„Wasserkraft ist die bewährteste Energie der Welt“
Ein Wasserkraftwerk wandelt die Lageenergie von Wasser in elektrische Energie um, indem es das Wasser mit hoher Geschwindigkeit auf eine Turbine leitet, die eine Drehbewegung erzeugt. Diese Drehbewegung treibt einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Damit können Maschinen laufen. Wie genau das funktioniert, zeigten die Wasserbau-Ingenieure (Forschungsinstitut Wasser und Umwelt) Prof. Dr. Jorge Leandro und Dipl.-Ing. Jörg Wieland den Kinderuni-Kindern im großen Hörsaal des Hörsaalzentrums Unteres Schloss.
Zuerst erklärte Prof. Leandro den Wasserkreislauf: Wasser verdunstet über Meeren und Seen, steigt als Wasserdampf in die Atmosphäre, wo es sich zu Wolken abkühlt (Kondensation). Diese Wolken lassen das Wasser als Niederschlag (Regen, Schnee) zur Erde zurückkehren. Dort sammelt es sich in Gewässern, versickert im Boden als Grundwasser oder fließt über Flüsse zurück ins Meer, wodurch der Kreislauf von neuem beginnt. An Flüssen und auch im Bereich der Meere können Wasserkraftwerke errichtet werden. Sie nutzen die Kraft des Wassers zur Energiegewinnung.
Dipl.-Ing. Jörg Wieland hatte im Hörsaal zwei Experimente aufgebaut. Ein Kinderuni-Kind bediente einen Handkurbel-Dynamo. Im Leerlauf dreht sich die Kurbel ganz leicht. Wird daran eine Lampe angeschlossen, ist es schwerer die Kurbel zu drehen. Der manuell erzeugte Energiefluss ist nicht konstant, die Lampe flackert erkennbar. Wieland: „Das geht im Prinzip auch mit Wasserkraft, dann aber viel gleichmäßiger.“ Nur: kleine Anlagen sind im Betrieb sehr teuer; nur große Wasserkraftanlagen rechnen sich. Eine Kilowattstunde Strom, die mit Brennstoff erzeugt wird, kostet zwischen 3 und 5 Cent. Auch der in großen Wasserkraftanlagen gewonnene Strom bewegt sich in diesem Kostenbereich. Mit einer mittelgroßen Wasserkraftanlage gewonnener Strom kostet pro Kilowattstunde rund 10 Cent.
In Deutschland stammen 70 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien. Weltweit sind das gerade einmal 30 Prozent. Leandro: „Der Ausbau der neuen Technologien ist teuer.“ Nur Island und Paraguay gewinnen ihren Strom zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Diese sind aber wichtig, um den Treibhauseffekt und die zunehmende Erderwärmung einzudämmen. Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf speichern. Es kann zu mehr Extremwetterereignissen kommen.
Ingenieure arbeiten an Lösungen gegen diese Entwicklung. Das war auch in der Vergangenheit so. Lester Allan Pelton (1829 – 1908) gilt als Vater der Wasserkraft. Er entwickelte Turbinenräder mit unterschiedlich geformten Schaufeln. Das Walchenseekraftwerk in Kochel am See in Bayern existiert seit 1924 und erzeugt jährlich 300 Millionen Kilowattstunden Strom mit Hilfe der Pelton-Turbinentechnik. Zum Vergleich: Mit einer Kilowattstunde kann man eine Maschine Wäsche waschen, 15 Hemden bügeln
oder 17 Stunden lang eine 60-Watt-Glühlampe leichten lassen. Die Jahresenergiemenge des Walchenseekraftwerks reicht also für das Bügeln von etwa 4,5 Milliarden (!!) Hemden.
Im Hörsaal wurde nun der Wasserhahn vor der Turbinendüse aufgedreht. Und siehe da: Auch mittels Turbine und Generator wurde das kleine Modell-Häuschen beleuchtet, ein Radio zum Laufen gebracht und ein schweres Gewicht mit Hilfe einer Winde angehoben – nur jetzt ohne die Stromstärken-Schwankungen bei der durch die Handkurbel erzeugten elektrischen Energie. Eine Gleichung gaben die Wissenschaftler den Kindern mit auf den Weg: Wasserkraft = Fallhöhe mal Durchfluss. Das heißt die für den Betrieb der Lampe erforderliche Antriebsenergie kann mit einer großen Druckhöhe bei kleinem Durchfluss, oder mit einer kleineren Druckhöhe mit größerem Durchfluss bereitgestellt werden. Dieser Sachverhalt ist für die Auswahl des effektivsten Turbinentyps sehr wichtig: Die Turbine muss auf das Wasserdargebot (= vorhandene Druck- bzw. Fallhöhe und den verfügbareren Durchfluss) angepasst werden; das machen Wasserbauingenieure. Wasserkraft ist zudem umweltfreundlich. Für die Erzeugung von einer Kilowattstunde Strom werden mit Kohle 921 Gramm Kohlendioxid freigesetzt, bei Sonnenenergie 33 Gramm und bei Wasserkraft 15 Gramm. Leandro: „Wasserkraft ist die bewährteste Energie der Welt.“
