Wasserkraftanlagen - Arten

Laufwasserkraftwerk

Aufbau eines Laufwasserkraftwerks Quelle: wikipedia Urheber: Unbekannt

Ein Laufwasserkraftwerk ist ein Wasserkraftwerk, das keine Speichermöglichkeit für das Betriebswasser hat. Es wird immer an Flüssen gebaut da es ohne diese Speichermöglichkeit ständig mit neuem Wasser versorgt werden muss. Um die potentielle Energie zu erhöhen wird das Wasser mit einer Wehranlage aufgestaut. So erhöht sich die Fallhöhe des Wassers und somit auch die Leistung, die aus dem Wasser gewonnen werden kann. Meist werden Kaplan- oder Francis-Turbinen verwendet. Da ständig Wasser nach fliest produzieren Laufwasserkraftwerke rund um die Uhr Strom und werden darum zur Deckung des Grundstrombedarfs genutzt. Laufwasserkraftwerke sind sehr Kosten sparend da sie meistens sehr gut ausgelastet sind und geringe Betriebskosten haben. In Deutschland liefern Laufwasserkraftwerke und Speicherkraftwerke, welche nicht immer von den Laufwasserkraftwerken zu unterscheiden sind, gemeinsam eine Leistung von 4.215 MW. Die durch die Wehranlagen entstehenden Hindernisse für Schiffe können durch Schleusen umfahren werden. Oft verbessert sich durch die Wehranlagen aber auch die Schiffbarkeit der Flüsse.

Speicherkraftwerk

Bild eines Speicherkraftwerk Quelle: wikipedia Urheber: Unbekannt

Ein Speicherkraftwerk ist ein Kraftwerk das mit Hilfe einer Staumauer sehr viel Wasser speichern kann. Dieser so entstehende Stausee wird durch natürliche Flüsse gespeist. Meist wird ein Speicherkraftwerk nur zu Stoßzeiten eingesetzt, da es sehr schnell Hochgefahren werden kann und dann innerhalb von Minuten viel Strom erzeugen kann. Wird der Strom eines Speicherkraftwerks benötigt fließt das Wasser in einer zwischen 100 und 1000 Meter langen Rohrleitung vom Stausee zum Maschinenhaus. Dabei erhöht sich der Druck immer weiter bis zu einem Druck von 200 bar. Je nach Druck werden Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen eingesetzt. Zurzeit befindet sich das größte Speicherkraftwerk an der brasilianisch-paraguayanischen Grenze, es hat eine Leistung von 14 GW (was etwa der Leistung von 12 Atomkraftwerken entspricht). Bald wird es aber vom chinesischen Drei-Schluchten-Damm am Jangtse abgelöst, welcher wenn er fertig ist, eine Leistung von 18.2 GW hat.

Pumpspeicherkraftwerk

Bild eines Pumpspeicherkraftwerk Quelle: wikipedia Urheber: Marian Szengel

Pumpspeicherkraftwerke funktionieren bei der Stromgewinnung meist gleich wie ein normales Speicherkraftwerk. Allerdings haben sie nicht immer einen natürlichen Zulauf. Was sie wirklich von den Speicherkraftwerken unterscheidet ist, dass sie in Zeiten in denen eine Strom Überproduktion vorliegt das Wasser aus dem unteren Becken in das obere Becken zurück Pumpen. Das geschieht in den gleichen Leitungen in denen das Wasser bei der Stromgewinnung hinunter geleitet wird. Die Meisten Pumpspeicherkraftwerke sind so konzipiert dass sie Wasser für 4 bis 8 Stunden speichern können. Durch das ständige hochpumpen des Wassers benötigt das Pumpspeicherkraftwerke mehr Energie wie es später wieder einspeisen kann, daher kann es nicht zur Stromgewinnung sondern nur zur Stromspeicherung genutzt werden. Von der eingesetzten Energie können etwa 70 - 80% zurück gewonnen werden.

Meeresströmungskraftwerk

Vision eines Meeresströmungskraftwerk Quelle: wikipedia Urheber: TidalStream Partners

Meeresströmungskraftwerke nutzen wie ihr Name schon vermuten lässt die Energie der Meeresströmung. Bis jetzt gibt es nur sehr wenige Meeresströmungskraftwerke, die alle noch zu Versuchszwecken im Einsatz sind. Eines dieser Versuchskraftwerke trägt den Namen Seaflow. Es funktioniert vom Prinzip wie eine Windkraftanlage, nur dass es sich unter Wasser bewegt. An der Wasseroberfläche ist lediglich eine Plattform zu sehen welch für Wartungen genutzt wird. Der Rotor hat einen Durchmesser von ca. 11 m und befindet sich auf Höhe der Strömung. Der zweiflüglige Rotor dreht sich etwa 15-mal in der Minute. Angetrieben wird er nur von der Meeresströmung. Zur Wartung kann der Rotor über den Wasserspiegel nach oben gefahren werden. Die Leistung von etwa 300 kW wird nicht ins Stromnetz eingespeist. Der Turm an dem der Rotor befestigt ist, ist 50 m hoch und die Rotorblätter sind um 180 Grad drehbar, damit sie sich der Strömung anpassen können.

Gezeitenkraftwerk
Gezeitenkraftwerke sind Kraftwerke die ihre Energie aus dem Tidenhub (unterschied zwischen Ebbe und Flut) der Meere gewinnen. Dies geschieht mit Hilfe des sogenannten Staudamm-Prinzips. Bei diesem Prinzip wird eine Bucht mit einem Damm vom Meer abgetrennt. In diesem Damm befinden sich Turbinen durch die das Wasser ins bzw. aus dem Becken fliest. Bei dieser Bewegung ins Becken bzw. aus dem Becken wird mit Hilfe einer Kaplan-Rohrturbine Strom erzeugt. Um das Wasser in beide Richtungen zu nutzen sind die Rotorblätter drehbar und so der Fließrichtung anpassbar. Besonders gut geeignet sind hierzu Buchten bei denen der Tidenhub besonders groß ist. Manchmal wird es auch als Pumpspeicherkraftwerk genutzt.
	Funktion eines Gezeitenkraftwerks Quelle: wikipedia Urheber: Unbekannt

Wellenkraftwerk

Wellenkraftwerke sind wie auch die Meerströmungskraftwerke noch in der Entwicklungsphase. Aber es ist ein sehr großes Potential vorhanden, so hat zum Beispiel der internationale Weltenergierat in London berechnet das ca. 15 Prozent des weltweiten Strombedarfs damit gedeckt werden könnte. Allerdings ist die Stromgewinnung noch zu teuer um konkurenzfähig zu sein. Zur Nutzung der Wellen sind verschiedene Prinzipien möglich:

Osmosekraftwerk

Das Osmosekraftwerk ist eine sehr moderne Art Strom aus Wasser zu gewinnen, da es sich das Prinzip der Osmose zu nutze macht wird es normal an Flussmündungen gebaut.

Osmose:Da durch das zwei Lösungen immer die gleiche Konzentration anstreben kommt es zur Diffusion. Trend man die beiden Lösungen mit einem semipermeablen Membran so kommt es zur Osmose. Die größere Konzentration zieht, da sie nicht durch den Membran hindurch kommt, die kleiner Konzentration an. So dass sich dort der Druck erhöht, dies nennt man Osmotischer Druck.

Die Idee für ein Osmosekraftwerk gibt es schon seit den 1970er Jahren. Damals gab es aber noch keinen geeigneten Membran, der wirtschaftlich genug gewesen wäre. Mitte der 1990er Jahre vertiefte man die Forschungsarbeit. 2007 wurde dann damit begonnen ein erstes Osmosekraftwerk in Norwegen zu bauen. Dieses wurde Ende 2009 in Betrieb genommen. Allerdings hat es nur eine Leistung von etwa 3 Kilowatt. Dieses Kraftwerk dient lediglich zu Forschungszwecken und wird noch nicht ins Stromnetz eingespeist. In ein paar Jahren können wahrscheinlich aber auch Kraftwerke im Megawatt-Bereich erbaut werden. Dann könnte z.B. Norwegen ca. 10% seines Stromverbrauchs mit Osmosekraftwerken decken. In Europa wären nach Schätzungen ca. 200 Terawattstunden pro Jahr durchaus reell. Besonders gut geeignet währen das tote Meer oder the Great Salt Lake in den USA. Da diese höhere Salzgehalte aufweisen. Da man für 1 Megawatt etwa 200.000 m² (20ha) Membranoberfläche benötigt werden die Membrane zusammen gerollt und in Röhren gesteckt.

Aufbau eines Osmosekraftwerks Quelle: wikipedia Urheber: Unbekannt