Wasserkraftwerke. Ulrich Graf, Januar Foto: 60 MW Wasserkraftwerk in Bolivien (U.G.)

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1 Wasserkraftwerke Ulrich Graf, Januar 2007 Foto: 60 MW Wasserkraftwerk in Bolivien (U.G.)

2 Wasserkraft als Energieträger Energiedaten 2005: Unter den Primärenergieträgern ist der Anteil der Erneuerbaren Energien in Deutschland 4,6% Bei den Endenergien (Wärme, Strom, Kraftstoffe) liegt die Wasserkraft mit 13% knapp hinter der Windenergie (16%)

3 Leistung von Wasserkraftanlagen 1.) Nutzung der potentiellen Energie: E pot = m x g x h (m = Masse in kg; g = Erdbeschleunigung 9,81 m/s 2 ; h = Fallhöhe in m) Leistung P = E / t in Watt (W), wobei t die Zeit in s ist, in der die Masse m die Einlauföffnung durchströmt. 2.) Nutzung der kinetischen Energie strömenden Wassers: E = ½ m x v 2 ; P kin = E / t in W, m/t ist dabei die Masse, die je s durch den Querschnitt 1 m 2 strömt. v = Strömungsgeschwindigkeit in m/s. Die tatsächliche Leistung verringert sich entsprechend dem Wirkungsgrad (0,8 bis 0,95)

4 Wasserräder (Schöpfwerke) Schöpfwerk in Orontes (Näheres nicht bekannt) Bei den Wasserrädern wird Lageenergie (potentielle Energie) in Bewegungsenergie (kinetische Energie) umgewandelt. Wasserräder wurden bereits vor mehr als Jahren in Mesopotamien zum Wasserschöpfen verwendet. Auch in Asien war diese Technik bekannt. Die Römer betrieben mit Wasserrädern unter anderem Getreidemühlen und Sägen. Der Durchmesser der größten Wasserräder betrug mehr als 20 m.

5 Vorläufer von Wasserkraftwerken Beim unterschlächtigen Wasserrad besteht zwischen Eintritt und Austritt des Wassers ein geringer Höhenunterschied. Daher wird außer der Bewegungsenergie noch die Lageenergie des Wassers genützt. Das oberschlächtige Wasserrad ist wesentlich jünger. Bei ihm fließt das Wasser von oben auf die Schaufeln und treibt das Rad an. In diesem Fall wird fast nur die Lageenergie des Wassers genützt.

6 Talsperren-Kraftwerk Quelle:

7 Pelton-Turbine Bei der Pelton-Turbine strömt das Wasser mit hoher Geschwindigkeit aus einer oder mehreren Düsen auf die becherförmigen Schaufeln des Laufrades. Dabei wird ausschließlich die Bewegungsenergie des Wassers genützt. Pelton-Turbinen eignen sich für große Fallhöhen (bis 2000 m) und geringere Wassermengen. Pelton-Turbine im Kraftwerk Walchensee

8 Walchenseekraftwerk Walchenseekraftwerk: Schnittbild des Strömungsverlaufs. Links oben der Einlauf aus dem Walchensee, rechts unten das Kraftwerk mit dem Auslauf zu Kochelsee. Quelle: Pelton-Turbine Quelle:

9 Speicherkraftwerk Walchensee Das Walchenseekraftwerk mit 120 MW elektr. Leistung wurde 1924 in Betrieb genommen. Zum ersten Mal wurde Drehstrom hoher Leistung über große Entfernungen geleitet und damit die Machbarkeit flächendeckender Stromversorgung durch Großkraftwerke bewiesen. chsee.htm

10 Flusskraftwerk mit Stausee Quelle:

11 Flusskraftwerk mit Kaplanturbine

12 Kaplan-Turbine Das Laufrad der Kaplan-Turbine gleicht einem Schiffspropeller mit verstellbaren Schaufeln. Auch die Schaufeln des Leitapparates lassen sich verstellen. Die Kaplan-Turbine eignet sich für große Wassermengen und geringe Geschwindigkeiten (Flusskraftwerke)

13 Francis-Turbine (Bild Mitte: Einstellung für geringe Leistung, rechts: maximale Leistung) Bei der Francis-Turbine fließt das Wasser durch ein Leitwerk mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrades. Francis-Turbinen sind universell einsetzbar. Links: Eine Francis-Turbine des Drei-Schluchten- Staudamms

14 Kraftwerk Itaipu(Brasilien) Der Itaipu-Damm an der Grenze zwischen Brasilien und Paraguay ist das weltweit zweitgrößte Wasserkraftwerk. Mit einer Leistung von 12600MW deckt es % des Strombedarfs Paraguays und 25% des Bedarfs in Brasilien. Quelle:

15 Gezeitenkraftwerk St. Maló Das weltweit größte Gezeitenkraftwerk, das Strömungskraftwerk an der Mündung des französischen Flusses Rance bei Saint-Malo (Bretagne). Bei diesem im Jahre 1966 errichteten Kraftwerk wird der Tidenhub von 12 bis 18 Meter genutzt, um Wasser hinter einem Staudamm aufzustauen. Dabei werden 24 Röhrenturbinen à 10 MW angetrieben. Bei Niedrigwasser wird das Wasser durch diese Turbinen wieder abgelassen.

16 Wellenkraftwerke Um die regenerative Energie der Meereswellen gewinnen zu können, gibt es weltweit verschiedene Ansätze. In Japan und Schottland bewährt hat sich das Prinzip der schwingenden Wassersäule, auch OWC ("oscillating water column") genannt. Bei dieser Methode werden die Wellen in einen luftdichten Hohlraum geleitet, dessen Öffnung unterhalb des Meeresspiegels liegt. Die darin befindliche Luft wird durch das eindringende Wasser komprimiert und in eine Kammer gedrückt, in der sich die Turbine befindet. Gehen die Wellen zurück, wird die Luft wieder angesaugt und treibt erneut die Turbine an.

17 Strömungskraftwerk (in Planung) Deutsch-englisches Forschungsprojekt Seaflow, als Prototyp mit 300 kw in Erprobung Quelle: Weserkurier vom