
Hochgebirge (Speicherkraftwerk)
Betriebsweise Inselbetrieb, Verbundbetrieb

Wasserkraftwerkstypen

Laufwasserkraftwerk
Bei einem Laufwasserkraftwerk wird ein Fluss gestaut und mit dem abfließenden Wasser elektrischer Strom gewonnen.
Speicherkraftwerk
Bei einem Speicherkraftwerk wird das Wasser über einen Zeitraum (mehrere Stunden bis mehrere Monate) gespeichert, um bei Bedarf wertvolle Spitzenenergie zu erzeugen.
Pumpspeicherkraftwerk
Ein Pumpspeicherkraftwerk ist ein Speicherkraftwerk, bei dem mit überschüssigem Strom Wasser aus einer niedrigen Lage in einen höher gelegenen Stausee gepumpt wird, um später Spitzenstrom bei erhöhtem Strombedarf zu erzeugen. Pumpspeicher-Kraftwerke bieten als derzeit einzige Energieanlagen die Möglichkeit, Elektrizität wirtschaftlich und in nennenswertem Umfang mit Hilfe potentieller Energie (Speicherwasser) zu speichern.
Kavernenkraftwerk
Ein Kavernenkraftwerk verwendet künstlich geschaffene Hohlräume als Energiespeicher oder als Standort für Kraftwerkskomponenten, es fügt sich damit sehr unauffällig in das Landschaftsbild ein.
Gezeitenkraftwerk
Ein Gezeitenkraftwerk nutzt die Energie aus dem ständigen Wechsel von Ebbe und Flut
Wellenkraftwerk
In Wellenkraftwerken wird, im Unterschied zu einem Gezeitenkraftwerk, nicht der Tidenhub, sondern die Energie der kontinuierlichen Meereswellen selbst ausgenutzt.
Meeresströmungskraftwerk
Ein Meeresströmungskraftwerk nutzt die kinetische Energie von Meeresströmungen.
Schiffmühle
Eine Schiffmühle besteht aus einem auf einem Schwimmkörper befestigten und auf einem Fluss verankerten Wasserrad.
Gletscherkraftwerk
Ein Gletscherkraftwerk nutzt das Schmelzwasser eines Gletschersees. Es wird über Rohrleitungen zu dem Krafthaus zur Energieerzeugung geleitet.
Strom-Boje
Eine Strom-Boje wandelt die kinetische Energie des Wassers in elektrische Energie um. Bei diesem neuartigen Typ werden das Landschaftsbild und der Wasserspiegel nicht verändert.
Wasserwirbelkraftwerk
In einem Wasserwirbelkraftwerk bildet sich in einem runden Staubecken ein stabiler Wasserwirbel über einem zentralen Abfluss aus, der eine Wasserturbine antreibt.
Wasserleitungskraftwerk
Spezielle Bauform eines Laufwasserkraftwerks zur Druckreduktion in Hauptwasserleitungen. Ein Beispiel ist das Wasserleitungskraftwerk Gaming als Teil der II. Wiener Hochquellenwasserleitung.

Ökonomische Bedeutung

Verteilung der erneuerbaren Energien 2012 in Deutschland (Stromsektor)

Im Jahr 2012 waren weltweit Wasserkraftwerke mit einer kumulierten Leistung von zusammen rund 990 GW installiert, die rund 3700 TWh elektrischer Energie produzierten. Damit lieferte die Wasserkraft 16,5 % des Weltbedarfes an elektrischer Energie und rund 3/4 der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, die 21,7 % des Weltstrombedarfes deckten.[3] Norwegen deckt fast seinen gesamten Elektrizitätsbedarf mit Wasserkraft, Brasilien rund 80 %. In Österreich beträgt die Wasserkraftquote rund 55 % (36 TWh) an der gesamten Stromproduktion, in der Schweiz sind es rund 60 %. Der Anteil an der Bruttostromerzeugung schwankt etwa zwischen 3 und 4 %, womit die Wasserkraft mittlerweile hinter Windenergie, Biomasse und Photovoltaik auf den vierten Platz zurückgefallen ist.[4]

Aus der in Deutschland installierten Leistung von 4,7 GW und der in Deutschland erzeugten Energie (dem Regelarbeitsvermögen) von 21600 GWh errechnen sich 4600 Volllaststunden. Gemessen an den 8760 Stunden pro Jahr ergibt sich ein Nutzungsgrad von 52 %.

Die Kosten der Investitionen für Wasserkraftwerke liegen sehr hoch und belasten die Rentabilität der Anlage. Daher ist der in Wasserkraftwerken produzierte elektrische Strom zunächst einmal kostspieliger als der in vergleichbaren Dampfkraftwerken. Die Kostenlosigkeit der nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehenden 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.

Wasserkraftwerke werden bevorzugt im Mittel- und Hochgebirge sowie an großen Flüssen errichtet, um durch großen Höhenunterschied bzw. Durchfluss die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Ökologische Auswirkung

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

Vorteile

  • keine CO2-Emission durch den direkten Betrieb (im Vergleich zu Wärmekraftwerken, die fossile Brennstoffe verwenden); Wasserkraft zählt somit zu den erneuerbaren Energieformen
  • Hochwasserschutz durch Speicherkraftwerke (Wasser wird in wasserreichen Zeiten zurückgehalten und dosiert abgegeben)
  • Energieausbeute in der Regel unabhängig von Wetter und Zeit (im Vergleich zu vielen anderen alternativen Energieformen)

Nachteile

  • Umsiedlung der Bewohner, beispielsweise durch die Konstruktion des Stausees „Reschensee“ in Südtirol oder am Drei-Schluchten-Damm
  • Enteignungen der Anrainer
  • ökologische Veränderungen durch Reduzierung der Restwassermenge, Beeinträchtigung von Natur und Landschaft, Zerstörung des natürlichen Fließgewässerregimes, Fischsterben durch Turbinen, Treibgutrechen und Pumpen
  • Stauraumspülungen und Versandung im Staubereich von Speicherkraftwerken und Laufwasserkraftwerken. Mit der regelmäßigen Durchführung dieser Methode wird versucht das Volumen des Stauraumes zu erhöhen. Ebenso kommt es zur Produktion klimaschädlicher Faulgase im Stauraum von Speicherkraftwerken und Laufwasserkraftwerken durch Verwesung von organischen Ablagerungen infolge von Versandung und im Stausee von Speicherkraftwerken, sofern vor der Anstauung das betroffene Gebiet nicht gerodet wird (s. Tucuruí-Stausee)
  • Verursachung von Schwallbetrieb, bei Speicherkraftwerken und Laufkraftwerken, welcher zu einer Reihe von ökologischen Auswirkungen in Fließgewässern führt. Hierbei kann sich auch in der trockenen Jahreszeit innerhalb eines engen Hochgebirgstales ein gefährliches Hochwasser bilden, wenn weit oberhalb der Gefahrenstelle ein Wasserkraftwerk seinen Betrieb wegen eines technischen Schadens sehr schnell beenden muss.
  • Massiver Eingriff in den Grundwasserhaushalt durch die Errichtung von Staudämmen, Versiegelung des Stauraums oder durch die Konstruktion von Drainagen. Oftmals kommt es dabei zu Verunreinigungen des Grundwassers, Absinken bzw. Versickern oder Ansteigen des Grundwasserspiegels. Für den Menschen ungenießbares Trinkwasser aus Brunnen oder Umstellungen von Landwirtschaften können unter anderem die Folgen sein.
  • Verlust von Habitatsangebot durch Treibgutrechen. Die Entnahme von verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel Treibholz, durch die Rechenanlagen von Wasserkraftwerken, verursacht den Verlust von wichtigen Lebensräumen im Unterwasser. Für viele Organismen wie zum Beispiel Fische stellt Treibgut einen wichtigen Lebensraum dar. Dieser geht durch die Entnahme verloren.
  • Überstauung und Zerstörung von Kulturgütern wie zum Beispiel am geplanten Ilısu-Staudamm in der Türkei

Geschichte

Blick auf das Wasserkraftwerk „Niezelgrund“ an der Wesenitz bei Lohmen. Das kleine Kraftwerk markiert beispielhaft den Übergang von der Nutzung der Wasserkraft zum Maschinenantrieb (1877–1910) zur Elektroenergieerzeugung (ab 1910). Die derzeit installierte Turbine hat eine Leistung von bis zu 215 KW.

Schon vor 5000 Jahren gab es in China und im ehemaligen Mesopotamien Wasserräder. Damals hatte man herausgefunden, dass die Strömungsenergie des Wassers dem Menschen nützlich gemacht werden kann. Auch später im antiken Rom und Griechenland wurden Wasserräder zum Mahlen von Mehl und zur Bewässerung genutzt.

1767 stellte der englische Bauingenieur John Smeaton das erste Wasserrad aus Gusseisen her; dies gilt als Nukleus der heutigen Energiegewinnung mittels Wasser. Im Jahr 1880 baute man in Nordengland das erste Wasserkraftwerk, mit dem elektrische Energie gewonnen wurde, und um 1896 entstand an den Niagarafällen in den USA das erste Großkraftwerk der Welt (Näheres hier).

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts vergrößerte sich das Interesse an Wasserkraft, da es inzwischen effizientere und größere Turbinen gab und die Nachfrage nach Strom ständig wuchs.

1911 wurde einige Kilometer westlich von Rjukan von Norsk Hydro das Wasserkraftwerk Vemork (59° 52′ 16,1″ N, 8° 29′ 29″ O59.8711388.491385570) gebaut, zu der Zeit das größte der Welt. In den folgenden Jahren wurden weitere Kraftwerke (darunter das Kraftwerk Såheim) und Industrieanlagen errichtet; 1917 lebten ungefähr 10.000 Menschen in Rjukan und Umgebung.

1941 wurde im US-Bundesstaat Washington die Grand-Coulee-Talsperre fertiggestellt; sie hat eine Nennleistung von 6.495 MW.

Nach dem Bau des Assuan-Staudammes in Ägypten (1960–1971) – er staut den Nil auf – wurde deutlich, wie sehr ein Staudamm in die Flussökologie eingreifen kann.

Die Drei-Schluchten-Talsperre in China hat insgesamt etwa 18.200 MW. Im Dezember 1993 wurde mit dem Bau begonnen; seit 2008 sind alle 26 Turbinen in Betrieb.

Siehe auch Liste der größten Wasserkraftwerke der Erde; durch einen Klick auf das Dreieck über der Spalte "Fertigstellung" ordnet sich die Liste chronologisch.

Es gab viele Brüche von Staumauern, z.B. durch Erdbeben und/oder durch Baumängel (Liste hier). Am 17. Mai 1943 warfen Bomber der Royal Air Force spezielle Bomben auf die Möhnetalsperre (=> Möhnekatastrophe) und in die Edertalsperre. Am 8. August 1975 löste ein Taifun in China einen Kaskadenbruch von 26 Staudämmen aus (Banqiao-Staudamm).

Das Prinzip eines Wasserkraftwerkes war und ist bis heute immer dasselbe: Wasser wird in einem höhergelegenen Speicher aufbewahrt und dann über Druckleitungen zum eigentlichen Kraftwerk geführt.

Bemerkenswertes

Vereinzelt findet man Wasserkraftwerke oder Elemente davon auch als Bestandteil von Wappen.

Wasserkraftwerke mit besonderen Merkmalen

Siehe auch

Weblinks/Quellen

 Commons: Wasserkraftwerke – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Wasserkraftwerk – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. a b c d Strobl T., Zunic F.: Wasserbau, Aktuelle Grundlagen-Neue Entwicklungen. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 2006, ISBN 3-540-22300-2
  2. a b c d e f Giesecke J.; Mosonyi E.: Wasserkraftanlagen, Planung, Bau und Betrieb. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 2005, ISBN 3-540-25505-2
  3. Renewables 2013. Global Status Report (PDF; 6,9 MB). REN21. Abgerufen am 2. November 2013.
  4. Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien unter Verwendung von Daten der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) in Deutschland (PDF-Datei; 0,813 MB) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU); Stand: Februar 2013.
  5. http://orf.at/#/stories/2182886/ Weltgrößtes Wasserkraftwerk soll am Kongo entstehen, ORF.at 19. Mai 2013