Ein altes Wasserrad in Aktion
Ein bewährtes Prinzip

Knarzend und klappernd dreht sich unaufhaltsam das Mühlrad, angetrieben von einem plätschernden Bachlauf. Das Korn wird gemahlen und gesiebt, der Müller wartet auf sein Mehl, die Dorfbewohner auf ihr frisch gebackenes Brot. Dieses Prinzip des drehenden Wasserrades findet sich heute in jedem Wasserkraftwerk wieder. Die Kraft des Wassers konnte nicht lange im Verborgenen bleiben.

Dankbar wurde sie in mechanische Energie umgesetzt. So musste Mehl nicht mehr mühsam mit der Hand gemahlen werden, Gerbereien konnten innerhalb kurzer Zeit viele Felle bearbeiten, und mittels Sägemühlen konnte die Holzproduktion gewinnbringend gesteigert werden. Eine leise Energie erleichterte die tägliche Arbeit und fügte sich harmonisch in das Landschaftsbild ein. Jedoch produziert Wasser auch Strom und das sogar sehr effizient –Der Wirkungsgrad von Wasserkraftwerken liegt bei bis zu 90 Prozent. Möchte man den Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen mit Wasserkraftwerken vergleichen, stellt man fest, dass der Modul-Wirkungsgrad bei durchschnittlich 17 Prozent liegt.

Wassertropfen in Aktion

Wasser besitzt Kraft, Ausdauer und Beständigkeit, die perfekte Grundlage für ein Wasserkraftwerk. Wie wird Wasser in Energie umgewandelt? Das ist nicht schwer zu erklären, macht man sich die Schwerkraft der Erde und die daraus resultierende Fließenergie des Wassers zunutze. Wasser ist schwerer wie Luft und muss nach unten – deswegen regnet es. Hier handelt es sich um die potentielle Energie des Wassers, man spricht auch von Höhenen- oder Lageenergie. Regen sammelt sich in Flüssen und muss wieder nach unten, das Wasser fließt ins Meer. Es entsteht kinetische oder auch Fließenergie. Wir nehmen diese Energie als Fluss- oder Bachlauf wahr. Jeder, der schon einmal mit seinen Füßen versucht hat, das Wasser in einem Bachlauf aufzuhalten weiß, dass dies unmöglich ist. Im Gegenteil, wenn die Strömung stark genug ist, muss man aufpassen, nicht von den Füßen gerissen zu werden.

KURZ & KNAPP
  • Stromgewinnung mit Wasser ist sehr effizient: Ein Wirkungsgrad bis zu 90 Prozent ist möglich
  • zur Stromgewinnung benutzt man potentielle Energie – zum Beispiel das Stauen des Wassers in einem Stausee
  • ebenfalls wird Fließenergie (auch kinetische Energie) genutzt – aus mechanischer Energie wird elektrische Energie

Diese Strömungsenergie floss in alten Zeiten in Wasserräder zum Mehl mahlen, zum Bewässern von Getreidefeldern oder zum Sägen von Holz. Heutzutage wird mittels Wasserkraftwerken die mechanische Energie mittels Turbinen in elektrische Energie umgewandelt.

Nun kommt die Sonne ins Spiel, sie ist der Motor dafür, dass Wasser überhaupt Energie entwickeln kann. Nur ein halbes Milliardstel der Energie der Sonne kommt bei uns an. Diese „Krümel“ an Restwärme reichen aus, um die Pflanzen wachsen zu lassen, den Menschen zu wärmen und das Wasser verdampfen zu lassen. Da Wasserdampf leichter wie Luft ist, steigt er nach oben. In der Höhe kühlt der Dampf ab, er kondensiert, Wolken entstehen, es regnet.

Die Schwerkraft sorgt dafür, dass Regen nach unten muss; Regen ist schwerer wie Luft. Die dabei entstehende Höhenenergie wird letztlich zur Stromgewinnung genutzt. Wer erinnert sich nicht an seine Kindheit, wo mühsam herangeschleppte Steine und Äste dazu dienten, einen kleinen Fluss aufzustauen? War der Druck des aufgestauten Flusses zu hoch (also die potentielle oder Höhenenergie), wurde die selbst gebaute Barriere mit brachialer Gewalt vom Wasser weggerissen.

Das Prinzip bei einem kommerziellen Stausee ist ähnlich, nur sind die Mauern wesentlich stabiler, um das Wasser in Schach zu halten. So wird die Kraft des Wassers nicht unkontrolliert freigesetzt, sondern wohldosiert. Durch Druckleitungen wird das Wasser in die Tiefe geleitet, es entsteht ein Druck von bis zu 200 bar. Ein Wasserhahn, aus welchem tagtäglich das kostbare Nass fließt, arbeitet mit 3 – 8 bar.

Turbinen „trinken“ Wasser

Stausee
Unglaubliche Wassermassen werden eingesperrt

Sobald Wasser in einem Stausee gestaut ist, wartet die geballte Energie nur darauf, losgelassen zu werden. Wird der Damm geöffnet, fließt das Wasser durch Rohrleitungen nach unten. Je größer der Höhenunterschied ist, desto schneller strömt das Wasser, umso höher ist die Fließenergie. Irgendwann macht das Wasser mit einem Hindernis Bekanntschaft – der Wasserturbine. Jede Turbine ist ein Meisterwerk der Technik. Sie wird speziell auf das jeweilige Wasserkraftwerk angepasst, um den idealen Wirkungsgrad zu erzielen. Hier gilt es unterschiedliche Fallhöhen (der Höhenunterschied zwischen Stausee und Turbine) und Durchflussmengen zu beachten. Ebenfalls läuft eine Wasserturbine mit einer konstanten Drehzahl bei häufig schwankenden Durchflussmengen.

Die Turbine ist nicht faul, durch den Wasserstrom fangen die Laufschaufeln an, sich zu drehen. Mit anderen Worten: die Fließenergie des Wassers bringt die Laufschaufeln der Turbine dazu, sich zu bewegen. Diese Bewegungs- oder mechanische Energie wird über eine Welle an einen Generator weitergeleitet. Hier nun wird die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.

Die elektrische Energie wird nun über Transformatoren in das Stromnetz eingespeist.

FAZIT
KURZ & KNAPP
  • Wasserturbinen wandeln mechanische Energie in elektrische Energie um
  • Wasserturbinen müssen präzise laufen, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen und werden für jedes Wasserkraftwerk speziell angepasst
  • Wasserturbinen arbeiten mit der Fallhöhe des Wassers; je größer der Höhenunterschied, umso schneller fließt das Wasser

Wasser ist es vollkommen egal, ob es einen Steilhang hinunter rauscht, sich in einem See oder dem Meer sammelt oder sich unterirdisch einen Weg bahnt. Daher muss der Mensch sich diesen ökologischen Gegebenheiten anpassen, wenn er Wasser zur Stromgewinnung nutzen will. Wasserwerke werden so gebaut, dass die Energie des Wassers perfekt genutzt werden kann. Daher existieren Bauwerke mit unterschiedlichen Funktionsweisen.

So ist ein Wasserkraftwerk mittels Stausee eher als Hochleistungskraftwerk einzustufen, hier kann bei Bedarf durch Öffnen der Barrieren eine hohe Spitzenenergie erzeugt werden. Diese Kraftwerke sind darauf ausgelegt, sofort Strom zur Verfügung zu stellen, wenn er gebraucht wird.

Fluss- oder Laufwasserkraftwerke lieben es gemütlich, hier gibt es keine Speichermöglichkeit. Das Wasser wird direkt über die Turbinen geleitet. Strom wird rund um die Uhr produziert. Diese Wasserkraftwerke decken daher die sogenannte Grundlast.

Wasser kann quasi unbegrenzt zur Stromerzeugung genutzt werden – so wie es in die Turbine hinein geleitet wird, strömt es wieder hinaus und fließt unbeirrt seines Weges.

Die maximale Stromausbeute ist mit bis zu 90% sehr effektiv, allerdings wird gerade bei dem Bau von großen Hochleistungskraftwerken in die Natur eingegriffen. Hier ist Ausgeglichenheit das A und O. Zum einen muss auf die Natur Rücksicht genommen werden, zum anderen darf man nicht vergessen, dass Strom das tägliche Leben erheblich erleichtert und auch wichtige Einrichtungen wie Krankenhäuser ohne Strom nicht existieren könnten.