Kleines 1x1 der Wasserkraft

Wie macht sich der Mensch die Energie des Wassers zunutze?

Wasserschöpfrad 
Wasserschöpfrad

Seit Jahrtausenden ist der Mensch bemüht, die Kraft des Wassers zu nutzen. Am Beginn stand das einfache Schaufelrad, heute haben wir Kraftwerke mit modernster Technologie.
Aber nun eines nach dem anderen:

Historiker schätzen, dass Wasserkraft in China bereits vor 5.000 Jahren zur Anwendung kam. Weitere alte Kulturen, wie jene im Zweistromland, haben vor 3.500 Jahren die ersten, durch Wasserkraft angetriebenen Maschinen in Form von Wasserschöpfrädern zur Bewässerung für Felder eingesetzt.

 

Vom Mittelalter bis hin zur Industrialisierung spielte die Nutzung der Wasserkraft eine wichtige Rolle und wurde dafür genutzt, mechanisch Energie zu erzeugen. Früher wurde diese mechanische Energie in Mühlen direkt genutzt, heute wird fast alle so gewonnene Energie mittels Generatoren in Strom umgewandelt. Wasserkraftwerke, so wie wir sie heutzutage kennen, gibt es seit ca. 100 Jahren.

Die „Wasserkraft“ gilt in unseren Breitengraden als die Königsdisziplin der Energieerzeugung.

Die Vorteile liegen auf der Hand:

  • Wasser fließt Tag und Nacht (die Sonne scheint z.B. nur ein paar Stunden am Tag ideal, der Wind bläst z. B. nicht immer).
  • Wasser fließt 365 Tage im Jahr (mit Niederwasser im Winter).
  • Bei Schlechtwetter ist das Wasserdargebot unter Umständen sogar noch besser.
  • Die Jahreserzeugung ist im 5 Jahresschnitt äußerst konstant.
  • Die Technik ist absolut ausgereift.
  • Wasserkraft ist absolut CO₂ frei.
  • Wasser wird letztendlich nicht verbraucht.
  • Ein Nachteil der Wasserkraft sind die enormen Investitionskosten. Ein neues Wasserkraftwerk in der Größenordnung, wie es das E-Werk Gröbming betreibt, kostet zwischen € 10.000.000.- und € 15.000.000.- und hat eine entsprechend lange Amortisationsdauer.

So wird aus Wasserkraft Strom

Abhängig von den örtlichen Gegebenheiten (Fallhöhe, Wassermenge) gelangen heute unterschiedliche Typen von Kraftwerken und Turbinen zum Einsatz.

Kraftwerkstypen

Laufkraftwerk (Flusskraftwerk)

Laufkraftwerke wandeln die Kraft des fließenden Wassers in elektrische Energie um. Österreich verfügt über ca. 100 Laufkraftwerke mit einer Leistung von jeweils mehr als 5.000 kW (= 5 MW). Die bedeutendsten Laufkraftwerke liegen an der Donau. Wie viel Strom erzeugt werden kann, hängt von der Fallhöhe und der Wassermenge ab.
In Österreich weisen die meisten Flüsse ein relativ starkes Gefälle auf, was die Nutzung der Wasserkraft begünstigt. Wasserkraftwerke in Verbindung mit Hochwasserschutz reduzieren in vielen Fällen die hohe Fließgeschwindigkeit und Zerstörungskraft des Wassers.

Ausleitungskraftwerk

Ein Ausleitungskraftwerk - so wie es die meisten Kraftwerke des E-Werkes Gröbming sind - hat kein Staubecken, es entnimmt mittels Wehranlage dem Bach das Wasser.
Siehe dazu folgende schematische Darstellung des Kraftwerkes Großsölkbach, welches Energie für knapp 5.000 Haushalte erzeugt.

Schema Ausleitungskraftwerk - Grafik: E-Werk Gröbming 
Schema Ausleitungskraftwerk - Grafik: E-Werk Gröbming

Speicherkraftwerk

Neben einer Vielzahl von Lauf- und Ausleitungskraftwerken wurden in den westlichen Alpenregionen zahlreiche Speicherkraftwerke erbaut. Speicherkraftwerke sind Wasserkraftwerke mit Stauseen im Gebirge und können bei Bedarf bereits innerhalb weniger Minuten in Betrieb genommen werden.

Mehr dazu auf Wikipedia

Turbinentypen

Das Herz eines Kraftwerkes sind wohl die Turbinen. Es gibt unterschiedlichste Arten von Turbinen.
Das E-Werk Gröbming setzt in seinen Wasserkraftwerken hauptsächlich Pelton- und Francis-Turbinen ein.

Pelton-Turbine

Die Pelton- oder Freistrahlturbine wurde um 1880 von Lester Pelton entwickelt. Das Wasser strömt aus Hochdruckdüsen und trifft auf eine Vielzahl becherförmiger Schaufeln, die sich an einem Laufrad befinden. Die Turbine verfügt über eine oder mehrere fein regulierbare Nadeldüsen, mit denen sich der Wasserdurchfluss beeinflussen lässt.

Einsatzgebiet: große Fallhöhen und kleine Wassermengen (Speicherkraftwerke, Hochdruckkraftwerke).

Der Betrieb einer Pelton-Turbine ist besonders wirtschaftlich bei großen Fallhöhen zwischen 50 m bis 1.500 m und kleineren Wassermengen.

Schema: Pelton-Turbine 
Schema: Pelton-Turbine
Bild: Pelton-Turbine 
Bild: Pelton-Turbine
 

Das E-Werk Gröbming hat etliche vertikale Pelton-Turbinen im Einsatz.

Francis-Turbine

Die Francis-Turbine wurde bereits 1849 vom britischen Ingenieur James Francis entwickelt und ist auch als Überdruckturbine bekannt.
Die Francis-Turbine ist der am meisten verwendete Turbinentyp unter den Wasserturbinen. Sie werden bei Fallhöhen von ca. 20 m bis 700 m eingebaut und erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 90 %.
Das Wasser wird bei der Francis-Turbine durch die spiralförmige Zuleitung, dem Spiralgehäuse, über das feststehende Leitrad und die beweglichen Leitschaufeln zum Laufrad geleitet. Die beweglichen Leitschaufeln ermöglichen die Regelung der Wassermenge. Francis-Turbinen sind für die Nutzung stark schwankender Wassermengen jedoch wenig geeignet.

Einsatzgebiet: in der Regel mittlere Fallhöhen und konstante Wassermengen

Schema Francis-Turbine 
Schema Francis-Turbine
Bild: Francis-Turbine 
Bild: Francis-Turbine
 

Das E-Werk Gröbming setzt Turbinen der Fa. Andritz AG ein.

Video: Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk mit einer Francis Turbine:

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