Wasserkraftwerk
Wasserkraftwerke erzeugen Strom durch die Kraft des Wassers. Wie das genau funktioniert, erklären wir dir hier und im Video .
Inhaltsübersicht
Was ist ein Wasserkraftwerk?
Ein Wasserkraftwerk oder eine Wasserkraftanlage (englisch: hydropower plant) nutzt Wasser, um elektrischen Strom zu erzeugen. Das bedeutet konkret, dass es die kinetische Energie (Bewegungsenergie) oder die potentielle Energie (Höhenenergie) des Wassers in elektrische Energie umwandelt.
Damit elektrische Energie erzeugt werden kann, braucht jedes Wasserkraftwerk eine Turbine. Sie leitet nämlich die Bewegungsenergie des Wassers an einen Generator weiter, der schließlich die Energie umwandelt.
Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk?
Im Folgenden erklären wir dir die Funktionsweise und den Aufbau eines Wasserkraftwerks. Das Grundprinzip ist, dass sich die Wasserenergie zu Nutze gemacht wird. Meist geht es dabei um die kinetische, also die Bewegungsenergie . Die ist vorhanden, da das Wasser fließt und sich somit bewegt. Aber auch die potentielle, also die Höhenenergie des Wassers kann genutzt werden.
Durch das fließende Wasser beginnt sich die in einer Wasserkraftanlage eingebaute Turbine zu drehen — das kommt durch den Druck, der mit dem fließenden Wasser einhergeht. Die Bewegungsenergie wird dann durch die Turbine über ein Getriebe an den Generator weitergeleitet. Hier findet letztlich die Energieumwandlung im Wasserkraftwerk von kinetischer zu elektrischer Energie statt.
Arten von Wasserkraftwerken
Das Grundprinzip und der Grundaufbau eines jeden Wasserkraftwerks ist sehr ähnlich. Allerdings kannst du zwischen unterschiedlichen Wasserkraftwerkstypen unterscheiden. Wir schauen uns folgende Arten an:
- Laufwasserkraftwerk
- Gezeitenkraftwerk
- Speicherkraftwerk
- Pumpspeicherkraftwerk
- Wellenkraftwerk
Laufwasserkraftwerk
Laufwasserkraftwerke werden am häufigsten eingesetzt. Sie nutzen die Fließbewegung von Flüssen. Deshalb findest du Laufwasserkraftwerke auch meistens an Flüssen, die eine hohe Fließgeschwindigkeit und einen großen Wasserdurchfluss haben.
Um die Fließgeschwindigkeit so hoch wie möglich zu halten, enthält jedes Laufwasserkraftwerk einen Staudamm. Der hält das Wasser zurück bis sich genug davon angestaut hat. Anschließend fließt das Wasser in Richtung Turbine ab — dort wird die Bewegungsenergie auf sie übertragen. Die Turbine gibt die Energie dann sozusagen weiter an einen Generator. Hier findet die Energieumwandlung von kinetischer in elektrische Energie statt.
Durch Laufwasserkraftwerke haben wir 24 Stunden am Tag Strom. Allerdings können sie auch nicht reguliert werden. Daher liefern die Kraftwerke den Strom, der täglich auf jeden Fall gebraucht wird (Grundlast).
Gezeitenkraftwerk
Unter einem Gezeitenkraftwerk verstehst du ein Kraftwerk, das von den Gezeiten Ebbe und Flut abhängt. Es funktioniert im Prinzip genauso wie ein Laufwasserkraftwerk — mit dem Unterschied, dass es Meerwasser bei Ebbe und Flut nutzt statt die Fließgeschwindigkeit eines Flusses.
So besitzt ein Gezeitenkraftwerk auch eine Turbine und einen Generator. Je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrscht, dreht sich die Turbine in die eine oder die andere Richtung.
Aber Vorsicht! Hier wird nicht die kinetische, also die Bewegungsenergie des Wassers genutzt, sondern die potentielle Energie (Höhenenergie). Das liegt daran, dass bei Flut das Wasser viel höher ist, als bei Ebbe. Dennoch bleibt das Prinzip dasselbe: Die potentielle Energie wird auf die Turbine übertragen und sie gibt die Energie an den Generator weiter — wo die Umwandlung von potentieller in elektrische Energie stattfindet.
Speicherkraftwerk
Ein Speicherkraftwerk funktioniert mithilfe eines Beckens oder eines Sees, in dem sich Wasser sammelt. Ein Vorteil hier ist, dass sich der Wasserkraftwerkstyp gut kontrollieren und regulieren lässt — denn das angestaute Wasser läuft erst ins eigentliche Kraftwerk, wenn die Röhren dorthin geöffnet werden.
Das fließende Wasser läuft dann nach unten zur Turbine. Auch hier wird also potentielle und nicht kinetische Energie genutzt. Die Turbine überträgt die Höhenenergie an den Generator, wo sie zu elektrischem Strom umgewandelt wird.
Das Wasser kann nach der Energieumwandlung in einen nieder gelegenen See abfließen. Speicherkraftwerke werden meist eingesetzt, wenn erhöhter Energiebedarf besteht.
Pumpspeicherkraftwerk
Bei erhöhtem Energiebedarf können aber auch sogenannte Pumpspeicherkraftwerke genutzt werden. Darunter verstehst du eine „verbesserte“ Form der Speicherkraftwerke.
Es funktioniert zunächst wie ein Speicherkraftwerk. Das bedeutet, Turbine und Generator wirken auf die gleiche Weise wie bei einem Speicherkraftwerk zusammen und gewinnen so Strom. Anschließend fließt das Wasser in einen unteren See.
Der Unterschied zu einem Speicherkraftwerk ist allerdings, dass das Wasser aus dem unteren See wieder nach oben gepumpt werden kann. Und zwar dann, wenn mehr Strom erzeugt wurde, als letztendlich gebraucht wurde.
Wellenkraftwerk
Die letzte Art von Wasserkraftwerken, die wir dir zeigen, ist das Wellenkraftwerk. Die findest du vor allem auf dem Meer. Das liegt daran, dass sie — wie dir der Name verrät — die Energie der Wellen nutzen. Die Kraftwerke sind allerdings noch in der Testphase.
Eine Möglichkeit, die kinetische Energie der Wellen zu gebrauchen, ist es, die Welle in eine hydraulische Kammer zu leiten. Darunter verstehst du einen Raum, der mit dem Druck von Wasser arbeitet.
Das bedeutet konkret, dass das Wasser in eine mit Luft gefüllte Kammer fließt. Die Luft wird durch das Wasser nach oben gedrückt und verringert sich. Fließt das Wasser wieder ab, kann neue Luft in die Kammer strömen. So verändert sich ständig der Luftstand, wodurch die Turbine angetrieben wird. Die Turbine bringt so auch den Generator zum Drehen, der die Bewegungsenergie wieder in elektrischen Strom umwandeln kann.
Mithilfe von Wasserkraftanlagen kann also elektrischer Strom erzeugt werden. Aber was ist Strom eigentlich genau und welche Stromarten gibt es? Das erklären wir dir in unserem nächsten Video !
