Wenn Sie das letzte Mal an einem Fluss entlang spaziert sind oder in einem See geschwommen sind, haben Sie wahrscheinlich nicht daran gedacht, dass sie eine der ältesten Quellen der Stromerzeugung der Welt sind. Wasserkraft – die Energie, die durch fließendes Wasser erzeugt wird – geht auf das 4. Jahrhundert v. Chr. zurück und macht weltweit den größten Anteil an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen aus.
Doch wird sie oft von politischen Gesprächen und Aufrufen zum Handeln ausgeschlossen, um die Abhängigkeit von sauberen Energiequellen als Reaktion auf den Klimawandel zu erhöhen. Wir haben uns angeschaut, was Wasserkraft von anderen sauberen Energiequellen wie Solar- oder Windenergie unterscheidet; ihre Vor- und Nachteile und die heute übliche Technologie zur Erzeugung von Strom aus Wasserkraft.
Was ist Strom aus Wasserkraft?
Wie bereits erwähnt, bezieht sich Wasserkraft auf den Prozess, bei dem der Wasserfluss flussabwärts aufgefangen und in Strom umgewandelt wird. Da der Strom aus Wasser erzeugt wird, befinden sich Wasserkraftwerke in der Regel in der Nähe einer Wasserquelle, z. B. eines Flusses. Je schneller das Wasser fließt und je größer das Wasservolumen ist, desto mehr Strom kann ein Wasserkraftwerk natürlich produzieren.
Auch wenn sich die Wasserkraftwerke nach Typ, Größe und Technologie unterscheiden, wird die meiste Wasserkraft nach mehr oder weniger dem gleichen Verfahren erzeugt:
- Der Wasserfluss wird in eine Wasserturbine geleitet.
- Das Volumen des Wasserflusses und die Höhenveränderung beeinflussen die Turbine, um sich zu drehen
- Während sich die Turbine dreht, produziert der zugehörige Generator Strom
Da sich Oberflächenwasser selbst erneuert und im Überfluss vorhanden ist, gehört Wasserkraft zu den sauberen Energiequellen, zusammen mit Energie, die aus Sonnen- oder Windenergie gewonnen wird. In Kanada ist sie der Grund dafür, dass das Stromsystem des Landes oft als eines der saubersten der Welt bezeichnet wird.
Es gibt jedoch auch Nachteile bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft, was teilweise erklärt, warum Wasserkraft in Bezug auf ihren Status als saubere Energiequelle ein wenig kontrovers ist. Je größer die Staudammanlage, desto mehr Strom produziert sie, aber das hat seinen Preis. Das Aufstauen eines Flusses stört den Lebensraum von Wildtieren, blockiert wandernde Fische und kann über Jahre hinweg die Fischpopulationen reduzieren. Aus diesem Grund zögern die meisten US-Bundesstaaten, Wasserkraft auf die staatlichen Mandate für erneuerbare Energien anzurechnen, und lassen die Wasserkraft bei den Gesprächen über den Klimawandel außen vor, obwohl sie aus einer erneuerbaren Quelle erzeugt wird.
Global gesehen ist Wasserkraft die führende erneuerbare Quelle für die Stromerzeugung und liefert fast drei Viertel des gesamten erneuerbaren Stroms. Allein in den USA ist sie für 6,6 % der Energieerzeugung im industriellen Maßstab verantwortlich und stellt die zweithöchste erneuerbare Energieerzeugung dar (erst kürzlich von der Stromerzeugung aus Wind überholt).
Das größte Wasserkraftwerk der USA befindet sich am Grand Coulee Damm am Columbia River in Washington, einem Bundesstaat, der etwa zwei Drittel seines Stroms aus Wasserkraft bezieht.
Woher kommt der Strom?
So lassen Sie uns ein wenig zurückgehen und versuchen, den „Erneuerbarkeitsanspruch“ hinter der Wasserkrafterzeugung zu verstehen. Ist das Oberflächenwasser der Erde selbsterneuernd? Woher kommt es und gibt es eine unendliche Menge davon?
Um die Wasserkraft zu verstehen, müssen wir (kurz) den Erdkundeunterricht der fünften Klasse wiederholen, um uns an etwas zu erinnern, das Wasserkreislauf genannt wird:
- Wenn die Sonne auf die Erdoberfläche scheint, lässt sie das Wasser in Flüssen, Seen und Ozeanen verdunsten.
- Das verdampfte Wasser (Wasserdampf) kondensiert zu Wolken und fällt als Regen und Schnee.
- Die Regentropfen und Schneeflocken werden in Bächen und Flüssen aufgefangen, die in Ozeane und Seen münden und so beginnt der Kreislauf von neuem
Aufgrund der sich selbst wiederholenden Natur, gilt Oberflächenwasser als eine der erneuerbaren Energiequellen der Erde. Je mehr Niederschlag (Regen und Schnee) sich in Flüssen und Bächen sammelt, desto mehr Wasser steht für die Wasserkrafterzeugung zur Verfügung.
Welche Arten von Wasserkrafttechnologie gibt es?
Die Grundidee der Wasserkrafterzeugung besteht darin, die Kraft des fließenden Wassers zu nutzen, um kinetische Energie zu erzeugen, aber es gibt in der Tat mehr als eine Möglichkeit, diesen Effekt zu erreichen. Die meisten Wasserkraftwerke basieren auf dem Bau von Dämmen, die das Wasser zurückhalten und durch das Öffnen der Tore wieder freigeben.
Lassen Sie uns einen Blick auf die gängigsten Technologietypen werfen, die es heute gibt:
Stauanlagen – Die Technologie, die Sie wahrscheinlich schon gesehen haben, sind Stauanlagen. Diese großen Anlagen nutzen einen Damm, um Flusswasser in einem Reservoir zu speichern und es (je nach Energiebedarf) freizugeben, damit es durch eine Turbine fließt und diese dreht. Die Turbine ist mit einem Generator verbunden, über den die Energie dann in das Stromnetz eingespeist wird.
Pumpspeicher – Diese Technologie besteht aus zwei Stauseen, von denen einer höher gelegen ist als der andere. Das Wasser wird in das höher gelegene Reservoir gepumpt und dort gehalten. Wenn der Strombedarf (und der Strompreis) hoch ist, wird das Wasser flussabwärts abgelassen und treibt die Turbinen im tiefer gelegenen Reservoir an.
Laufwasserkraftwerke – Das natürlichste aller Wasserkraftwerke, die Laufwasserkraftwerke erzeugen Strom aus natürlich fließendem Wasser (z.B. einem Fluss) ohne Staudamm. Der Nachteil dieses Systems ist das Fehlen eines Speichers und die Unbeständigkeit der erzeugten Energie, da das System von den saisonalen Flussläufen abhängig ist. Es gibt aber auch viele Vorteile – das Fehlen großer Dämme macht Laufwasserkraftwerke billiger, schneller zu bauen und umweltfreundlicher.
Vorteile & Nachteile der Wasserkraft
Ist die Erzeugung von Strom aus Wasserkraft gut oder schlecht für die Umwelt? Die philosophische Antwort lautet: Es kommt darauf an. Obwohl sie weithin als erneuerbare Energiequelle angesehen wird, die die Welt mit billigem, zuverlässigem Strom versorgt, gibt es vielleicht nicht viele Gründe, Wasserkraftanlagen zu feiern, wenn es um die Erhaltung der Umwelt geht. Lassen Sie uns dies aufschlüsseln.
Vorteile der Stromerzeugung aus Wasserkraft
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Saubere Energiequelle. Trotz aller Kontroversen, ist die unbestrittene Tatsache, dass Wasser eine erneuerbare Energiequelle ist (dank des oben beschriebenen Wasserkreislaufs). Bei der Erzeugung von Wasserkraft werden keine Brennstoffe verbrannt und es werden keine direkten Kohlenstoffemissionen in die Atmosphäre freigesetzt, was sie zu einer viel umweltfreundlicheren Alternative als Kohle oder Erdgas macht.
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Lokale Verwaltung/Kontrolle – Der oft vergessene Vorteil der Wasserkrafterzeugung ist, dass Wasser normalerweise nicht gut ist, wenn es sehr lange Strecken zurücklegt, Wasserkraft oft in dem Staat/Gebiet verbraucht wird, in dem sie erzeugt wird. Die Abhängigkeit von internationalen Brennstoffquellen wird reduziert und durch mehr Kontrolle auf lokaler Ebene ersetzt. |
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Flexibilität – Ein großer Vorteil, den die Wasserkraft gegenüber der Solarenergie hat, ist ihre Flexibilitätseigenschaft – wenn es einen Überschuss an Strom im Netz gibt, kann das Wasser leicht aufgestaut und für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Es ist auch jederzeit verfügbar und wird oft verwendet, um die Lücke im Bedarf an erneuerbarer Energie zu schließen, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. |
Nachteile der Stromerzeugung aus Wasserkraft
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Auswirkungen auf lokale Gemeinden & natürlicher Lebensraum – Groß angelegte Wasserkraftdämme blockieren die Passage von wandernden Fischen und können dauerhafte Schäden an den Fischen und anderen Wildtieren verursachen, Flussökosysteme und umliegende Gemeinden stören und deren Bewohner vertreiben. |
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Wasserkraft ist nicht emissionsfrei – Selbst das Versprechen von kohlenstofffreiem Strom aus Wasserkraft wurde untergraben. Durch die Verrottung der Vegetation in künstlichen Stauseen werden Methanblasen freigesetzt, die etwa 1,3 % der vom Menschen verursachten globalen Emissionen ausmachen. Methan bleibt viel kürzer in der Atmosphäre als Kohlendioxid; sein Beitrag zur globalen Erwärmung ist jedoch dreimal so hoch wie der von CO2. |
Don’t Dam It Yet – The Future of Hydropower
Trotz ihrer ökologischen Nachteile wird erwartet, dass die Wasserkraft weiterhin eine entscheidende Rolle bei der Dekarbonisierung des Energiesystems spielen wird. Immerhin ist die Technologie allein in den USA verantwortlich für:
- 7 % der nationalen Stromerzeugung
- 97 % aller Energiespeicher
- Rund 300.000 US-Arbeitsplätze
Im Jahr 2016 veröffentlichte das US-Energieministerium einen Bericht, der die Zukunft der Wasserkrafterzeugung bis 2050 mehr als verdoppelt. Da die Technologie offensichtlich nirgendwo hingehen wird, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um sie intelligenter, sicherer und effizienter zu machen. Dazu gehören der Bau neuer fischfreundlicher Dämme, die Einführung strengerer Umweltstandards und die Verbesserung bestehender Anlagen, damit keine neuen Dämme gebaut werden müssen.
Wie viele andere Branchen wird auch die Wasserkraftindustrie von neuen, aufkommenden Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT) oder maschinellem Lernen profitieren. Ein Beispiel ist das Projekt Wireless Sensors for Hydro Monitoring (WISY) des italienischen Unternehmens Enel Green Power (EGP). Diese drahtlosen Sensoren sind in der Lage, alle Informationen über den Zustand eines Wasserkraftwerks in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren und zu übertragen, was die Leistung des Kraftwerks deutlich verbessert. Andere Unternehmen, wie Smart Hydro Power in Deutschland, leisten Pionierarbeit mit neuen Turbinentechnologien, die Strom erzeugen, ohne den Flusslauf zu stören. Hoffentlich sind noch viele weitere auf dem Weg.
Sind Wasserkraftwerke nun erneuerbare oder nicht erneuerbare Energien? Obwohl Wasser eine sich selbst erneuernde Ressource ist, ist die Technologie, die für die Umwandlung in Energie verantwortlich ist, nicht ohne Folgen für die Umwelt – die Zerstörung des Lebensraums von Fischen und Methanemissionen gehören zu den gravierendsten. Doch so wie sich das Schreiben von Briefen zur Schreibmaschine und schließlich zum allmächtigen digitalen Computer entwickelt hat, besteht die Hoffnung, dass sich auch die jahrhundertealte Wasserkrafttechnologie irgendwann weiterentwickelt – und weiterhin eine Schlüsselrolle beim Übergang zu einer vollständig erneuerbaren Welt spielt.
Aktualisiert am 12.06.20