Wasserkraftwerk

Wạs|ser|kraft|werk 〈n. 11〉 Anlage, die Wasserkraft in elektr. Energie umwandelt

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Wạs|ser|kraft|werk, das (Technik):

Anlage zur Umwandlung der Energie fließenden od. stürzenden Wassers in elektrische Energie.

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Wasserkraftwerk,

 

ein Kraftwerk, das die potenzielle Energie des natürlichen Wasserkreislaufs zur Gewinnung elektrischer Energie nutzt. Dabei lässt man vom Oberwasser (z. B. Stausee, Talsperre, Stauanlage) Triebwasser zum Unterwasser (z. B. Flusslauf, Auffangbecken) durch eine Wasserturbine fließen, die die anfangs potenzielle Energie des Wassers in kinetische Energie umformt. Ein mit der Wasserturbine direkt oder über ein Getriebe gekuppelter Wasserkraftgenerator (Generator) formt diese in elektrische Energie um.

 

Nach der Betriebsweise unterscheidet man Laufwasser- und Speicherkraftwerke. Laufwasserkraftwerke (Laufkraftwerke) nutzen den natürlichen Zufluss eines Fließgewässers (Fluss, Bach). Das zufließende Wasser wird durch ein Wehr aufgestaut und direkt verarbeitet. Das ungenutzte Wasser fließt über das Wehr. Laufwasserkraftwerke dienen meist als Grundleistungskraftwerke, abgesehen von schwellbetriebsfähigen Laufwasserkraftwerken, bei denen der Zufluss im Stauraum - üblicherweise in einem Tageszyklus - gespeichert werden kann. In Zeiten besonders hohen Elektrizitätsbedarfs (z. B. Mittagsspitze) ermöglicht die Entnahme des gespeicherten Wassers eine höhere Leistung als bei Durchlaufbetrieb (Durchlaufspeicherung, Schwellbetrieb). Bei Speicherkraftwerken wird das zufließende Wasser in einem Stausee oder -becken gespeichert (Tages-, Wochen-, Saison- oder Jahresspeicher) und kann diesem bei Bedarf entnommen werden. I. der R. erfolgt dies als Spitzenkraftwerk zur Deckung von Spitzenlasten, aber auch aus wasserwirtschaftlichen Gründen (z. B. für die Schifffahrt). Eine Sonderbauform zur Speicherung überschüssiger Energie aus anderen Kraftwerken ist das Pumpspeicherwerk.

 

Hinsichtlich der Nutzfallhöhe werden Niederdruck-, Mitteldruck- und Hochdruckkraftwerke unterschieden. Niederdruckkraftwerke besitzen eine Nutzfallhöhe bis etwa 20 m. Sie sind stets Laufwasserkraftwerke ohne nennenswertes Speichervermögen. Das Krafthaus ist entweder mit dem Stauwerk verbunden und im Fluss angeordnet, oder es befindet sich in einem Seitenkanal (Kanal-, Umleitungskraftwerk). Oft wird der Generator über der Wasserturbine mit vertikaler Welle angeordnet. Diese Anordnung wird bis zu den größten Leistungen ausgeführt. Als Turbinen werden Durchström-, Kaplan- oder Francis-Turbinen verwendet. Bei kleineren Leistungen werden Rohrturbinen mit liegender Welle und mit vom Wasser umströmtem und gekühltem Generator eingesetzt. Eine Sonderform eines Niederdruckkraftwerks ist das Gezeitenkraftwerk. Mitteldruckkraftwerke sind Speicherkraftwerke und besitzen eine Nutzfallhöhe zwischen 20 m und 100 m. Als Turbinen werden Kaplan- und Francis-Turbinen eingesetzt. Bei Hochdruckkraftwerken beträgt die Nutzfallhöhe 100 m bis etwa 2 000 m. Sie werden im Allgemeinen als Speicherkraftwerke betrieben. Der Stausee liegt dabei oft hoch oben im Gebirge und das Krafthaus tief unten im Tal. Das Triebwasser wird über einen Stollen, das Wasserschloss und eine Druckleitung den Turbinen zugeführt. Die Turbinen mit den Generatoren sind in einem Krafthaus, manchmal aber auch in einer Kaverne im Innern eines Berges (Kavernenkraftwerk) untergebracht. Mit größerer Fallhöhe kommen nur noch Freistrahlturbinen (Peltonräder) zur Anwendung.

 

Die Nutzung der Wasserkraft ist äußerst zuverlässig, technisch ausgereift und bewährt. Sie macht heute in vielen Ländern einen Großteil der Stromerzeugung aus, z. B. fast 100 % in Norwegen, etwa 72 % in Österreich, 57 % in der Schweiz (in Deutschland dagegen nur 3,7 %); weltweit deckt sie derzeit etwa 6 % des Primärenergieverbrauchs, in Deutschland (1999) rd. 0,9 %. In Deutschland werden (1999) mit den heute in Betrieb befindlichen rd. 5 620 Anlagen rd. 80 % der Wasserkraftressourcen ausgeschöpft (entsprechen durchschnittlich 20 Mrd. kWh jährlich), in Europa rd. 33 %, weltweit aber erst etwa 10 %. Die Nutzungsmöglichkeiten der Wasserkraft hängen v. a. von der Geländeform ab. So stehen Speicherkraftwerke bevorzugt in engen Taleinschnitten mit einem großen erschlossenen Speichervolumen. Die überwiegende Anzahl der Wasserkraftwerke ist in Deutschland in den beiden südlichen Bundesländern Bayern und Baden-Württemberg zu finden. Die Ausbaumöglichkeiten beschränken sich neben der Errichtung von Klein- und Kleinst-Wasserkraftwerken im Wesentlichen auf die Verbesserung bestehender Anlagen (Austausch der Turbinen mit Leistungssteigerung) und auf die Wiederinbetriebnahme von zumeist vor einigen Jahrzehnten bereits stillgelegten Anlagen. Von den Wasserkraftwerken stellen Pumpspeicherwerke die kostengünstigste und auch umweltverträglichste Möglichkeit der Speicherung großer Energiemengen dar. Problematisch ist allerdings bei Wasserkraftwerken der Landschaftsverbrauch und der gravierende ökologische Eingriff in die Natur durch große Talsperren, der dem Neubau von Großanlagen weltweit entgegensteht. Eine extensive Nutzung dieser erneuerbaren Energiequelle ist auch wegen der Umsiedlung großer Menschengruppen sehr umstritten, selbst wenn Hochwasserschutz damit erreicht werden kann. Als das mit Abstand größte Bauvorhaben eines Wasserkraftwerkes kann der 1994 begonnene Drei-Schluchten-Staudamm in China am mittleren Lauf des Jangtsekiangs betrachtet werden.

 

Literatur:

 

R. Laufen: Kraftwerke (1984);

 

International water power & dam construction handbook (Sutton 1987 ff.);

 U. Mattner: Wasser, Wehre u. Turbinen. Alte Speicher- u. Laufwasserkraftwerke (1990);

 J. Giesecke u. E. Mosonyi: Wasserkraftanlagen. Planung, Bau u. Betrieb (1997);

 

Wasserkraftanlagen, Beitrr. v. S. O. Pálffy u. a. (⁴1998).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Wasserkraftwerk: Energiegewinnung aus Wasserkraft

 

Energie und wirtschaftliche Entwicklung

 

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Wạs|ser|kraft|werk, das (Technik): Anlage zur Umwandlung der Energie fließenden od. stürzenden Wassers in elektrische Energie.