Wasserenergie zur Stromerzeugung nutzen
Rund 70 Prozent der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Diese Ressource kann zur Energiegewinnung genutzt werden. Wasserkraft, auch Hydroenergie genannt, ist eine Form der erneuerbaren Energiegewinnung. Ein großer Vorteil von Wasserkraft ist die Möglichkeit der Regulierung und Planung. Mittels der Energie von Wasser wird Strom erzeugt und in unsere Stromnetze eingespeist. Licht und elektrische Geräte funktionieren also in jedem Haushalt auch dank Wasserkraft. Heizen Sie mit einer Elektroheizung? Dann wird Ihre Stromheizung oder Elektrospeicherheizung ebenfalls zum Teil mit Wasserkraft gespeist. Unser Ratgeber erklärt Ihnen, wie genau Strom aus Wasserkraft gewonnen wird, wie die Nutzung von Wasserkraft entstanden ist und welche ökologischen Bedenken sie mit sich bringt.
Stromerzeugung aus Wasserkraft
Wie wird aus Wasser Strom? Um aus Wasserkraft Strom zu erzeugen, werden die Bewegungsenergie des Wasserstroms und die potenzielle Energie der Höhendifferenz mittels Turbinen in elektrische Energie umgewandelt. Dafür wird das Wasser gestaut und die Bewegungsenergie des abfließenden Wassers auf Wasserturbinen oder Wasserräder übertragen. Diese treiben wiederum einen elektrischen Generator an, der die mechanische Energie in Strom umwandelt und häufig mittels eines Umspannwerks den Strom in das Stromnetz einspeist.
Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Arten von Wasserkraftwerken: Laufwasserkraftwerke und Speicherkraftwerke. Laufwasserkraftwerke nützen die natürliche Strömungsenergie von Bächen und Flüssen. Um mehr Energie zu erhalten werden die Flüsse und Bäche häufig zu einem Wehr aufgestaut. Speicherkraftwerke speisen sich aus häufig künstlich angelegten Stauseen, um Strom zu erzeugen. Der Wasserpegel kann hier vom Betreiber gesteuert und je nach Bedarf genutzt werden. Zudem werden Wasserkraftwerke in der Regel nach ihrem Nutzgefälle in Niedrigdruck- (Fallhöhe bis ca. 15 m), Mitteldruck- (Fallhöhe zwischen 25m und 400 m) und Hochdruckkraftwerke (ab 250 m) unterteilt. Die Übergänge sind dabei fließend.
Die Anfänge der Nutzung von Wasserkraft
Die Menschheit nutzt schon seit einigen Jahrtausenden die Kraft des Wassers zur Energiegewinnung. Historischen Schätzungen zu Folge soll in China bereits vor 5000 Jahren Wasserkraft verwendet worden sein. Vor 3500 Jahren haben die Menschen am Euphrat, Tigris und Nil bereits Maschinen mit Wasserkraft angetrieben. Sie verwendeten Wasserschöpfräder zur Bewässerung ihrer Felder. Und auch die Griechen und Römer nutzten Wasser, um Ihre Arbeitsmaschinen anzutreiben.
Die Erfindung des Wasserrads
Das Wasserrad ist seit dem 9. Jahrhundert n. Chr. im Einsatz – zunächst als unterschlächtiges und ab dem 14. Jahrhundert auch als oberschlächtiges Wasserrad. Letzteres nutzt nicht nur die Bewegungsenergie, sondern auch das Gewicht des Wassers, da der Wassereinlauf von oben erfolgt und die Wasserkammern nach unten drückt. Großen Nutzen brachte das Wasserrad insbesondere während der Industriellen Revolution. Ab 1767 wurden Wasserräder aus Gusseisen hergestellt und waren fortan wesentlich belastbarer und leistungsfähiger. Bis zum 19. Jahrhundert stellten Wasserräder eine der wichtigsten Antriebsquellen dar. Erst mit der Entwicklung der Wasserturbine verlor das Wasserrad an Bedeutung. Durch die Wasserturbine konnten größere Mengen an Wasser und höhere Gefälle genutzt und so eine höhere Leistung erzielt werden.
Umwandlung von Wasserkraft in elektrische Energie
Mit der Erfindung des elektrodynamischen Generators von Werner von Siemens 1866 gelang zudem die Umwandlung der Wasserkraft in elektrischen Strom. 14 Jahre später wurde bereits das erste Wasserkraftwerk in England in Betrieb genommen. Die USA zogen nach und bauten 1896 an den Niagarafällen das erste Großkraftwerk der Welt. In Deutschland wurde das erste Wasserkraftwerk in Bad Reichenhall errichtet und 1890 in Betrieb genommen. Seit dem hat sich die Technik immer weiter verbessert und wird weltweit genutzt. 2014 entfielen bereits 16,6 Prozent der weltweiten Stromerzeugung auf die Wasserkraft. China ist führend in der Wasserkraftnutzung, gefolgt von Brasilien, Kanada und den USA.
Negative Auswirkungen auf die Umwelt
Wasserkraft zählt zwar zu den erneuerbaren Energien, ist aufgrund der Auswirkungen auf die Ökologie, aber nicht unumstritten. Um eine höherer Bewegungsenergie sowie Fallhöhe und damit mehr Leistung zu erzielen, muss in die natürliche Landschaft eingegriffen werden: Das Ökosystem von Flüssen und Auen wird verändert. Das zieht viele ökologische Probleme nach sich. Die Lebensräume verändern sich sowohl vor als auch nach den Stauwerken, die die natürliche Wanderung der Lebewesen durchbrechen. In den Turbinen sterben zudem viele Lebewesen oder werden verletzt. In den Staudämmen steigt die Wassertemperatur an, was Tiere und Pflanzen im Wasser gefährdet. Unterhalb der Staudämme senkt sich der Fluss ab und die umliegenden Auen können austrocknen. Viele Tier- und Pflanzenarten verlieren so ihren Lebensraum.
