Wasserkraft


Mit dem Wasser ist das so ähnlich wie mit dem Wind...

Um den "Wasserkreislauf" in gang zu bringen braucht es auch wieder die Sonne. Viel Sonne...!!!

 

Durch Erwärmung von Seen, Meeren und sonstigen Feuchtflächen verdunstet das Wasser und steigt auf. In höheren und kälteren Lagen kondensiert der Wasserdampf zu Wassertropfen. Diese fallen dann in Form von Regen, Schnee oder Hagel wieder zurück zur Erde.

 

Um das noch etwas genauer zu verstehen hilft uns die obige Graphik.

Luft kann, wenn sie warm ist mehr Feuchtigkeit speichern als wenn sie kalt ist. Nehmen wir
mal an die Sonne sonnt so fröhlich am Äquator vor sich hin....Wir habe an die 40ig Grad
(Roter Punkt). Durch den Wind (Hochdruck, Niederdruckgebiet) wird die nun gesättigte Luft
in die Berge transportiert. Da sie dort aufsteigt und in kältere Lagen gelangt brrrrrrrrrr...
nehmen wir an es ist null grad und alle habe die Winterklamotten an, (blauer Punkt) kann 
die Luft die Feuchtigkeit nicht mehr halten (gesättigt). Es kommt zu Regen. Die Regenmenge entspricht der grünen Linie. (Diverenz zwischen rot und blau)

 

 

So nun wissen wir mal wie das Wasser immer wieder in die Berge kommt.

Zur Energiegewinnung sind in unserem Fall nun zwei Dinge besonders Interessant:

1. Die Wassermenge (qm)
2. Die Fallhöhe (h)

Die Fallbeschleunigung (g) ist gegeben und kann nicht geändert werden.
Der Wirkungsgrad (n) hängt von der Anlage und dem Generator ab.


Die besagte Formel sagt aus, das wenig Wasser aus großer Höhe gleich viel Energie erzeugen kann,
wie viel Wasser aus geringer Höhe.

So.... Nun wird's endlich interessant! Wir kommen zu den Turbinen! Naja.. Erst mal
die alten Wasserräder ansehen...

 

Wasserräder gibt es, wie Windräder auch, schon eine halbe Ewigkeit.
Sie wurden dazu genutzt Getreidemühlen, Sägewerke und andere Maschinen
zum laufen zu erwecken.

 

Hier wurden mehrere Wasserräder zusammengenommen um mit dessen Kraft die Wasserkünste Ludwigs XIV im Schlosspark von Versailles mit heraufgepumptem Wasser zu versorgen.

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Machen wir uns aber nun nach so viel grauer Theorie mal an die heutigen Anlagen.

 

Heute werden vor allem 3 Typen von Turbinen eingesetzt. Es sind dies:

1. Peltonturbine => Grosse Fallhöhen / geringe Wassermengen
2. Francisturbine => Mittlere Fallhöhen / mittlere Wassermengen
3. Kaplanturbine => Kleine Fallhöhen / große Wassermengen

 

Peltonturbine

Diese Turbinenart ist vor allem in den Bergen zuhause. Sie brauchen um optimal zu
funktionieren einen großen Wasserdruck. 
Sie werden eingesetzt um die Spitzenlast an Energie zu decken. Nehmen wir an es ist 11.30Uhr
und alle Mamis kochen lecker Essen für die Kinderchen. (jaja es gibt auch Hausmänner!)
Der nun steigende Energiebedarf kann nun einfach mit solch einer Anlage gedeckt werden.
Hahn auf, das Wasser läuft vom Stausee runter durch die Turbine und voila... da ist der Strom!

 

 

Es braucht dazu:
Stausee, Druckleitung welche das Wasser zu Tale fördert, eine Turbine und und und ;-)

 


Hier sehen wir ein wunderschönes Beispiel einer Bogenstaumauer. Die Stabilität und
Dicke der  Mauer ist relativ gering. Durch die gebogene Form wird die darauf
wirkende Kraft auf die zwei Bergwänden (links und rechts) abgegeben.
Der See dient als Speicher. Wie oben schon beschrieben wird dann Wasser Turbiniert
wenn Energie benötigt wird, da Strom nicht gespeichert werden kann.

 

Wenn ich schon von der Bogenstaumauer schwärme dürfen wir hier natürlich die
zweite gängige Bauform nicht auslassen. Es ist die Gewichtsstaumauer.
Wie der Name schon sagt ist das Teil so schwer, dass es dem Wasserdruck standhält,
ohne das es die Kraft auf die Seitenwände abgeben müsste. Durch das wird die Mauer
dicker und braucht ein vielfaches an Baumaterial im Gegensatz zur Bogenstaumauer.

 

Das Herzstück einer Pelton- Anlage. Das Turbinenrad (Blau). Je nach
Größe der Anlage hat es mehrere Ventile. Mit dem öffnen und schließen der
Ventile wird die Leistung geregelt. Offene Ventile = viel Wasser = viel Leistung.

 

So sieht das Pelton- Turbinenrad aus. Der Wasserstrahl trifft genau in der Mitte der 
Schaufel auf und wird durch den Steg in der Mitte geteilt. Durch die Schaufelform wird
ein grossteil der Energie auf das Rad abgegeben.


Hier nochmals eine Schaufel im Schnitt. Wasserstrahl von rechts her kommend. 

Hier eine Anlage mit zwei Peltonrädern bei der Revision. Rechts sehen wir den
angeflanschten Generator welcher die Drehbewegung der Welle in Elektrizität wandelt.

 

 

Francis- Turbine

Die Francisturbine braucht eigentlich in etwa das selbe wie die Pelton Turbine damit
Strom erzeugt werden kann. Ein Stausee, ein Druckrohr die Anlage.
Der große Unterschied besteht darin, dass die Francisturbine mehr Wasser und
weniger Druck benötig. 

 

Hier sehen wir das Gehäuse einer Francisturbine. Die vielen "Schrauben" sind die Steuerung
der Leitschaufeln. Anders wie bei der Peltonturbine besitzt die Francisturbine keine Düsen
sonder das Wasser wird über die Leitschaufeln im Optimalen Winkel zum Turbinenrad geleitet.
Mit dem Anstellungswinkel der Schaufeln wir die Wassermenge und so die Leistung der
Turbine reguliert.

 

Hier sehen wir ein Turbinenrad einer Francisturbine.

 

Hier sehen wir das Prinzip. Wasser gelangt über die Ringleitung zu den Leitschaufeln. Diese
leiten das Wasser zur Turbine. Die so entstehende Drehbewegung wird im Generator zu
Strom gemacht.

 

 

 

Kaplan- Turbine 

 

Die Kaplanturbine ist die klassische "Flusskraftwerkturbine" Sie braucht nur einen sehr geringen
Druck, dafür Unmengen an Wasser.
Mit Kaplanturbinen wird die "Grundlast" gedeckt.
Die Grundlast ist die Energie, die ein Land stets benötigt um zu funktionieren..
Kaplanturbinen sind deswegen ideal zur Grundlastdeckung da immer soviel Wasser
unten weg muss, wie oben heran geflusst wird... ;-)

 

Vom Stausee gelangt das Wasser in die Turbine. Das Rad ähnelt eigentlich einer Schiffsschraube. 

 

 

Hier mal wieder das Herzstück. Das Turbinenrad. Man beachte die zwei Herren
links als Größenvergleich
Dieses Rad leistet bei 23 Meter Fallhöhe beachtliche 107MW.

Hier haben wir das Werk Klingnauerstausee. Links die Mauer rechts das Turbinenhaus.

 

Das Werk von der anderen Seite. Hier sieht man, dass die Differenz zwischen See und
dem Fluss untern sehr gering ist.

 

Die Konstruktion der "Mauer" fällt auch einigermaßen einfach aus.

 

Hier ist das Maschinenhaus zu sehen. Wer genau hinsieht, sieht auch den Rechen.
Dies sind ganz viele Gitterstäbe durch die das Wasser zur Turbine fliest. Dreck wie z.B. 
Schwemmholz und Abfall wird durch das Gitter zurückgehalten.

 

Das ist die Reinigungsmaschine.  Mit diesem Gerät wird von Zeit zu Zeit der Rechen
von Schwemmgut gereinigt so das das Wasser ungehindert durchfließen kann.

 

Hier sehen wir einen der wirklich großen Generatoren. (Sorry die schlechte Bildqualität
aber ich musste "Werkspionage" durchs Fenster betreiben... ;-)

 

Hier noch das Werk im Seitenschnitt. Ganz links ist der Rechen sichtbar. In 
der Mitte das Kaplanturbinenrad und der Generator, rechts der Wasserabfluss.

 

Hier das Ganze noch etwas genauer.
Nr. 2+3 ist der Generator (Die grüne "Büchse" die zwei Bilder weiter oben gezeigt wird...;-)

Nachtrag. Eingefügt am 19.10.08

Bei einem Flug konnten wir noch die follgenden Bilder vom
Klingnauerstausee machen

Hier  der Klingnauerstausee aus der Vogelperspektive...

Das Generatorenhaus (links) und die Staumauer.

 

Hier ist der Wasserfluss schön zu erkennen.

Und weil es so schön ist hier noch die Ansicht von der Stauseeseite her.

Ende Nachtrag vom 19.10.08

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Natürlich geht's auch größer...

Vor einigen Jahren war ich am Itaipustausee. Die Größe ist einfach umwerfend.
Der Stausee liegt an der Grenze Brasilien / Paraguay

Stauseelänge ca. 170Km
Breite ca. 7-13Km

 

Unten ist der "Überlauf" oben sieht man die weißen Druckrohre die zum Maschinenhaus
führen.

 

Hier so ein "Teil" aus der Nähe. Da geht schon was mehr durch als bei einem 
gewöhnlichen Gartenschlauch ;-)

 

Hier das Werk von oben...

 

Das Ganze aus dem All. Wer genau hinsieht erkennt ganz unten den Ausfluss, 
dort steht das Werk.

 

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Was ich euch natürlich auch nicht vorenthalten möchte....

 

Hier wahr wohl der Mensch mal nicht mehr Herr der Lage. Unfälle wie "Dammbruch" oder
wie vor einiger Zeit im Valis (Schweiz) wo ein Druckwasserrohr brach und zu mehreren 
Toten führte, kann es wenn es dumm geht immer mal geben.

Im Grossen und Ganzen ist die Wasserkraft aber eine gute und nachhaltige Energiequelle.

 

Vorteile: Nachteile:
Im Betrieb CO2 Neutral. Bau von Staumauern / Stauseen notwendig
Keine Energiekosten Dammbruch
Unabhängigkeit zu Fossilen Brennstoffen  Verschandelung von Umwelt

 

Danke für's lesen... ;-)

 

 

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