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Wasserkraft

Wie funktionieren Wasserkraftwerke?

So viele unterschiedliche Typen von Wasserkraftwerken es auch geben mag – ihre Funktionsweise ist immer dieselbe, ihr Aufbau im Prinzip auch:

Ein Kraftwerk besteht im Allgemeinen aus einem Stauwehr oder einer Talsperre, die das Wasser entweder unmittelbar vor dem Kraftwerk oder in einem höher gelegenen Speicherbecken oder -see aufstaut. Von hier aus gelangt das Wasser über das Einlaufwerk in die Zuleitung beziehungsweise das Leitwerk. Je nach Turbinentyp treibt die Lage- oder Bewegungsenergie eine Turbine an, die mit einem Generator verbunden ist. Dieser Generator wandelt die mechanische Energie in elektrischen Strom um. Erfahren Sie hier mehr zur Funktionsweise eines Generators.

Hat das Wasser die Turbine passiert, dann wird es aus dem Maschinenhaus – auch Krafthaus genannt – wieder zurück in den natürlichen Flusslauf beziehungsweise in das Ausgleichsbecken geleitet.

 

Turbinen – das Herzstück der Energie-Gewinnung

Wasser- oder Stoßräder sind längst von den modernen Turbinen abgelöst, die heute Wirkungsgrade von bis zu 95 Prozent erreichen. Sie sind also in der Lage, fast die gesamte „Wasserkraft“ in mechanische Energie umzuwandeln. Verschiedene Turbinentypen sind dabei ganz auf die unterschiedlichen Durchflussmengen und Fallhöhen des Wassers abgestimmt. Denn ein Laufwasserkraftwerk benötigt beispielsweise andere Turbinentypen als ein Speicherkraftwerk, das durch Druckrohr-Fallleitungen mit Wasser gespeist wird. Unter den vielen unterschiedlichen Turbinentypen, die im Laufe der Zeit konstruiert und entwickelt wurden, haben sich folgende drei Bauarten durchgesetzt:

Francis-Turbine

Sie ist nach ihrem Erfinder, dem Engländer James Francis, benannt. Die Francis-Turbine führt das Wasser zuerst auf die verstellbaren Schaufeln des Leitrades und dann auf ein feststehendes Laufrad. Weil das Wasser vor dem Eintritt in die Turbine unter höherem Druck steht als nach dem Austritt, spricht man bei der Francis-Turbine auch von einer Überdruckturbine. Neben ihrem Wirkungsgrad von bis zu 92 Prozent hat sie einen weiteren Vorteil: Sie kann auch als Pumpe eingesetzt werden. In Pumpspeicherkraftwerken ist die deshalb häufig zu einer so genannten Pumpturbine vereinigt (Francis-Spiral-Turbine).

Pelton-Turbine

Bild: Pelton-Turbine Sie wird auch als Freistrahlturbine bezeichnet und nutzt ausschließlich die Bewegungsenergie des Wassers. Bei der Pelton-Turbine wird das Wasser durch eine oder mehrere Düsen auf die becherförmigen Schaufeln des Laufrades geleitet. Nach dem Wirkprinzip ist sie eine Gleichdruckturbine, weil das Antriebswasser nach dem Austritt aus der Düse auf den umgebenden Wasserdruck entspannt. Die Pelton-Turbine wird in Wasserkraftwerken mit sehr hohen Fallhöhen eingesetzt und ist typisch zum Beipiel für Speicherwasserkraftwerke im Hochgebirge. Schöpfer dieses Turbinentyps ist übrigens der Amerikaner Lester Pelton.

Kaplan-Turbine

Bild: Kaplan-Turbine Die Turbine des österreichischen Ingenieurs Viktor Kaplan orientiert sich an der Funktionsweise eines Schiffspropellers. Sie wurde eigens für geringe Wasserdrücke bei großen Durchflüssen entwickelt und zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl die Schaufeln des Laufrades wie auch des Leitrades verstellbar sind. Das Wasser kann so – auch bei Schwankungen von Wasserführung und Gefälle – optimal auf die drei bis sechs Schaufeln des Laufrades geleitet werden. Eine Weiterentwicklung der Kaplan-Turbine ist die platzsparende Rohrturbine, eine Kombination aus Generator und Turbine, bei der sich ein Generator an einer Verlängerung der Turbinenwelle befindet.

 

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