Wasser

Wasser gehört zu den erneuerbaren Energieträgern. Zwei Drittel der Erdoberfläche werden von den Wassermassen der Ozeane bedeckt. 97 Prozent des Wassers sind salzhaltig und nur 3 Prozent sind Süßwasser.

Arbeitsmittel

Wasserkreislauf

Wasser unterliegt auf unserer Erde einem ständigen Kreislauf.

Wasserkreislauf

Wasserkreislauf Wasserkreislauf

Bedeutung des Wassers

Nur das Süßwasser ist für die Landwirtschaft nutzbar und für Mensch und Tier als Trinkwasser geeignet. Durch die sehr ungleichmäßige Verteilung leiden rund eine Milliarde Menschen unter dem Mangel an sauberem Wasser. In Österreich kennen wir dieses Problem zum Glück nicht.
Der Wert des Wassers sollte uns aber immer bewusst sein!

Wasserverteilung
Wasserverteilung

Auch für die Stromerzeugung spielt das Wasser eine große Rolle. Dazu werden vor allem folgende Kraftwerke genutzt:

  • Laufkraftwerke
  • Speicherkraftwerke
  • Gezeitenkraftwerke

Laufkraftwerke

Fließendes Wasser hat eine enorme Kraft. Schon vor hunderten Jahren wurde diese Kraft von Mühlen genutzt. Wasser wurde auf die Schaufeln eines Wasserrades geleitet und dieses in Drehung versetzt. Die verbundenen Mühlsteine zermalmten durch ihre Bewegung das Getreide zu Mehl.

Heute wird die Wasserkraft von Laufkraftwerken (auch Flusskraftwerke genannt) genutzt. Das Flusswasser wird dabei einer Wasserturbine zugeleitet, die sich zu drehen beginnt. Diese Drehbewegung treibt einen Generator an, der dadurch Strom erzeugt.

Laufkraftwerk
Laufkraftwerk

Um die Fallhöhe und damit die Kraft des Wassers zu erhöhen, wird der Fluss aufgestaut. Die Schifffahrt wird durch Schleusen aufrechterhalten. Das Aufstauen erleichtert sie sogar, da Hindernisse wie kleine Felsen etc. überstaut werden. Durch Aneinanderreihen von Kraftwerken können auch große Schiffe den Fluss befahren.

Laufkraftwerke erzeugen rund um die Uhr Strom und werden daher zur Abdeckung des Grundbedarfs (Grundlast) verwendet. Sie gewähren eine gute Auslastung der Turbinen und verursachen geringe Betriebskosten. Sie sind allerdings nicht sehr flexibel und können auf einen rasch steigenden Strombedarf kaum reagieren. Durch die hohen Baukosten müssen sie viele Jahre in Betrieb bleiben, um Gewinne zu erwirtschaften. Der Bau und Betrieb führt oft zu großen Veränderungen in der Umwelt.

Zu den typischen Folgen zählen unter anderem:

  • Verlust der natürlichen Fließgeschwindigkeit
  • klimatische Auswirkungen durch die vermehrte Wasserverdunstung
  • Verringerung des Schotter- und Steintransportes in den Flussauen
  • Veränderung der Fischbestände
  • Vertreibung vieler Tiere und Überflutung wichtiger Nutzpflanzen

Die größten Laufkraftwerke

Um die Wirtschaftlichkeit von Laufkraftwerken zu erhöhen, werden weltweit viele der wasserreichsten Flüsse durch gewaltige Mauern aufgestaut.

Drei-Schluchten-Talsperre

Das derzeit größte Wasserkraftwerk wurde 2008 in China in Betrieb genommen. Für die sogenannte Drei-Schluchten-Talsperre hat man Chinas größten Fluss, den Jangtsekiang, mehr als 600 Kilometer aufgestaut (Vergleich: Österreich ist 580 Kilometer lang). Das gigantische Bauwerk ist über 2.300 Meter breit und 185 Meter hoch.

Drei-Schluchten-Talsperre
Drei-Schluchten-Talsperre

Die Nennleistung beträgt 22,5 Gigawatt - das ist in etwa so viel wie die Leistung von 17 Atomkraftwerken. Dafür mussten 13 ganze Städte verlegt und viele Dörfer überflutet werden. Über eine Million Menschen wurden umgesiedelt, was nicht immer freiwillig geschah.

In einem Tal werden verlassene Häuser abgesperrt, weil im Hintergrund eine Staumauer gebaut wird
Vertreibung der Bewohner

Assuan-Staudamm

Auch der längste Fluss der Welt, der Nil, wurde durch Aufstauungen nachhaltig verändert. Der wichtigste und größte Damm, der Assuan-Staudamm, befindet sich in Oberägypten, ungefähr 13 Kilometer südlich der Stadt Assuan. Durch die Aufstauung entstand ein riesiger See, der Nasser See, der zwei afrikanische Staaten verbindet. Die Nennleistung beträgt 2,1 Gigawatt.

Assuan Staudamm
Assuan Staudamm

Da das aufgestaute Wasser Kulturdenkmäler des alten Ägyptens bedrohte, wurden einige in höhere Lagen versetzt. Berühmtestes Beispiel ist die Umsetzung der Tempelanlage von Abu Simbel. Dabei wurden zwei Tempel, die zu Ehren Ramses II und dessen Gemahlin erbaut wurden, Stein für Stein abgetragen und auf einer 64 Meter höher liegenden Ebene wiederaufgebaut.

Tempelanlage von Abu Simbel
Tempelanlage von Abu Simbel

Speicherkraftwerke

Speicherkraftwerke nutzen das hauptsächlich im Frühjahr und Sommer von den Berghängen abfließende Wasser. Dazu wird oft der ganze Talausgang hochgelegener Täler durch eine riesige Mauer abgesperrt und dahinter ein See aufgestaut (Anhäufung potentieller Energie).

Staumauer
Staumauer

Dem eigentlichen Kraftwerk wird das Wasser durch große, steil abfallende Rohre zugeleitet. Der hohe Druck des Wassers treibt die Turbinen und diese wiederum die Generatoren zur Stromerzeugung an.

Speicherkraftwerke können schnell aktiviert werden und liefern in kurzer Zeit viel Strom. Der Speichersee wäre aber bei Dauerbetrieb zu schnell leer. Sie werden daher nur dann in Betrieb genommen, wenn in den sogenannten Spitzenzeiten der Strombedarf besonders hoch ist (zum Beispiel tagsüber im Winter).

Speicherkraftwerk
Speicherkraftwerk

Im Unterschied dazu liefern Laufkraftwerke durchgehend Strom. In Zeiten geringen Energiebedarfs (zum Beispiel während der Nacht) wird dieser nicht gebraucht - er ist überschüssig. Da Strom nicht gut gespeichert werden kann, hat man eine gute Lösung gefunden. Man leitet diesen Strom zu den Speicherkraftwerken und betreibt damit große Pumpen, die abgelassenes Wasser aus dem Tal wieder zurück in den Hauptspeicher befördern.

Pumpkraftwerk
Pumpkraftwerk

Dies geschieht zum Beispiel auch in der Kraftwerksgruppe Glockner-Kaprun, wo das Wasser aus dem unteren Speicher wieder zurück in den oberen Speicher gepumpt wird und damit mehrmals zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Staumauer bei Kaprun
Staumauer bei Kaprun

Gezeitenkraftwerke

An manchen Küsten ist der Gezeitenunterschied (Unterschied im Wasserstand zwischen Ebbe und Flut = Tidenhub) besonders hoch. Die entstehende Strömung wird in Gezeitenkraftwerken genutzt, um Strom zu erzeugen. Das in Richtung Land strömende Wasser bei kommender Flut und das hinaus fließende Wasser bei Ebbe bewegt eine Turbine, die Strom erzeugt.

Funktionsweise eines Gezeitenkraftwerks

Flut simulieren

Ein beeindruckendes Beispiel ist das Gezeitenkraftwerk Saint-Malo in Frankreich. Es nutzt den gewaltigen Tidenhub von über 10 Metern für die Stromgewinnung. Ebbe und Flut wechseln sich regelmäßig in ca. 6 Stunden dauernden Intervallen ab. Die Energiegewinnung ist dadurch, verglichen mit der Windenergie, besser planbar. Damit die Gezeitenkraftwerke effizient arbeiten können, muss der Tidenhub recht groß sein. Da es aber nicht viele Orte gibt, an denen dies der Fall ist, wird diese Technik vermutlich zukünftig kaum eine Rolle bei der Stromerzeugung spielen.

Entstehung von Ebbe und Flut

Ebbe und Flut entstehen durch die Anziehungskraft des Mondes, der Sonne und der Trägheitskräfte durch die Erddrehung. Obwohl der Mond zwar viel kleiner ist als die Sonne, ist dessen Anziehungskraft etwa doppelt so hoch, weil er der Erde deutlich näher ist. Daher bildet sich auf der dem Mond zugewandten und abgewandten Seite ein Flutberg.

Durch die Drehung der Erde „wandern“ diese Berge über die Erdoberfläche. Deswegen steigt und fällt der Wasserspiegel je nach Erdregion zu unterschiedlichen Zeiten. Da sich der Mond während einer Erdumdrehung etwas weiter bewegt, beträgt der Zyklus nicht genau 24 sondern fast 25 Stunden. Durch die zwei Flutberge kommt es dadurch an einem Ort ca. alle 12,5 Stunden zu einer Flut bzw. Ebbe. Stehen Sonne, Mond und Erde in einer Linie (Vollmond, Neumond), dann ist die Flut besonders stark (Springflut).

5. Wasser
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