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Funktionsweise und Bedeutung

Wasserkraft

Funktionsweise

Die Kräfte des Wassers lassen sich auf sehr unterschiedliche Arten nutzen. Klassische Wasserkraftanlagen lassen sich dazu in drei grundsätzliche Kategorien aufteilen:

  • Laufwasserkraftwerk
  • Speicherkraftwerke
  • Pumpspeicherkraftwerke

Neben den genannten Typen werden zurzeit neue Anwendungsfelder wie z.B. Wellen- und Strömungskraftwerke erforscht.

In den Wasserkraftwerken der RWE werden die potenielle und kinetische Energie des Wassers genutzt, um das Laufrad einer Turbine in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Energie des Wassers, durch die Turbine in mechanische Energie umgewandelt, kann nun genutzt werden. In der Vergangenheit wurde diese Drehbewegung direkt zur Verrichtung mechanischer Arbeit, z.B. in Mühlen, verwandt. Bei der heutigen Wasserkraftnutzung wird die Drehbewegung über eine Welle an einen Generator übertragen und dort in elektrische Energie umgewandelt.

Die Leistung einer Wasserkraftanlage wird von der durchströmende Wassermenge und dem nutzbaren Höhenunterschied bestimmt, wovon auch die Wahl der geeigneten Turbine abhängig ist. Hier unterscheidet man zwischen Gleichdruck- (Pelton-, Durchströmturbinen) und Überdruckturbinen (Francis-, Kaplanturbinen). Während Gleichdruckturbinen alleine durch die kinetische Energie des Wassers angetrieben werden, wird bei Überdruckturbinen auch die potentielle Energie direkt für den Antrieb genutzt. Wasserkraftanlagen können, abhängig vom Zufluss und der eingesetzten Turbine, Wirkungsgrade von über 90% erreichen.

Die Bedeutung der Wasserkraft

Der Nutzen von Stauanlagen ist sehr vielseitig und beschränkt sich bei weitem nicht nur auf die energetische Nutzung der Wasserkraft. Oftmals stehen sogar andere Aspekte im Vordergrund. Das Kraftwerk Schwammenaul ist an die Rurtalsperre  angeschlossen, deren vorrangige Aufgabe im Hochwasserschutz und der Niedrigwasseranreicherung der Rur, sowie der Trinkwasserversorgung des Großraums Aachen und der Eifel besteht. Die Kraftwerke an Mosel und Saar sind an Stauanlagen angeschlossen, die errichtet wurden, um eine Schiffbarkeit der Flüsse zu erreichen. Außerdem gewährleisten Staustufen eine Sohl- und Grundwasserstabilisierung und sind oftmals auch eine touristische Attraktion. Stauanlagen können auch einen hohen ökologischen Wert haben.

Pumpspeicherkraftwerke (PSW) ohne natürlichen Zufluss, obwohl zweifelsfrei Wasserkraftwerke, sind keine Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung. Sie nutzen das Element Wasser, um Energie zu speichern. Die Einsatzmöglichkeiten solcher Anlagen sind sehr vielschichtig. Zu verbrauchsarmen Zeiten kann Strom bezogen und zu verbrauchsstarken Zeiten wiedereingespeist werden. Da PSW im Falle eines großflächigen Stromausfalls ohne Fremdstrombezug starten können, also schwarzstartfähig sind, kann das Stromnetz ausgehend von diesen Anlagen neu aufgebaut werden. Sie bilden somit in einem solchen Fall das Rückgrat der europäischen Stromversorgung!

Technisch bedingt benötigen PSW nur eine sehr geringe Zeit um zu starten. Kein anderer Kraftwerkstyp ist so schnell und flexibel wie Pumpspeicherkraftwerke, weshalb diese Sprinter der Stromerzeugung oftmals dazu eingesetzt werden, unvorhersehbare Abweichungen von Erzeugung und Nachfrage im Stromnetz, durch die Bereitstellung  von Regelenergie, auszugleichen. Diese Aufgabe wird, durch den steigenden Anteil fluktuierender Einspeisung aus EEG-Anlagen, immer bedeutender. Pumpspeicherkraftwerke sind somit Garant für die Versorgungssicherheit, insbesondere im Zeitalter der Erneuerbaren Energien!

Da eine konstante Spannung im Stromnetz für einen funktionierenden und zerstörungsfreien Betrieb aller elektrischen Verbraucher, wie z.B. Kühlschränke oder Computer, unerlässlich ist, wird diese von allen Großkraftwerken kontinuierlich geregelt. Dazu wird insbesondere der Blindstrom, der Teil des Stroms der z.B. für den Betrieb von Motoren notwendig ist, aber auch durch viele Anwendungen ungewollt entsteht, permanent reguliert. Pumpspeicherkraftwerke sind so konstruiert, dass sie im Leerlauf, dem sogenannten Phasenschieberbetrieb, die Blindleistungsregelung und damit diesen Teil der Spannungshaltung im Netz übernehmen können. Da EEG-Anlagen, wie Windkraft- oder Photovoltaikanlagen, bislang keine Möglichkeit zur Blindleistungsregelung haben, sind Pumpspeicherkraftwerke die notwendige Basis zur Integration der Erneuerbaren Energien!