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Referat - Energie aus Wasserkraft

Thema: Energie aus Wasserkraft
Inhalt: Infos und Bilder zu den Kraftwerkstypen und allgemeine Fakten.
 
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Energie aus Wasserkraft

1. Referat:

Vorteile:

Wir haben ein sehr groes Problem in dieser Welt, weil wir zu bestimmten Zeiten sehr viel Strom brauchen. Diese kann man aber nicht immer ausrechnen oder vorhersagen. Wir haben aber nicht sehr viele Stromspeicher, deshalb brauchen wir Kraftwerke mit denen wir jeder Zeit (eine andere Art von) Storm herstellen knnen. Das heit hier sind Wasserkraftwerke sehr ntzlich. Da man z.B. bei einem Pumpspeicherkraftwerk einen Stausee hat von dem man in Sekundenschnelle das Wasser ablassen kann, welches durch die Turbinen fliet die dann Strom erzeugen. Andere Kraftwerke wie Kernkraftwerke oder Windkraftwerke sind in ihrer Stromherstellung nicht so schnell zu beeinflussen, das Windkraftwerk knnen wir z.B. selbst gar nichts Steuern.
Durch die Stromproduktion aus Wasser schaden wir auch nicht der Umwelt, weil hier keine Abgase frei werden.


Nachteile:

Wir knnen diese Wasserwerke nur an bestimmten Stellen bauen da wir ein bestimmtes Geflle dafr bentigen, bzw. einen See, aus dem man das Wasser ablassen kann.
Was noch sehr gegen ein Wasserkraftwerk spricht ist, dass es sehr viel Platz in Anspruch nimmt.


Daten und Fakten:

Das grte Wasserwerk in Russland liefert 6 Gigawatt Leistung. Diese Menge an Leistung bruchte man fr 2 Fuballpltze, die Zimmerhoch mit 100 Watt Birnen gelagert sind. Der grte Tidenhub von 21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig. Der Grte Stausee betragt 250 Kubikkilometer, der Bodensee hat im vergleich gerade mal 48 Kubikkilometer. Fr den Bau eines Kraftwerkes mssen genaue Vorschriften eingehalten werden:


Geschichte:


Die Wissenschaftler schtzen, dass es schon vor ber 3000 Jahren Wasserrder gab, Sie wurden damals aber nur zur Bewsserung der Felder verwndet. Sie wrden frher nur einfach aus Holz gebaut und pumpten das Wasser auf eine Holzrinne, so konnte das Wasser fr die Felder schneller dort hin gebracht werden, wo es gebraucht wurde. Spter verwendeten auch die Mller Wasserrder um das Korn zu mahlen. Heute verwenden wir es zur Stromgewinnung. Wir produzieren von unserem Strom ca. 5% nur aus Wasserkraft.


Wasserkraftwerke:

Es gibt verschieden Arten von Wasserkraftwerken die alle ein wenig anders funktionieren es gibt z.B.

" Laufwasserkraftwerk
" Speicherkraftwerk
" Pumpspeicherkraftwerk
" Gezeitenkraftwerk
" Gletscherkraftwerk
" Wellenkraftwerk Schema eines Pumpspeicherkraftwerks

Das Laufwasserwerk ist die einfachste Art von Wasserkraftwerken. Es funktioniert nach der alten Art und Weise. Hierzu braucht man ein Gewsser und ein Wasserrad, dieses ist auf einem Lager gelagert und wird somit durch die Wassergeschwindigkeit angetrieben. Das Laufwasserwerk bringt stndig Strom in das Netz es Luft 24 Stunden am Tag immer im gleichen Betrieb. Der Nachteil von diesem Wasserwerk ist das man die Geschwindigkeit des Rades nicht regulieren kann. Dies sieht man z.B:

Das
Speicherkraftwerk wird mit einem Stausee betrieben. Man unterscheidet hier zwischen Tages-, Monats-, Jahresspeicher. Diese Wasserwerke werden zu den Hauptverbrauchszeiten eingesetzt. Man kann hier selbst die Regulierung bernehmen und somit zu bestimmten Zeiten viel Energie gewinnen. Durch das Aufstauen kann man auch Hochwasser regulieren, Trinkwasser und Bewsserungswasser speichern. Das dies aber sehr viel Platz in Anspruch nimmt ist ein sehr groer Nachteil.

Das
Pumpspeicherkraftwerk dient zur Haltung der Netzfrequenz, Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke ausfallen. In diesem Kraftwerk gibt es ein hher gelegenes Becken und ein niedrig gelegenes Becken. Am Tag wenn am meisten Strom verbraucht wird, wird das Wasser durch Turbinen und Generatoren nach unten in das niedrigere Becken gelassen. In der Nacht wird das Wasser mit dem billigen Nachtstrom wieder nach oben gepumpt. Hier dienen die Turbinen als Pumpen. Diese Art von Wasserkraftwerk gibt es z. B. in Luxemburg in dem Vianden Kraftwerk dies ist eins der grten Wasserwerke und kann jederzeit 1100 Megawatt Strom liefern. Wir haben auch in Deutschland ein solches Kraftwerk es liegt am Schluchtsee der sdstlich von Freiburg ist. Das Kosten/Nutzverhltnis stimmt bis jetzt nicht ber ein. Doch die Idee von "Werner und Siemens" wird weiterentwickelt um dieses Problem zu beheben oder wenigstens zu verringern.


Das
Gezeitenkraftwerk nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus. Das Wasser wird zweimal durch die Turbinen geleitet. Es wird das erste Mal gefllt wenn bei der Flut der Wasserspiegel steigt wenn bei Ebbe der Wasserspiegel wieder sinkt wird es ein zweites mal durch die Turbinen geleitet. So kann man bis 140 Megawatt Strom in der Stunde erzeugen. Das ganze lohnt sich aber nur bei groen Tiefenhben wie bei Saint Malo wo das Wasser 13.5 Meter fllt und somit durch 10 Turbinen geleitet werden kann, die in einer 750 Meter langen Staumauereingebaut sind.

Das
Gletscherkraftwerk besteht aus einem Stausee, in dem man das Schmelzwasser staut und Turbinen die dann die Generatoren in Betrieb setzten.

Das
Wellenkraftwerk soll es sogar auch geben. Dies ist aber sehr kosten aufwendig und, schwer zu bauen, da man die Wellen und die Generatoren auf einer elektrischen Achse lagern muss da die Richtung der Wellen oft sehr schwankt.


Die Turbine:

Auch hier gibt es wie bei den Wasserkraftwerken verschiedene Arten.

" Kaplan-Turbine
" Freistrahl-Turbine
" Francis-Turbine
" Rohr-Turbine


Kaplan- Turbine



Die Kaplan-Turbine wurde 1913 vom sterreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelt. Sie eignet sich besonders fr Flsse, bei denen groe Wassermengen bei geringem Geflle zur Verfgung stehen. Vertikal eingebaute Kaplan-Turbinen werden in Flusskraftwerken fr Fallhhen bis maximal 65 m eingesetzt.


Das Laufrad der Kaplan-Turbine ist einem Schiffspropeller hnlich. Durch dessen verstellbare Schaufeln strmen die Wassermassen und treiben die Turbine an.


Der Leitapparat der Kaplan-Turbine besteht aus jalousieartigen Lamellen. Er hat die Aufgabe, die einstrmenden Wassermassen so zu lenken, dass sie parallel zur Turbinenwelle auf die Schaufeln des Laufrades treffen.



Die Schaufeln werden mit Servomotoren gesteuert. Verstellbar sind sowohl die Schaufeln des Leitapparats als auch die Schaufeln des Laufrades. Sie werden den Schwankungen der Wasserfhrung und des Geflles angepasst. Je nach Einsatzbereich werden Kaplan-Turbinen mit drei bis sechs Laufradschaufeln gebaut.


Groe Kaplan-Turbinen sind vorwiegend vertikal eingebaut, so dass das Wasser von oben nach unten durchstrmt. Eine Kaplan-Turbine im Donaukraftwerk Aschach hat einen Laufraddurchmesser von 8,4 m und ein Gesamtgewicht von 1 300 Tonnen. Kaplan-Turbinen laufen uerst schnell und haben einen Wirkungsgrad bis zu 95 %.
Sonderform:

TAT-Turbine

Bei kleineren Wasserkraftwerken (max. 10 MW) mit einer Fallhhe zwischen 2 und 24 m werden heute TAT-Turbinen (Tubular Axial Turbines) eingesetzt. Das sind kleinere Kaplan-Turbinen mit vorwiegend vertikaler Achse. Bei diesen Turbinen kann nur entweder das Laufrad oder das Leitrad reguliert werden.


Francis-Turbine



Historische Entwicklung


Die Francis-Turbine wurde 1849 von dem angloamerikanischen Ingenieur James B. Francis entwickelt. Dieses Prinzip geht eigentlich auf Benoit Fourneyron aus dem Jahre 1824 zurck. Er lie das Wasser innerhalb eines geschlossenen Systems zunchst durch die gekrmmten Schaufeln eines Leitwerks strmen, bevor es auf die Schaufeln des Laufrades trifft und diese in Bewegung setzt. Zum Unterschied von der Francis-Turbine war bei Fourneyron das Leitwerk im Inneren des Laufrades, und das Wasser musste radial nach auen flieen. Diese von Fourneyron entwickelte Turbine hatte bereits einen Wirkungsgrad von etwa 80%. Auch die Kaplan-Turbine arbeitet im wesentlichen nach diesem Prinzip.


Francis-Turbinen sind am weitesten verbreitet, da sie universell einsetzbar sind. Sie werden in sterreich bis zu Fallhhen von 500 Metern eingesetzt.



 


Das Wasser strmt durch einen Leitapparat mit verstellbaren Schaufeln auf die gegenlufig gekrmmten Schaufeln des Laufrades. Die Wasserzufuhr erfolgt ber ein schneckenfrmig gekrmmtes Rohr, Spirale genannt.


Um die Turbinenleistung den Erfordernissen anzupassen, kann das zustrmende Wasser durch die verstellbaren Schaufeln des Leitapparats reguliert werden. Das abgearbeitete Wasser fliet ber das Saugrohr in der Verlngerung der Turbinenachse ab.

 


Die Turbinenachse kann unterschiedlich gelagert sein. Bei Kraftwerken mit grerer Leistung und greren Fallhhen wird sie in der Regel vertikal eingebaut. So sind im Krafthaus Imst, wo durch die Abkrzung einer Flussschleife eine Fallhhe von 143,5 Metern erzielt wird, 3 Francis-Turbinen mit vertikaler Achse installiert. Bei kleineren Anlagen, wie z. B. im Kraftwerk Heinfels, ist die Turbinenachse meist horizontal gelagert.




Weitere Verbesserungen der Fourneyron-Turbine erfolgten 1837 durch den Deutschen Karl Anton Henschel, den Amerikaner Samuel B. Howd, der 1838 das Laufrad ins Innere des Leitwerks verlegte, sowie den Englnder James Thomson, der die verstellbaren Leitschaufeln und die gekrmmten Laufradschaufeln entwickelte.
Francis verbesserte dann diese Turbine und erzielte einen Wirkungsgrad von etwa 90 %.


Francis-Schacht-Turbine
Fr Leistungen bis 2 Megawatt und Fallhhen bis etwa 2 Meter eignen sich Francis-Schacht-Turbinen.


Francis-Spiral-Turbine

Fr kleinere Kraftwerksanlagen bis maximal 10 Megawatt werden fr Fallhhen zwischen 5 und 170 m standardisierte Francis-Spiral-Turbinen eingesetzt.
 

 

 

2. Referat

bersicht:

Mehr als 70 Prozent der Erdoberflche sind mit Wasser bedeckt: Meere, Seen und Flsse. In ihnen steckt ein gewaltiges Energiepotential, aus dem sich auch Strom gewinnen lsst. Die ersten Wasserrder gab es wahrscheinlich schon vor 3000 Jahren zur Feldbewsserung. Allein in Deutschland gibt es mehr als 660 Wasserkraftwerke, die immerhin ca. 5% des Stromes liefern, 1992 waren es 15.900 GWh. Zwar sind die Baukosten sehr hoch, aber der Strom ist danach billig, da keine Brennstoffe verwendet werden. Das Potential in Deutschland ist zwar schon zu ausgenutzt, aber die Zahl der Kraftwerke steigt weiter an: Es wird damit gerechnet, dass bis zum Jahr 2000 fast 2000 neue Kleinkraftwerke gebaut werden.

Die Kraftwerke bringen wichtige Vorteile fr die Natur: Es wird kein Brennstoff verbraucht und damit werden auch keine Emissionen freigesetzt. Das grte schleswig-holsteinische Wasserkraftwerk, Farchau, ersetzt rund 430.000 Liter Heizl jhrlich. Zudem werden Sinkstoffe aus dem Fliewasser herausgefiltert, was die Wasserqualitt wesentlich verbessert. Der Wasserstand bleibt auch konstant. Das schafft sogar neue Lebensrume fr Tiere und Pflanzen.

In Schleswig-Holstein gibt es mehrere Wasserkraftwerke, die Strom in das Netz der Schleswag einspeisen. Das grte Kraftwerk, Farchau, liefert 1,6 MW und hat eine Fallhhe von 30 Metern.  Zwei weitere sind Herrenmhle mit 0,144 MW bei einer Hhe von nur 2,4 Metern und Wellspang mit 0,04 MW mit 4,2 Metern.
 

Daten und Fakten:

Das grte Wasserkraftwerk in Krasnoyarsk (Russland) liefert 6 GW Strom. Das entspricht einer Menge von Hundert-Watt-Glhlampen (105 cm x 6 cm x 6 cm), die in Zimmerhhe gestapelt zwei Fuballpltze fllen. Die Fallhhe des Wassers betrgt bis zu 2 Kilometer. Zum Vergleich: Krmmel liefert 0,6 GW, und das Kernkraftwerk Brokdorf 1,326 GW. Der grte Tidenhub von 21 Metern ist der Fundabay in Neubraunschweig (Kanada). Der grte Inhalt eines Stausees betrgt 205 Kubikkilometer, der Bodensee hat gerade mal 48. Der Wirkungsgrad der Wasserkraftwerke liegt zwischen 80 und 90 Prozent. Beim Auto ist dieser Wert gerade mal 20%, bei einer Glhlampe 5%.
 

Laufwasserkraftwerke:

Laufwasserkraftwerke sind die einfachste und hufigste Art von Kraftwerken. Es sind meist Wasserrder an Flssen oder Kanlen. Sie laufen in stndigem Betrieb und liefern stndig Strom ins Netz. Um den Druck zu erhhen, werden die natrlichen Widerstnde in den Flssen verkleinert. Der Sinkstofftransport wird vermindert, und vor allem werden Flsse begradigt, wodurch die Erosion abnimmt. Zudem wird die Fliegeschwindigkeit des Wassers verringert, um die innere Reibung zu verkleinern. Meist entsteht der Druck auch noch durch ein Geflle, da das Wasser ber eine weite Strecke einen Berg hinab fliet.
 

Speicherkraftwerke:

Die Speicherwasserkraftwerke werden in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeicher unterteilt. Meistens werden sie zu Spitzenverbrauchszeiten eingesetzt. Das Wasser, welches in Becken aufgestaut wird, ist potentielle Energie, die bei Bedarf verwendet wird. Aber die Stauung dient auch zur Hochwasserrckhaltung, Regulierung des Abflusses fr die Sicherheit der Schifffahrt, zur Speicherung von Trinkwasser und zur Bewsserung.
 

Pumpspeicherwasserkraftwerke:

Pumpspeicherkraftwerke dienen zur Haltung der Netzfrequenz, Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke ausfallen.

In einem Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es ein hher gelegenes und ein niedrig gelegenes Wasserbecken. Zu den Tageszeiten, wo der Stromverbrauch am hchsten ist, wird das Wasser vom oberen Becken durch Turbinen und Generatoren in das niedrigere Bassin geleitet. In der Nacht wird das Wasser dann mit billigem Nachtstrom durch Rohrleitungen wieder in das obere Becken gepumpt, die Generatoren und Turbinen werden dann als Pumpen verwendet.

Das Pumpspeicherwasserkraftwerk Vianden in Luxemburg ist eines der grten und kann jederzeit 1100 Megawatt liefern. Ein Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es auch in Deutschland, am Schluchsee, sdstlich von Freiburg.

Der grte Nachteil ist jedoch, dass das Kosten-/Nutzen-Verhltnis bis jetzt nicht bereinstimmt. Doch man entwickelt die Ideen Werner von Siemens weiter, um dieses Problem zu beheben.
 

Gezeitenkraftwerke:

Dieser Kraftwerkstyp nutzt die doppelte Kraft des Wassers aus: Das Wasser wird zweimal durch Turbinen geleitet: Das erste Mal, wenn es bei Flut ein Becken fllt, das zweite Mal, wenn es bei Ebbe wieder aus diesem Becken heraus fliet. Das lohnt sich aber nur bei groen Tidenhben, zum Beispiel in Saint-Malo an der franzsischen Kste. Das Wasser steigt und fllt hier 13,5 Meter, und es wird jeweils durch 10 Turbinen geleitet, die in einer 750 Meter langen Staumauer eingebaut sind. Das Kraftwerk liefert 0,24 Gigawatt Strom.
 

Gletscherkraftwerke:

Auch die zweitgrte Eismasse der Welt, das Grnlndische Inlandeis, wird zur Stromgewinnung eingesetzt. Das Eis hat eine Masse von 2,4 Millionen Kubikkilometern. Der Bodensee hingegen hat nur 48 Kubikkilometer. Bei Gletscherkraftwerken wird ein Schmelzwassersee an seinem tiefsten Punkt angebohrt, damit man auch im Winter genug Wasser hat, obwohl die Oberflche des Sees gefriert. Dann wird das Wasser durch ein Rohr unter dem Eis an die Kste geleitet, wo es in den Turbinen Strom erzeugt. In Grnland ist bisher nur ein Kraftwerk gebaut worden, das sein Wasser aus einem 11 Kilometer entfernten See bekommt. Man schtzt aber, dass man in Grnland jhrlich fast 10 Terawattstunden Strom gewinnen knnte!'
 

Wellenkraftwerke:

Sogar die Kraft der Wellen soll fr die Energiegewinnung genutzt werden. Aber die Nutzung ist schwierig und vor allem teuer. Die Kraftwerke mssen auf Plattformen entstehen, die voll automatisiert funktionieren. Auch der Mechanismus, der die Wellenenergie in elektrische Energie umwandelt, ist sehr kompliziert, da die Strke und Richtung der Wellen stark schwankt.

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Bilder Thema: Energie aus Wasserkraft
Fach: Physik
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