Wenn es um eine nachhaltige Energieversorgung geht, spielen Wasserkraftwerke eine immer größere Rolle. Sie nutzen die mechanische Energie des fließenden oder fallenden Wassers, um Elektrizität zu erzeugen. Doch: Wie funktioniert eigentlich ein Wasserkraftwerk?
Wasserkraftwerke haben in Deutschland eine lange Tradition. Sie sind eine der ältesten Methoden, erneuerbare Energie zu erzeugen. Tatsächlich nutzen die Menschen die Kraft des Wassers schon seit mehr als 5.000 Jahren. Früher wurden mit Wasserdruck in Flüssen etwa Mühlsteine angetrieben.
Heute deckt die Wasserkraft mehr als 16 Prozent des weltweiten Strombedarfs. In Deutschland gibt es 7.300 Wasserkraftanlagen. Zusammen verfügen sie über eine installierte Leistung von etwa 5.600 Megawatt. Die meisten Wasserkraftwerke stehen in Bayern und Baden-Württemberg. Sie machen rund 80 Prozent aller deutschen Wasserkraftanlagen aus.
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Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk?
Wasserkraftwerke erzeugen elektrischen Strom mithilfe von Wasser. Die Energie des fließenden Wassers – auch fluidmechanische Energie genannt – treibt dazu Turbinen an. Dadurch entsteht Rotationsenergie. Aus ihre gewinnen Generatoren schließlich elektrischen Strom.
Der Wirkungsgrad von Wasserkraftanlagen liegt bei bis zu 85 Prozent und ist damit deutlich höher als der von anderen Kraftwerkstypen. Es gibt vier gängige Arten: Luftwasserkraftwerke, Wasserspeicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke und Gezeitenkraftwerke.
So erzeugen Laufwasser- und Speicherkraftwerke Strom
Laufwasserkraftwerke nutzen die natürliche Strömung eines Flusses. Die erzeugte Strommenge hängt von der Wassermasse und der Fallhöhe ab, weshalb Flüsse oft durch Wehranlagen angestaut werden, um den Höhenunterschied zu vergrößern und den Wirkungsgrad zu steigern.
Denn: Je größer der Unterschied, desto höher ist der Wirkungsgrad. Die Turbine wird durch einen kontinuierlichen Strom des Wassers angetrieben, was eine konstante Stromproduktion ermöglicht. Der Generator transformiert dabei die Energie der Drehbewegung in Elektrizität.
Bei einem Speicherkraftwerk staut eine Staumauer oder ein Staudamm große Mengen Wasser. So entstehen Reservoirs, um Wasser zu speichern. Oft fließt noch zusätzliches Wasser aus umliegenden Flüssen über Stollen in die Sammelbecken. Bei Bedarf kann das Wasser durch Rohrleitungen zum tiefer gelegenen Maschinenhaus geleitet werden. Dort trifft es mit hohem Druck auf eine Turbine und treibt einen Generator an.
So funktionieren Pumpspeicherwerke und Gezeitenkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke nutzen überschüssige Energie, um Wasser von einem unteren in ein oberes Becken zu pumpen. Dadurch wird potenzielle Energie gespeichert. Gibt es Energiebedarf, wird das Wasser zurück in das untere Becken geleitet. Dabei treibt es Turbinen an, die Strom erzeugen. Diese Form des Wasserkraftwerks fungiert als Energiespeicher und stabilisiert das Stromnetz. Zudem kann es bei Bedarf auch große Mengen Strom liefern.
Gezeitenkraftwerke erzeugen Strom wiederum mithilfe von Ebbe und Flut. Die Strömungen versetzen eine Turbinen in Bewegung und treiben Generatoren an. Bei Ebbe drehen sich die Turbinen in die eine Richtung, bei Flut in die andere.
Der Nachteil: Gezeitenkraftwerke sind von den Strömungen abhängig und können daher nicht kontinuierlich Strom erzeugen. Klassischerweise gehört ein Damm zum Bau. Dort sind die Turbinen installiert. Allerdings funktioniert diese Bauweise nur bei einem Tidenhub von etwa fünf Metern. Der Höhenunterschied zwischen Ebbe und Flut muss also entsprechend groß sein muss.
Alternativ gibt es auch Meeresströmungskraftwerke. Sie besitzen – ähnlich wie Windkraftwerke – Rotoren, die sich unterhalb der Wasseroberfläche befinden. Die Wasserströmung setzt sie in Bewegung und treibt die Generatoren zur Stromerzeugung an. Ein großer Tidenhub ist dabei nicht nötig.
Wasserkraftwerke in Deutschland
Mithilfe von Wasserkraftwerken wurden 2020 etwa 3,3 Prozent des in Deutschland erzeugten Bruttostroms gewonnen. Zum Vergleich: Windenergie lieferte im gleichen Zeitraum 24 Prozent. Damit spielt Wasserkraft in Deutschland eine eher geringe Rolle.
Wie groß die Stromproduktion in einem Jahr ausfällt, hängt auch vom Niederschlag ab. In den vergangenen Jahren schwankte der Wert zwischen 19 und 29 Terrawattstunden . Das reicht hierzulande für 800.000 bis 1,2 Millionen Haushalte.
Allerdings haben Wasserkraftwerke auch einige Nachteile: Zum einen können der Bau von Staudämmen und die Umleitung von Flüssen erheblich in die Natur eingreifen. Vor allem Fische und andere Wasserlebewesen sind davon betroffen.
Außerdem ist die Errichtung der Anlagen teuer und zeitaufwendig. Insbesondere große Projekte erfordern erhebliche Investitionen. Wasserkraftwerke letztlich immer von natürlichen Wasserquellen abhängig. Trockenperioden oder veränderte Wetterbedingungen können die Stromproduktion beeinträchtigen.
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