Wasserkraft: Was ist das und wie funktioniert sie?

Die Nutzung von Wasserkraft und ihre Rolle bei der Energiespeicherung sind vielleicht eine der sichtbarsten erneuerbaren Energien und ebenso interessant wie unbekannt.

Wasserkraft war schon zeitgleich mit den großen griechischen Denkern wie Platon und Aristoteles bekannt und ein grundlegendes Instrument für das Wachstum des Römischen Reiches. Sie ist der Menschheit seit Jahrtausenden von großem Nutzen. Doch erst mit dem Aufkommen der industriellen Revolution und der elektrischen Energie gewann sie sprunghaft an Bedeutung und wurde, bereits umgewandelt in Wasserkraft, zu einem Schlüsselfaktor für die Entwicklung der Gesellschaften im 19. und 20. Jahrhundert. Heute werfen wir einen Blick auf die Vergangenheit, aber auch auf die Zukunft dieser Art erneuerbarer Energie und gehen dabei auf ihre Funktionsweise ein. Begleiten Sie uns auf dieser Reise durch die Kraft des Wassers und entdecken Sie, wie Wasserkraft funktioniert.

Die Kraft der Natur zu beherrschen und sie zu unserem Vorteil zu nutzen, war eine der größten Herausforderungen der Menschheit. So haben wir Generation für Generation unsere Umwelt zu unserem eigenen Vorteil verändert, in erster Linie um unser Überleben zu sichern und in zweiter Linie um unsere Lebensqualität zu verbessern. Die großen Zivilisationen der Antike gestalteten ihre Welt so, dass sie die natürlichen Ressourcen zu ihrem Vorteil nutzten und dank ihnen Wachstum erzielten. Die Kraft des Wassers, eines der Grundelemente unseres Planeten, ist dabei nicht fremd; sie ist vielmehr der Hauptakteur. Das griechische Wasserrad, die römische Mühle oder die ägyptische Saqia sind nur einige Beispiele dafür, wie wichtig hydraulische Kraft für Aufgaben wie das Pumpen von Wasser oder das Mahlen von Getreide war. Während ihre Rolle damals schon wichtig war, wurde sie mit dem technologischen und wissenschaftlichen Boom während der industriellen Revolution des 19. Jahrhunderts entscheidend, einer Zeit, in der Elektrizität zum Rückgrat der Entwicklung der Städte und damit der Volkswirtschaften der Industrieländer wurde. Dies war die Zeit, in der die Wasserkraft, wie wir sie heute kennen, entstand.

Begünstigt durch die Entwicklung des Stromgenerators und die Verfeinerung der Turbinen begannen sich Wasserkraftwerke in den am weitesten entwickelten Ländern zu vermehren. Begriffe wie „Damm“ und „Stausee“ verbreiteten sich im Sprachgebrauch der Bürger, und in Europa und Amerika entstanden in schwindelerregender Geschwindigkeit Pläne für den Bau großer hydraulischer Bauwerke, um den steigenden Strombedarf zu decken, was unsere Naturlandschaft veränderte. Zu diesem Zeitpunkt stammte ein erheblicher Teil der gesamten elektrischen Energie bereits aus der Nutzung der Wasserkraft.

In Koexistenz mit anderen Arten der Erzeugung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie hat die Wasserkraft bis heute überlebt und ist nach wie vor von grundlegender Bedeutung. Nicht umsonst wird fast ein Viertel des weltweiten Stroms durch Wasserkraftwerke erzeugt, wobei dieser Anteil in Ländern wie Norwegen (99 %), der Demokratischen Republik Kongo (97 %), Brasilien (96 %) oder Kanada (60 %) noch wesentlich höher ist. Ein Beispiel für die große Bedeutung dieser Technologie ist, dass einige der größten Bauwerke unserer Zeit Wasserkraftwerke sind, wie der Drei-Schluchten-Damm (China 22.500 MW) oder der Itaipu-Damm (Brasilien und Paraguay 14.000 MW). Aber wissen wir, wie Wasserkraft funktioniert?

Wie funktioniert Wasserkraft?

Konzentrieren wir uns auf ein mehr oder weniger standardmäßiges Wasserkraftwerk. Jedes Kraftwerk dieses Typs besteht für seinen Betrieb aus mehreren Hauptelementen. Schauen wir sie uns der Reihe nach an:

Wasserkraft: Teile eines Wasserkraftwerks

Staudamm: Es handelt sich um eine zivile Konstruktion, die hauptsächlich aus Beton besteht und die es ermöglicht, die Wassermenge zurückzuhalten und sie der zentralen Betreiber. Einige der beeindruckendsten Wasserfälle sind Hunderte von Metern hoch.
Stausee: Dies ist der Wasserspeicher, in dem sich die Anlage befindet und der das Wasser sammelt, das durch die Zuflüsse fließt.
Filtertore oder -gitter: Dies sind die beweglichen Elemente, die sich öffnen und schließen, um Wasser durchzulassen.
Durchlassrohre: Die Hauptadern, durch die das Wasser auf seinem Weg zur Stromerzeugung geleitet wird.
Turbinen: Dies sind die Motoren, die das Wasser beim Durchfließen antreiben und so mechanische Energie erzeugen.
Elektrische Generatoren: Diese Elemente wandeln die mechanische Energie der Turbinen in elektrische Energie um.
Stromleitungen: Transportieren den neu erzeugten Strom zu den verschiedenen Verbrauchsstellen.
Abfluss: Dies ist der Abflussweg für den gesamten Hydraulikfluss, der während des Stromerzeugungsprozesses verwendet wird.

Kurz gesagt, Wasserkraftwerke nutzen die Kraft des Wassers, das zwischen zwei Punkten auf unterschiedlichen Höhen fällt, um Strom zu erzeugen. Energie. Mit anderen Worten: Die gesamte Anlage funktioniert, indem sie die Schwerkraft und die Wassermasse zugunsten einer Reihe mechanischer Elemente nutzt, die dieses Energiepotenzial aufnehmen und anschließend in elektrische Energie umwandeln. Dabei zirkuliert das im Reservoir zurückgehaltene Wasser durch die Hydraulikkreisläufe des Damms und überbrückt den Niveauunterschied zwischen den beiden Punkten. Dieser künstliche Wasserfall, der natürliche Wasserfälle nachahmt, ermöglicht es der Flüssigkeit, dank der Schwerkraft eine Geschwindigkeit zu erreichen, die in Form von kinetischer Energie auf die Turbinen am tiefer gelegenen Punkt der Infrastruktur übertragen wird. So zirkuliert das Wasser durch die Turbine, die ihre Rotation beschleunigt und mechanische Energie erzeugt, die zur Umwandlung in elektrische Energie auf den Stromgenerator übertragen wird.

Das Wasser verlässt die Anlage jedoch und wird in den Unterlauf des Flusses abgeleitet, ohne die Umwelt zu belasten. Dieser gesamte Prozess erzielt außerdem eine hervorragende Leistung, da fast 90 % der potenziellen Energie des Wassers zur Stromerzeugung genutzt werden und lediglich Leistungsverluste bei den Lasten des Hydraulikkreislaufs und beim Reibungsprozess der Wasserkraftgruppe (Turbinen) entstehen.

Auf diese Weise können wir 100 % erneuerbare elektrische Energie gewinnen, was aufgrund seines hohen Maßes an Nachhaltigkeit und Wiederverwendung zu den positivsten Aspekten zählt und zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre beiträgt. Darüber hinaus kann das im Prozess verwendete Wasser für den häuslichen Verbrauch oder zur Bewässerung verwendet werden. Diese Art von Technologie mit ihrer langen Nutzungsdauer ist auch von besonderem Interesse für die Regulierung von Flussläufen und die Verhinderung von Überschwemmungen; ein wesentlicher Grund für den Bau des Drei-Schluchten-Staudamms in China, dessen Energiegewinnungsfunktion mit der Verhinderung einer Überschwemmung wie der von 1931, die Millionen von Opfern und Todesfällen forderte, verbunden ist.

Welche Arten von Wasserkraftwerken gibt es?

Aufgrund ihrer Funktionalitäten und Standorte können wir heute drei Haupttypen von Wasserkraftwerken unterscheiden:

Arten von Wasserkraftwerken

Fließendes Wasser: Dieses Modell ist am stärksten von den meteorologischen Bedingungen oder der Strömung des Flusses abhängig, aus dem es gespeist wird. da sie keine Wasserspeicherkapazität haben, sondern zirkulierendes Wasser zur Energieerzeugung nutzen. Das bedeutet, dass diese Anlagen, die meist kleiner sind und eine geringere Kapazität als die anderen haben, nicht an den Strombedarf angepasst werden können. Ihr Vorteil ist, dass sie den Flusslauf nicht unterbrechen und so die Umweltbelastung minimieren.
Regulierungswasserkraftwerke: An diese Art von Wasserkraftwerken würden wir alle denken, wenn wir gefragt würden. Sie basieren auf der Speicherung verschiedener Wasserarten, um ihren Betrieb je nach Strombedarf zu einem bestimmten Zeitpunkt zu regulieren. Es handelt sich um große, naturnahe Energiespeicher, mit denen wir den Energiebedarf der Gesellschaft decken können, solange die Wasserressourcen ausreichend sind.
Pumpwasserkraftwerke: Hierbei handelt es sich um regulierende Wasserkraftwerke, die auf unterschiedlich hohen Reservoirs in übereinanderliegenden Höhen basieren, in die Wasser gepumpt wird, um einen kontinuierlichen Kreislauf der Wasserressourcen zur Energieerzeugung zu erzeugen.

Welche Rolle spielt Wasserkraft bei der Energiespeicherung?

Eine der herausragenden Eigenschaften der Wasserkraft ist ihre Fähigkeit, dank der Möglichkeit, Stauseen in große Energiespeicher umzuwandeln, in Zeiten höchster Nachfrage elektrische Energie bereitzustellen. Diese bis vor wenigen Jahrzehnten äußerst vorteilhafte Eigenschaft hat mit dem Aufkommen anderer erneuerbarer Technologien, deren Produktion aufgrund wechselnder Wetterbedingungen zurückgeht, an Bedeutung gewonnen. Die Rolle der Wasserkraft wurde daher durch die Einführung von Pumpstationen gestärkt, die überschüssige Energie aus Photovoltaik- oder Windkraftanlagen nutzen, um das bei der Wasserkrafterzeugung verwendete Wasser flussaufwärts zu leiten. Dadurch wird die während der Erzeugung nicht ins Netz eingespeiste Wind- oder Photovoltaikenergie in diesen Wasserkraftwerken genutzt, um die oberen Stauseen der Infrastruktur zu speisen. So kann diese Wasserressource später regenerativ genutzt werden, ohne die erzeugte Wind- oder Photovoltaikenergie zu verschwenden. Und obwohl der Wind nicht immer günstig weht und das Sonnenlicht nicht immer die nötige Energie liefert, bietet Wasserkraft eine Möglichkeit zur Erzeugung grüner Energie. So wird aus einem Reservoir eine gigantische Batterie.

Ein klares Beispiel für den Erfolg dieser Technologie und ihr enormes Wachstumspotenzial ist das spanische Wasserkraftwerk Gorona del Viento auf der Kanarischen Insel El Hierro. Das 2014 in Betrieb genommene Kraftwerk deckt 70 % des gesamten Strombedarfs der kleinen Kanarischen Insel zu 100 % mit erneuerbaren Energien und kann sogar ganze Tage lang 100 % der Energie auf diese Weise decken.

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