Wasserkraft

Wasserkraft wir vom Menschen seit tausenden Jahren genutzt. Vor 5000 Jahren wurden in Mesopotanien Wasserräder zum Wasserschöpfen genutzt. Vor der Erfindung der Dampfmaschine wurde die mechanische Energie für Maschinen fast ausschließlich durch Wasserkraft erzeugt. Schmiedehämmer, Sägewerke, Mühlen usw. arbeiteten bis in das 20 Jh. hinein mit Wasserkraft.

"Wasserkraft" entsteht indem verdunstetes Wasser in geographisch höheren Lagen abregnet. Das Wasser wird also mit potentiellen Energie versehen. Diese kann es dann auf dem Weg nach unten an Wasserräder, Turbinen, etc. abgeben.

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Technik

Im Wasser steckt potentielle Energie, welche es allein auf Grund seiner Lage besitzt. Ist Wasser in Bewegung besitzt es auch kinetische Energie. Aus dieser Unterscheidung resultieren die verschiedenen Bauformen der Wasserräder.

Beim Stoßrad wir die kinetische Energie des Wassers genutzt. Das Wasser fließt unter dem Wasserrad und wird von den Schaufeln des Rades gebremst.
Das oberschächtige Wasserrad nutzt die potentielle Energie des Wassers. Das Wasser wird von oben auf das Rad geleitet, im Rad aufgefangen und nach unten transportiert. Dadurch wird die potentielle Energie des Wassers in mechanische umgewandelt. Dies stellt die effektivste Variante dar.
Ein unterschächtiges Wasserrad nutzt die kinetische und potentielle Energie des Wassers. Indem das Wasser schräg unter dem Rad durch die Schaufeln geleitet wird.

Aus diesen Formen der Wasserräder wurden die modernen Turbinen entwickelt. Wasserkraft spielt für die großtechnische Energieerzeugung eine sehr große Rolle. Man unterscheidet folgende drei Formen für die großtechnische Nutzung von Wasserkraft:

Laufwasserkraftwerke:
Sie eignen sich für geringe Fallhöhen und werden in Kombination mit Wehranlagen in Flüssen eingesetzt. Hauptsächlich dient der erzeugte Ökostrom zur Grundlastdeckung.

Speicherwasserkraftwerke:
Sie arbeiten mit großen Fällhöhen. Das Wasser wird dabei in einen höhergelegenen Speicher mit natürlichem Zufluss gespeichert und bei Bedarf nach unten über eine Turbine abgelassen. Somit können sie zur Spitzenlastdeckung der Stromnetze eingesetzt werden.

Pumpspeicherkraftwerke:
Sie bestehen in der Regel aus einen Ober- und einen Unterbecken. In Zeiten des Energieüberflusses im Netz wird Wasser vom Unter- in das Oberbecken gepumpt und somit Energie gespeichert. Wird Energie vom Netz benötigt, fließt das Wasser vom Oberbecken in das Unterbecken. Dieser Kreislauf arbeitet mit einem Wirkungsgrad von ca. 75% und wird als Netzpuffer genutzt.

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Pro/Kontra

Um große Mengen Energie zu erzeugen, sind auch große Einschnitte in der Landschaft erforderlich. Ein Wasserkraftwerk behindert den Fischzug ebenso wie die Binnenschifffahrt. Ansonsten ist Wasserkraft eine der sinnvollsten Arten um Energie zu erzeugen.

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Zahlen/Fakten

In Deutschland werden rund 17 Milliarden kWh/Jahr (Gesamtverbrauch Deutschland 500 Milliarden KWh/Jahr) durch Wasserkraft erzeugt. Eine Steigerung auf 20 Milliarden kWh/Jahr ist denkbar. Das Potential der Wasserkraft ist in Deutschland also relativ gering. Weltweit liegt der Anteil der Wasserkraft an der Stromerzeugung bei 20%. Spitzenreiter ist Norwegen, welches 99% seines Strombedarfes mit Wasserkraft deckt.

Wieviel Energie steckt in ihren Dorfbach?
Nehmen wir an er ist 10 cm tief 30 cm breit und fließt mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s. Das Wasser fließt über ein oberschächtiges Wasserrad mit 2m Durchmesser.
Es fließen also 0,03 m^3 pro Sekunde, was einer Masse von 30 kg pro Stunde entspricht. Um 30 Kilogramm pro Sekunde um 2 Meter zu heben, benötigt man eine Leistung von 588 Watt. Dies entspricht der Leistung, die man ideal gewinnen könnte. Real sind schätzungsweise 400 Watt erzeugbar. (P=m/t*g*h=30kg/s*9,81m/(s^2)*2m=588W)

Man sieht, dass sogar dort Wasserkraft wirtschaftlich nutzbar ist, wo man es nie gedacht hätte. Selbst wenn man nur einen Haushalt damit versorgen kann.

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