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2.3.16 Wasserkraftwerke (Laufwasserkraftwerke)
2.3.16 Wasserkraftwerke (Laufwasserkraftwerke)
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wasserkraft zu nutzen. Gezeitenkraftwerke, die sich der Höhendifferenz
des Meeresspiegels zwischen Ebbe und Flut bedienen und Wellenkraftwerke, die die
Bewegung der Wellen in elektrische Energie umwandeln, kommen eher vereinzelt vor und ihr
Standort ist zudem ans Meer gebunden. Am weitesten verbreitet sind Laufwasser- und Speicherkraftwerke.
Letztere werden bei einer Fallhöhe von 15 bis 150 Metern als Mittel- und darüber als
Hochdruckanlagen bezeichnet. Laufwasserkraftwerke mit Fallhöhen unter 15 Metern sind Niederdruckanlagen.
Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktionsweise eines Laufwasserkraftwerks
näher beleuchtet. Die Hauptbestandteile eines solchen sind folgende: Eine Stauanlage, wobei man
den Staupegel als Oberwasser bezeichnet. Am Hochablass beispielsweise beträgt die Soll-Höhe des
Wasserspiegels 484,5 m über NN 164 . Des Weiteren ist eine Einrichtung zur Wasserentnahme, etwa
ein Überlauf nötig. Danach eine Druckleitung zur Turbine, die Turbine selbst, ein Generator und
schließlich der Turbinenauslauf, der Unterwasser genannt wird. Meist sind die Kraftwerke in einen
Flusslauf integriert, der zum Zweck der Pegelhaltung nur wenig aufgestaut wird. Oft ist aus Gründen
des Umweltschutzes auch noch eine Fischtreppe eingebaut. Laufwasserkraftwerke werden fast
ausnahmslos zur Deckung der Grundlast eingesetzt. 165
In Laufwasserkraftwerken kommen gewöhnlich sogenannte Kaplan-Turbinen zum Einsatz, die speziell
bei niedrige Fallhöhen und großen, variierenden Volumenströmen den höchsten Wirkungsgrad
erzielen. Dies rührt daher, dass die Leit- und Laufschaufeln verstellbar sind und somit den Schwankungen
der Wassermenge angepasst werden können. Eine Kaplan-Turbine hat relativ wenige Schaufeln
und ähnelt, wie Abbildung 25 erahnen lässt, einer Schiffschraube. Das Turbinenlaufrad wird
vom Wasser axial angeströmt, wobei Kaplan-Turbinen nur sehr niedrige Drehzahlen von 90 bis 300
Umdrehungen pro Minute erreichen. Im Kraftwerksbetrieb stellt die Drehzahl der Turbine eine Regelgröße
dar, die durch eine Änderung der verfügbaren Wassermenge gestört und durch die Varia-
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tion der Schaufelstellung wieder ausgeglichen wird.
Laufwasserkraftwerke nutzen die potentielle Energie, die das Flusswasser aufgrund eines geographischen
Gefälles hat. Im Zulauf zur Turbine wird die Lageenergie in kinetische Energie umgewandelt.
Die Turbine formt diese in mechanische Energie um, die der Generator schließlich in elektrische
Energie umwandelt. Die potentielle Leistung P pot ist durch die Fallhöhe h und den Massenstrom
ṁ , also die in einem bestimmten Zeitintervall verfügbare Wassermenge, festgelegt:
P pot
= ṁ ⋅ g ⋅ h
(wobei
g : Erdbeschleunigung)
164 Ruckdeschel, 1984, S. 73
165 Zahoransky, 2010, S. 252ff
166 Strauß, 2009, S. 444ff
167 Zahoransky, 2010, S. 252ff
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