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Wasserkraft

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Wasserkraft

Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, soll immer mehr Strom mittels nachhaltigen Formen der Energiegewinnung erzeugt werden. Die Wasserkraft ist eine dieser Energiegewinnungsarten und hat ein sehr großes Potenzial. Neben den Wasserkraftwerken für Fließgewässer gibt es mittlerweile, durch die rasante Entwicklung, auch Wasserkraftwerke für die Ozeane und Meere.

Strom aus Wasserkraft

Die Energie des Wassers kann umgewandelt werden zu Strom. Der Vorteil daran ist, dass keine fossilen Brennstoffe wie Öl, Kohle oder Gas benötigt werden. Die Stromgewinnung aus Wasserkraft gehört daher auch zu den erneuerbaren Energien.

Erneuerbare Energie arbeitet mit Energieträgern, die unendlich sind oder schnell wieder nachwachsen können.

Wasserkraft ist die Energie von gespeichertem oder fließendem Wasser.

Weitere Arten der erneuerbaren Energien sind die Sonnenenergie, die Erdwärme sowie die Windenergie.

Dabei spielt die Sonne nicht nur für die Sonnenenergie eine wichtige Rolle. Auch für die Windenergie und die Wasserkraft ist sie vonnöten. Wind entsteht erst durch die Sonne und für die Wasserkraft ist der Wasserkreislauf wichtig. Ansonsten würden Flüsse und Stauseen austrocknen, da kein neues Wasser hineinfließt und das gesamte Wasser in den Meeren wäre. Durch den Wasserkreislauf verdunstet es jedoch und regnet dann wieder ab.

Der Vorteil der erneuerbaren Energie gegenüber der Stromerzeugung mittels der Verbrennung von fossilen Brennstoffen liegt darin, dass kein CO₂ freigesetzt wird. Dieses wirkt sich schädlich auf das Klima aus.

Mehr über erneuerbare Energien kannst Du in der Erklärung darüber lesen. Zu jeder der genannten Formen der Energiegewinnung gibt es auch eine separate Erklärung, die Du lesen kannst, wenn Du mehr darüber erfahren möchtest!

Wasserkraftwerk

Um die Energie des Wassers nutzbar zu machen, indem sie in elektrische Energie umgewandelt wird, werden Wasserkraftwerke benötigt.

Die bekannteste Art der Wasserkraftwerke ist die, in der die Strömungsenergie von Fließgewässern umgewandelt wird.

Wasserkraftwerk – Aufbau

Je nach Art des Wasserkraftwerks unterscheidet sich der Aufbau. Die meisten Wasserkraftwerke bestehen aus einer Turbine, einem Getriebe und einem Generator. Pumpspeicherkraftwerke hingegen besitzen zusätzlich noch zwei Wasserauffangbecken, die essenziell sind. Auch anders aufgebaut ist das Wellenkraftwerk.

Wasserkraft – Funktionsweise

Bei der Wasserkraft wird die kinetische oder potenzielle Energie des Wassers in elektrische Energie umgewandelt. Dies passiert mittels des Wasserkraftwerks.

Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie und ermöglicht es, durch die Energie eine Bewegung zu verrichten.

Potenzielle Energie ist die Lageenergie oder Höhenenergie, bei der durch eine bestimmte Lage eine Bewegung verrichtet werden kann.

Wasser strömt dabei in die Turbine des Wasserkraftwerks und diese beginnt sich durch den Druck des Wassers zu drehen. Von der Turbine wird die Energie mittels eines Getriebes weiter an einen Generator geleitet. Der Generator wandelt die Energie in elektrische Energie um und diese kann in das Stromnetzwerk geleitet werden.

Wasserkraft – Arten

Es gibt verschieden Arten von Wasserkraftwerken. Zum einen wird zwischen großen und kleinen Wasserkraftwerken unterschieden. Die kleinen Kraftwerke erzeugen weniger als ein Megawatt Strom und die großen über ein Megawatt.

Die kleinen Wasserkraftwerke sind meist Speicher- und Laufwasserkraftwerke mit einer geringen Fallhöhe, wenig Wasser und dadurch auch wenig Leistung.

Eine Megawattstunde oder kurz MWh, ist eine Einheit für die Energieerzeugung oder den Verbrauch. In vielen Bereichen wird statt der Megawattstunde die Kilowattstunde verwendet. 1.000 Kilowattstunden sind eine Megawattstunde.

Am meisten wird zwischen Lauf- und Speicherkraftwerk unterschieden. Die Art der Wasserkraftwerke, die überwiegen, sind die Laufwasserkraftwerke. Einen geringeren Anteil machen die Speicherkraftwerke aus.

Laufwasserkraftwerk

Ein Laufwasserkraftwerk nutzt die Strömung von Fließgewässern zur Stromerzeugung.

Fließgewässer sind alle Gewässer, deren Wasser fließt, also in ständiger Bewegung ist.

Die Stromerzeugung läuft daher dauerhaft, solange es fließendes Wasser gibt. Jedoch ist Leistung abhängig von der Wassermenge. Wenn weniger Wasser durch das Kraftwerk fließt, ist auch die Wasserkraft dementsprechend geringer. Somit kann weniger Energie umgewandelt werden.

Einige Laufwasserkraftwerke haben auch einen Staudamm. Dieser ermöglicht es, das Wasser anzustauen und dann mit einer höheren Fließgeschwindigkeit in die Turbinen fließen zu lassen, wodurch mehr Energie erzeugt werden kann.

Speicherkraftwerk

Speicherkraftwerke funktionieren anders. Diese arbeiten mit Talsperren beziehungsweise Stauseen, in denen das Wasser gespeichert werden kann und Strom erzeugt wird, wenn dieser benötigt wird.

Es kann also reguliert werden, ob Wasser in das Kraftwerk fließt oder nicht. Meistens arbeiten die Speicherkraftwerke mit potenzieller Energie, also der Höhenenergie. Das bedeutet, das gespeicherte Wasser befindet sich in einem Speicher, der höher liegt als das Wasserkraftwerk selbst. Wenn es benötigt wird, fließt das Wasser nach unten und die potenzielle Energie des Wassers kann umgewandelt werden.

Pumpspeicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerke funktionieren fast so wie Speicherkraftwerke. Sie sind nur hinsichtlich einer Funktion verbessert. Die Funktionsweise ist daher auch identisch bis zu dem Punkt, wo das Wasser das Kraftwerk verlässt.

Bei dem Pumpspeicherkraftwerk gelangt das Wasser zwar auch am Ende in einen See, jedoch kann es wieder zu dem Stausee vom Anfang hoch gepumpt werden. Dazu wird auch etwas Strom benötigt, weshalb es nur gemacht wird, wenn vorher mehr Strom als benötigt erzeugt wurde.

Gezeitenkraftwerk

Ein Gezeitenkraftwerk liegt im Meer und ist abhängig von den Gezeiten, funktioniert ansonsten aber wie ein Laufwasserkraftwerk.

Gezeiten nennt man die periodische Wasserbewegung in Meeren, bei denen der Wasserspiegel ansteigt und wieder sinkt.

Wenn der Wasserstand gestiegen ist, ist Flut und wenn das Wasser niedrig steht, ist Ebbe.

Weiteres zu den Gezeiten findest Du in der Erklärung zu den Gezeiten.

Die Gezeitenkraftwerke liegen im Meer, wo bei Ebbe das Wasser in Richtung Meer fließt und absinkt und bei Flut wieder zurück Richtung Land fließt und ansteigt.

Je nachdem, ob also Ebbe oder Flut ist, wird die Turbine in die eine oder in die andere Richtung angetrieben.

Wellenkraftwerk

Auch Wellenkraftwerke gibt es hauptsächlich im Meer, da die Energie von den Wellen benötigt wird. Diese Art der Wasserkraftwerke befindet sich allerdings noch in der Testphase. Die Gewinnung von elektrischer Energie mittels Wellen funktioniert mit einem Kraftwerk, das anders konstruiert ist als die anderen.

Der wichtigste Bestandteil ist eine hydraulische Kammer. Das ist eine Art Raum, der mit Wasser und Luft arbeitet. Wenn eine Welle kommt, wird die Luft in der Kammer nach oben verdrängt und wenn die Welle weg ist, sinkt die Luft wieder ab.

Durch den Wechsel von einströmendem und ausströmendem Wasser wird die Turbine und der Generator angetrieben. Die entstehende Energie wird in Strom umgewandelt.

Wasserkraftwerk – Wirkungsgrad

Die Effizienz von Energiegewinnung wird anhand des Wirkungsgrads beschrieben.

Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel Energie von der zugeführten Energie zu der nutzbaren Energie umgewandelt werden kann.

Wie bei jeder Art der Energieumwandlung kann bei Wasserkraft nicht die gesamte Energie umgewandelt werden. Ein Teil der Wasserkraft geht durch entstehende Wärme oder Schall verloren und kann somit nicht in elektrische Energie umgewandelt werden. Das liegt etwa an der Turbine und dem Generator, wo durch die Drehbewegung Wärme entsteht.

Jedoch ist die Wasserkraft im Vergleich zu den anderen erneuerbaren Energien effizient. 85 % bis 90 % der Energie des Wassers können zu elektrischer Energie umgewandelt werden, wobei der Wirkungsgrad bei der Sonnenenergie bei nur rund 20 % liegt1.

Wasserkraft – Vor- und Nachteile

Wie bei allen erneuerbaren Energien hat auch Wasserkraft die Vorteile, dass kein Kohlenstoffdioxid gebildet wird und keine Rohstoffe benötigt werden. Das ist gut für den Klimawandel, denn bei der Energiegewinnung mittels fossilen Brennstoffen wie Kohle entsteht bei der Verbrennung viel Kohlenstoffdioxid und andere Gase, die den Klimawandel vorantreiben.

Zudem bieten die Stauseen von bestimmten Wasserkraftwerken einen guten Hochwasserschutz. Das Wasser kann gestaut werden oder dosiert ablaufen.

Jedoch ziehen Wasserkraftwerke auch einige Nachteile mit sich. Wasserkraftwerke sind ein großer Eingriff in die Natur. Die Flora und Fauna wird gestört. Dies geschieht unter anderem dadurch, dass die Turbinenanlagen für Fische gefährlich sind. Zudem kann das Wasser unterhalb des Kraftwerkes zu wenig werden und damit die Natur beeinflussen.

Nicht vergessen werden darf auch, dass die künstlich angelegten Stauseen für die Entstehung von Kohlenstoffdioxid und Methan verantwortlich sein können. Das kommt dadurch, dass im Boden Reste von Tieren und Pflanzen sind, die mit der Zeit von Bakterien im Wasser zersetzt werden. Je nachdem, ob der Boden sauerstoffhaltig ist oder nicht, entsteht Kohlenstoffdioxid oder Methan, welches aufsteigt.

Diese Gase sind Auslöser vom Treibhauseffekt, der den Klimawandel verstärkt.

Um besser zu verstehen, was der Klimawandel sowie der Treibhauseffekt sind, lies die jeweilige Erklärung dazu.

Wasserkraft – Deutschland

Die südlichen Bundesländer Deutschlands eignen sich am besten zur Umwandlung der Wasserkraft durch die vielen Berge, die sich positiv auf die Fließgeschwindigkeit des Wassers ausüben. Durch die höhere Steigung fließt das Wasser schneller abwärts und es kann mehr Strom erzeugt werden.

Deutschland hat rund 7.300 Wasserkraftanlagen2. Davon sind knapp 6.900 Wasserkraftwerke Kleinwasserkraftwerke und nur die restlichen Wasserkraftanlagen erzeugen mehr als ein Megawatt2. Gemeinsam erzeugen die Anlagen durchschnittlich 5.600 Megawatt2.

Wasserkraft in Deutschland – Zukunft

Die Wasserkraft ist eine lohnenswerte, nachhaltige Energiequelle und nimmt einen hohen Stellenwert ein. Daher wird sie auch in Zukunft eine tragende Rolle beibehalten. Im Süden Deutschlands sollen möglichst alle Wasserkraftwerke funktionsfähig sein. Das bedeutet auch, dass einige ersetzt oder renoviert werden sollen.

Zudem ist es der Plan, die inaktiven Wasserkraftwerke zu reaktivieren. Erreicht werden soll eine Leistungssteigerung bei der Umwandlung der Energie. Dabei soll die auch vermehrt auf die Ökologie der Gewässer geachtete werden.

Damit dieser Plan umgesetzt wird, der Bau von Wasserkraftanlagen finanziell gefördert.

Wasserkraft - Das Wichtigste

  • Die Wasserkraft ist eine erneuerbare Energiequelle.
  • Die meisten Arten von Wasserkraftwerken bestehen aus einer Turbine, einem Getriebe und einem Generator.
  • Kinetische oder potenzielle Energie wird in elektrische Energie umgewandelt.
  • Kleinwasserkraftwerke erzeugen unter einem Megawatt Strom und größere mehr als ein Megawatt.
  • 85 % der Energie des Wassers können zu elektrischer Energie umgewandelt werden und somit ist die Wasserkraft eine sehr effiziente erneuerbare Energiequelle.

Nachweise

  1. enercity.de: Wie funktionieren Wasserkraftwerke? (06.06.2022)
  2. voith.com: Was ist Wasserkraft? (06.08.2022)
  3. erneuerbare-energie.de: Wasserkraft. (07.08.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Wasserkraft

Wasserkraft leicht erklärt ist die Energie von gespeichertem oder fließendem Wasser.

Ein Wasserkraftwerk einfach erklärt ist eine Anlage, die zur Umwandlung der Wasserkraft zu elektrischer Energie dient.

Wasserkraft dient als nachhaltige und effiziente Möglichkeit um Energie zu erzeugen.

Wasserkraft wird durch finanzielle Unterstützung gefördert.

Finales Wasserkraft Quiz

Frage

Aus welchen Teilen bestehen die meisten Wasserkraftwerke?

Antwort anzeigen

Antwort

Aus der Turbine, dem Generator und dem Getriebe.

Frage anzeigen

Frage

Wie viel Megawatt erzeugt ein kleines Wasserkraftwerk?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Megawatt

Frage anzeigen

Frage

Ein Laufwasserkraftwerk nutzt die Strömung von ________ zur Stromerzeugung. 

Antwort anzeigen

Antwort

Fließgewässern

Frage anzeigen

Frage

Was ist der größte Unterschied zwischen Laufwasserkraftwerk und Speicherkraftwerk? 

Antwort anzeigen

Antwort

Laufwasserkraftwerk: läuft immer, solange wie Wasser im Fließgewässer ist und kann nicht reguliert werden

Speicherkraftwerk: bezieht Wasser aus Stausee und kann reguliert werden



Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat das Pumpspeicherkraftwerk zusätzlich im Vergleich zum Speicherkraftwerk?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Wasser kann erneut hoch gepumpt werden, wenn es das Kraftwerk passiert hat.

Frage anzeigen

Frage

Wo findet man meist Gezeitenkraftwerke vor?

Antwort anzeigen

Antwort

In Meeren und Ozeanen

Frage anzeigen

Frage

Der wichtigste Bestandteil eines Wellenkraftwerks ist eine _______.

Antwort anzeigen

Antwort

hydraulische Kammer

Frage anzeigen

Frage

Wie effizient ist die Wasserkraft?

Antwort anzeigen

Antwort

Aus der Wasserkraft können 85 % der Energie umgewandelt werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Vorteile der Wasserkraft.

Antwort anzeigen

Antwort

Mögliche Antworten:

  • Hochwasserschutz
  • keine Rohstoffe benötigt
  • kein Kohlenstoffdioxid

Frage anzeigen

Frage

Wird die Natur durch Wasserkraftanlagen beeinflusst?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja

Frage anzeigen

Frage

Künstlich angelegten Stauseen können zur Entstehung _____ und ______ von beitragen.

Antwort anzeigen

Antwort

Kohlenstoffdioxid und Methan

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Nachteile der Wasserkraftanlagen.

Antwort anzeigen

Antwort

Mögliche Antworten: 

  • Eingriff in die Natur
  • können Kohlenstoffdioxid und Methan Bildung begünstigen
  • gefährlich für Fische


Frage anzeigen

Frage

Wie viele Wasserkraftanlagen hat Deutschland?

Antwort anzeigen

Antwort

rund 7.300

Frage anzeigen

Frage

Ziel ist es, dass zumindest im Süden Deutschlands möglichst alle Wasserkraftwerke _______ sind.

Antwort anzeigen

Antwort

funktionsfähig

Frage anzeigen

Frage

Was ist in den nächsten Jahren Ziel für die Wasserkraft?

Antwort anzeigen

Antwort

Erreicht werden soll eine Leistungssteigerung bei der Umwandlung der Energie.

Frage anzeigen

Frage

Definiere die Wasserkraft.

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserkraft ist die Energie von gespeicherten oder fließendem Wasser.

Frage anzeigen

Frage

Bei der Wasserkraft wird die kinetische oder _____ Energie des Wassers in elektrische Energie umgewandelt. 

Antwort anzeigen

Antwort

potenzielle 

Frage anzeigen

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