Wasserkraft auf der ganzen Welt
Hydraulische Energie wird seit Jahrhunderten zur Erzeugung von mechanischer Energie genutzt. Die Entwicklung der Wasserkraft begann in den 1880er Jahren (Erfindung der Turbine in Frankreich im Jahr 1827).
Die weltweit installierte Wasserkraftkapazität erreichte Ende 2020 1 330 GW, was einem Anstieg von 1,6 % entspricht, und die Wasserkraftproduktion wurde auf 4 370 TWh geschätzt, was einem Anstieg von 1,5 % entspricht. Der Zubau neuer Kapazitäten erreichte 21 GW im Jahr 2020, verglichen mit 15,6 GW im Jahr 2018. Fast zwei Drittel dieses Zubaus entfielen auf China : 13,8 GW ; von den Ländern, die neue Kapazitäten installiert haben, überschritt nur die Türkei die Megawattgrenze von : 2,5 GW. China dominiert die Rangliste der Länder nach installierter Leistung mit 370,2 GW, d. h. 27,8 % der weltweiten Gesamtleistung, gefolgt von Brasilien (109,3 GW). Pumpspeicherkraftwerke haben eine installierte Leistung von insgesamt 160 GW und eine Speicherkapazität von 9 000 GWhs. Die Neuinstallationen im Jahr 2020 erreichen 1,5 GW, davon 1,2 GW in China.
Die Vorteile der Wasserkraft liegen in der Erneuerbarkeit, den niedrigen Betriebskosten und den geringen Treibhausgasemissionen; die Speicherkapazität der Stauseen trägt zum Ausgleich von Nachfrageschwankungen sowie von Schwankungen der intermittierenden Energien (Wind, Sonne) bei.
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) steht die Wasserkraft weltweit an erster Stelle der erneuerbaren Energien und an sechster Stelle aller Energieträger zusammen, nach Erdöl (31,1%), Kohle (28,9%), Erdgas (21,4%), Kernenergie (4,8%) und Biokraftstoffen und Biomasse (10,02%), und ist damit die erste erneuerbare Energiequelle der Welt.
Die größten Erzeuger von Wasserkraft im Jahr 2020 sind China (31,0 %), Brasilien (9,4 %), Kanada (8,8 %) und die Vereinigten Staaten (6,7 %), die über einige der leistungsstärksten Kraftwerke verfügen.
Es gibt verschiedene Arten von Wasserkraftwerken
Wasserkraftwerke, die die Energie der Wasserfallhöhe nutzen, Flusskraftwerke, die die Energie eines Flusses nutzen, Gezeitenkraftwerke, die die Energie der Gezeiten nutzen, Gezeitenturbinen, die die Energie der Meeresströmungen nutzen, und Wellenkraftwerke, die die Energie der Wellen nutzen.
Großhydraulik
Große Wasserkraft ist die durch Dämme erzeugte Energie.
Hydraulische Energie ist die mechanische Energie, die durch die Bewegungen und den Kreislauf des Wassers erzeugt wird, angetrieben durch die Schwerkraft und/oder die Sterne und den Mond – Wasserfälle, Flüsse, Wellen, Strömungen oder Gezeiten.
Es handelt sich um eine saubere Energie, deren Kraft von der Höhe des Wasserfalls oder der Wasserströmung abhängt und die direkt oder indirekt genutzt werden kann. Seit der Antike wird die Wasserkraft direkt genutzt, um das Wasserrad von Mühlen zu drehen, und heute auch für Norias oder Defibers (die zur Herstellung von Papierbrei verwendet werden). Bei der indirekten Nutzung wird die hydraulische Energie in andere Energie umgewandelt, früher in mechanische, seit Anfang des 20.
Kleine Wasserkraftwerke
Fasst man alle Kleinwasserkraftwerke unter dem Begriff Kleinwasserkraftwerke zusammen, so unterscheidet man die Pico-Kraftwerke unter 20 kW, die Mikro-Kraftwerke von 20 kW bis 500 kW, die Mini-Kraftwerke von 500 kW bis 2 MW, und die Kleinkraftwerke von 2 bis 10 MW.
Kleinwasserkraftwerke, die am Flusslauf gebaut werden, erfordern keine Aufstauung oder pünktliche Entleerung, die die Hydrologie, Biologie oder Qualität des Wassers beeinträchtigen könnten.
Mikro-Wasserkraftwerke funktionieren wie die großen Staudammkraftwerke, die die Energie der Flüsse nutzen.
Als dezentrale Energiequelle erhält oder schafft die Kleinwasserkraft wirtschaftliche Aktivität in ländlichen Gebieten.
Meeresenergien
Der Sektor Meeresenergie, auch Ozeanenergie oder Thalasso-Energie genannt, umfasst die Entwicklung von Technologien und die Kontrolle und Nutzung der natürlichen Energieströme, die von den Meeren und Ozeanen bereitgestellt werden.
Dazu gehören Seegang, Wellenenergie, Strömungsenergie, Gezeitenenergie und thermische Meeresenergie (OTE), die auf dem thermischen Gefälle zwischen der Oberfläche und der Tiefsee beruht.
Die Meereshydroelektrizität verwendet bekannte Techniken
Gezeitenkraftwerk La Rance (France) (Gezeitendamm), oder in voller Erprobung Wellengeneratoren (Systeme mit oszillierender Wassersäule, Schwallanlagen), Gezeitenturbinen (Unterwasserpropeller oder Unterwasserwindkraftanlagen), schlagende oder oszillierende flache Flügel, schwimmende Schaufelräder...
Wie funktioniert Wasserkraft?
In einem Wasserkraftwerk treibt die Bewegung des Wassers eine Turbine an, die wiederum einen Wechselstromgenerator antreibt, der einen elektrischen Wechselstrom erzeugt. Ein Transformator passt dann die Spannung dieses Stroms an, sodass er leichter in Hoch- und Höchstspannungsleitungen abgeleitet und transportiert werden kann.
Ein Beispiel: Ein Staudamm hält den natürlichen Wasserfluss eines Flusses zurück, um ihn zu speichern und ein Reservoir zu bilden. Dann werden die Tore geöffnet, damit das Wasser durch lange Metallrohre, die so genannten „Penstocks“, zum darunter liegenden Wasserkraftwerk fließen kann.
Man spricht auch von Mini-, Mikro- oder Pikohydraulik, um Wasserkraftwerke mit einer Leistung von weniger als 10 MW, zu bezeichnen, die der Stromversorgung kleiner lokaler Betriebe oder einiger Wohnhäuser dienen.
Umweltauswirkungen
Vorteile
Hydraulische Energie wird als erneuerbare Energie betrachtet, da Wasser eine unerschöpfliche Quelle ist und sein Kreislauf im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen immerwährend ist, ohne auszutrocknen.
Bei ihrer Erzeugung werden nur sehr wenige Treibhausgase freigesetzt (außer in tropischen Regionen, wo beim Abbau organischer Stoffe Methan entsteht), kein CO2 und keine Abfälle.
Dank der Pumpspeicherkraftwerke (PSPS) ist die mit Wasser aus Staudämmen erzeugte Elektrizität die einzige Form, die in großem Umfang gespeichert werden kann.
Sie ermöglicht auch die wirtschaftliche, soziale und touristische Entwicklung isolierter Gemeinden und schafft Arbeitsplätze.
Nachteile
Staudämme behindern die Schifffahrt und verhindern die Wanderung bestimmter Wassertierarten sowie die Verlagerung von Sedimenten.
Die künstliche Schaffung von Wasserreservoir führt zu einer Verschlammung der Flüsse, aber auch zu einer Unterversorgung des Wassers mit Sauerstoff. Umgekehrt führt das plötzliche Ablassen von Wasser in Stauseen zu einer Übersättigung des Wassers, was in beiden Fällen negative Folgen für das Gleichgewicht des Ökosystems hat.
Es kommt auch vor, dass Wasserkraft und die Errichtung eines Staudamms zum Verschwinden bestimmter landwirtschaftlicher Flächen oder sogar zur Vertreibung der örtlichen Bevölkerung führen.
Aus diesem Grund wurden in jedem Land Vorschriften erlassen, insbesondere das Gesetz zur Planung und Ausrichtung der Energiepolitik (POPE), das darauf abzielt, ein Gleichgewicht zwischen zwei wichtigen ökologischen Aspekten zu schaffen: dem Kampf gegen Treibhausgasemissionen und der Erhaltung der biologischen Vielfalt.