Wasserkraftwerke
Schon seit Jahrhunderten nutzen Menschen die Kraft des Wassers. Zunächst wurden über Schöpfräder schwere Geräte in Gang gesetzt und Mühlen oder Sägewerke betrieben. Mit dem Siegeszug der Elektrizität wurde Wasser vor allem zur Erzeugung von Strom eingesetzt. Früher wie heute wird die kinetische Energie des Wassers ausgenutzt.
Superlative
Das größte Wasserkraftwerk der Welt liegt in Itaipú, an der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay. Aus einem Stausee, der mehr als doppelt so groß ist wie der Bodensee, stürzt das Wasser aus 118 Metern Höhe durch zwanzig Rohre nach unten. Dabei wird so viel Strom erzeugt, wie ihn in derselben Zeit zwölf Atomkraftwerke bereitstellen könnten.
Drei-Schluchten-Staudamm
Ein noch größeres Wasserkraftwerk wurde in China gebaut. Dort entstand durch das Anstauen des Flusses Jangtse ein 660 Kilometer langer Staudamm (Drei-Schluchten-Damm). Das Projekt ist bis heute sehr umstritten, unter anderem, weil für den Bau mehr als eine Million Menschen umgesiedelt werden mussten.
Kinetische Energie
Unter kinetischer Energie versteht man die Energie, die durch die Bewegung eines Körpers freigesetzt wird (griechisch kinesis = Bewegung). Die Energiemenge hängt von der Masse und der Geschwindigkeit des bewegten Körpers ab; in unserem Zusammenhang also davon, welche Wassermassen wie schnell bewegt werden.
Wasserkraftwerke nutzen die kinetische Energie fließenden Wassers. Das Wasser wird durch eine Turbine im Inneren des Wasserkraftwerks geleitet. Die Turbine beginnt sich unter dem Druck des Wassers zu drehen und gibt ihre Bewegungsenergie an einen Generator weiter, der sie in elektrische Energie umwandelt. Moderne Turbinen können mehrere Meter Durchmesser haben; die Generatoren können so groß wie ein Kleinwagen sein.
Es gibt verschiedene Typen von Wasserkraftwerken. Sie unterscheiden sich in der Frage, woher das Wasser seine kinetische Energie erhält. Das kann auf natürlichem oder auf vom Menschen beeinflussten Weg geschehen. Im Folgenden werden verschiedene Typen kurz dargestellt.
Wie Wasserkraft genutzt wird
Laufwasserkraftwerke nutzen die Fließbewegung von Flüssen. Sie werden bevorzugt an Flüssen mit einer hohen Fließgeschwindigkeit und einem großen Wasserdurchfluss gebaut.
Mit Hilfe eines Staudamms wird Wasser in einem Stauraum zurückgehalten. Sobald das Wasser von dort abfließt, kann die durch Bewegung entstandene Energie auf eine Turbine übertragen werden. Die Turbine wiederum leitet die Energie an einen Generator weiter, wo schließlich mechanische Energie in elektrischen Strom umgewandelt wird.
Laufwasserkraftwerke sind der einfachste Typ eines Wasserkraftwerks. Sie liefern 24 Stunden am Tag Strom, sind allerdings nicht regulierbar. Der von ihnen erzeugte Strom wird deshalb für die Grundlast verwendet, also die Menge an Strom, die täglich auf jeden Fall bereit gestellt werden muss.
Gezeitenkraftwerk
Gezeitenkraftwerke werden seit gut fünfzig Jahren in Meeresarmen oder Meerengen gebaut und funktionieren im Prinzip wie Laufwasserkraftwerke. Allerdings nutzen sie die Bewegung von Meerwasser bei Ebbe und Flut aus. Die Turbine kann bei Flut in die eine Richtung, bei Ebbe in die andere Richtung betrieben werden. Eben diese Turbinen nutzen die potentielle Energie der Strömung, die wiederum über Generatoren in nutzbare Energie umgewandelt wird. Je stärker der Tidenhub, also der Unterschied zwischen Ebbe und Flut ist, desto mehr Strom kann erzeugt werden.
Speicherkraftwerk
Speicherkraftwerke arbeiten damit, dass Wasser in einem See oder Becken gestaut und kontrolliert durch Röhren nach unten ins eigentliche Kraftwerk geleitet wird. Sie haben üblicherweise eine höhere Leistung als Laufwasserkraftwerke und lassen sich vor allem gut regulieren.
Besteht Strombedarf, werden die Röhren für das fließende Wasser geöffnet, das nun auf die Turbinen trifft. Durch den Wasserdruck werden die Turbinen angetrieben und potientielle Energie übertragen. Dadurch kann wiederum der Generator in Betrieb genommen werden und elektrischen Strom erzeugen. Anschließend wird das Wasser in einen niedriger gelegenen See gelassen. Die erzeugte Energie wird eingesetzt, wenn erhöhter Energiebedarf besteht. Die Stauseen können zusätzlich zum Regulieren von Hochwasser genutzt werden.
Besteht Strombedarf, werden die Röhren für das fließende Wasser geöffnet, das nun auf die Turbinen trifft. Durch den Wasserdruck werden die Turbinen angetrieben und potientielle Energie übertragen. Dadurch kann wiederum der Generator in Betrieb genommen werden und elektrischen Strom erzeugen. Anschließend wird das Wasser in einen niedriger gelegenen See gelassen. Die erzeugte Energie wird eingesetzt, wenn erhöhter Energiebedarf besteht. Die Stauseen können zusätzlich zum Regulieren von Hochwasser genutzt werden.
Pumpspeicherkraftwerk
Pumpspeicherkraftwerke sind eine erweiterte Form der Speicherkraftwerke. Sie dienen ebenfalls zur Stromerzeugung in Zeiten hohen Strombedarfs. Wenn durch die Wassermassen mehr Strom erzeugt wird als abgenommen wird, wird das Wasser aus dem niedriger gelegenen See wieder nach oben gepumpt. So kann es bei Bedarf erneut durch die Turbine geleitet werden. Die gewonnene elektrische Energie geht nicht verloren, sondern wird zurückverwandelt in kinetische Energie.
Wellenkraftwerk
Wellenkraftwerke sind kleine Kraftwerke auf dem Meer. Sie nutzen die Energie der ständig strömenden Wellen. Wellenkraftwerke sind noch in der Erprobungsphase, deshalb werden verschiedene Möglichkeiten getestet, wie die kinetische Energie genutzt werden kann. Bei der unten skizzierten Version fließt die Welle durch eine hydraulische Kammer. Das Wasser drückt die Luft nach oben; beim Abfließen strömt neue Luft in die Kammer. Diese sich verändernde Luftsäule treibt eine Turbine an, die wiederum den Generator in Drehung versetzt.
