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Ein Wasserkraftwerk ist eine Anlage, die als Laufwasserkraftwerk (Flußwasserkraftwerk) das Wasserpotential von gestauten Flüssen bei geringem Gefälle (einige 10 m) nutzt. Zudem dient es insbesondere bei schwankender Wasserführung als wirksamer Hochwasserschutz und ermöglicht eine ganzjährige Schifffahrt. Das größte Kraftwerk dieser Art ist das von Brasilien und Paraguay errichtete und 1991 eingeweihte Itaipú am Rio Paraná. Seine 18 Generatoren erbringen eine Leistung von insgesamt 12600 Megawatt.
Ein Druckwasserkraftwerk bedient sich der Fallhöhe natürlicher oder künstlicher Wasserfälle, der Abflüsse von Stauseen usw.
In den Turbinen der Laufwasser- und Druckwasserkraftwerke wird die kinetische und potentielle Energie nutzbar gemacht, in dem die Turbine mit den gekuppelten Generatoren elektrische Energie umwandelt und diese den Stromumformern (Transformatoren) zuführt.
Zu den bekanntesten Druckwasserkraftwerken gehört die 1905 fertig gestellte und später mehrfach erweiterte amerikanisch-kanadische Anlage an den Niagarafällen (48 m bzw. 51 m Fallhöhe), die etwa 2000 Megawatt liefert.
Besondere Wasserkraftwerke sind die Speicherkraftwerke (Pumpspeicherkraftwerke). Diese finden sich vorwiegend in Alpenländern, wo zwei Speicherbecken - natürliche oder künstliche Seen - mit großem Höhenunterschied (bis 2000 m) durch einen offenen Kanal oder durch Druckrohre miteinander verbunden sind.
Bei geringem Wasserzufluß oder schwankendem Strombedarf (während der Nacht) wird Wasser mittels eines Generators aus dem unteren Stausee in den oberen gepumpt. Von dort fließt es bei Bedarf (Belastungsspitzen) zurück und stürzt auf die Turbinenschaufeln, die dadurch in Drehung versetzt werden. Sie treiben wiederum Generatoren an, welche die mechanische Arbeit in elektrische Energie umsetzen.
Die Stauseen der Speicherkraftwerke dienen als Mehrzweckanlage nicht selten auch der Gewässerregulierung und der Wasserversorgung. Die Leistung eines modernen Speicherkraftwerks beträgt über 1000 Megawatt. Eine derartige Anlage gilt als sehr wirtschaftliches \"Spitzenkraftwerk\".
Die Turbinen in einem Gezeitenkraftwerk (Meereskraftwerk) werden durch das ein- und ausströmende Wasser während der Tide (Ebbe und Flut) angetrieben.
Das erste Kraftwerk zur Nutzung der Gezeitenenergie entstand 1966 an der Rankemündung bei Saint-Malo/ Frankreich. Der dort unter der Leitung des französischen Ingenieurs Robert Gibrat errichtete ellipsenförmige Hohldamm verwandelte das Mündungsbecken in einen natürlichen Speichersee mit einer Fläche von 22 Quadratkilometern.
Die 24 Turbinenaggregate liefern bei einem maximalen Tidenhub (dem Höhenunterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser) von 13 m insgesamt 240 Megawatt. Sie arbeiten sowohl bei der Füllung des Speicherbeckens (Flut) als auch bei der Entleerung (Ebbe). In Zeiten schwacher Belastung kann außerdem Wasser aus dem Meer in das Becken gepumpt werden.
Die Stromerzeugung durch Wasserkraftwerke kann angesichts jahreszeitlicher Grundlagen unterschiedlich erfolgen. So ist unter anderem die Abhängigkeit von der über das Jahr verfügbaren Wassermenge zu beachten. Dieses gilt insbesondere für Meereskraftwerke, die wegen des periodischen Gezeitenwechsels nicht kontinuierlich arbeiten können. Wasserkraftwerke erzeugen gegenwärtig etwa 20 Prozent des gesamten Strombedarfs der Erde.
Geschichte
Wasserräder, welche ursprünglich zum Wasserschöpfen aus Flüssen dienten, waren im Orient bereits im 3. Jahrtausend v. Chr. bekannt. Sie verbreiteten sich in Europa seit dem Mittelalter, zunächst als Antrieb für Mahlwerke, später unter anderem auch für Sägewerke. Durch die Entwicklung der Dampfmaschine (seit Ende des 18. Jahrhunderts) ging die Bedeutung der Wasserräder aber stetig zurück.
In der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts trat die Erzeugung elektrischen Stromes durch Turbinen in den Vordergrund. Das erste Wasserkraftwerk der Welt wurde 1889 in London/ Großbritannien in Betrieb genommen.
Alternative Energien
Zu den alternativen Energien gehören sämtliche zur Energiegewinnung einsetzbaren, sich erneuerbaren Energien:
Geothermische Energie
Gezeitenenergie
Sonnenenergie
sowie die sich von ihr ableitenden Energieformen wie Wind-, Wasser- und Bioenergie.
Im Gegensatz zur Energie aus fossilen Brennstoffen und Kernenergie sind alternative Energien regenerativ, weil sie durch Sonnenstrahlung immer wieder erneuert werden.
Die Technik zur direkten Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom wird Photovoltaik (Sperrschicht-Photoeffekt) genannt. Zentrales Element ist die Solarzelle, in der das Licht den 1839 entdeckten photovoltaischen Effekt auslöst.
Geschichte
Eine erste Beschreibung zur Nutzung der Sonnenenergie in römischen Bauten stammt aus dem Jahre 30 v. Chr. (Marcus Vitruvius Pollio, um 88-26. v. Chr.).
Der schweizer Naturforscher Horace Bénédict de Saussure (1740-1799) unternahm 1767 die ersten Versuche mit Sonnenkollektoren.
Kraftwerk
Ein Kraftwerk ist eine Anlage zur Gewinnung von elektrischem Strom, der fast ausschließlich durch Generatoren erzeugt wird. Die mechanische Antriebsenergie wird hierbei den Trägern von Bewegungsenergie (z.B. Wasser, Wind), chemischer Energie (z.B. Kohle, Gas, Erdöl) oder den Trägern von Kernenergie (Uran) über Wärmekraftmaschinen bzw. Reaktoren entzogen.
Bei Dampfkraftwerken erfolgt die Energieerzeugung durch eine Dampfturbine oder eine Dampfmaschine. Zu den verwendeten Brennstoffen gehören Braun- oder Steinkohle, aber auch bisweilen Gas, Torf oder Öl. Letzteres findet seine Verwendung in Notstromaggregaten, die von Dieselmotoren angetrieben werden.
Kraftwerke, die zur Energieerzeugung weitgehend die minderwertige Braunkohle nutzen, befinden sich meist in der Nähe von Bergwerken, in denen der Abbau dieser fossilen Brennstoffe erfolgt. Die größten unter ihnen verbrauchen täglich über 20000 Tonnen Kohle zur Erzeugung von 9000 Megawatt Leistung.
Wasserkraftwerke nutzen Flußkraft als die potentielle Kraft von aufgestautem Wasser bei geringem Gefälle, Druckwasserkraftwerke die Fallhöhen natürlicher oder künstlicher Wasserfälle. Zu den besonderen Wasserkraftwerken gehören die Pumpspeicherwerke, die bei Leerlauf Wasser wieder hochpumpen und die Meereskraftwerke, die zur Energiegewinnung die Gezeiten ausnutzen.
Energiegewinnung
Die Stromerzeuger (Generatoren) mit Dampfturbinenantrieb in einem modernen Kraftwerk erhalten ihre Energie aus Kohle- oder Gasverbrennung. Der so entstehende Hochdruckdampf mit einer Temperatur von mehr als 600° C wird über einen Erhitzer Turbinen zugeleitet, die über eine Antriebswelle mit dem Stromerzeuger verbunden sind.
Beim Durchfließen wassergekühlter Rohre wird der Wasserdampf als Fernwärme genutzt, wobei er kondensiert, bevor er seine Restwärme in einem Kühlturm verliert. Das Wasser wird dort durch die Umgebungsluft abgekühlt. Anschließend wird das Kondenswasser in den Kessel zurückgepumpt und das Kühlwasser in den Fluß geleitet. Der produzierte Strom wird dem öffentlichen Stromnetz zugeführt.
In einem Atomkraftwerk (Kernkraftwerk) ersetzt der Kernreaktor die Feuerung des Dampfkessels. Die bei der Kernspaltung frei werdende Energie wird größtenteils in Wärme umgesetzt.
Geschichte
Das erste Großdieselkraftwerk der Welt entstand 1904 in Kiew. Es verfügte über sechs Vierzylinder- Viertakt- Dieselmotoren mit einer Leistung von je 400 PS. Der erste aus Kernenergie gewonnene Strom wurde 1951 in einem amerikanischen Forschungsreaktor erzeugt.
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