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© John Carvalho - Fotolia.com
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Die Kraft des Wassers
Vom klappernden Mühlrad zur Hightech-Turbine
Jules Verne (1874)
Die Geschichte der Wasserkraft beginnt sehr früh: Bereits im 1. Jahrhundert v. Chr. setzten Menschen Wasserschöpfräder ein, um die Kraft des fließenden Wassers in eine Drehbewegung umzuwandeln. Als Antriebe für Getreidemühlen oder als Wasserhebewerke – in Form der sogenannten archimedischen Schraube – werden Wassermühlen in einigen Regionen der Welt auch heute noch eingesetzt.
Wasserturbinen
Wasserturbinen wandeln die potenzielle Energie des Wassers, die beispielsweise durch ein Gefälle entsteht, in mechanische Energie um: Wasser wird der Turbine über Rohre oder Kanäle zugeführt und treibt diese an. Es entsteht Bewegungsenergie.
Die erste auch sogenannte Turbine wurde Anfang des 19. Jahrhunderts von dem erst 24-jährigen Franzosen Bénoit Fourneyron aus zwei konzentrischen Rädern konstruiert: Der Wirkungsgrad lag bei 80-85 %, die Leistung bei ungefähr 6 PS. Dann ging es Schlag auf Schlag: die Francis-Turbine (1849), die Pelton-Turbine (um 1880) sowie die Kaplan-Turbine (um 1910) mit immerhin 26 PS. Bei diesen drei, jeweils nach ihren Erfindern benannten, Technologien handelt es sich um die bedeutendsten der heute noch verwendeten Turbinenarten.
Elektrische Energie „aus Wasser“
Doch erst mit der Erfindung des elektrischen Generators konnte man die mechanische Energie des Wassers nach und nach auch zur Stromgewinnung einsetzen. 1866 baute Werner von Siemens die erste Dynamomaschine. 1882 koppelten amerikanische Ingenieure in einem Stauwerk in Wisconsin erstmalig eine Pelton-Turbine an einen Generator. Es entstanden die ersten Wasserkraftanlagen – Kraftwerke, welche die Kraft des Wassers in elektrischen Strom umwandelten.
Heute werden weltweit knapp 18 % der erneuerbaren elektrischen Energie durch Wasserkraftwerke erzeugt. Länder wie Norwegen, Island und Paraguay decken ihren Strombedarf zum größten Teil über die Wasserkraft. In Deutschland beträgt die Wasserkraftquote rund 3,5 %.
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© Voith AG
In diesem Speichersee steckt genug Energie, um binnen Sekunden 10 % des österreichischen Strombedarfs in Verbrauchsspitzenzeiten zu decken
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Wasserkraftwerke
In einem Wasserkraftwerk werden durch strömendes Wasser Turbinen in Bewegung gesetzt, welche wiederum die Generatoren antreiben. Fallhöhe und Wassermenge sind dabei ausschlaggebend für die Menge des erzeugten Stroms. Man unterscheidet zwischen Laufwasserkraftwerken, Speicherkraftwerken sowie Pumpspeicherkraftwerken.
In Stauanlagen, wie beispielsweise Talsperren, wird Wasser auf möglichst hohem potenziellem Niveau gestaut und dann nach Bedarf über eine Turbine abgeleitet. Eine der bekanntesten Stauanlagen und zugleich Wasserkraftwerk ist der Assuan-Staudamm in Ägypten. Der Staudamm hat eine Höhe von 110 m und damit ein Speichervolumen von 164 Milliarden m³. Das Wasserkraftwerk verfügt über zwölf Francis-Turbinen mit einer Leistung von insgesamt 2100 Megawatt.
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© ESHA,SERO
Kleinwasserkraftwerk in Schweden
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Kleinwasserkraftwerke – die traditionelle Alternative
Wasserkraftwerke sind hocheffizient und sauber. Die Nutzung von Wasserkraft wird weltweit ausgebaut. Dies führt aber auch zu umstrittenen Großprojekten, wie dem Drei-Schluchten-Staudamm in China, für das Millionen von Menschen umgesiedelt wurden. Weitere Nachteile sind ökologische Schäden, wie Fischsterben durch Turbinen oder Einschränkung der Fischwanderung durch Staustufen, Versiegelung der Landschaft und Grundwasserabsenkungen.
Vielleicht liegt daher die Zukunft der Wasserkraft – zumindest in Deutschland – eher im Kleinen: Dezentrale Kleinwasserkraftwerke funktionieren nach demselben Prinzip wie große Wasserkraftwerke. Sie haben zudem Tradition in Deutschland sowie in der Alpenregion: Zum Antrieb von Mühlen und Maschinen waren bereits im Mittelalter viele tausend Wasserräder im Einsatz. Die meisten wurden Anfang des 20. Jahrhunderts nach und nach durch Francis-Turbinen ersetzt und dienten der Stromproduktion statt der mechanischen Energiegewinnung.
Heute ermöglichen moderne, kompakte und wartungsarme Kleinwasserkraftwerke die saubere Erzeugung von Strom überall dort, wo kein Stromnetz vorhanden ist – zu jeder Tag- und Nachtzeit. Sie sind somit ideal für den Einsatz in abgelegenen Hotels, Berghütten und Wochenendhäusern sowie für Hilfsprojekte in Entwicklungsländern. Einzige Bedingung: ein Minimum an Wasser und Fallhöhe.
