Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Grundlagen der Wasserkraftnutzung, ihren Vor- und Nachteilen und ihrem Potential in Deutschland.
Die Kraft des Wassers wird seit über 3500 Jahren genutzt. In ihrer frühesten Form diente sie ausschließlich der Bewässerung von Feldern durch Wasserschöpfräder. Die Griechen erfanden im 3./4. Jahrhundert v. Chr. das erste Wasserrad und erweiterten so den Begriff der Wasserkraft als Antriebsquelle für Maschinen aller Art. Die Entwicklung des oberschlächtigen Wasserrades im Spätmittelalter sorgte für einen Wasserfluss über das Rad und machte das Gewicht des Wassers nutzbar.
Im Jahr 1767 gelang es John Smeaton, das erste Wasserrad aus Eisen herzustellen. Somit waren die Voraussetzungen für die industrielle Revolution gegeben und die Wasserkraft war von nun an die wichtigste Antriebsquelle der Welt. Keine hundert Jahre später (1842) sorgten der Vorläufer der Francis-Turbine von Benoît Fourneyron und die Erfindung des ersten elektrodynamischen Generators (1866) durch Werner von Siemens dafür, dass die Wasserkraft als erste erneuerbare Energie zur Stromerzeugung genutzt wurde. 14 Jahre später folgten die ersten Wasserkraftwerke in England und daraufhin auch in den USA, Deutschland und überall auf der Welt.
Die Wasserkraft hat heutzutage einen Anteil von über 16 Prozent an der weltweiten Stromerzeugung und liegt damit auf Platz Eins der erneuerbaren Energiequellen. Da die Stromerzeugung durch Wasserkraft seit über 100 Jahren besteht, ist ihre Technologie stets verbessert worden und im Vergleich zu Photovoltaik oder Windkraft sehr ausgereift.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen der Wasserkraftnutzung
2.1 Physikalische Grundlagen
2.2 Funktionsweise einer Wasserkraftanlage
2.3 Arten von Wasserkraftwerken
2.4 Einteilung in Niederdruckanlagen
2.5 Einteilung in Hochdruckanlagen
2.6 Funktionsweise von Turbinen anhand der Kaplan-Turbine
2.7 Grundlagen einer Turbine
2.8 Besonderheiten der Kaplan-Turbine
2.9 Das Wasserkraftpotential
3 Aufbau eines Laufwasserkraftwerkes am Beispiel Keselstraße Kempten
3.1 Historie und Daten des Kraftwerkes
3.2 Aufbau und Funktion
3.3 Betrieb und Wartung
4 Vergleich mit anderen regenerativen Energien
4.1 Ähnlichkeiten
4.2 Differenzen
5 Potential in Deutschland
5.1 Momentane Lage
5.2 Errungenschaften des Erneuerbare-Energien-Gesetzes
5.3 Zukunftsaussichten
6 Vor- und Nachteile der Wasserkraft
6.1 Ökologische Auswirkungen
6.2 Wirtschaftliche Lösungen
7 Schluss
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die physikalischen Grundlagen, technischen Funktionsweisen und die wirtschaftliche sowie ökologische Bedeutung der Wasserkraftnutzung in Deutschland, wobei das moderne Laufwasserkraftwerk Keselstraße in Kempten als praktisches Fallbeispiel dient.
- Historische Entwicklung und physikalische Basis der Energiegewinnung durch Wasserkraft.
- Detaillierte Analyse der Technik, insbesondere der Kaplan-Turbine und ihrer Regelung.
- Fallstudie zum Bau und Betrieb des Laufwasserkraftwerks Keselstraße unter Berücksichtigung von Umweltschutzauflagen.
- Vergleichende Betrachtung der Wasserkraft mit anderen regenerativen Energieträgern sowie Bewertung des nationalen Potentials.
- Ökonomische und ökologische Aspekte von Wasserkraftanlagen im Kontext der aktuellen Energiewende.
Auszug aus dem Buch
2.6 Funktionsweise von Turbinen anhand der Kaplan-Turbine
Eine Turbine wandelt die kinetische- und/oder potentielle Energie des Wassers in Rotationsenergie um. Diese Energie wird mit Hilfe einer Welle und gegebenenfalls eines Getriebes an einen Generator übertragen.18 Das Getriebe dient in dem Fall dazu, das Drehmoment der Welle an das Drehmoment des Generators anzupassen.19 Der Generator wandelt die gewonnene Rotationsenergie anschließend in elektrische Energie um.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit gibt einen Überblick über die lange Geschichte der Wasserkraftnutzung und ihre heutige Bedeutung als ausgereifte Technologie in der erneuerbaren Energieerzeugung.
2 Grundlagen der Wasserkraftnutzung: Dieses Kapitel erläutert die physikalischen Prinzipien der Energieumwandlung aus Wasser und stellt verschiedene Anlagentypen sowie die Funktionsweise der Kaplan-Turbine vor.
3 Aufbau eines Laufwasserkraftwerkes am Beispiel Keselstraße Kempten: Anhand des konkreten Kraftwerks in Kempten werden die baulichen Besonderheiten, der Prozess des Betriebs und die notwendige technische Wartung illustriert.
4 Vergleich mit anderen regenerativen Energien: Hier werden die spezifischen Stärken der Wasserkraft, insbesondere ihre Kontinuität, den variableren regenerativen Energiequellen wie Wind und Sonne gegenübergestellt.
5 Potential in Deutschland: Dieses Kapitel beleuchtet die aktuelle Ausbausituation der Wasserkraft in Deutschland unter Berücksichtigung gesetzlicher Rahmenbedingungen wie dem Erneuerbare-Energien-Gesetz.
6 Vor- und Nachteile der Wasserkraft: Die ökologischen Wirkungen auf Gewässer und Tiere sowie die wirtschaftliche Rentabilität beim Neubau oder der Modernisierung von Anlagen werden kritisch abgewogen.
7 Schluss: Abschließend wird das Fazit gezogen, dass die Wasserkraft trotz begrenzter Ausbaumöglichkeiten in Deutschland ein wesentlicher, grundlastfähiger Bestandteil eines regenerativen Energiesystems bleibt.
Schlüsselwörter
Wasserkraft, Laufwasserkraftwerk, Kaplan-Turbine, Erneuerbare Energien, Energieerzeugung, Potentielle Energie, Kinetische Energie, EEG, Wirkungsgrad, Energiewende, Stromnetz, Umweltschutz, Fischwanderung, Investitionskosten, Keselstraße.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundlegend?
Die Arbeit analysiert die technischen, physikalischen und regulatorischen Rahmenbedingungen der Wasserkraftnutzung in Deutschland unter Einbeziehung eines konkreten Praxisbeispiels.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Kernbereichen zählen die physikalischen Grundlagen der Energiegewinnung, Anlagentypen (Niederdruck/Hochdruck), der Vergleich zu anderen regenerativen Energien sowie ökologische und wirtschaftliche Bewertungsfaktoren.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Funktionsweise von Wasserkraftwerken verständlich zu machen und ihre Rolle als stabilisierender Faktor innerhalb des deutschen Energiemixes aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse sowie einer vertiefenden Fallstudie zum Laufwasserkraftwerk Keselstraße in Kempten, ergänzt durch statistische Daten zur Stromerzeugung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil widmet sich dem technischen Aufbau, der Wirkungsweise der Kaplan-Turbine, der Analyse des deutschen Potenzials und der Gegenüberstellung mit Wind- und Solarenergie.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Typische Begriffe sind Wasserkraft, Kaplan-Turbine, Energiewende, Laufwasserkraftwerk und Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).
Was zeichnet das Kraftwerk Keselstraße besonders aus?
Es dient als Beispiel für eine moderne, architektonisch anspruchsvolle Anlage, die durch spezielle Dämmmaßnahmen und einen Seitenkanal zur Lärmminderung sowie eine Fischtreppe zur Ökologieanpassung optimiert wurde.
Wie beeinflusst das EEG die Wasserkraft?
Das EEG bietet durch garantierte Vergütungen Investitionssicherheit und verpflichtet Anlagenbetreiber gleichzeitig zur Einhaltung ökologischer Standards, wie etwa der Fischdurchgängigkeit.
Warum ist die Kaplan-Turbine so bedeutend?
Sie ist speziell für große Durchflussmengen bei niedrigen Fallhöhen optimiert und ermöglicht durch verstellbare Schaufeln einen konstant hohen Wirkungsgrad bei schwankendem Wasserstand.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2020, Wasserkraft in Deutschland. Funktionsweise und Vergleich mit anderen regenerativen Energien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/704329
