Wasserkraftwerk

Wasserkraftwerk© Digitalpress / Fotolia.com

Als Wasserkraftwerk bezeichnet man Kraftwerke an Flüssen, Seen und im Meer, die aus der kinetischen Energie fließenden Wassers Strom produzieren.

Was ist ein Wasserkraftwerk? – Definition und Funktionsweise

Ein Wasserkraftwerk nutzt die kinetische Energie fließenden Wassers, um daraus elektrischen Strom oder mechanische Kraft zu erzeugen. In der Regel wird dazu eine größtmögliche Menge Wasser aufgestaut, um es durch eine Turbine im Inneren des Wasserkraftwerks hindurchfließen zu lassen. Deren vom Wasser angestoßene Drehung versetzt wiederum eine Welle in Rotation, die den Rotor eines Generators antreibt und so elektrische Energie erzeugt. Frühe Wasserkraftwerke waren etwa Wassermühlen, bei denen das Grundprinzip den heutigen Wasserkraftwerken insoweit ähnelte, als dass ein Schaufelrad über eine Welle eine mechanische Arbeit im Inneren der Anlage verrichtete. Neben Mühlen nutzten häufig auch Gerbereien und Sägewerke diese Technik. Sämtliche aus Wasserkraftwerken gewonnene Leistung ist somit eine Sekundärenergie, da sie erst aus der Umwandlung der primären Energie des fließenden Wassers gewonnen wird.

Arten von Wasserkraftwerken

Man unterscheidet Wasserkraftwerke unter anderem nach dem Nutzgefälle, also dem Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des angestauten Wassers und der des Wasserstands unterhalb der Turbinen-Anlage. Die Unterteilung erfolgt in diese Klassen:
  1. Niederdruckkraftwerke mit einer Fallhöhe des Wassers von circa 15 m. Diese Wasserkraftwerke werden zumeist in Flussmitte verbaut und weisen dadurch zusätzlich zur Fallhöhe den Faktor des schnell abfließenden Wassers durch die natürliche Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers auf.
  2. Mitteldruckkraftwerke mit einer Fallhöhe von bis zu 400 m. Wasserkraftwerke dieser Art sollen unter anderem eine konstante Stromproduktion sowie die Versorgung mit Trinkwasser gewährleisten. Sie werden aber auch zu Bewässerungs- und Hochwasserschutzzwecken eingesetzt.
  3. Hochdruckkraftwerke mit einer Fallhöhe von mehr als 250 m. Dieser Wert zeigt, dass die Übergänge zwischen Mitteldruck- und Hochdruckkraftwerk fließend sind; gleiches gilt für die Abgrenzung von Niedrigdruck- und Mitteldruckkraftwerken. Die Unterscheidung eines Hochdruck-Wasserkraftwerks zum Mitteldruckkraftwerk ergibt sich durch die Bauart, da bei Hochdruckkraftwerken das aufgestaute Wasser zumeist durch Druckschächte und Rohre hin zu einem tiefer gelegenen Turbinenwerk beschleunigt wird. Hochdruckkraftwerke werden zur Überwindung der Fallhöhe in der Regel in Mittel- und Hochgebirgen errichtet.


Wasserkraftwerke können aber auch hinsichtlich anderer Kriterien als das Nutzgefälle klassifiziert werden, beispielsweise nach Betriebsweise, Auslastung, Topgrafie oder installierter Leistung.

Wasserkraftwerke im Meer

Seit den 1960er Jahren wird Wasserkraft zunehmend auch im Meer genutzt. Dies geschieht zum einen durch Laufwasserkraftwerke und Meeresströmungskraftwerke (zum Beispiel das Wasserkraftwerk Rance an der französischen Atlantikküste), die in Meeresarmen beziehungsweise -engen positioniert sind, um die Energie nutzen, die durch die bewegten Wassermassen bei Ebbe und Flut entsteht. Zum anderen haben Wellenkraftwerke seit den 1990er Jahren einen Aufschwung durch neue Technologien erlebt. Diese sind auf hoher See verankerte Kleinkraftwerke, die sich das Heben und Senken der Meeresoberfläche durch Wellengang zu Nutze machen, die kinetische Energie zunächst in mechanische Kräfte umwandeln und schließlich daraus elektrischen Strom produzieren.

Das Potenzial der Wasserkraft in Deutschland

Um weitere Möglichkeiten der Nutzbarmachung von Wasserkraft auszuleuchten, wurde auf Bestreben des Bundesumweltministeriums eine entsprechende Studie in Auftrag gegeben. In der Untersuchung kam man zu dem Ergebnis, dass die nutzbaren Potenziale der Wasserkraft in Deutschland bereits weitestgehend erschöpft sind. Vor allem mithilfe von Modernisierungs- und Erweiterungsmaßnahmen an schon bestehenden Wasserkraftwerken ließe sich jedoch noch mehr Strom aus Wasserkraft erzeugen. Analysiert man die Rahmenbedingungen einer Stromversorgung in Deutschland, die sich ausschließlich erneuerbarer Energien bedient, so wie es unter anderem in der Studie Energieziel 2050 des Umweltbundesamtes getan wurde, ergibt sich sowohl für konservative als auch für progressive Konstellationen ein ähnliches Bild: In beiden Fällen unterscheidet sich die zukünftige Entwicklung der Wasserkraft kaum voneinander. Konkret bedeutet das Studienergebnis, dass Wasserkraft in Deutschland keinen nennenswerten Beitrag mehr zur Stromerzeugung leisten wird. Das ökologisch-technische Potenzial der Wasserkraft ist in diesem wie jenem Fall größtenteils ausgeschöpft.

Wasserkraftwerke: Ökologische Bedeutung und Folgen für die Natur

Die energetische Nutzung von Gewässern mithilfe von Wasserkraftwerken bedeutet oft massive landschaftliche Eingriffe und Eingriffe in die Natur. Infolgedessen kommt es nicht selten zu Veränderungen im Ökosystem von Auen und Fließgewässern. Deshalb steht vor allem der Bau neuer Wasserkraftwerke in der Kritik, zumal die Eingriffe die Einhaltung der Gewässerschutz-Klimaziele bedrohen. Aus ökologischer Sicht wären deshalb Modernisierungs- und leistungssteigernde Maßnahmen an bereits bestehenden Wasserkraftanlagen dem Neubau vorzuziehen. Folgende ökologische Beeinträchtigungen können durch Bau und Betrieb von Wasserkraftwerken entstehen:
  • die Durchgängigkeit von Fließgewässern wird unterbrochen
  • der Lebensraum in unmittelbarer Nähe von Stauanlagen verändert sich, da im noch verbleibenden Wasserbett zu geringer Wasserabfluss stattfindet
  • Organismen, die durch die Turbine eines Wasserkraftwerks gelangen, nehmen direkten Schaden; vor allem bei mehreren aufeinander folgenden Wasserkraftwerken sind ganze Populationen erheblich gefährdet.
Den negativen Folgen von Wasserkraftwerken für Umwelt und Natur, aber auch für Anwohner, die unter Umständen umgesiedelt werden müssen, stehen jedoch auch positive Auswirkungen der Wasserkraftanlagen gegenüber, wie zum Beispiel:
  • Speicherkraftwerke dienen dem Hochwasserschutz
  • die mit Wasserkraftwerken erzeugte Energiemenge ist anders als zum Beispiel bei Wind- oder Sonnenenergie kaum zeit- und wetterabhängig
  • Wasserkraft als Form von erneuerbarer Energie verursacht im direkten Betrieb keine umweltschädlichen CO2-Emissionen

Zur Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftwerken

Die Wirtschaftlichkeit eines Wasserkraftwerks entscheidet sich anhand verschiedener Faktoren, insbesondere ausschlaggebend für die ökonomische Rentabilität sind aber:
  • Standort
  • verwendete Technik
  • Betriebsdauer einzelner Kraftwerksteile
In die Bestimmung der Stromgestehungskosten (= interne Kosten für Stromerzeugung + externe Kosten für mögliche Folgen der Stromerzeugung, bspw. Umweltschäden) eines Wasserkraftwerks muss man dessen Betriebsdauer miteinbeziehen, denn bei regenerativen Energien wie der Wasserenergie sind vor allem die Investitionskosten für das Errichten entsprechender Anlagen sehr hoch. Bei fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas hingegen hängt der Strompreis stark vom jeweiligen Rohstoffpreis ab. Groß angelegte Speicher- und Laufwasserkraftwerke sind mittlerweile zu zwei der günstigsten Stromerzeugungsarten avanciert. Wenn es darum geht, auf ökonomische Art Energie zu speichern, liegen vor allem Pumpspeicherkraftwerke derzeit ganz vorne. Wie für alle anderen Kraftwerksarten gilt auch für Wasserkraftwerke: Je größer der Kraftwerksblock und damit auch die Leistung, desto preiswerter die Errichtungsinvestition, das heißt desto niedriger die Stromgestehungskosten pro Kilowattstunde. Solch niedrige Kosten für die Stromerzeugung machen die verschiedenen Wasserkraftwerkstypen wie beispielsweise Wellenkraftwerke äußerst wettbewerbsfähig.

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