Autor: Marcus Köhler

Alternative Energien (Wasser)

Gliederung:

1. Talsperrenkraftwerke

2. Vorschlag: Energienutzung im Grönlandeis

3. Strömungskraftwerke

4. Gezeitenkraftwerke

5. Zukunftsvision: Wellenkraftwerke

6. Quellenverzeichnis

1. Talsperrenkraftwerke

Diese Kraftwerke nutzen das Gefälle des Flusses. Die Staumauer staut das Wasser auf. Durch

glatte Wände und durch niedrige Fließgeschwindigkeiten geht wenig Energie bis zur Turbine

verloren. Ein Netz, das am Anfang des Kanals befestigt ist, hält grobes Geröll und Geäst auf.

Kurz vor der Turbine befindet sich noch ein feineres Netz. Die Turbine wandelt die kinetische

Energie des Wasser in eine Drehenergie um, die nach Übersetzung im Getriebe den Generator

antreibt. Dieser setzt die Drehenergie in elektrische Energie um. Das Wasser wird dann

wieder in den Fluß geleitet.

Dieses Wasserkraftwerk ist eine saubere Energiequelle. Sie hilft die Umwelt von negativen

Schadstoffreisetzungen zu entlasten. Die Talsperrenkraftwerke greifen aber in das ökologische

Gleichgewicht von Seen, Flüssen und deren Umgebung ein. Außerdem besteht die Gefahr der

Überflutung durch Dammbruch.

Vereinfachter Aufbau eines Talsperrenkraftwerkes

2. Vorschlag: Energienutzung im Grönlandeis

Wasserkraftwerke im Grönlandeis funktionieren wie die Talsperrenkraftwerke. Das Eismassiv

staut das Schmelzwasser auf. Die Gletscherkraftwerke können nur im Sommer in Betrieb

genommen werden. Dann ist es so warm, das die Sonne das Eis zum Schmelzen bringt. Die

Errichtung der Anlagen beschränkt sich z. B. in Grönland auf den südlichsten Teil, da sich nur

an Randgebieten des Gletschers Schmelzwasser bildet.

Dieses Projekt kann aber nicht verwirklicht werden, weil zu viele Fragen nicht beantwortet

werden können z. B. über die Schmelzwassermenge, dessen Fließwegen usw..

Schmelzwasser

Gletschereis

Druckrohre

Wasserkraftwerk

Schema einer Gletscher-Kraftwerksanlage

3. Strömungskraftwerke

Eine Nutzung für elektrische Energie kann mit Hilfe von Turbinen ermöglicht werden, die

durch Strömungen der Flüsse oder Meere betrieben werden. Bei einem Energieentzug von

max. 59% führt es zu einer Verzögerung der Strömung auf ein Drittel, dadurch wird sich die

Strömung verbreiten. Um das zu Vermeiden muß dieser Entzug wesentlich niedriger als 50%

liegen, so kann nur wenig elektrische Energie entstehen, d. h. der Aufwand und die dabei

entstehenden Kosten würden sich nicht lohnen.

Strömungskraftwerk

Beispiel für ein Strömungskraftwerk

4. Gezeitenkraftwerke

Eine Nutzung der Gezeitenkraftwerke ist nur in Küstennähe möglich, weil dort die

Voraussetzungen für die Errichtung der technischen und baulichen Anlagen bestehen.

Außerdem ist der Tidenhub (der Unterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser) nur hier

nutzbar. Auf offenem Meer liegt dieser bei 1m, in Küstenregionen kann er durch

Resonanzeffekte, Buchten, Fjorde und deren Trichterwirkung bei 20m und sogar noch höher

liegen. Der Mindestwert bei Gezeitenkraftwerke ist 3m, jedoch muß er für eine wirtschaftliche

Konkurrenzfähigkeit der gewonnenen Energie bei 5-6m liegen. Das technische Grundprinzip

dieser Kraftwerke entspricht dem der Flutmühlen. Ausgenutzt werden immer zwei Becken mit

unterschiedlichen Wasserständen. Die einfachste Art dieser Variante ist, wenn eines davon

das Meer ist. Günstig sind natürliche Fjorde Buchten die für den Beckenbau ausgenutzt

werden können. In der einfachsten Variante wird ein Becken angelegt, das die Flut mit Wasser

füllt. Das Stauwasser fließt bei Ebbe wieder ins Meer zurück und treibt somit die Turbinen-

Generatorsysteme an. Also ist nur bei Ebbe Energieabgabe. Werden Ebbe und Flut ausgenutzt,

ist der Gewinn 20%. Das bei Flut ins Becken strömende Wasser und das bei Ebbe

zurückfließende Wasser treiben die Turbinen an. Eine andere Möglichkeit der

Energiegewinnung lautet: Die Flutwelle füllt als erstes beide Becken, dabei wird über

reversible (in beiden Strömungsrichtungen arbeitende) Turbinen Strom erzeugt. Bei Ebbe

entleeren sich die Becken, die als Pumpspeicherwerk während der Ebbe arbeiten, bis die

nächste Flut kommt.

Das Hauptproblem sind die hohen Baukosten der Gezeitenkraftwerke. Andere Probleme sind

z. B. die Versandungen in den Becken und die Korrosion der technischen Anlagen durch das

Meerwasser. Vorteilhaft sind dagegen die geringen Unterhaltungskosten und daß keine

schädlichen Abfälle produziert werden. Die Gezeitenkraftwerke könnten in

Entwicklungsländern, aber auch autonome Regionen wie Inseln oder Halbinseln Bedeutung

finden.

5. Zukunftsvision: Wellenkraftwerke

Eine der vielen Varianten der Wellenkraftwerke ist, daß die Meereswellen so ausgenutzt

werden, wie die Flutwellen der Gezeiten, um Staubecken zu füllen. Gewöhnliche

Wellenhöhen reichen dafür aber nicht aus. Eine andere Möglichkeit ist die Wellenenergie zu

konzentrieren. In konstanten Abständen werden Betonblocks im Meer vor der Küste

verankert. Es kommt zu Interferenzen, bei denen sich Wellen auslöschen oder verstärken.

Diese verstärkten Wellen erreichen Amplituden bis zu 30m. Sie können über einen Trichter in

das Staubecken einlaufen.

Die Idee der Wellenflöße stammte von Sir Cockerell. Diese großen, gekoppelten Pontons

werden durch Wellenberge und -täler rhythmisch bewegt. Über Gestänge und Getriebe können

diese Bewegungen an den Kopplungsstellen übertragen werden z. B. auf hydraulische Kolben-

Zylinder-Systeme, die wie Pumpen einen Motor antreiben, und diese wiederum einen

Wechselstromgenerator. Versuchsanlagen mit 3m1,5m Fläche ergaben sogar in ruhigen

Gewässern gute Ergebnisse.

Zu den mechanischen Systemen gehören z. B. Schaufelräder, welche die kinetische Energie

der Horizontalbewegung der Wellen benutzen. Anfangs sind sie mit ihren Zapfansatz der

Wellenrichtung entgegengesetzt. Die Wellen drehen diese Schaufelräder in ihrer

Bewegungsrichtung. Nach der Welle gehen sie wieder in ihrer Ausgangslage zurück. Die

entstehende Taumel- oder Pendelbewegung kann auf eine Hochdrucksanlage übertragen

werden. Dazu braucht man eine Schaufel, die einen Hohlraum und eine Innenkamm hat, der

auf einen mit Außenkamm ausgestatteten Innenzylinder wirkt. Der von einer Pumpe erzeugte

Wasserfluß betreibt eine Turbine. Eine Gleichmäßigkeit dieses Flusses kann durch eine

gleichrichtende Spezialpumpe erfolgen oder durch Kopplung vieler solcher

Schaufelradsysteme. Der Wirkungsgrade dieser Umwandlung liegen bei 70%.

Eine rein mechanisch wirkende Version benutzt schwimmende, stabilisierte Zylinder, die mit

den Wellengängen eine vertikale Pendelbewegung ausführen. Diese überträgt sich auf

hydraulische Pumpen, welche die Turbinen antreiben.

Die potentielle Energie, die unter Wasser durch Druckschwankungen entsteht, wird von

pneumatisch arbeitenden Systemen ausgenutzt. Die Druckschwankungen arbeiten auf ein

Arbeitsmedium in pneumatischen Druckkammern, das die langsamen Druckschwankungen

des Seegangs auf hochtourige Luftturbinen überträgt. Aber der optimale Einsatzbereich und

der Wirkungsgrad sind noch nicht angebbar.

Günstige Bedingungen sind beispielsweise in Japan und Norwegen. Diese gehören zu den

wenigen Ländern, die sich intensiv mit dieser Technik befassen. Die Investitions- und

Betriebskosten der Wellenkraftwerke dürften sehr hoch sein. Umweltbelastungen treten selten

auf, da die Verringerung der Brandungswellen keine negativen Folgen haben. Beachtet

werden müssen die Behinderungen für die Schiffahrt. Diese Kraftwerke sind schon als

"Minikraftwerke" für Bojen u. ä. in geraumer Zeit in Einsatz. In einigen Ländern gibt es

Versuchsanlagen zum Studium von Grundsatzfragen.

6.Quellenverzeichnis

Name des Buches

Autor

Verlag

Wo steckt noch Energie?

Von Hans-Dieter Naumann

Urania-

Verlag

Leipzig - Jena -

Berlin

Alternative

Energiequellen

Schulbuch: Physik

Dr. habil. Klaus Liebers

Volk und

Wissen

Prof. Dr. habil. Hans-Joachim Wilke