Energie aus Wasserkraft: Wie funktioniert das?

Wasserkraft wird für die Produktion erneuerbarer Energie eingesetzt. Weltweit belegt die Stromproduktion aus Wasserkraft den zweiten Platz nach Strom aus Biomasse. Wasserkraft funktioniert, indem die potenzielle oder kinetische Energie des Wassers in mechanische und schließlich in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird. Es gibt bereits eine lange Liste an Energieanbieter, die Ökostrom zu 100 % aus Wasserkraft anbieten!

Wie funktioniert Wasserkraft?

In Wasser steckt viel Energie. Diese Energie wird deutlich, indem man sich die riesigen Wellen anschaut, die in die Bucht einbrechen oder wenn kleine Flüsse sich in reißende Ströme verwandeln und ganze Gegenden zerstören.

Um diese Energie des Wassers – Wasserkraft – nutzbar zu machen, wird die kinetische und die potenzielle Energie einer Wasserströmung mithilfe eines Turbinenrades in mechanische Energie umgewandelt. Diese wird wiederum zum Antrieb von Generatoren eingesetzt, die die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.

• Kinetische Energie = Bewegungsenergie: Strömung des Wassers
• Potenzielle Energie = Lageenergie: Höhendifferenzen eines Stausees

Wasserkraft und ihre Wasserkraftwerke

Ein Wasserkraftwerk, auch als Wasserkraftanlage oder Wasserwerk bezeichnet, ist ein Kraftwerk, das die Wasserkraft in Strom umwandelt. Das Wasserkraftwerk dient also als Stromerzeugungsanlage, in der die mechanische Energie der Wasserkraft mithilfe von Generatoren in elektrische Energie umwandelt wird, welche anschließend in das Stromnetz einspeist wird.

Die Klassifizierung von Wasserkraftwerken kann entweder nach Nutzfallhöhe, installierten Leistung (MW), Betriebsweise oder Medium vorgenommen werden. Daneben existieren noch unterschiedliche Arten von Anlagentypen, die sich nach der Art der Nutzung der Energie aus Wasser unterscheiden. Insgesamt werden im Folgenden fünf Arten von Wasserkraftwerken vorgestellt.

Die Funktionsweise eines Wasserkraftwerks:

Trotz der unterschiedlichen Arten von Wasserwerken produzieren alle Anlagen auf mehr oder weniger gleiche Art und Weise Strom. Im Folgenden wollen wir Ihnen anhand der Funktionsweise eines Laufwasserkraftwerkes verdeutlichen, wie Wasserkraftwerke aus Wasserkraft Strom herstellen.

1. Da kleine Flüsse mit wenig Wasser nur geringe Wasserkraft enthalten, werden Laufwasserkraftwerke an Flüssen mit einer hohen Fließgeschwindigkeit und einem großen Wasserdurchlauf gebaut.
2. Zusätzlich werden an Laufkraftwerken Staudämme gesetzt, die den Abfluss eines Flusses absperren, wodurch sich das Wasser anstaut. Staudämme führen außerdem dazu bei, dass ein Höhenunterschied entsteht, sodass Wasser vor dem Kraftwerk als Oberwasser und hinter dem Kraftwerk als Unterwasser bezeichnet wird.
3. Sobald die Staudämme geöffnet werden, fließt das Wasser durch die Rohrleitungen und treibt die Turbinen an. Es sei anzumerken, dass mit höherem Gefälle die Energie des Wassers größer ist.
4. Die Turbinen leiten die aufgenommene mechanische Energie an die Generatoren ab - an die sie angeschlossen sind. Die Generatoren wiederum gewinnen aus dieser Energie die elektrische Energie.
5. Laufwasserkraftwerke erzeugen elektrische Energie rund um die Uhr und können eine Effizienz von bis zu 90 % erreichen.

Strom aus Wasserkraft in Deutschland

 Die Umsetzung von Wasserkraft in Deutschland mit der Verteilung von Wasserkraftwerken ist aufgrund geografischer Unterschiede sehr unterschiedlich. Etwa 80 % der Wasserkraft wird somit in Wasserkraftanlagen in Bayern und Baden-Württemberg produziert, da wo große Flüsse und Mittel- und Hochgebirgslagen vorhanden sind.

 Der Anteil des Stroms aus Wasserkraft betrug 2019 rund 3 % am erzeugten Bruttostrom in Deutschland. Im Vergleich dazu waren es 1950 noch rund 20 %. Der Rückgang hat mit dem stark gestiegenen Stromverbrauch zu tun.

 Laut einer Studie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie ist das nutzbare Potenzial der Wasserkraft in Deutschland bereits ausgeschöpft. Eine Erhöhung der Stromerzeugung aus Wasserkraft könnte nur durch den Ersatz, die Modernisierung, die Erweiterung und die Reaktivierung bereits bestehender Anlagen erzielt werden.

 Im europäischen Vergleich liegen Italien, Schweden und Frankreich gemessen an der Stromerzeugung aus Wasserkraft an oberster Stelle.

Stauseen in Deutschland

Stauseen sind künstliche Warmwasserspeicher, die mithilfe einer Staumauer und einem gestauten Fluss in einem Tal entstehen. Verwendet werden Stauseen für verschiedene Zwecke: zur Naherholung, zum Hochwasserschutz, zur Trinkwasserspeicherung oder zur Stromerzeugung. In Deutschland gibt es rund 311 Stauseen. Dazu gehört der Stausee Hohenwarte, der Stausee Happurger und der Stausee Hohenfelden.

Ökostrom zu 100 % aus Wasser

Viele Energieversorger bieten bereits Ökostrom aus 100 % Wasserkraft an. Bei der Erzeugung von Ökostrom - anders als beim konventionellen Strom – entstehen kaum CO₂-Emissionen, sodass das Klima geschützt und der Klimaschutz vorangetrieben werden kann.

Strom aus Wasserkraft stammt zu 100 % aus erneuerbaren Energiequellen, die keinen fossilen Energieträger - Erdöl, Erdgas und Kohle – verbrauchen. Entscheiden Sie sich für Ökostrom aus 100 % Wasserkraft, so verbessern Sie nicht nur Ihre persönliche CO₂-Bilanz, sondern tragen auch dazu bei, dass der Anteil an Ökostrom steigt. Je höher die Nachfrage nach Ökostrom steigt, umso mehr Ökostrom wird in das Stromnetz eingespeist und entsprechend weniger Strom wird aus fossilen Energieträgern gewonnen.

Was sind die Wasserkraft Vor- und Nachteile?

Wasserkraft gehört nebst der Photovoltaik, Windkraft, Erdwärme und Biomasse zu den Erneuerbaren Energien. Aus allen erneuerbaren Energien macht die Wasserkraft an der Stromerzeugung einen Anteil von rund 8 % aus.

Die Wasserkraft Vorteile als erneuerbare Energiegewinnung sind unumstritten: Sie trägt zum Klimaschutz bei, hat einen hohen Wirkungsgrad und ist von Wetter und Zeit unabhängig. Doch die Nutzung der Wasserkraft kann auch negative Auswirkungen auf die Ökologie haben. Die Wasserkraft Nachteile sind beispielsweise das Umbauen von naturbelassene Flüssen, indem Staudämme aufgestellt werden oder das Weichen von bedeutendsten Naturdenkmälern, um Wasserkraftwerke zu bauen. Anbei die Wasserkraft Vor- und Nachteile im Überblick.

Um die Erreichung der Umweltziele und um den Gewässerschutz nicht zu gefährden, werden vom Umweltbundesamt Leitplanken für die Erzeugung von Wasserkraft Energie empfohlen. Unter anderem müssen strategische Ziele zur Nutzung der Wasserkraft entwickelt und alle geeigneten Maßnahmen zur Minderung der negativen Umweltauswirkungen umgesetzt werden.

Hintergrund: Die Geschichte der Energiegewinnung aus Wasser

Die Wasserkraft Geschichte geht auf viele Jahrtausende zurück. Bereits im alten China vor 5.000 Jahren wussten die Menschen die Energie, die in Wasser steckt, sich zunutze zu machen. Auch im alten Ägypten vor 3.500 Jahren bewässerten Menschen mit der Wasserkraft ihre Felder am Nil. Römer und Griechen gingen einen Schritt weiter und verwendeten die Wasserkraft Energie als Antriebsmittel für Arbeitsmaschinen.

Bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts – in der vorindustriellen Zeit – wurde die Wasserkraft hauptsächlich zum Antrieb von Mühlen, Säge- und Hammerwerken genutzt. In der heutigen modernen Zeit wird die Wasserkraft fast immer zur Erzeugung von elektrischen Stroms verwendet. Die modernen Wasserkraftwerke lösten somit die Mühlen ab.