Die Wasserkraft wird von Menschen genutzt um Arbeit zu verrichten oder Energie zu gewinnen.
Das Nutzen der Wasserkraft ist das Ausnutzen der potentiellen Enegie (Lageenergie) des Wassers, die beim Nach-Unten-Fliessen in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt wird.
Die Wasserkraft ist eine regenerative oder erneuerbare Energiequelle. Das Wasser wird durch Verdunstung und den Wind (beides von der Sonne verursachte Phänomene) in eine Hochlage gebracht, aus der es dann abfließt, und dabei eine Nutzung durch den Menschen erlaubt.
Wassermühle
Traditionell wird Wasserkraft in den Schaufelrädern der Wassermühle genutzt, um mechanische Maschinen anzutreiben. Wassermühlen mahlen Getreide, sägen Holz, bearbeiten Metall oder pumpen Wasser (Polderlandschaft).
Wasserkraftwerk
Seit Elektrizität als Energieträger genutzt wird, wird Wasserkraft in Wasserkraftwerken in Elektrische Energie umgewandelt, und dann weiter entfernt wieder zum Verrichten von Arbeit eingesetzt. Die Bewegung des Wassers treibt Turbinen an, welche wiederum oder Generatoren bewegen.
Bei Wasserkraftwerken wird unterschieden zwischen Niederdruckkraftwerken und Hochdruckkraftwerken.
Niederdruckkraftwerke
Bei einem Niederdruckkraftwerk, oft auch Flusskraftwerk genannt, wird ein Fluss gestaut und die Turbine durch das abfliessende Wasser angetrieben. Niederdruckkraftwerk produzieren, abhängig von der Wassermenge des Flusses ständig Energie Bandenergie oder Grundlastenergie, außer bei extrem tiefem oder extrem hohem Wasserstand.
Das Gefälle ist bei Flusskraftwerken nur niedrig (einige Meter), dafür stehen grössere Wassermengen zur Verfügung. Laufkraftwerke arbeiten mit Niederdruck, es werden Kaplan-Turbinen, Francis-Turbinen oder neuere Rohrturbinen eingesetzt.
Bei schiffbaren Flüssen müssen Niederdruckkraftwerke mit Schleusen kombiniert sein.
Hochdruckkraftwerke
Bei einem Hochdruckkraftwerk wird das Wasser mittels einer Talsperre in einem Stausee gesammelt und von dort durch Druckleitungen auf die Turbine geleitet.
Ein Hochdruckkraftwerk besteht aus Stauanlage mit Wasserfassungen, Druckstollen, Druckschacht mit Wasserschloss zur Verhinderung von Druckstössen, Zentrale mit Turbinen, Generatoren, Transformatoren und Schaltstation.
Das Gefälle der Druckleitungen ist sehr groß (bis zu 1000 m) und durch den dadurch erzeugten hohen Druck, können Hochdruckkraftwerke auch mit wenig Wasser Elektrizität erzeugen. Gewöhnlich werden Pelton- oder Freistrahlturbinenen eingesetzt, bei sehr großen Fallhöhen auch Francis-Turbinen.
Speicherkraftwerke können sehr schnell an- und abgeschaltet werden und in Vollast und Teillast laufen, und liefern gewöhnlich wertvolle Spitzenenergie.
Pumpspeicherkraftwerke
Stauseen können auch verwendet werden, um ungenutzte Bandenergie in wertvolle Spitzenenergie umzuwandeln, indem ein Pumpspeicherkraftwerk in Zeiten von niedrigem Elektrizitätsbedarf Wasser von einem niedrig gelegenen in einen höher gelegenen Stausee pumpt, das dann für Spitzenenergie zur Verfügung steht.
Kraftwerksanlagen
Große Kraftwerksanlagen in den Bergen sind komplexe Systeme mit Sammelstollen, mehreren Stauseen, Pumpstationen, und Energiezentralen.
Beispiele:
- Die Maggiakraftwerke bestehen aus sechs Stauseen, vier Turbinenanlagen, zwei kombinierte Pump/Turbinenanlagen mit einer Produktionskapazität von insgesamt über 1200 GW pro Jahr.
- Die Grimselkraftwerke haben acht Stauseen, acht Kraftwerke, eine Kraftwerk/Pumpstation und produzieren 1900 GW pro Jahr.
Konflikte beim Bau von Wasserkraftwerken
Der Landschaftsverbrauch beim Anlegen von neuen Stauseen (Talsperre) kann zu Konflikten führen, bei denen Nachteile und Vorteile, auch im Vergleich zu anderen Lösungen, im Einzelfall abgewogen werden müssen.
Mögliche Nachteile von Wasserkraftwerken:
- Umsiedlung der Bewohner
- Natur- und Landschaftsschutzanliegen
- Kulturgüter werden überschwemmt
- Begrenzte potentielle Nutzungsdauer, da Stauseen (wie jeder Binnensee) verlanden
Mögliche Vorteile von Wasserkraftwerken
- Regenerierbare Energie in großem Maßstab
- Keine Abgase (Kohlendioxid, Stickoxide, Schwefelwasserstoffe)
- Flussregulierung, Hochwasserschutz (Wasser wird in wasserreichen Zeiten zurückgehalten und dosiert abgegeben)
- Bewässerung (Wasser steht auch in wasserarmen Zeiten zur Verfügung)