Flüsse fließen über Tausende von Kilometern und bergen enorme Energiemengen. Die Gewinnung und Nutzung dieser natürlichen Wasserenergie zur Stromerzeugung nennt man Wasserkraft. Die beiden grundlegenden Elemente der hydraulischen Energie sind Durchflussmenge und Fallhöhe. Die Durchflussmenge wird vom Fluss selbst bestimmt, und die Ausbeute an kinetischer Energie bei direkter Nutzung des Flusswassers ist sehr gering, da es unmöglich ist, den gesamten Flussabschnitt mit Wasserturbinen zu füllen.
Die hydraulische Nutzung beruht hauptsächlich auf der Nutzung potenzieller Energie, wodurch ein Gefälle entsteht. Das natürliche Gefälle von Flüssen bildet sich jedoch in der Regel allmählich entlang des Flusslaufs und ist auf relativ kurzer Strecke oft gering. Daher sind geeignete technische Maßnahmen erforderlich, um das Gefälle künstlich zu erhöhen und so eine nutzbare Fallhöhe zu erzeugen.
Vorteile der Wasserkraft
1. Regeneration der Wasserenergie
Wasserenergie stammt aus dem natürlichen Flussabfluss und entsteht hauptsächlich durch die Zirkulation von Erdgas und Wasser. Durch diese Zirkulation kann Wasserenergie recycelt und wiederverwendet werden, weshalb sie als „erneuerbare Energie“ bezeichnet wird. „Erneuerbare Energie“ nimmt im Energiesektor eine Sonderstellung ein.
2. Die Wasserressourcen können umfassend genutzt werden.
Wasserkraft nutzt ausschließlich die Energie des Wasserflusses und verbraucht kein Wasser. Dadurch können Wasserressourcen umfassend genutzt werden und neben der Stromerzeugung gleichzeitig auch für Hochwasserschutz, Bewässerung, Schifffahrt, Wasserversorgung, Aquakultur, Tourismus und andere Bereiche genutzt werden, wodurch eine mehrzielige Entwicklung ermöglicht wird.
3. Regulierung der Wasserenergie
Elektrische Energie lässt sich nicht speichern, Produktion und Verbrauch erfolgen gleichzeitig. Wasserenergie hingegen kann in Speichern gespeichert werden, die bedarfsgerecht angelegt werden. Diese Speicher dienen als Energiespeicher für das Stromnetz. Durch die Regulierung des Wasserstands in den Speichern verbessert sich die Fähigkeit des Stromnetzes, Lasten zu regulieren, wodurch die Zuverlässigkeit und Flexibilität der Stromversorgung erhöht wird.
4. Reversibilität der Wasserkrafterzeugung
Eine Wasserturbine, die Wasser von einem höher gelegenen zu einem tiefer gelegenen Ort leitet, kann Strom erzeugen und Wasserenergie in elektrische Energie umwandeln. Das Wasser in den tiefer gelegenen Becken wird wiederum von elektrischen Pumpen angesaugt und in höher gelegene Speicherbecken geleitet, wodurch elektrische Energie in Wasserenergie umgewandelt wird. Die Nutzung der Reversibilität der Wasserkrafterzeugung zum Bau von Pumpspeicherkraftwerken spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Lastregelungsfähigkeit des Stromnetzes.
5. Flexibilität des Anlagenbetriebs
Wasserkraftwerke zeichnen sich durch einfache Ausrüstung, flexiblen und zuverlässigen Betrieb sowie eine einfache Anpassung der Lasten aus. Sie lassen sich bedarfsgerecht schnell starten und stoppen und sind leicht zu automatisieren. Sie eignen sich optimal für die Spitzenlastabdeckung und Frequenzmodulation im Stromnetz sowie für Notstromversorgung, Lastanpassung und weitere Funktionen. Sie erhöhen die Zuverlässigkeit des Stromnetzes und bieten herausragende dynamische Vorteile. Wasserkraftwerke tragen maßgeblich zur dynamischen Lastverteilung im Stromnetz bei.
6. Niedrige Kosten und hohe Effizienz der Wasserkraftproduktion
Wasserkraft verbraucht keinen Brennstoff und erfordert weder einen hohen Personal- noch Anlagenaufwand für die Gewinnung und den Transport von Brennstoff. Die Anlagen sind einfach, benötigen weniger Personal, weniger Hilfsenergie, haben eine lange Lebensdauer und geringe Betriebs- und Wartungskosten. Daher sind die Produktionskosten für elektrische Energie in Wasserkraftwerken niedrig und betragen nur ein Fünftel bis ein Achtel der Kosten von fossilen Kraftwerken. Zudem ist der Wirkungsgrad von Wasserkraftwerken mit über 85 % hoch, während er bei fossilen Kraftwerken nur etwa 40 % beträgt.
7. Es trägt zur Verbesserung der ökologischen Umwelt bei.
Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist umweltschonend. Die große Wasseroberfläche des Stausees reguliert das Mikroklima der Region sowie die zeitliche und räumliche Verteilung des Wasserflusses, was zur Verbesserung der Umwelt in der Umgebung beiträgt. Kohlekraftwerke hingegen emittieren pro Tonne Rohkohle etwa 30 kg SO₂ und mehr als 30 kg Feinstaub. Laut Statistiken von 50 großen und mittelgroßen Kohlekraftwerken landesweit emittieren 90 % der Kraftwerke SO₂ mit einer Konzentration von über 860 mg/m³, was eine sehr gravierende Umweltbelastung darstellt. Angesichts der weltweit zunehmenden Bedeutung von Umweltthemen ist der beschleunigte Ausbau der Wasserkraft und die Erhöhung ihres Anteils in China von großer Wichtigkeit für die Reduzierung der Umweltverschmutzung.
Nachteile der Wasserkraft
Hohe Einmalinvestitionen – umfangreiche Erd- und Betonarbeiten für den Bau von Wasserkraftwerken – sind erforderlich. Zudem verursachen sie erhebliche Überschwemmungsschäden und ziehen hohe Umsiedlungskosten nach sich. Die Bauzeit ist länger als bei thermischen Kraftwerken, was den Kapitalumschlag beeinträchtigt. Selbst wenn ein Teil der Investitionen in Wasserbauprojekte von verschiedenen Institutionen getragen wird, sind die Kosten pro Kilowattstunde (kW) bei Wasserkraft deutlich höher als bei thermischer Energie. Die Einsparungen bei den jährlichen Betriebskosten werden jedoch im Laufe des Betriebs jährlich kompensiert. Die maximal zulässige Kompensationszeit hängt vom Entwicklungsstand und der Energiepolitik des Landes ab. Liegt die Kompensationszeit unter dem zulässigen Wert, ist eine Erhöhung der installierten Leistung des Wasserkraftwerks sinnvoll.
Ausfallrisiko – Durch Überschwemmungen, Naturkatastrophen, menschliche Eingriffe und die mangelhafte Bauqualität können Staudämme große Wassermengen zurückhalten und katastrophale Folgen für flussabwärts gelegene Gebiete und die Infrastruktur haben. Solche Ausfälle können die Stromversorgung, Tiere und Pflanzen beeinträchtigen und erhebliche Verluste und Todesopfer verursachen.
Ökosystemschäden – Große Stauseen verursachen großflächige Überschwemmungen oberhalb der Dämme und zerstören dabei mitunter Niederungen, Wälder und Grasland. Gleichzeitig wird auch das aquatische Ökosystem in der Umgebung der Anlagen beeinträchtigt. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf Fische, Wasservögel und andere Tiere.
Veröffentlichungsdatum: 03.04.2023
