Реферат на тему:

Energie aus Wasserkraft

Inhaltsverzeichnis:

Quellenverzeichnis Seite 2

Geschichte Seite 3

Wasserkraftwersarten Seite 3 —

Quellenverzeichnis

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Esslinger Zeitung Nr. 128 Seite 1

Vorteile:

Wir haben ein sehr grosses Problem in dieser Welt, weil wir zu
bestimmten Zeiten sehr viel Strom brauchen. Diese kann man aber nicht
immer ausrechnen oder vorhersagen. Wir haben aber nicht sehr viele
Stromspeicher, deshalb brauchen wir Kraftwerke mit denen wir jeder Zeit
(eine andere Art von) Storm herstellen koennen. Das heisst hier sind
Wasserkraftwerke sehr nuetzlich. Da man z.B. bei einem
Pumpspeicherkraftwerk einen Stausee hat von dem man in Sekundenschnelle
das Wasser ablassen kann, welches durch die Turbinen fliesst die dann
Strom erzeugen. Andere Kraftwerke wie Kernkraftwerke oder Windkraftwerke
sind in ihrer Stromherstellung nicht so schnell zu beeinflussen, das
Windkraftwerk koennen wir z.B. selbst gar nichts Steuern.

Durch die Stromproduktion aus Wasser schaden wir auch nicht der Umwelt,
weil hier keine Abgase frei werden.

Nachteile:

Wir koennen diese Wasserwerke nur an bestimmten Stellen bauen da wir ein
bestimmtes Gefaelle dafuer benoetigen, bzw. einen See, ausdem man das
Wasser ablassen kann.

Was noch sehr gegen ein Wasserkraftwerk spricht ist, dass es sehr viel
Platz in Anspruch nimmt.

Daten und Fakten:

Das groesste Wasserwerk in Russland liefert in der Stunde 6 Gigawatt
Strom. Diese Menge an Storm braeuchte man fuer 2 Fussballplaetze die
Zimmerhoch mit 100 Watt Birnen gelagert sind. Der groesste Tidenhub von
21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig. Der Groesste Stausee
betragt 250 Kubikkilometer, der Bodensee hat im vergleich gerade mal 48
Kubikkilometer. Fuer den Bau eines Kraftwerkes muessen genaue
Vorschriften eingehalten werden:

Geschichte:

Die Wissenschaftler schaetzen, dass es schon vor ueber 3000 Jahren
Wasserraeder gab, Sie wurden damals aber nur zur Bewaesserung der Felder
verwaendet. Sie wuerden frueher nur einfach aus Holz gebaut und pumpten
das Wasser auf eine Holzrinne, so konnte das Wasser fuer die Felder
schneller dort hin gebracht werden, wo es gebraucht wurde. Spaeter
verwendeten auch die Mueller Wasserraeder um das Korn zu mahlen. Heute
verwenden wir es zur Stromgewinnung. Wir produzieren von unserem Strom
ca. 5% nur aus Wasserkraft.

Wasserkraftwerke:

Es gibt verschieden Arten von Wasserkraftwerken die alle ein wenig
anders funktionieren es gibt z.B.

Laufwasserkraftwerk

Speicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerk

Gezeitenkraftwerk

Gletscherkraftwerk

Wellenkraftwerk Schema eines Pumpspeicherkraftwerks

Das Laufwasserwerk ist die einfachste Art von Wasserkraftwerken. Es
funktioniert nach der alten Art und Weise. Hierzu braucht man ein
Gewaesser und ein Wasserrad, dieses ist auf einem Lager gelagert und
wird somit durch die Wassergeschwindigkeit angetrieben. Das
Laufwasserwerk bringt staendig Strom in das Netz es Laeuft 24 Stunden am
Tag immer im gleichen Betrieb. Der Nachteil von diesem Wasserwerk ist
das man die Geschwindigkeit des Rades nicht regulieren kann. Dies sieht
man z.B:

Das Speicherkraftwerk wird mit einem Stausee betrieben. Man
unterscheidet hier zwischen Tages-, Monats-, Jahresspeicher. Diese
Wasserwerke werden zu den Hauptverbrauchszeiten eingesetzt. Man kann
hier selbst die Regulierung uebernehmen und somit zu bestimmten Zeiten
viel Energie gewinnen. Durch das Aufstauen kann man auch Hochwasser
regulieren, Trinkwasser und Bewaesserungswasser speichern. Das dies aber
sehr viel Platz in Anspruch nimmt ist ein sehr grosser Nachteil.

Das Pumpspeicherkraftwerk dient zur Haltung der Netzfrequenz,
Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke
ausfallen. In diesem Kraftwerk gibt es ein hoeher gelegenes Becken und
ein niedrig gelegenes Becken. Am Tag wenn am meisten Strom verbraucht
wird, wird das Wasser durch Turbinen und Generatoren nach unten in das
niedrigere Becken gelassen. In der Nacht wird das Wasser mit dem
billigen Nachtstrom wieder nach oben gepumpt. Hier dienen die Trubinen
als Pumpen. Diese Art von Wasserkraftwerk gibt es z. B. in Luxenburg in
dem Vianden Kraftwerk dies ist eins der groessten Wasserwerke und kann
jederzeit 1100 Megawatt Strom liefern. Wir haben auch in Deutschland ein
solches Kraftwerk es liegt am Schluchtsee der suedoestlich von Freiburg
ist. Das Kosten/Nutzverhaeltnis stimmt bis jetzt nicht ueber ein. Doch
die Idee von “Werner und Siemens“ wird weiterentwickelt um dieses
Problem zu beheben oder wenigstens zu verringern.

Das Gezeitenkraftwerk nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus. Das
Wasser wird zweimal durch die Turbinen geleitet. Es wird das erste Mal
gefuellt wenn bei der Flut der Wasserspiegel steigt wenn bei Ebbe der
Wasserspiegel wieder sinkt wird es ein zweites mal durch die Turbinen
geleitet. So kann man bis 140 Megawatt Strom in der Stunde erzeugen. Das
ganze lohnt sich aber nur bei grossen Tiefenhueben wie bei Saint Malo wo
das Wasser 13.5 Meter faellt und somit durch 10 Turbinen geleitet werden
kann, die in einer 750 Meter langen Staumauereingebaut sind.

Das Gletscherkraftwerk besteht aus einem Stausee, in dem man das
Schmelzwasserstaut und Turbinen die dann die Generatoren in Betrieb
setzten.

Das Wellenkraftwerk soll es sogar auch geben. Dies ist aber sehr kosten
aufwendig und, schwer zu bauen, da man die Wellen und die Generatoren
auf einer elektrischen Achse lagern muss da die Richtung der Wellen oft
sehr schwankt.

Die Turbine:

Auch hier gibt es wie bei den Wasserkraftwerken verschiedene Arten.

Kaplan-Turbine

Freistrahl-Turbine

Francis-Turbine

Rohr-Turbine

Kaplan- Turbine

Die Kaplan-Turbine wurde 1913 vom oesterreichischen Ingenieur Viktor
Kaplan entwickelt. Sie eignet sich besonders fuer Fluesse, bei denen
grosse Wassermengen bei geringem Gefaelle zur Verfuegung stehen.
Vertikal eingebaute Kaplan-Turbinen werden in Flusskraftwerken fuer
Fallhoehen bis maximal 65 m eingesetzt.

Das Laufrad der Kaplan-Turbine ist einem Schiffspropeller aehnlich.
Durch dessen verstellbare Schaufeln stroemen die Wassermassen und
treiben die Turbine an.

Der Leitapparat der Kaplan-Turbine besteht aus jalousieartigen Lamellen.
Er hat die Aufgabe, die einstroemenden Wassermassen so zu lenken, dass
sie parallel zur Turbinenwelle auf die Schaufeln des Laufrades treffen.

Die Schaufeln werden mit Servomotoren gesteuert. Verstellbar sind sowohl
die Schaufeln des Leitapparats als auch die Schaufeln des Laufrades. Sie
werden den Schwankungen der Wasserfuehrung und des Gefaelles angepasst.
Je nach Einsatzbereich werden Kaplan-Turbinen mit drei bis sechs
Laufradschaufeln gebaut.

Grosse Kaplan-Turbinen sind vorwiegend vertikal eingebaut, so dass das
Wasser von oben nach unten durchstroemt. Eine Kaplan-Turbine im
Donaukraftwerk Aschach hat einen Laufraddurchmesser von 8,4 m und ein
Gesamtgewicht von 1 300 Tonnen. Kaplan-Turbinen laufen aeusserst schnell
und haben einen Wirkungsgrad bis zu 95 %.

Sonderform: TAT-Turbine

Bei kleineren Wasserkraftwerken (max. 10 MW) mit einer Fallhoehe
zwischen 2 und 24 m werden heute TAT-Turbinen (Tubular Axial Turbines)
eingesetzt. Das sind kleinere Kaplan-Turbinen mit vorwiegend vertikaler
Achse. Bei diesen Turbinen kann nur entweder das Laufrad oder das
Leitrad reguliert werden.

Francis-Turbine

Historische Entwicklung

Die Francis-Turbine wurde 1849 von dem angloamerikanischen Ingenieur
James B. Francis entwickelt. Dieses Prinzip geht eigentlich auf Benoit
Fourneyron aus dem Jahre 1824 zurueck. Er liess das Wasser innerhalb
eines geschlossenen Systems zunaechst durch die gekruemmten Schaufeln
eines Leitwerks stroemen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades
trifft und diese in Bewegung setzt. Zum Unterschied von der
Francis-Turbine war bei Fourneyron das Leitwerk 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, da sie universell
einsetzbar sind. Sie werden in Oesterreich bis zu Fallhoehen von 500
Metern eingesetzt.

Das Wasser stroemt durch einen Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln
auf die gegenlaeufig gekruemmten Schaufeln des Laufrades. Die
Wasserzufuhr erfolgt ueber ein schneckenfoermig gekruemmtes Rohr,
Spirale genannt.

Um die Turbinenleistung den Erfordernissen anzupassen, kann das
zustroemende Wasser durch die verstellbaren Schaufeln des Leitapparats
reguliert werden. Das abgearbeitete Wasser fliesst ueber das Saugrohr in
der Verlaengerung der Turbinenachse ab.

Die Turbinenachse kann unterschiedlich gelagert sein. Bei Kraftwerken
mit groesserer Leistung und groesseren Fallhoehen wird sie in der Regel
vertikal eingebaut. So sind im Krafthaus Imst, wo durch die Abkuerzung
einer Flussschleife eine Fallhoehe von 143,5 Metern erzielt wird, 3
Francis-Turbinen mit vertikaler Achse installiert. Bei kleineren
Anlagen, wie z. B. im Kraftwerk Heinfels, ist die Turbinenachse meist
horizontal gelagert.

Weitere Verbesserungen der Fourneyron-Turbine erfolgten 1837 durch den
Deutschen Karl Anton Henschel, den Amerikaner Samuel B. Howd, der 1838
das Laufrad ins Innere des Leitwerks verlegte, sowie den Englaender
James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gekruemmten
Laufradschaufeln entwickelte.

Francis verbesserte dann diese Turbine und erzielte einen Wirkungsgrad
von etwa 90 %.

Francis-Schacht-Turbine

Fuer Leistungen bis 2 Megawatt und Fallhoehen bis etwa 2 Meter eignen
sich Francis-Schacht-Turbinen.

Francis-Spiral-Turbine

Fuer kleinere Kraftwerksanlagen bis maximal 10 Megawatt werden fuer
Fallhoehen zwischen 5 und 170 m standardisierte Francis-Spiral-Turbinen
eingesetzt.

Wasserkraft

Uebersicht:

Mehr als 70 Prozent der Erdoberflaeche sind mit Wasser bedeckt: Meere,
Seen und Fluesse. In ihnen steckt ein gewaltiges Energiepotential, aus
dem sich auch Strom gewinnen laesst. Die ersten Wasserraeder gab es
wahrscheinlich schon vor 3000 Jahren zur Feldbewaesserung. Allein in
Deutschland gibt es mehr als 660 Wasserkraftwerke, die immerhin ca. 5%
des Stromes liefern, 1992 waren es 15.900 GWh. Zwar sind die Baukosten
sehr hoch, aber der Strom ist danach billig, da keine Brennstoffe
verwendet werden. Das Potential in Deutschland ist zwar schon zu 3/4
ausgenutzt, aber die Zahl der Kraftwerke steigt weiter an: Es wird damit
gerechnet, dass bis zum Jahr 2000 fast 2000 neue Kleinkraftwerke gebaut
werden.

Die Kraftwerke bringen wichtige Vorteile fuer die Natur: Es wird kein
Brennstoff verbraucht und damit werden auch keine Emissionen
freigesetzt. Das groesste schleswig-holsteinische Wasserkraftwerk,
Farchau, ersetzt rund 430.000 Liter Heizoel jaehrlich. Zudem werden
Sinkstoffe aus dem Fliesswasser herausgefiltert, was die Wasserqualitaet
wesentlich verbessert. Der Wasserstand bleibt auch konstant. Das schafft
sogar neue Lebensraeume fuer Tiere und Pflanzen.

In Schleswig-Holstein gibt es mehrere Wasserkraftwerke, die Strom in das
Netz der Schleswag einspeisen. Das groesste Kraftwerk, Farchau, liefert
1,6 MW und hat eine Fallhoehe von 30 Metern. Zwei weitere sind
Herrenmuehle mit 0,144 MW bei einer Hoehe von nur 2,4 Metern und
Wellspang mit 0,04 MW mit 4,2 Metern.

Daten und Fakten:

Das groesste Wasserkraftwerk in Krasnoyarsk (Russland) liefert 6 GW
Strom. Das entspricht einer Menge von Hundert-Watt-Gluehlampen (105 cm x
6 cm x 6 cm), die in Zimmerhoehe gestapelt zwei Fussballplaetze fuellen.
Die Fallhoehe des Wassers betraegt bis zu 2 Kilometer. Zum Vergleich:
Kruemmel liefert 0,6 GW, und das Kernkraftwerk Brokdorf 1,326 GW. Der
groesste Tidenhub von 21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig
(Kanada). Der groesste Inhalt eines Stausees betraegt 205
Kubikkilometer, der Bodensee hat gerade mal 48. Der Wirkungsgrad der
Wasserkraftwerke liegt zwischen 80 und 90 Prozent. Beim Auto ist dieser
Wert gerade mal 20%, bei einer Gluehlampe 5%.

Laufwasserkraftwerke:

Laufwasserkraftwerke sind die einfachste und haeufigste Art von
Kraftwerken. Es sind meist Wasserraeder an Fluessen oder Kanaelen. Sie
laufen in staendigem Betrieb und liefern staendig Strom ins Netz. Um den
Druck zu erhoehen, werden die natuerlichen Widerstaende in den Fluessen
verkleinert. Der Sinkstofftransport wird vermindert, und vor allem
werden Fluesse begradigt, wodurch die Erosion abnimmt. Zudem wird die
Fliessgeschwindigkeit des Wassers verringert, um die innere Reibung zu
verkleinern. Meist entsteht der Druck auch noch durch ein Gefaelle, da
das Wasser ueber eine weite Strecke einen Berg hinabfliesst.

Speicherkraftwerke:

Die Speicherwasserkraftwerke werden in Tages-, Wochen-, Monats- und
Jahresspeicher unterteilt. Meistens werden sie zu
Spitzenverbrauchszeiten eingesetzt. Das Wasser, welches in Becken
aufgestaut wird, ist potentielle Energie, die bei Bedarf verwendet wird.
Aber die Stauung dient auch zur Hochwasserrueckhaltung, Regulierung des
Abflusses fuer die Sicherheit der Schifffahrt, zur Speicherung von
Trinkwasser und zur Bewaesserung.

Pumpspeicherwasserkraftwerke:

Pumpspeicherkraftwerke dienen zur Haltung der Netzfrequenz,
Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke
ausfallen.

In einem Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es ein hoeher gelegenes und
ein niedrig gelegenes Wasserbecken. Zu den Tageszeiten, wo der
Stromverbrauch am hoechsten ist, wird das Wasser vom oberen Becken durch
Turbinen und Generatoren in das niedrigere Bassin geleitet. In der Nacht
wird das Wasser dann mit billigem Nachtstrom durch Rohrleitungen wieder
in das obere Becken gepumpt, die Generatoren und Turbinen werden dann
als Pumpen verwendet.

Das Pumpspeicherwasserkraftwerk Vianden in Luxemburg ist eines der
groessten und kann jederzeit 1100 Megawatt liefern. Ein
Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es auch in Deutschland, am Schluchsee,
suedoestlich von Freiburg.

Der groesste Nachteil ist jedoch, dass das Kosten-/Nutzen-Verhaeltnis
bis jetzt nicht uebereinstimmt. Doch man entwickelt die Ideen Werner von
Siemens’ weiter, um dieses Problem zu beheben.

Gezeitenkraftwerke:

Dieser Kraftwerkstyp nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus: Das
Wasser wird zweimal durch Turbinen geleitet: Das erste Mal, wenn es bei
Flut ein Becken fuellt, das zweite Mal, wenn es bei Ebbe wieder aus
diesem Becken herausfliesst. Das lohnt sich aber nur bei grossen
Tidenhueben, zum Beispiel in Saint-Malo an der franzoesischen Kueste.
Das Wasser steigt und faellt hier 13,5 Meter, und es wird jeweils durch
10 Turbinen geleitet, die in einer 750 Meter langen Staumauer eingebaut
sind. Das Kraftwerk liefert 0,24 Gigawatt Strom.

Gletscherkraftwerke:

Auch die zweitgroesste Eismasse der Welt, das Groenlaendische Inlandeis,
wird zur Stromgewinnung eingesetzt. Das Eis hat eine Masse von 2,4
Millionen Kubikkilometern. Der Bodensee hingegen hat nur 48
Kubikkilometer. Bei Gletscherkraftwerken wird ein Schmelzwassersee an
seinem tiefsten Punkt angebohrt, damit man auch im Winter genug Wasser
hat, obwohl die Oberflaeche des Sees gefriert. Dann wird das Wasser
durch ein Rohr unter dem Eis an die Kueste geleitet, wo es in den
Turbinen Strom erzeugt. In Groenland ist bisher nur ein Kraftwerk gebaut
worden, das sein Wasser aus einem 11 Kilometer entfernten See bekommt.
Man schaetzt aber, dass man in Groenland jaehrlich fast 10
Terawattstunden Strom gewinnen koennte!

Wellenkraftwerke:

Sogar die Kraft der Wellen soll fuer die Energiegewinnung genutzt
werden. Aber die Nutzung ist schwierig und vor allem teuer. Die
Kraftwerke muessen auf Plattformen entstehen, die voll automatisiert
funktionieren. Auch der Mechanismus, der die Wellenenergie in
elektrische Energie umwandelt, ist sehr kompliziert, da die Staerke und
Richtung der Wellen stark schwankt.

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