Wie funktioniert ein Wasserkraft­werk?

Auf die Idee, die Kraft des Wassers zu nutzen, kamen Menschen schon früh: Man baute Wasserräder in Flussläufe und schon klapperte die Mühle, das Sägewerk oder ein Hammerwerk am rauschenden Bach.

Auch heute nutzen wir die Energie des Wassers. Im Bereich der erneuerbaren Energien ist Wasserkraft besonders wichtig. Anders als Sonne und Wind steht uns Wasser immer zur Verfügung. In Wasserkraftwerken kann rund um die Uhr CO₂-frei und damit klimaschonend Strom produziert werden.

Je nach Bauart unterscheidet man zwischen verschiedenen Kraftwerkstypen. Am häufigsten gibt es die so genannten Laufwasserkraftwerke. Sie sind an Flüssen gebaut und nutzen die Energie des fließenden Wassers. Speicherkraftwerke haben große Stauseen. Pumpspeicherkraftwerke können Energie besonders gut speichern und Gezeitenkraftwerke nutzen die Kraft von Ebbe und Flut.

Laufwasserkraftwerk – darum geht’s.

Im Grunde arbeiten Wasserkraftwerke nicht anders, als die klappernde Mühle am Bach. Während früher jedoch lediglich mechanische Energie erzeugt wurde, können moderne Wasserkraftwerke heute mehr: Sie nutzen die mechanische Energie zur Erzeugung von elektrischer Energie.

Die Kraft des fließenden Wassers wird heute durch eine Wehranlage gesteigert. Das Wasser des Flusses wird gestaut. Hierdurch entsteht ein Höhenunterschied, die so genannte Fallhöhe. Je größer die Fallhöhe des Wassers ist, desto höher ist die Kraft des Wassers, die zur Energiegewinnung genutzt wird.

Das Flusswasser fließt durch große Rohre oder Stollen zum Wasserkraftwerk. Im Kraftwerk wird das Wasser auf Turbinen geleitet. In den Turbinen befindet sich ein Schaufelrad ähnlich einer großen Schiffsschraube, das durch den Aufprall des Wassers in Bewegung gesetzt wird. Die Turbinen treiben Generatoren an, die ähnlich wie bei einem Fahrraddynamo die mechanische Energie des Schaufelrads in Strom umwandeln. Vom Kraftwerk aus wird der Strom transformiert und ins Stromnetz eingespeist. Die manchmal haushohen Turbinen in einem Wasserkraftwerk können somit Strom für hunderttausende Haushalte liefern.

So funktioniert ein Laufwasserkraftwerk.

Was macht ein Wasserspeicherkraftwerk?

Wasserspeicherkraftwerke funktionieren ähnlich wie Laufwasserkraftwerke: Wasser treibt die Turbinen an. Aus der kinetischen Energie des Wassers wird die mechanische Energie der Turbine, die im Generator in elektrische Energie, oder kurz Strom, umgewandelt wird. Für Wasserspeicherkraftwerke wird die Energie des Wassers gespeichert, indem das Wasser eines Flusses zu einem Stausee aufgestaut wird. Je nach Bedarf wird das Wasser des Sees durch das Wasserkraftwerk geleitet und produziert Strom. Im Unterschied zum Laufwasserkraftwerk fließt das Wasser hier also nicht kontinuierlich durch das Wasserkraftwerk, sondern nur dann, wenn zusätzlicher Strom notwendig ist. Ein Wasserspeicherkraftwerk kann also im Prinzip Strom auf Knopfdruck produzieren.

Der Hooverstaudamm in der Nähe von Las Vegas ist das wohl bekannteste Wasserspeicherkraftwerk der Welt.

Wie funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk?

Pumpspeicherkraftwerke erzeugen genau wie die anderen Wasserkraftwerke Strom. Ihr wichtigstes Ziel ist aber nicht, Strom zu erzeugen, sondern Strom zu speichern.

Da elektrischer Strom schlecht gespeichert werden kann, wird im Pumpspeicherkraftwerk Wasser als Speichermedium genutzt.

Für ein Pumpspeicherkraftwerk werden große Wassermengen aus einem Fluss in einem Stausee oder in einem großen Speicherbecken aufgestaut. Während in Laufwasserkraftwerken und Stauwasserkraftwerken das Wasser zurück in den Fluss fließt, wird es in einem Pumpspeicherkraftwerk in einem Becken aufgefangen.

Befindet sich überschüssiger Strom im Stromnetz, weil zum Beispiel in der Nacht wenig Strom benötigt wird, fließt dieser Strom ins Pumpspeicherkraftwerk. Hier treibt er eine Pumpe an, die das Wasser aus dem unteren Becken zurück in das Oberbecken pumpt. Der Strom in den Pumpen wird zunächst in kinetische Energie und danach in die potenzielle Energie des Wassers umgewandelt. Das Wasser wird auf ein größeres Höhenniveau angehoben und dort gespeichert. Das Stromnetz ist entlastet, ohne dass Energie verloren geht.

In Spitzenlastzeiten, in denen viel Strom benötigt wird, wird das Wasser wieder zurück nach unten zum Pumpspeicherkraftwerk geleitet. Dort treibt es die Turbinen an, die die kinetische Energie des Wassers in elektrische Energie zurückwandeln. Der so erzeugte Strom kann wieder ins Stromnetz eingespeist werden.

So funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk.

Wie arbeitet ein Gezeitenkraftwerk?

Gezeitenkraftwerke nutzen die Energie von Ebbe und Flut aus, um Strom zu erzeugen. Sie stehen überall dort, wo es Gezeiten gibt: am Meer oder in großen Flussmündungen.

Die Wasserströmungen des Meeres bei Ebbe und Flut treibt in Gezeitenkraftwerken große Wasserturbinen an und erzeugen über einen Generator Strom. Die Turbine kann sowohl bei Flut in die eine Richtung als auch bei Ebbe in die andere Richtung angetrieben werden. Ein großer Tidenhub ist für Gezeitenkraftwerke gut, da so mehr Strom erzeugt werden kann.

Im Unterschied zu Wasserkraftwerken und Stauseekraftwerken beeinflussen Gezeitenkraftwerke kaum die Natur. Gezeitenkraftwerke sind aber auf Wasserströmungen von Ebbe und Flut angewiesen und können nicht kontinuierlich Strom liefern.

Die Wasserbewegung durch Ebbe und Flut wird durch ein Gezeitenkraftwerk nutzbar.

Wasserkraftwerke und die Umwelt.

Generell gilt: Wasserkraftwerke sind umweltfreundlich! Sie verursachen kein CO2 bei der Stromproduktion und verbrauchen keine Rohstoffe. Das genutzte Wasser wird zurück in die Flüsse geleitet und sogar noch verbessert: Die Turbinen des Kraftwerks reichern das Wasser mit Sauerstoff an. Eingriffe in die Natur, wie die Änderung von Flussläufen, werden heute ausgeglichen. Es werden Fischpässe gebaut, damit Fische flussaufwärts zu ihren Laichplätzen wandern können, oder es wird nur ein Teil des Flusses für das Wasserkraftwerk genutzt.

In Deutschland werden rund 10 Prozent des regenerativen Stroms aus Wasserkraft gewonnen. Rund 400 große Wasserkraftwerke mit einer Leistung von jeweils mehr als 1 Megawatt und rund 7.500 kleine Wasserkraftwerke, die weniger als 1 Megawatt produzieren, tragen ihren Teil zum Strommix bei.