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Wir haben ein sehr großes Problem in dieser Welt, weil wir zu bestimmten Zeiten viel Strom brauchen. Diese können jedoch nicht immer berechnet oder vorhergesagt werden. Aber wir haben nicht viel Stromspeicher, also brauchen wir Kraftwerke , mit denen wir jederzeit (eine andere Art von) Strom produzieren können. Das bedeutet, dass Wasserkraftwerke hier sehr nützlich sind. Denn zum Beispiel in einem Pumpspeicherkraftwerk haben Sie einen Speicher, aus dem Sie das Wasser in Sekundenschnelle ableiten können, das durch die Turbinen fließt, die dann Strom erzeugen. Andere Kraftwerke wie Kernkraftwerke oder Windkraftanlagen können in ihrer Stromerzeugung nicht so schnell beeinflusst werden, wir können beispielsweise die Windkraftanlage nicht selbst steuern. Durch die Stromerzeugung aus Wasser schaden wir auch der Umwelt nicht, denn hier werden keine Abgase freigesetzt. Nachteile: Wir können diese Wasserwerke nur an bestimmten Orten bauen, weil wir dafür ein bestimmtes Ereignis brauchen, oder einen See, aus dem man das Wasser ableiten kann. Gegen ein Wasserkraftwerk spricht, dass es viel Platz einnimmt. Zahlen und Fakten: Das größte Wasserwerk Russlands liefert 6 Gigawatt Strom pro Stunde. Diese Menge an Sturm würde für 2 Fußballfelder benötigt, die raumhoch sind und 100 Watt Glühbirnen speichern. Der größte Tidenhub von 21 Metern ist die Fundabay in Neubraunschweig. Der größte Stau
see ist 250 Kubikkilometer groß, der Bodensee hat nur 48 Kubikkilometer mehr. Für den Bau eines Kraftwerks sind strenge Vorschriften zu beachten: Geschichte: Wissenschaftler schätzen, dass es vor über 3000 Jahren Wasserräder gab, aber sie wurden nur zur Bewässerung der Felder verwendet. Früher wurden sie einfach aus Holz gebaut und pumpten das Wasser auf einen Holzkanal, so dass das Wasser für die Felder schneller dorthin gebracht werden konnte, wo es gebraucht wurde. Später benutzten die Müller auch Wasserräder, um das Getreide zu mahlen. Heute nutzen wir es zur Stromerzeugung. Wir produzieren etwa 5% unseres Stroms ausschließlich aus Wasserkraft . Es funktioniert auf die alte Art und Weise. Dazu benötigt man ein Gewässer und ein Wasserrad, das auf einem Lager montiert ist und somit von der Wassergeschwindigkeit angetrieben wird. Das Fließwasserwerk bringt ständig Strom in das Netz und läuft 24 Stunden am Tag immer im gleichen Betrieb. Der Nachteil dieses Wasserwerks ist, dass man die Geschwindigkeit des Rades nicht regulieren kann. Das Speicherkraftwerk wird mit einem Speicher betrieben. Dabei wird zwischen Tages-, Monats- und Jahresspeicher unterschieden. Diese Wasserwerke werden während der Hauptnutzungszeiträume genutzt. Hier können Sie die Regelung selbst übernehmen und so zu bestimmten Zeiten viel Energie gewinnen. Der Damm kann auch zur Regulierung von Hochwasser, zur Speicherung von Trinkwasser und Bewässerungswasser verwendet werden. Aber dass dies viel Platz beansprucht, ist ein großer Nachteil. Das Pumpspeicherkraftwerk dient der Aufrechterhaltung der Netzfrequenz, der Stabilisierung des Netzes und als Reserveanlage bei Ausfall anderer Kraftwerke . In diesem Kraftwerk gibt es ein höheres und ein niedrigeres Becken. An dem Tag, an dem der meiste Strom verbraucht wird, wird das Wasser von Turbinen und Generatoren in das Unterbecken geleitet. Nachts wird das Wasser mit dem billigen Nachtstrom wieder hochgepumpt. Hier dienen die Trubinen als Pumpen. Diese Art von Wasserkraftwerk gibt es z.B. in Luxemburg (Luxemburg, offiziell Großherzogtum Luxemburg, ist ein Binnenland in Westeuropa) im Vianden (Vianden ist eine Gemeinde mit Stadtrecht im nordöstlichen Luxemburg im Ösling mit über 1.800 Einwohnern) Kraftwerk, das eines der größten Wasserwerke ist und jederzeit 1100 Megawatt Strom liefern kann. Ein solches Kraftwerk haben wir auch in Deutschland , es befindet sich am Schluchtsee südöstlich von Freiburg. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis stimmt bisher nicht überein. Aber die Idee von Werner und Siemens wird weiterentwickelt, um dieses Problem zu lösen oder zumindest zu reduzieren. Das Gezeitenkraftwerk nutzt die doppelte Leistung des Wassers. Das Wasser wird zweimal durch die Turbinen geleitet. Sie wird erstmals gefüllt, wenn der Wasserstand bei Flut steigt, wenn der Wasserstand bei Ebbe wieder sinkt, wird sie ein zweites Mal durch die Turbinen geleitet. Auf diese Weise können Sie bis zu 140 Megawatt Strom pro Stunde erzeugen. Aber das Ganze lohnt sich nur mit großen Tiefenschlägen wie bei Saint Malo (Saint-Malo ist eine ummauerte Hafenstadt in der Bretagne im Nordwesten Frankreichs am Ärmelkanal) wo das Wasser 13,5 Meter fällt und somit durch 10 Turbinen geleitet werden kann, die in einen 750 Meter langen Damm eingebaut sind. Das Gletscherkraftwerk besteht aus einem Speicher, in dem der Schmelzwasserdamm und Turbinen gebaut werden, die dann die Generatoren in Betrieb nehmen. Das Wellenkraftwerk soll sogar existieren. Aber das ist sehr teuer und schwierig zu bauen, denn man muss die Wellen und die Generatoren auf einer elektrischen Achse montieren, weil die Richtung der Wellen oft sehr unterschiedlich ist. Kaplanturbine Freistrahlturbine Francisturbine Rohrturbine Kaplanturbine Kaplanturbine Kaplanturbine wurde 1913 vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelt. Sie eignet sich besonders für Flüsse, in denen große Mengen an Wasser bei geringen Steigungen zur Verfügung stehen. Vertikal installierte Kaplan-Turbinen werden in Flusskraftwerken für Fallhöhen bis zu 65 m eingesetzt. Das Laufrad der Kaplan-Turbine ähnelt einem Schiffspropeller. Die Wassermassen fließen durch ihre verstellbaren Schaufeln und treiben die Turbine an. Die Leitschaufel (Eine Turbine ist eine rotierende mechanische Vorrichtung, die Energie aus einem Fluidstrom gewinnt und in nützliche Arbeit umwandelt) der Kaplanturbine besteht aus lamellenartigen Schaufeln. Seine Aufgabe ist es, die einströmenden Wassermassen so zu lenken, dass sie auf die Schaufeln des Laufrades parallel zur Turbinenwelle treffen. Die Messer werden von Servomotoren gesteuert. Sowohl die Leitschaufeln als auch die Laufradschaufeln sind verstellbar. Sie sind an die Schwankungen des Wasserdurchflusses und des Gradienten angepasst. Je nach Anwendung werden Kaplanturbinen mit drei bis sechs Laufradschaufeln gebaut. Große Kaplan-Turbinen werden überwiegend vertikal installiert, so dass das Wasser von oben nach unten fließt. Eine Kaplanturbine (Die Kaplanturbine ist eine Propeller-Wasserturbine mit verstellbaren Schaufeln) im Donaukraftwerk Aschach hat einen Laufraddurchmesser von 8,4 m und ein Gesamtgewicht von 1.300 Tonnen. Kaplan-Turbinen laufen extrem schnell und haben einen Wirkungsgrad von bis zu 95%. Dabei handelt es sich um kleinere Kaplan-Turbinen mit überwiegend vertikaler Achse. Bei diesen Turbinen kann nur entweder das Laufrad oder das Leitrad geregelt werden. Die Francis-Turbine (Die Francis-Turbine ist eine Art Wasserturbine, die von James B. Francis in Lowell, Massachusetts, entwickelt wurde) wurde 1849 vom angloamerikanischen Ingenieur James B. Francis entwickelt. Dieses Prinzip geht tatsächlich auf Benoit Fourneyron von 1824 zurück. Er ließ das Wasser zunächst in einem geschlossenen System durch die gekrümmten Schaufeln eines Leitwerks fließen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades trifft und diese in Bewegung setzt. Im Gegensatz zur Francis-Turbine hatte Fourneyron den Schwanz im Inneren des Laufrades, und das Wasser musste radial nach außen fließen. Diese von Fourneyron entwickelte Turbine hatte bereits einen Wirkungsgrad von etwa 80%. Auch die Kaplan-Turbine arbeitet im Wesentlichen nach diesem Prinzip. Francis-Turbinen sind am weitesten verbreitet, weil sie universell einsetzbar sind. Sie werden in Österreich für Fallhöhen von bis zu 500 Metern eingesetzt. Das Wasser strömt durch eine Leitschaufel mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufigen Kurvenschaufeln des Laufrades. Die Wasserversorgung erfolgt über ein spiralförmig gekrümmtes Rohr, die so genannte Spirale. Um die Turbinenleistung den Anforderungen anzupassen, kann das einströmende Wasser durch die verstellbaren Schaufeln der Leitschaufeln geregelt werden. Das aufbereitete Wasser fließt über das Saugrohr in der Verlängerung der Turbinenachse ab. Die Turbinenachse kann unterschiedlich montiert werden. Sie wird in der Regel vertikal in Kraftwerken mit höherer Leistung und höherer Förderhöhe installiert. Im Kraftwerk Imst zum Beispiel, wo durch Verkürzung einer Flussschleife eine Fallhöhe von 143,5 Metern erreicht wird, sind 3 Francisturbinen mit vertikaler Achse installiert. In kleineren Anlagen, wie dem Kraftwerk Heinfels, ist die Turbinenachse meist horizontal montiert. Weitere Verbesserungen an der Fourneyronturbine wurden 1837 vom Deutschen Karl Anton Henschel, dem Amerikaner Sam端l B. Howd, der das Laufrad 1838 im Leitwerk bewegte, und dem Engländer James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gebogenen Laufradschaufeln entwickelte, vorgenommen. Francis verbesserte dann diese Turbine und erreichte einen Wirkungsgrad von etwa 90 %. Francis-Wellenturbinen sind für Leistungen von bis zu 2 Megawatt und Fallhöhen von bis zu etwa 2 Metern geeignet. Mehr als 70 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt: Meere, Seen und Flüsse. Sie enthalten ein enormes Energiepotenzial, aus dem auch Strom erzeugt werden kann. Die ersten Wasserräder existierten wahrscheinlich vor 3000 Jahren für die Feldbewässerung. Allein in Deutschland gibt es mehr als 660 Wasserkraftwerke, die rund 5% des Stroms liefern; 1992 waren es 15.900 GWh. Obwohl die Baukosten sehr hoch sind, ist der Strom danach billig, da keine Brennstoffe verwendet werden. Das Potenzial in Deutschland wurde bereits unter 他 ausgeschöpft, aber die Zahl der Kraftwerke steigt weiter: Bis zum Jahr 2000 werden voraussichtlich fast 2000 neue Kleinkraftwerke gebaut. Die Kraftwerke haben wichtige Vorteile für die Natur: Es wird kein Brennstoff verbraucht und somit keine Emissionen freigesetzt. Das größte Wasserkraftwerk Schleswig-Holsteins (Schleswig-Holstein ist das nördlichste der 16 Bundesländer und umfasst den größten Teil des historischen Herzogtums Holstein und den südlichen Teil des ehemaligen Herzogtums Schleswig), Farchau, ersetzt jährlich rund 430.000 Liter Heizöl. Zusätzlich werden Sedimente aus dem fließenden Wasser herausgefiltert, was die Wasserqualität deutlich verbessert. Auch der Wasserstand bleibt konstant. So entstehen sogar neue Lebensräume für Tiere und Pflanzen. In Schleswig-Holstein gibt es mehrere Wasserkraftwerke, die Strom in das Schleswag-Netz einspeisen. Das größte Kraftwerk, Farchau, liefert 1,6 MW und hat eine Förderhöhe von 30 Metern. Zwei weitere sind Herrenm端hle mit 0,144 MW bei einer Höhe von nur 2,4 Metern und Wellspang mit 0,04 MW bei 4,2 Metern. Zahlen und Fakten: Das größte Wasserkraftwerk in Krasnojarsk (Russland) liefert 6 GW Strom. Das entspricht einer Anzahl von hundert Watt Glühlampen (105 cm x 6 cm x 6 cm), die zwei Fußballfelder in Raumhöhe füllen. Die Fallhöhe des Wassers beträgt bis zu 2 Kilometer. Zum Vergleich: Kr端mmel liefert 0,6 GW und das Kernkraftwerk Brokdorf 1,326 GW. Der größte Tidenhub von 21 Metern ist die Fundabay in Neubraunschweig (Kanada). Das größte Volumen eines Stausees beträgt 205 Kubikkilometer, der Bodensee (Bodensee ist ein Rheinsee am Nordfuß der Alpen und besteht aus drei Gewässern: dem Obersee, dem Untersee und einem Verbindungsstück des Rheins, dem Seerhein), hat nur 48 und der Wirkungsgrad der Wasserkraftwerke liegt zwischen 80 und 90 Prozent. Dieser Wert beträgt nur 20% für ein Auto und 5% für eine Glühbirne. Laufwasserkraftwerke: Laufwasserkraftwerke sind die einfachste und häufigste Art von Kraftwerken. Sie sind meist Wasserräder auf Flüssen oder Kanälen. Sie sind im Dauerbetrieb und versorgen das Netz ständig mit Strom. Um den Druck zu erhöhen, werden die natürlichen Widerstände in den Flüssen reduziert. Der Transport von Sedimenten wird reduziert und vor allem die Flüsse werden begradigt, was die Erosion reduziert. Darüber hinaus wird der Durchfluss des Wassers reduziert, um die innere Reibung zu reduzieren. In der Regel wird der Druck auch durch ein Gefälle verursacht, da das Wasser über eine lange Strecke einen Berg hinunterfließt. Speicherkraftwerke: Die Speicherkraftwerke sind in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeicher unterteilt. Sie werden meist zu Spitzenverbrauchszeiten eingesetzt. Das Wasser, das in Pools gespeichert wird, ist potenzielle Energie, die bei Bedarf genutzt wird. Aber auch zur Eindämmung von Hochwasser, zur Regulierung des Abflusses für die Sicherheit der Schifffahrt, zur Speicherung von Trinkwasser und zur Bewässerung. Pumpspeicher-Wasserkraftwerke: Pumpspeicher-Wasserkraftwerke dienen der Aufrechterhaltung der Netzfrequenz, der Stabilisierung des Netzes und als Reserve bei Ausfall anderer Kraftwerke. In einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk (Pumpspeicher-Wasserkraftwerk oder Pumpspeicher-Wasserkraftwerk, ist eine Art von Wasserkraft -Energiespeicher, der von elektrischen Kraftwerken zum Lastausgleich genutzt wird) Kraftwerk gibt es ein höheres und ein niedrigeres Wasserbecken. Zu den Tageszeiten mit dem höchsten Stromverbrauch wird das Wasser aus dem Oberbecken über Turbinen und Generatoren in das Unterbecken geleitet. Nachts wird das Wasser dann mit billigem Nachtstrom durch Pipelines zurück ins Oberbecken gepumpt, die Generatoren und Turbinen werden dann als Pumpen genutzt. Das Pumpspeicherkraftwerk Vianden in Luxemburg ist eines der größten und kann jederzeit 1100 Megawatt liefern. In Deutschland , am Schluchsee südöstlich von Freiburg, gibt es auch ein Pumpspeicher-Wasserkraftwerk. Der größte Nachteil ist jedoch, dass das Kosten-Nutzen-Verhältnis noch nicht überzogen ist. Aber die Ideen von Werner von Siemens werden weiterentwickelt, um dieses Problem zu lösen. Gezeitenkraftwerke: Diese Art von Kraftwerk verbraucht doppelt so viel Energie wie Wasser: Das Wasser wird zweimal durch Turbinen geleitet: Beim ersten Mal füllt es ein Becken bei Flut, beim zweiten Mal fließt es bei Ebbe aus diesem Becken. Dies lohnt sich jedoch nur bei großen Tideschlägen, zum Beispiel in Saint-Malo an der französischen Küste. Das Wasser steigt und fällt 13,5 Meter, und es wird durch jeweils 10 Turbinen geleitet, die in einer 750 Meter langen Staumauer installiert sind. Das Kraftwerk liefert 0,24 Gi-gawatt Strom. Gletscherkraftwerke: Die zweitgrößte Eismasse der Welt, das Grönländische Inlandeis, wird auch zur Stromerzeugung genutzt. Das Eis hat eine Masse von 2,4 Millionen Kubikkilometern. Der Bodensee hingegen hat nur 48 Kubikkilometer. In Gletscherkraftwerken wird an der tiefsten Stelle ein Schmelzwassersee gebohrt, so dass auch im Winter Wasser zur Verfügung steht, obwohl die Oberfläche des Sees gefriert. Das Wasser wird dann durch ein Rohr unter dem Eis zur Küste geleitet, wo es in den Turbinen Strom erzeugt. In Grönland wurde bisher nur ein Kraftwerk gebaut (Grönland ist ein autonomes Mitgliedsland im dänischen Reich zwischen dem arktischen und atlantischen Ozean, östlich des kanadischen arktischen Archipels), das sein Wasser aus einem 11 Kilometer entfernten See bezieht. Es wird jedoch geschätzt, dass Grönland fast 10 Terawattstunden Strom pro Jahr erzeugen könnte! Wellenkraftwerke: Auch die Leistung der Wellen soll zur Energieerzeugung genutzt werden. Aber die Anwendung ist schwierig und vor allem teuer. Die Kraftwerke müssen auf Plattformen errichtet werden, die vollautomatisch arbeiten. Auch der Mechanismus, der Wellenenergie in elektrische Energie umwandelt, ist sehr kompliziert, da die Stärke und Richtung der Wellen stark variieren.