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Wasserkraft – einfach erklärt

Was ist Wasserkraft?

Wenn wir von Wasserkraft sprechen meinen wir heute vor allem die Umwandlung der Strömungsenergie von fließendem Wasser in elektrische Energie in einem dafür eigens gebauten Wasserkraftwerk. Vor der industriellen Revolution und der Elektrifizierung verstand man unter dem Begriff die Wandlung der Strömungsenergie in mechanische Energie um verschiedene Geräte direkt anzutreiben.

In dieser Form wird die Kraft des Wassers seit über 5000 Jahren genutzt. Die erste Anwendung in der Antike war das Wasserschöpfen mit Gefäßen aus Bambusrohr oder Ton, um Felder zu bewässern. Um ca. 300 v. Chr. wurde für den gleichen Zweck dann die sogenannte archimedische Schraube erfunden. Wasserkraftwerke spielen also schon seit Langem eine wichtig Rolle bei der Entwicklung der Menschheit. In jüngster Zeit vor allem durch die Erzeugung von Strom. Früher war die Wasserkraftnutzung für den Antrieb von Maschinen der wichtigste Einsatzbereich.

Wasserkraft: Archimedisches Prinzip erklärt an einer animierten archimedischen Schraube
Archimedische Schraube: Grundlage zur Nutzung der Wasserkraft

Nach der Erfindung der archimedischen Schraube entstanden die ersten Wassermühlen. Der älteste Fund einer Wassermühle in Deutschland stammt aus der Zeit um Christi Geburt. In diesen Mühlen wurde zunächst die Wasserströmung mittels Holzwasserrädern dazu genutzt Getreide zu mahlen oder Steine zu schleifen. Später folgten nach dem gleichen Prinzip weitere Anwendungen wie beispielsweise das Antreiben von großen Holzsägen in Sägewerken oder zum Anheben von schweren Schmiedehammern in sogenannten Hammerschmieden.

So funktionieren Wasserkraftwerke

Das unten abgebildete, vereinfachte Schülermodell zeigt linkerhand das Turbinenlaufrad welches von strömendem Wasser angetrieben wird. Die Turbine ist entweder durch eine Verbindungswelle oder einem Getriebe mit dem Generator verbunden. Durch die Rotation erzeugen die Magneten im Generator Strom, durch welchen die Lampe zum Leuchten gebracht wird.

schematischer Aufbau des Antriebsstranges für die Erzeugung von Strom in einem Wasserkraftwerk mit den drei zentralen Komponenten: Turbine – Getriebe – Generator
Aufbau des Antriebsstranges zur Erzeugung von Strom mit einem Wasserkraftwerk

Hintergrund und Besonderheiten der Wasserkraft

Die Wasserkraft so wie auch die Windkraft zählen zu jenen erneuerbaren Energiequellen, die eine indirekte Nutzung von Sonnenenergie zur Gewinnung von Strom ermöglichen. Die Sonne ist der „Motor“ für die Bewegung der Luftmassen und den Wasserkreislauf. Durch die Sonneneinstrahlung und die Verdunstung des Wassers entstehen Wolken. Erst durch den daraus resultierenden Niederschlag in Form von Regen und Schnee entsteht ein natürlicher, sich ständig erneuernder Wasserkreislauf, den sich auch die Wasserkraft zu Nutze macht. Wasserkraft kann im Grunde an jedem Gewässer genutzt werden, wenn ein hinreichendes Gefälle vorliegt.

Wasserkreislauf Sonnenstrahlung, Verdunstung, Niederschlag, Fließgewässer
Der natürliche Wasserkreislauf ist der Ausgangspunkt für die Nutzung der Wasserkraft
Beispielbild eines klassischen Wasserkraftwerkes
Klassisches Wasserkraftwerk zur Nutzung von erneuerbarer Energie

Diese verschiedenen Typen von Wasserkraftwerken gibt es

So funktioniert ein Laufwasserkraftwerk
Laufwasserkraftwerke
Laufwasserkraftwerke

Die Laufwasserkraftwerke nutzen wie Wassermühlen die Energie des fließenden Wassers eines Flusses oder Baches. Die Energieerzeugung erfolgt kontinuierlich und die Leistung passt sich der schwankenden Wassermenge an. Laufwasserkraftwerke sind die am häufigsten vorkommenden Wasserkraftwerke

 

Abb.: Funktionsprinzip eines Laufwasserkraftwerkes

Laufwasserkraftwerk Eglisau in der Schweiz am Rhein (Gesamtleistung 43,4 MW)
Laufwasserkraftwerk Eglisau in der Schweiz am Rhein (Gesamtleistung 43,4 MW)
So funktioniert ein Speicherkraftwerk
Speicherkraftwerke
Speicherkraftwerke

Bei Speicherkraftwerken wird das Wasser von natürlichen Gewässern in einem oberen Stausee mittels einer Staumauer angesammelt. Die Stromproduktion erfolgt auf Abruf.

 

Abb:: Funktionsprinzip eines Speicherkraftwerkes

Speicherkraftwerk Gilgel Gibe II in Äthiopien mit einer Gesamtleistung von 420 MW<BR>
Speicherkraftwerk Gilgel Gibe II in Äthiopien (Gesamtleistung 420 MW)
So funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk
Pumpspeicherkraftwerk

Ein Pumpspeicherkraftwerk hat ein oberes und unteres Wasserreservoir: Anders als bei Speicherkraftwerken, kann bei Bedarf das Wasser auch wieder hochgepumpt werden. Daher eignen sich diese Pumpspeicherkraftwerke auch sehr gut zum Speichern von elektrischer Energie. Man nennt diese Anlagen daher auch „grüne Batterie“.

Abb.: Funktionsprinzip eines Pumpspeicherkraftwerkes

Pumpspeicherkraftwerk Herdecke mit einer Gesamtleistung von 153 MW
Pumpspeicherkraftwerk Herdecke (Gesamtleistung 153 MW)

Wasserkraft weltweit 

So viel installierte Leistung der Erneuerbare-Energien-Anlagen weltweit mit und ohne Wasserkraft gab es von 2010 bis 2019 in Gigawatt
Installierte Leistung der globalen Erneuerbare-Energien-Anlagen mit und ohne Wasserkraft von 2010 bis 2019 in Gigawatt

Im Jahr 2016 waren weltweit Wasserkraftwerke mit einer kumulierten Leistung von zusammen rund 1096 Gigawatt (GW; 1 GW = 1.000 Megawatt (MW)) installiert. Die Wasserkraftwerksbetreiber produzierten damit rund 4100 TeraWattstunden (TWh) erneuerbarer Energie. Damit lieferte die Wasserkraft 16,6 % des globalen Bedarfs und rund 2/3 der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, die 24,5 % des Weltstrombedarfes deckten. Womit Wasserkraftwerke bezogen auf die gesamte energiewirtschaftliche Betrachtung mit erneuerbaren Energien heute und auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Die Zukunft der Wasserkraft

Die Wasserkraft ist die bewährteste erneuerbare Energie. Sie hat bereits einen beachtlichen Anteil am Strommix und wird auch in Zukunft eine tragende Rolle für die Stromversorgung und Infrastruktur von Ländern und Regionen mit hinreichenden Wasser-Ressourcen spielen. Noch immer gibt es enormes unausgeschöpftes Potenzial:

Die Grafik zeigt das globale Potenzial für zusätzliche Wasserkraftwerke.
Das verbleibende und technisch sinnvolle Potenzial für zusätzliche Wasserkraftwerke weltweit ist enorm.

Vorteile der Wasserkraft auf einen Blick

  • Umweltfreundliche erneuerbare Energie mit großem Ausbaupotential in allen Regionen der Erde.
  • Kein Rohstoffverbrauch wie bei fossilen Kraftwerken (Kohle, Öl, Gas etc.) und deshalb kaum Treibhausgas-Emissionen im Betrieb (wie Kohlendioxid, Stickoxide, Schwefelwasserstoffe).
  • Doppelt so großer Wirkungsgrad verglichen mit fossiler oder nuklearer Stromerzeugung.
  • Einfache und sichere Technik (keine so großen Risiken wie beispielsweise die Kernkraft).
  • Pumpspeicherkraftwerke können auch große Energiemengen aus dem Stromnetz, z.B. stark schwankenden Wind und PV-Strom, zwischenspeichern.
  • Laufwasserkraftwerke übernehmen die Flusspegelregulierung für schiffbare Flüsse.
  • Die Pegel des Ober- bzw. Unterwassers lassen sich bei Laufwasserkraftwerke regeln. Dadurch entstehen Biotope.
  • Energiegewinnung ist weitestgehend unabhängig von Jahreszeiten, Tageszeiten und dem Wetter verglichen mit Wind- und PV-Anlage.
  • Hochwasserschutz durch das Vorhandensein von Stauwerken.
  • Stauseen dienen häufig auch als Regenerations- bzw. Freizeitort.
  • Nutzung des Reservoirs als Trinkwasserspeicher und auch für die Bewässerung von Feldern (Wasser steht auch in wasserarmen Zeiten zur Verfügung).

Als einer der wenigen Komplettanbieter baut das deutsche Unternehmen Voith seit 1870 sowohl große (ab 30 MW), als auch kleine (bis 30 MW) Wasserkraftanlagen. Weitere Informationen finden Sie hier.

In Deutschland ist der BDW (Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V.) die bundesweite Interessenvertretung für den Ausbau der Wasserkraft. Der Verband beschäftigt sich auch mit der Energiepolitik und sieht sich als Stimme der Wasserkraft bei allen relevanten Fragen (z. B. das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), netztechnischer Themen oder bezüglich der Belange der Wasserkraftwerksbetreiber). Das Verbandsorgan des BDW ist die Publikation „wassertriebwerk“. Ziel des BDW ist der Erhalt und der weitere Ausbau der Wasserkraft in Deutschland als verlässlicher Energieträger.

Downloads zum Thema Wasserkraft

  • Energiewende erfolgreich gestalten: Mit Pumpspeicherkraftwerken

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