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Handout Wasserkraft - Referat
Handout Wasserkraft
1. Definition & Geschichte
Als Wasserkraft bezeichnet man die Energie von bewegtem Wasser.
In früheren Zeiten (Mittelalter, Römisches Reich) wurde diese Energie des bewegten Wassers, an Flüssen durch Wasserräder an Mühlen direkt genutzt.
Der erste Strom aus Wasserkraft wurde 1880 erzeugt.
2. Wasserkraftwerke
Ähnlich wie beim Fahrraddynamo, der durch das Rad angetrieben wird und dabei Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, funktioniert auch ein Wasserkraftwerk. Allerdings treibt hier Wasser eine Turbine an, diese ist mit einem Generator verbunden ist, der dann die Bewegungsenergie der Turbine in elektrische Energie umwandelt. Wasserkraftwerke werden am Meer, in den Bergen und an Flüssen gebaut.
2.1. Kraftwerke zur Abdeckung der Grundlast
Laufen ständig damit die Grundlast im Strom-Netz garantiert ist.
Ihre Auslastung liegt bei über 50 %.
2.1.1. Die Arten der Kraftwerke und ihre Funktionsweise
Laufwasserkraftwerk/Flusskraftwerk
Funktionsweise: Wasser das den Fluss hinunterfliest wird an einem Stauwehr durch eine Turbine geleitet, die einen Generator antreibt.
Standort: Flüsse mit geringem Gefälle und sehr hoher Wassermenge.
Turbine: Kaplan-Turbinen
Besonderheit: Werden oft auch in Verbindung mit einer Schleuse angelegt.
Gezeitenkraftwerk
Funktionsweise: An einer Bucht werden 2 Dämme mit abstand hintereinander gebaut. Bei Flut wird das Wasser vom Meer her durch den 1. Damm geleitet, dort wird eine Turbine angedreht, die wiederum einen Generator antreibt. Wenn der Wasserstand ausgeglichen ist und Ebbe einsetzt ist der Vorgang genau andersherum.
Standort: an großen Meeresbuchten mit großem Höhenunterschied von Ebbe & Flut.
Turbine: Kaplan-Turbinen
Besonderheit: Wenn wehrend der Flut überschüssige Energie aus anderen Kraftwerken vorhanden ist, wird mit dieser noch mehr Wasser zwischen die beiden Dämme gepumpt. Mit dem Wasser kann dann wiederum Strom erzeugt werden wenn Netzspitzenleistung gefordert ist. So kann man diese Kraftwerke teilweise auch als Speicherkraftwerke einsetzen.
Wellenkraftwerk
Funktionsweise: Wellen strömen in einen hohlen Betonklotz ein. Dabei entsteht im Betonklotz überdruck. Dieser wird durch eine Windturbine gepresst, dadurch wird ein Generator angetrieben. Beim ausströmen der Wellen entsteht unterdruck der Luft durch die Turbine einsaugt und wieder den Generator antreibt.
Standort: vor Küsten oder weiter außerhalb (bis zu 1 km)
Turbine: Windturbinen (Funktionieren wie Dampfturbinen).
Besonderheit: werden häufig auch als Wellenbrecher eingesetzt.
Meeresströmungskraftwerk
Funktionsweise: Im Prinzip wie ein Windrad nur unter Wasser. Allerdings ist die Meeresströmung dichter als Wind und dadurch kann mehr Energie umgewandelt werden. Durch die konstante Strömung kann man auch Berechnen wie viel Energie umgewandelt wird und somit ist es besser zur erzeugung der Grundlast geeignet als Windräder.
Standort: Im Meer an Strömungsintensiven stellen
Turbine: keine Turbinen sondern Rotoren (Durchmesser ca. 5m).
2.2. Spitzenlastkraftwerke
Diese Kraftwerke werden nur eingesetzt wenn der erzeugte Strom der Grundlastkraftwerke nicht ausreicht um den Energiebedarf zu decken.
Bei diesen zwei Typen kann man die Energie, in Form der Lageenergie des Wassers, speichern und bei Bedarf sofort in elektrische Energie umwandeln.
Wird für Spitzenleistungen eingesetzt deshalb liegt die Auslastung unter 30 %.
2.2.1. Die Arten der Kraftwerke und ihre Wirkungsweise
Speicherkraftwerk
Funktion: Hier wird Lageenergie in form von Wasser gespeichert und kann bei bedarf eingesetzt werden. Das Wasser wird oberhalb in einem Stausee gestaut und ist mit einem langen Fallrohr zum Kraftwerk verbunden, dort ist eine Turbine angebracht auf die das Wasser, mit Geschwindigkeiten bis zu 500 km/h, auftrifft und somit wiederum ein Generator angetrieben wird.
Standort: Meist im Mittel- oder Hochgebirge zwischen zwei Anhöhen oder Bergen an denen man die Staumauer anbauen kann.
Turbine: Pelton-Turbinen teilweise auch Francis-Turbinen
Besonderheit: die Energie kann in form der Lageenergie Gespeichert werden.
Pumpspeicherkraftwerk
Funktion: Funktioniert wie bei Speicherkraftwerken. Nur in Zeiten wenn es überschüssigen Strom, aus anderen Kraftwerken, gibt kann man Wasser aus dem unten liegenden Gewässer in den oberhalb liegenden Stausee pumpen. Somit kann man später Spitzenstrom erzeugen.
Standort: Meist im Mittel- oder Hochgebirge allerdings auch in flacheren lagen mit einem kleineren Höhenunterschied der zwei Wasserspeicher.
Turbine: Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen
Besonderheit: die Energie kann in form der Lageenergie Gespeichert werden und überschüssige Energie kann verwendet werden um den Speicher weiter auf zufüllen.
Auslastung
Auslastung = Die erzeugte Strommenge im Verhältnis zur Nennleistung.
Nennleistung = Leistung bei optimalen Bedingungen des Kraftwerkes.
Fallhöhe
Nutzgefälle = Höhenunterschied zwischen dem Oberwasser (Wasserspiegel oberhalb der Turbine) und dem Wasserspiegel an der Turbine.
Das Unterwasser (Wasserspiegel nach der Turbine) spielt keine Rolle.
Niederdruckkraftwerke
Fallhöhe: unter 20 m
Durchfluss: groß
Verwendung für: Grundlast Betrieb
Turbinenarten: Kaplan-Turbine
Bauarten: Flusskraftwerk, Gezeitenkraftwerk, Meeresströmungskraftwerk, (Wellenkraftwerk)
Mitteldruckkraftwerke
Fallhöhe: zwischen 20 und 100 m
Durchfluss: mittel - groß
Verwendung für: Grundlast, vereinzelt auch Spitzenlast
Turbinenarten: Francis-Turbine, Kaplan-Turbine
Bauarten: Flusskraftwerk, Speicherkraftwerk
Hochdruckkraftwerke
Fallhöhe: über 100 m bis hin zu 2.000 m
Durchfluss: gering
Verwendung für: Spitzenlast Betrieb
Turbinenarten: Pelton-Turbine, vereinzelt auch die Francis-Turbine
Bauarten: Speicherkraftwerk, Pumpspeicherkraftwerk
3. Turbinen Typen
Kaplan-Turbine
Beschreibung: Schiffschrauben artig angeordnete Laufschaufeln umrahmt von Leitschaufeln die das Wasser ausrichten das aus dem Einlaufkanal strömt.
Verwendung: Fallhöhen 10 bis 70m und sehr großen Wassermassen.
Leistungsertrag: bis zu 125 MW bei Wirkungsgraden bis zu 95%
Francis-Turbine
Beschreibung: Funktioniert ähnlich wie eine Kaplanturbine. Allerdings sind die Laufschaufeln Parallel zur Achse angebracht und haben einen Knick.
Verwendung: Fallhöhen 50 bis 800m und mittleren Wassermassen.
Leistungsertrag: bis zu 750 MW bei Wirkungsgraden bis zu 90%
Pelton-Turbine
Beschreibung: Das Wasser wird durch ein enger werdendes Rohr und am Ende durch eine kleine Öffnung gepresst, so erreicht man eine enorme Geschwindigkeit und die Turbine wird damit angetrieben. Von diesen Rohren werden bis zu sechs Stück auf eine Turbine geleitet.
Verwendung: Fallhöhen bis zu 2000m und eher geringen Wassermengen, aber sehr großem Druck.
Leistungsertrag: bis zu 500 MW bei Wirkungsgraden über 90%
4. Vor- und Nachteile von Wasserkraft
Vorteile Nachteile
Kein verbrauch Natürlicher Ressourcen Große Eingriffe in Lebensräume
Hohe wirkungsgrade
(teilweise über 90%) Einschränkung im Lebensraum
von Wanderfischen
Möglichkeit die „Energie“ zu speichern Überstauung von großen Flächen
Lange Lebensdauer der Anlagen Hohe Investitionen
Schnelles Anfahren und Abstellen der Anlagen Standortbedingt große Entfernungen vom Kraftwerk zum Verbraucher
„Saubere Energie“ keine CO2 Ausstoß und keine Abfälle
Kombinierbar mit Schleusen
und Dämmen
Meerzwecknutzung (Trinkwassergewinnung, Tourismus, Fischzucht, Schiffart, …)
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