Wasserkraft und beispiel walchenseekraftwerk
Das Wasserkraftwerk
Wasserkraft als Energiequelle ist laut der Studie "Wasserkraftanlagen als erneuerbare Energiequelle" nicht immer umweltfreundlich und ökologisch sinnvoll. Bei kleinen Anlagen, die nur einen geringen Beitrag zur umweltfreundlichen Energieerzeugung liefern überwiegen die Nachteile. Jede Anlage greift in das Ökosystem von Flüssen ein und kann zum Teil durch Turbinen Fischbestände schädigen. Aus Kraftwerken aus großen Flüssen muss das Optimum herausgeholt werden, da diese Gewässer ohnehin als Schifffahrtsstraßen genutzt oder aus Gründen des Hochwasserschutzes aufgestaut werden.
Schon jetzt ist Wasserkraft die wichtigste erneuerbare Energiequelle in Deutschland. Besonders in den südlichen Bundesländern wird das natürliche Gefälle von Fließgewässern für die Stromerzeugung genutzt.
Das Potenzial ist laut der Studie schon zu 70% ausgeschöpft.
Prinzip der Stromerzeugung in einem Wasserkraftwerk
Das Wasser vom Speicherbecken wird durch die Druckrohrleitung und durch das Anzugsrohr zur Turbine befördert. Die Turbine treibt den Generator an, so dass im Kraftwerk Strom erzeugt werden kann. Der Strom wird durch den Umspanner in die richtige Einheit verwandelt. Anschließend fließt er durch Stromleitungen in die einzelnen Haushalte.
Energiegewinnung in Bayern
In der Zeit von 1980 bis 1996 stieg die Wasserkraft in KWh nur gering an.
Währenddessen die Wärmekraft in derselben Zeit um fast das Doppelte anstieg.
Die Energie des Wassers
Das Wasser besitzt eine Energie der Lage (die potentielle Energie). Sobald das Wasser sich bewegt, wird die potentielle Energie in Bewegungsenergie verwandelt. Je mehr und je schneller das Wasser
fließt, desto größer ist die Energie.
Die verschiedenen Pumpen
Die Francisturbine
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Die Kaplanturbine
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Die Pelton- Turbine
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Verschiedene Arten von Wasserkraftwerken
Laufwasserkraftwerk:
Sie liegen an Gefällen, da die Durchflussmenge recht groß ist,
denn umso größer das Gefälle und der Durchfluss ist, desto mehr Leistung kann erzielt werden. Aufgrund eines geringen Gefälles werden Kaplanturbinen eingesetzt.
Speicherkraftwerk:
Das Kraftwerk verwendet das Wasser aus hochgelegenen natürlichen Seen oder künstlichen Stauseen. Diese werden meist in der Mittagszeit in Betrieb gesetzt, um auftretende Spitzen im Stromnetz abzudecken. Je nach Fallhöhe werden Francisturbinen oder Pelton -Turbinen eingesetzt.
Pumpspeicherkraftwerk:
In der Schwachlastzeit wird das Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken gepumpt. In der Starklastzeit wird es vom Oberbecken in das Unterbecken geleitet, um andere Kraftwerke zu unterstützen. Pumpspeicherkraftwerke können bei totalem Stromausfall die umliegenden Kraftwerke anfahren.
Genauere Erklärung der Turbinen
Die Francis-Turbine
Historische Entwicklung
Die Turbine wurde 1849 von dem anglo- amerikanischen Ingenieur James B. Francis entwickelt. Ihr Ursprung liegt bei Benoit Fourneyron aus dem Jahr 1824.
Einsatzbereich
Die Turbine ist der verbreiteste Turbinentyp. Ihr Einsatzbereich liegt vor allem bei mittlerer Fallhöhe des Wassers und mittleren Durchflussmengen. Sie kann auch als Pumpe verwendet werden, indem man die Turbine und einen Generator zur sogenannten Pumpturbine zusammenschließt.
Wirkungsprinzip
Das Wasser wird hier durch ein feststehendes "Leitrad" mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenläufigen gekrümmten Schaufeln des Laufrads gelenkt. Das Wasser gelangt durch ein Schneckenförmiges Rohr, die Spirale, in die Turbine. Die Schaufeln des "Leitrades" können an den zur Verfügung stehenden Wasserdruck angepasst werden. Durch ein Saugrohr an der Turbinenachse wird das Wasser abgeleitet.
Die Kaplanturbine
Historische Entwicklung
Die Turbine wurde vom österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan 1913 entwickelt.
Einsatzbereich
Sie eignet sich besonders für Flüsse bei, denen große Wassermengen bei geringem Gefälle zur Verfügung stehen.
Die Turbinen werden vertikal in das Flusskraftwerk für Fallhöhen bis max. 65m. eingebaut.
Wirkungsprinzip
Das Laufrad gleicht bei dieser Turbine einer Schiffschraube, deren Schaufeln verstellbar sind. Es wird vom Wasser umströmt und treibt einen Generator an. Das Leitwerk sorgt dafür, dass das Wasser parallel zur Welle auf die Schaufeln trifft.
Durch die hydraulisch verstellbaren Laufradschaufeln kann die Turbine doppelt reguliert werden. Dadurch kann sie besser auf die jeweilige Wassermenge und Fallhöhe eingestellt werden.
Die Pelton - Turbine
Historische Entwicklung
Die Turbine wurde im Jahr 1880 von dem amerikanischen Ingenieur Lester Pelton konstruiert und ist eine sog. Freistrahlturbine. Sie geht auf die Konstruktion des deutschen Arztes und Physikers Johann Andreas von Segner zurück.
Einsatzbereich
Die Turbine wird bei Fallhöhen von ca.
350 m bis ca. 1800m bei vergleichsweise geringen Wassermengen eingesetzt.
Wirkungsprinzip
Bei der Turbine strömt das Wasser mit hohem Druck und sehr hoher Geschwindigkeit aus einer oder mehreren Düsen auf die Schaufeln des Laufrades. Bei der Fallhöhe von 1000 m. kann der Wasserstrahl eine Geschwindigkeit von nahezu 500 km/h erreichen. Sie verbraucht je nach Bauart und Fallhöhe zwischen 20 und 8000 l.
Wasser pro Sekunde. Die Drehzahl beträgt bis zu 3000 Umdrehungen pro Minute.
Das Walchenseekraftwerk
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Die Geschichte
Die Idee entstand um die Jahrhundertwende in München. Oskar von Miller leitete das Projekt bei der obersten Baubehörde des bayerischen Staatsministeriums des Inneren die entscheidenden Schritte zur Realisierung ein. Das Projekt teilte verschiedene Meinungen, zum einem Begeisterung, zum anderem Warnungen vor dem vermessenen Eingriff in die Natur. Am 21.
Juni 1918 stimmte der bayerische Landtag dem Bau des Walchenseekraftwerks zu. Am 24. Januar 1924 trieb das Walchenseewasser am Ufer des Kochelsees zum ersten mal eine Turbine an.
Der Weg des Wassers
Um genügend Zufluss zu bekommen, wird zusätzlich Wasser aus der Isar und dem Rißbach dem Walchensee zugefügt. Bei Urfell fließt das Wasser in einen 1.200 m langen Stollen, der im Wasserschloss (das den Ausgleich bei einem plötzlichen Wechsel im Wasserbedarf regelt) mündet.
Von dort schießt das Wasser durch die rund 450 m Rohrbahn zu den Turbinen. Die sechs Rohre sind für einen Überdruck von 40 % berechnet. Die Maschinenhalle ist über 100 m lang. Vier Rohre münden in je eine Francisturbine (24.000 PS Leistung), verbunden mit je einem Drehstromgenerator (23.000-25.
000 kVA). Die vier Pelton -Freistrahl-Turbinen (18.000 PS) bekommen von den beiden übrigen Rohren ihr Wasser. An diese sind vier Einphasenstromgeneratoren (12.500-16.000 kVA) angeschlossen.
Die damals größten Einphasengeneratoren Europas erzeugen Strom für den Zugbetrieb der Deutschen Bahn. Alle Turbinen schlucken bei voller Leistung zusammen 84 m³ in der Sekunde. Nachdem das Wasser seine Arbeit geleistet hat, fließt es durch den Unterwasserkanal des Kraftwerkes in den Kochelsee zurück.
Der Weg des Stroms
Der Strom nimmt den Weg durch Kabel von den Generatoren zu den Transformatoren. Hier wird die Energie von der Maschinenspannung (6.600 V) auf die Spannung des die Energie abtransportierenden Netzes (110.
000 V) angehoben. Über Leistungs- und Trennschalter fließt der Strom zu den Freileitungen und damit "ins Netz".
Die Bedeutung des Kraftwerkes
Für das Bayernwerk nimmt das Walchenseekraftwerk eine große Bedeutung als Erzeuger wertvollen Spitzenstroms an. Das Kraftwerk gehört zur Kategorie der Spitzenlastkraftwerke.
Im Gegensatz zu Kohle - oder Kernkraftwerken kann es mit voller Leistung in Minutenschnelle eingesetzt werden. Das Walchenseekraftwerk ist mit einer durchschnittlicher Jahreserzeugung 320.
000.000 kWh eines der größten Hochdruckspeicher-Kraftwerke Deutschlands.
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