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. Neue Wasserkraft­werke in der Größen­ordnung, wie sie vom E-Werk Gröbming errichtet und betrieben werden, kosten zwischen € 10.000.000.- und € 15.000.000.- und haben eine entsprechend lange Amorti­sations­dauer. In den letzten 5 Jahren hat das E Werk Gröbming € 35 Millionen in den Ausbau der eigenen ÖKO-Strom­produktion investiert.

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.

Sehen Sie in den folgenden Videos wie ein Wasserkraftwerk mit einer Francis Turbine funktioniert:

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