Ein Wasserkraftwerk ist eine Gesamtheit von Wasserbauwerken und einer Reihe geeigneter Maschinen. Das Ziel eines Wasserkraftwerks ist es, Strom aus der potentiellen Energie bewegter Wassermassen zu gewinnen.
Diese Art von Kraftwerken nutzt die potenzielle Energie des Wassers zur Erzeugung elektrischer Energie.
Die von Wasserkraftwerken erzeugte Energie muss in jeder Hinsicht als erneuerbare Energie eingestuft werden. Dank des Wasserkreislaufs kann diese Ressource ohne einen Reinigungsprozess endlos für denselben Zweck wiederverwendet werden. Das Konzept der Erneuerbarkeit ist der Konstanz der jährlichen Menge der Gesamteinträge untergeordnet.
Wasserkraftwerke haben die Besonderheit, dass sie durch das sofortige Öffnen der hydraulischen Schieber innerhalb weniger Minuten aktiviert und deaktiviert werden. Diese Funktion bietet die Möglichkeit, auftretende plötzliche Spitzen im elektrischen Energiebedarf problemlos abzudecken.
Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk?
Ein modernes Wasserkraftwerk besteht aus: einem Stausee, einem Damm, Toren, Turbinen und Generatoren.
Der Tank speichert den „Brennstoff“ und ermöglicht es dem Betreiber, die den Turbinen zugeführte Wassermenge zu steuern. Es dient auch als Absetzbecken: Der größte Teil des Schmutzes und der Ablagerungen im Wasser setzt sich am Boden ab und entfernt sich vom Saugbereich.
Wasserzufluss
Das aus dem Becken kommende Wasser wird über einen Zulauf (Tordamm) und eine Druckrohrleitung zu den Turbinen transportiert. Ein Einlassfiltersystem reinigt das Wasser weiter, um sicherzustellen, dass es relativ frei von Schwebstoffen ist, die die Turbinenschaufeln beschädigen könnten.
Hydrauliksysteme arbeiten zusammen, um Absperrschieber zu öffnen und zu schließen, die den Wasserfluss stromabwärts des Beckens ermöglichen. Diese Systeme sind: der Regler, die Bremsen, die Torsteuerung usw.
Hydraulische Turbine
Aus dem Wasserrad der Vergangenheit ist eine moderne Turbine geworden. Im Gegensatz zu Schaufelform und -konfiguration sind die drei Haupttypen von Turbinen Francis, Kaplan und Pelton, benannt nach ihren Erfindern.
Unabhängig von der Bauart wandelt die Turbine die kinetische Energie der Bewegung oder des Wasserfalls in mechanische Energie um.
Stromgenerator
Die Turbine ist über die Welle mit dem Rotor eines elektrischen Generators verbunden, der mechanische Energie in Elektrizität umwandelt.
Für maximale Effizienz werden die Turbinen für jedes Wasserkraftwerk maßgeschneidert.
Arten von Wasserkraftwerken
Einige der häufigsten Typen sind:
- Stauseewasserkraftwerke: Sie speichern Wasser in einem Stausee und geben es nach und nach ab, um Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen. Sie kommen am häufigsten vor.
- Laufwasserkraftwerke: Sie speichern kein Wasser und sind zur Energiegewinnung auf die ständige Strömung von Flüssen oder Bächen angewiesen.
- Pumpwerke: Sie speichern Wasser in zwei Reservoirs auf unterschiedlichen Höhen und erzeugen Strom, indem sie in Zeiten geringer Nachfrage Wasser aus dem unteren Reservoir in das obere pumpen und es dann bei Spitzenbedarf nach unten abgeben.
- Gezeitenkraftwerke: Sie nutzen Gezeitenenergie, indem sie Wasser durch Turbinen zu und von einem Gezeitenbecken fließen lassen.
- Unterirdische Wasserkraftwerke: Sie nutzen unterirdische Kavernen oder Hohlräume, um Wasser zu speichern und Energie zu erzeugen, wodurch die Umweltbelastung an der Oberfläche minimiert wird.
- Kleine Wasserkraftwerke oder Mikrowasserkraftwerke: Hierbei handelt es sich um kleinere Anlagen, die in abgelegenen Gebieten oder ländlichen Gemeinden zur lokalen Stromerzeugung eingesetzt werden.
- Durchlaufkraftwerke: Diese Kraftwerke nutzen die konstante Strömung kleiner Flüsse zur kontinuierlichen Stromerzeugung.
Pumpwerke
Pumpspeicherwerke sind Kraftwerke, die ihr eigenes Speicherbecken mit Wasser füllen, wenn mehr Strom produziert wird als verbraucht.
Das Kraftwerk kauft dann Strom zu einem Preis ein, der unter seinem Durchschnittspreis liegt. Anschließend ändert es seine Konfiguration und pumpt Wasser in seine Speichertanks. Wenn der Verbrauch das Angebot an Strom übersteigt, verkauft das Kraftwerk den aus seinen Speichertanks erzeugten Strom zu einem Preis an Verbraucher, der über seinem Durchschnittspreis liegt.
Die Pumpstationen nutzen zwei auf unterschiedlichen Höhen gelegene Reservoirs. Bei Bedarf erzeugt die Anlage wie eine konventionelle Anlage Strom. Wasser fällt aus dem Oberbecken, treibt die Turbinen an und wird im Unterbecken gespeichert.
Bei geringem Bedarf wird das Wasser erneut vom Unterbecken am Fuße des Staudamms in das Oberbecken gepumpt.
Haupteigenschaften
Die Produktionskapazität eines Wasserkraftwerks wird von mehreren Schlüsselfaktoren bestimmt:
- Höhenunterschied: Die erzeugte Leistung hängt vom Höhenunterschied zwischen dem durchschnittlichen Pegel des Stausees und dem Wasserspiegel am Fuß des Staudamms ab.
- Maximaler Durchfluss: Die Fähigkeit des Wasserstroms, durch die Turbinen zu strömen, ist ein wesentlicher Faktor.
- Eigenschaften von Turbinen und Generatoren: Der Wirkungsgrad der in der Anlage eingesetzten Turbinen und elektrischen Generatoren beeinflusst die Energieerzeugung.
- Jährliche Energiekapazität: Die Energiemenge, die die Anlage in einem bestimmten Zeitraum, in der Regel einem Jahr, erzeugen kann, ist ein Indikator für ihre Kapazität.
Arten von Wasserturbinen
- Peltonturbine: Geeignet für hohe Wasserfälle und geringe bis mäßige Durchflussmengen.
- Kaplan-Turbine: Ideal für variable Durchflussraten und moderate Fallhöhen.
- Turgo-Turbine: Wird bei Anwendungen mit mittlerem Durchfluss und mäßiger Förderhöhe verwendet.
- Francis-Turbine: Vielseitig und für verschiedene Durchflussmengen und Höhen geeignet.
Vorteile von Wasserkraftwerken
Die Vorteile der Stromerzeugung durch Wasserkraftwerke im Vergleich zu anderen Alternativen sind:
Niedrige wirtschaftliche Kosten
Der Hauptvorteil der Wasserkraft ist der Wegfall der Treibstoffkosten. Die Kosten für den Betrieb eines Wasserkraftwerks sind nahezu immun gegen steigende Kosten für fossile Brennstoffe.
Kraftstoff ist nicht notwendig und muss nicht importiert werden.
Die Gesamtarbeitskosten sind niedrig, da die Anlagen automatisiert sind und während des Betriebs nur wenig Personal benötigt.
Ein Wasserkraftwerk kann mit relativ geringen Baukosten errichtet werden und stellt eine nützliche Einnahmequelle zum Ausgleich der Grundbetriebskosten dar.
Vorteile für die Umwelt
Bei dieser Art der Energieerzeugung werden keine Treibhausgase freigesetzt.
Da es sich um eine erneuerbare Energie handelt, werden keine fossilen Brennstoffe verbraucht. Daher werden keine Treibhausgase wie Kohlendioxid und andere emittiert.
Andere Arten von Aktivitäten: Freizeitaktivitäten, Sport und Tourismus
Die im zentralen Bereich gelegenen Stauseen bieten manchmal Möglichkeiten für Wassersport und werden selbst zu Touristenattraktionen.
In einigen Ländern ist die Grundzucht von Fisch üblich.
Unter den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Staudämmen für die installierte Bewässerung kann sie eine relativ konstante Pflanzenbildung mit der Reichweite von Wasser unterstützen.
Nachteile von Wasserkraftwerken
Wartung
Ein Problem im Zusammenhang mit Wasserkraftwerken ist die Ansammlung von Sedimenten im Oberbecken. Dieses Problem tritt zwangsläufig mit der Zeit auf.
Um dies zu vermeiden, müssen angesammelte Sedimente regelmäßig ausgebaggert werden.
Umweltnachteile
Das Vorhandensein eines Staudamms bringt bestimmte Komplikationen auf Umweltebene mit sich:
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Dämme blockieren den Transport von Flussfeststoffen (Sand und Kies).
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Das aus der Anlage austretende Wasser ist frei von Sedimenten, was das Gleichgewicht zwischen Feststoffangebot und Erosionsaktivität in den flussabwärts gelegenen Gewässern stört. Aufgrund des verringerten oder fehlenden festen Beitrags besteht das Phänomen der Küstenerosion.
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Landschaftsmodifikation.
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Zerstörung natürlicher Lebensräume.
Viele dieser Umweltprobleme treten bei „MINI-HYDRO“-Systemen nicht auf, die in den meisten Fällen den Bau von Dämmen nicht erfordern.