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Wasserkraft - 2.Version - Referat
Energiegewinnung durch Wasserkraft
Einleitung
-natürliche Energiequelle, „erneuerbar“ (bedeutet eigentlich: Mensch kann etwas Bestimmtes erneuern) > Energie kann physik. gesehen aber nicht erzeugt werden, sondern nur umgewandelt > keine erneuerbaren Energien genau genommen > besser „regenerativ“ (bedeutet: Natur stellt uns Energie immer wieder erneut zur Verfügung) > reg. Energien zeichnen sich durch zur Verfügung stehen in quasi beliebig großer Menge über lange Zeiträume, aber nur laufenden Abruf in begrenztem Umfang aus
-Wasserkraft = Kraft, die mithilfe von Wasserrädern oder Wasserturbinen aus fließendem Wasser gewonnen wird
-Voraussetzung: stetig fließendes Wasser in ausreichender Menge
-in Deutschland lange Zeit die bedeutendste regenerative Energie, erst 2004 mehr Strom aus Wind als aus Wasserkraft
Geschichte
-Nutzung reicht zurück bis in altes ägyptisches Reich, antikes Griechenland, Rom, Mesopotamien Wasserräder betrieben Getreidemühlen, Sägewerke,; schöpften Wasser
-Wasserrad: Urform der Wasserkraftmaschine (Umwandlung von Lageenergie (potentieller Energie) in Bewegungsenergie (kinetische Energie))
-Arten der Wasserräder:
-Einfachstes: Stoßrad (Schaufeln tauchen schräg in strömendes Wasser ein, nur Bewegungsenergie des Wassers wird genutzt)
-Unterschlächtiges Wasserrad (geringer Höhenunterschied zwischen Ein- und Austritt des Wasser > Bewegungs- und Lageenergie)
-Oberschlächtiges Wasserrad (Wasser fließt von oben auf Schaufeln, treibt Rad an, fast nur Lageenergie genutzt > Entwicklung von Turbinen)
-Weitere Verbreitung verhindert durch leichte Verfügbarkeit von Sklaven und Tieren
-Mittelalter > Holzwasserräder
-Heutige Entwicklung der Wasserkraft: engl. Bauingenieur John Smeaton (Gusseisenwasserräder)
-Wasserkraft > große Rolle in Indust. Revolution > Dampfmaschine schon erfunden, allerdings Kohle als Brennstoff knapp
-Bau großer Staudammanlagen nicht möglich > niedrige Wasserstände im Sommer/Herbst, Einfrieren im Winter > viele Wasserräder durch Dampfkraftanlagen ersetzt, als Kohle leicht verfügbar wurde
-Erste Kraftwerke zur Stromgewinnung 1880 im engl. Northumberland errichtet
-Wiedergeburt der Wasserkraft um 1900 (Entwicklung des Generators, Weiterentwicklung der Wasserturbine, wachsende Nachfrage nach Strom)
Wasserkraftwerke
Arbeitsweise
-Kraftwerke von höher gelegenen, großen Wasserspeichern abhängig
-Wasser fließt durch Druckrohrleitung (Ventile steuern Durchflussmenge)
-Wasser strömt in Turbinen, verlässt sie durch Untergraben
-Generator direkt über Turbine
-Strom über Leitungen weitergeleitet
Arten von Wasserkraftwerken
-Laufwasserkraftwerk:
-nutzen Strömung eines Flusses oder Kanals (auch durch Aufstauung mittels Wehranlage)
-durch Stauung entstehender Höhenunterschied wird zur Stromerzeugung genutzt
-kommt am häufigsten zum Einsatz, dient zur Deckung der Grundlast
-Vorraussetzungen: genügend Gefälle des Flusses, ausreichende Wassermenge
-Vorteile: umweltfreundlich, niedrige Fallhöhe ausreichend
-Nachteile: event. Probleme durch schwankende Wasserführung
-In Deutschland: ca. 590 Laufwasserwerke (hauptsächlich im Süden Dtl.; Rhein, Mosel, Donau, Iller, Lech, Inn)
-Speicherkraftwerk:
-nutzen die Speicherkapazität von hoch gelegenen Staubecken und hohes Gefälle zwischen diesen Staubecken und einem tiefer gelegenen Krafthaus zur Stromerzeugung
-in Stauseen wird Wasser gespeichert, durch Staumauern oder -dämme zurückgehalten; häufig zusätzlich Speisung aus anderen Gewässer
-Einsätze in Zeiten hohen Strombedarfs > Abdeckung der Spitzenlast
-Vorraussetzungen: geeignete Geländeform > Höhenunterschiede
-Vorteile: kurzzeitige Abgabe großer Energiemengen, schnelle Inbetriebnahme
-Nachteile: Eingriffe in Landschaft, event. Wassermangel in Trockenzeiten
-in Deutschland: ca. 60 Speicherkraftwerke
-Pumpspeicherkraftwerk:
-dienen der Energiespeicherung und dem Ausgleich von Stromerzeugungs- und Verbrauchsschwankungen
-sind sowohl mit Turbinen als auch mit Pumpen ausgestattet
-Strom, der zu Schwachlastzeiten in Grundlastkraftwerken erzeugt, aber nicht gleichzeitig verbraucht wird, wird dazu genutzt, Wasser in einen höher gelegenen Wasserspeicher zu pumpen > bei Bedarfsspitzen: Wasser wird abgelassen und zur Elektrizitätsversorgung eingesetzt
-arbeiten im Prinzip genau wie Speicherkraftwerke
-größte Pumpspeicherkraftwerke Deutschlands liegen im Schwarzwald, Hessen und Thüringen
-In Deutschland: 33 Pumpspeicherwerke
-Gezeiten-Kraftwerk:
-In engen Meeresbuchten; nutzen die Strömung bei Ebbe und Flut
-Vorraussetzungen: hoher Tidenhub, geeigneter Ort
-Vorteile: für Großanlagen geeignet
-Nachteile: Energie nicht ständig verfügbar, hoher technischer Aufwand, Verschleiß durch Salzwasser
-Möglichkeit des Nutzens der Wellenbewegung des Meeres (riesiger Energievorrat) noch am Anfang, große technische Schwierigkeiten > „Wellenkraftwerk“
> in Dtl.: wenige große Flüsse, relativ flache Geländeformen > relativ ungeeignet
-in Norden/Osten Dtl.s  weniger Möglichkeiten der Wasserkaftnutzung > Grund: Topografie (Flüsse wie Elbe, Saale, Oder haben ungünstigeres Gefälle als Rhein, Main, Donau)
Wie viel Leistung ein Wasserkraftwerk erzeugt, hängt von drei Faktoren ab:
-von der Menge des Wassers, das durch die Turbinen strömt
(um eine Kilowattstunde zu gewinnen, müssen circa 400.000 Liter Wasser einen Meter tief fallen)
-von seinem Gefälle
-vom Wirkungsgrad der Turbinen und Generatoren
Beispiele
-Walchenseekraftwerk (bekanntestes deutsches Speicherkraftwerk):
-24. Januar 1924 erstmaliger Turbinenantrieb
-heute mit Jahreserzeugung von rund 300 Mio. Kilowattstunden eines der größten Speicherkraftwerke Deutschlands
hohe Leistung durch große Wassermengen, Fallhöhe von 200 Metern zwischen Walchen- und Kochelsee
-Bau: sechs Rohre (d= 1,85 - 2,25 m), acht Turbinen >
-bei voller Belastung: 84 m² Wasser/sek.
-Drei-Schluchten-Staudamm in Yichang (China)
-Größter Staudamm der Welt
-Baubeginn: 1997
-Aufstauung des Flusses Jangtse Kjang auf 660km Länge, 175m Höhe
-Kapazität soll bei 18 200 MW liegen
-Itaipu-Kraftwerk am Paraná größtes Kraftwerk bis Drei-Schluchten-Damm vollendet war (14 000 MW)
Arten von Turbinen
-Entwicklung von Wasserturbinen aus Wasserrädern, Turbine zum Antrieb von Generatoren
-Turbinen müssen Fallhöhe und Wasserdurchflussmenge optimal angepasst sein
-Kaplan-Turbine (niedrige Wasserfallhöhe, bis 50m) 1912
-Francis-Turbine (mittlere Wasserfallhöhe, 20-700m) 1849
-Pelton-Turbine (hohe Wasserfallhöhe, 140-1.500m) 1880
Effektivität/ Statistiken
nach Windenergie größten Anteil an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien > Anteil von 16% weltweit (Norwegen (99%), Zaire (97%), Brasilien (96%))
-nutzbares Potenzial fünf mal so groß  wichtiger Beitrag zur Lösung des Weltenergieproblems
-innerhalb Europa: Wasserkraft zu 1/3 ausgeschöpft (Norwegen: 99% seines Stroms aus Wasserkraft, Frankreich 16%, 3,5% Deutschland, 0% in den Niederlanden)
-bereits mit heute verfügbaren Erneuerbare-Energien-Technologien könnten konventionelle Energien vollständig ersetzt werden
-Bedarf für Wärme, Strom und Kraftstoffe kann durch Sonnen-, Bio-, Windenergie, Erdwärme und Wasserkraft gedeckt werden
-auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wachsen Nutzungsmöglichkeiten der erneuerbaren Energien: durch technischen Fortschritt und Übergang zur Massenfertigung der Anwendungstechniken immer kostengünstiger
Bewertung
Vorteile
-kein Verbrauch natürlicher Ressourcen
-keine Emission von Schadstoffen und nur geringe Abwärme (umweltfreundlich; jede aus Wasserkraft erzeugte kWh vermeidet ca. 0,9 kg CO2 mit konventionellen, fossilen Wärmekraftwerken)
-hoher Wirkungsgrad (etwa 90%)
-lange Lebensdauer einer Anlage
-Energiespeicherungsmöglichkeit
-steht rund um die Uhr zur Verfügung
-robust
-wartungsarm
-arbeiten auf längere Sicht sehr rentabel
-im Jahresablauf recht verlässliche Energiequelle
Nachteile
-vergleichsweise hohe Investitionskosten
-häufig große Entfernungen zwischen günstigen Wasserkraftstandorten und Verbraucherzentren
-Überstauung anderweitig nutzbarer Flächen und ökologisch wertvoller Lebensräume
-soziologische Effekte aufgrund von Umsiedelungen
-Störung des Geschiebe- und Wasserhaushalts; Fließgeschwindigkeit wird stark herabgesetzt > oberhalb der Stauanlage Sedimentablagerungen, unterhalb Erosion
-Unterbrechung und Einschränkung des Lebensraumes für Wanderfische
-Veränderungen in Struktur und Artenzusammensetzung der Flora und Fauna des Gewässers und der Uferzone
-Gewässergüteverschlechterung: Sauerstoffarmut, Temperaturveränderung, Änderung der Strömungsverhältnisse und Eutrophierung. Regulierung der Wasserführung (z.B. Dämpfung von Hochwässern)
Quellen
http://wissen.de/wde/generator/wissen/services/print,page=1306920.html
http://www.eglofs.rv.schule-bw.de/energie/startwas.htm
http://www.unendlich-viel-energie.de/index.php?id=53
http://www.energie-fakten.de/html/regenerative-energie.html
http://www.energiewelten.de/elexikon/lexikon/index3.htm
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/umwelt_technik/06wasser/wasserrad.htm
Encarta Professional 2004
Jugendbrockhaus in drei Bänden, 3. Auflage, 1996
Lehrbuch TERRA Geographie, Gymnasien, Sachsen, 10, 1. Auflage, 1999
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