1. Wasserenergieressourcen
Die Geschichte der menschlichen Nutzung von Wasserkraftressourcen reicht bis in die Antike zurück. Laut der Auslegung des Gesetzes über erneuerbare Energien der Volksrepublik China (herausgegeben vom Rechtsausschuss des Ständigen Ausschusses des Nationalen Volkskongresses) wird Wasserenergie wie folgt definiert: Die Wärme von Wind und Sonne bewirkt die Verdunstung von Wasser, der Wasserdampf bildet Regen und Schnee, der fallende Regen und Schnee bildet Flüsse und Bäche, und der Wasserfluss erzeugt Energie, die als Wasserenergie bezeichnet wird.
Der Schwerpunkt der modernen Wasserkraftnutzung liegt auf der Entwicklung und Nutzung von Wasserkraftressourcen. Daher werden die Begriffe Wasserkraft, hydraulische Energie und Wasserkraftwerke oft synonym verwendet. Tatsächlich umfasst der Begriff Wasserkraft jedoch ein breites Spektrum an Ressourcen, darunter auch hydrothermische Energie, Wasserkraft und Meerwasserenergie.
(1) Wasser- und Wärmeenergieressourcen
Wasser- und Wärmeenergiequellen sind allgemein als natürliche heiße Quellen bekannt. Schon in der Antike nutzten die Menschen die Wasser- und Wärmeressourcen natürlicher Thermalquellen direkt zum Bau von Bädern, zum Baden, zur Behandlung von Krankheiten und für sportliche Betätigung. Auch heute noch werden Wasser- und Wärmeenergiequellen zur Stromerzeugung und zum Heizen genutzt. Island beispielsweise erzeugte im Jahr 2003 7,08 Milliarden Kilowattstunden Wasserkraft, wovon 1,41 Milliarden Kilowattstunden aus Geothermie (d. h. Wasserwärme) gewonnen wurden. 86 % der isländischen Bevölkerung nutzen Geothermie zum Heizen. Das Kraftwerk Yangbajing in Xi'an mit einer installierten Leistung von 25.000 Kilowatt nutzt ebenfalls Geothermie zur Stromerzeugung. Experten prognostizieren, dass die jährlich in China im Boden innerhalb von knapp 100 Metern Tiefe gewinnbare Niedertemperaturenergie (durch Nutzung von Grundwasser als Medium) bis zu 150 Milliarden Kilowattstunden erreichen kann. Derzeit beträgt die installierte Leistung der geothermischen Stromerzeugung in China 35300 Kilowatt.
(2) Hydraulische Energieressourcen
Hydraulische Energie umfasst die kinetische und potenzielle Energie des Wassers. Im alten China wurden die hydraulischen Energieressourcen reißender Flüsse und Wasserfälle umfassend genutzt, um Maschinen wie Wasserräder und Wassermühlen für die Bewässerung, Getreideverarbeitung und Reishülsenherstellung zu bauen. In den 1830er Jahren wurden in Europa Wasserkraftwerke entwickelt und eingesetzt, um Großindustrien wie Getreidemühlen, Baumwollspinnereien und Bergwerke mit Energie zu versorgen. Moderne Wasserturbinen, die direkt Kreiselpumpen antreiben, um Zentrifugalkraft für die Wasserförderung und Bewässerung zu erzeugen, sowie Druckstoßpumpen, die den Wasserfluss nutzen, um Druckstoßdruck zu erzeugen und so hohen Wasserdruck für die Wasserförderung und Bewässerung aufzubauen, sind allesamt direkte Beispiele für die Entwicklung und Nutzung von Wasserenergie.
(3) Wasserkraftressourcen
In den 1880er Jahren, als die Elektrizität entdeckt wurde, wurden Elektromotoren auf der Grundlage der elektromagnetischen Theorie hergestellt und Wasserkraftwerke gebaut, um die hydraulische Energie der Wasserkraftwerke in elektrische Energie umzuwandeln und sie an die Verbraucher zu liefern. Dies leitete eine Periode der dynamischen Entwicklung und Nutzung von Wasserkraftressourcen ein.
Die hier erwähnten Wasserkraftressourcen werden üblicherweise als Wasserkraftressourcen bezeichnet. Neben den Flusswasserressourcen birgt auch der Ozean enorme Gezeiten-, Wellen-, Salz- und Temperaturenergie. Schätzungen zufolge belaufen sich die globalen Wasserkraftressourcen der Ozeane auf 76 Milliarden Kilowatt, was mehr als dem 15-Fachen der theoretischen Reserven landbasierter Flusswasserkraft entspricht. Davon entfallen 3 Milliarden Kilowatt auf Gezeitenenergie, 3 Milliarden Kilowatt auf Wellenenergie, 40 Milliarden Kilowatt auf Temperaturdifferenzenergie und 30 Milliarden Kilowatt auf Salzdifferenzenergie. Derzeit hat lediglich die Technologie zur Entwicklung und Nutzung von Gezeitenenergie ein Stadium erreicht, in dem sie sich im großen Maßstab für die Nutzung mariner Wasserkraftressourcen durch den Menschen einsetzen lässt. Die Entwicklung und Nutzung anderer Energiequellen erfordert noch weitere Forschung, um bahnbrechende Ergebnisse hinsichtlich der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit zu erzielen und eine praktische Entwicklung und Nutzung zu ermöglichen. Die hier erwähnte Entwicklung und Nutzung von Meeresenergie bezieht sich hauptsächlich auf die Entwicklung und Nutzung von Gezeitenenergie. Die Anziehungskraft von Mond und Sonne auf die Meeresoberfläche verursacht periodische Schwankungen des Meeresspiegels, die als Gezeiten bekannt sind. Diese Schwankungen des Meerwassers erzeugen Gezeitenenergie. Prinzipiell ist Gezeitenenergie mechanische Energie, die durch die Schwankungen des Gezeitenstands entsteht.
Gezeitenmühlen entstanden im 11. Jahrhundert, und zu Beginn des 20. Jahrhunderts begannen Deutschland und Frankreich mit dem Bau kleiner Gezeitenkraftwerke.
Man schätzt, dass das weltweit nutzbare Gezeitenenergiepotenzial zwischen 1 und 1,1 Milliarden Kilowatt liegt, mit einer jährlichen Stromerzeugung von rund 1240 Milliarden Kilowattstunden. Chinas nutzbare Gezeitenenergieressourcen verfügen über eine installierte Leistung von 21,58 Millionen Kilowatt und eine jährliche Stromerzeugung von 30 Milliarden Kilowattstunden.
Das derzeit größte Gezeitenkraftwerk der Welt ist das Gezeitenkraftwerk Rennes in Frankreich mit einer installierten Leistung von 240.000 Kilowatt. Das erste Gezeitenkraftwerk Chinas, das Gezeitenkraftwerk Jizhou in Guangdong, wurde 1958 mit einer installierten Leistung von 40 Kilowatt errichtet. Das 1985 erbaute Gezeitenkraftwerk Jiangxia in Zhejiang verfügt über eine installierte Leistung von 3.200 Kilowatt und belegt damit weltweit den dritten Platz.
Darüber hinaus verfügen die chinesischen Ozeane über Wellenenergiereserven von rund 12,85 Millionen Kilowatt, Gezeitenenergie von rund 13,94 Millionen Kilowatt, Salzwasserenergie von rund 125 Millionen Kilowatt und Temperaturenergie von rund 1,321 Milliarden Kilowatt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das gesamte Meeresenergiepotenzial Chinas etwa 1,5 Milliarden Kilowatt beträgt. Dies ist mehr als doppelt so hoch wie die theoretischen Reserven von 694 Millionen Kilowatt Wasserkraft an Land und bietet weitreichende Entwicklungs- und Nutzungsperspektiven. Weltweit investieren Länder derzeit massiv in die Erforschung technologischer Ansätze zur Erschließung und Nutzung der enormen, im Meer verborgenen Energieressourcen.
2. Wasserkraftressourcen
Wasserkraft bezeichnet allgemein die Nutzung der potenziellen und kinetischen Energie des Flusswassers, um Arbeit zu verrichten und Wasserkraftwerke anzutreiben, die Strom erzeugen. Kohle-, Öl-, Erdgas- und Kernkraftwerke benötigen nicht erneuerbare Brennstoffe, während Wasserkraft keine Wasserressourcen verbraucht, sondern die Energie des Flusswassers nutzt.
(1) Globale Wasserkraftressourcen
Die gesamten Reserven an Wasserkraftressourcen in Flüssen weltweit betragen 5,05 Milliarden Kilowatt, mit einer jährlichen Stromerzeugung von bis zu 44,28 Billionen Kilowattstunden; die technisch nutzbaren Wasserkraftressourcen betragen 2,26 Milliarden Kilowatt, und die jährliche Stromerzeugung kann 9,8 Billionen Kilowattstunden erreichen.
1878 errichtete Frankreich das weltweit erste Wasserkraftwerk mit einer installierten Leistung von 25 Kilowatt. Mittlerweile beträgt die weltweit installierte Wasserkraftleistung über 760 Millionen Kilowatt, bei einer jährlichen Stromerzeugung von 3 Billionen Kilowattstunden.
(2) Chinas Wasserkraftressourcen
China zählt zu den Ländern mit den weltweit größten Wasserkraftressourcen. Laut einer aktuellen Untersuchung der Wasserkraftressourcen belaufen sich die theoretischen Reserven der Flusswasserenergie in China auf 694 Millionen Kilowatt, was einer jährlichen theoretischen Stromerzeugung von 6,08 Billionen Kilowattstunden entspricht. Damit belegt China weltweit den ersten Platz hinsichtlich der theoretischen Wasserkraftreserven. Die technisch nutzbare Kapazität der chinesischen Wasserkraftressourcen beträgt 542 Millionen Kilowatt mit einer jährlichen Stromerzeugung von 2,47 Billionen Kilowattstunden, und die wirtschaftlich nutzbare Kapazität liegt bei 402 Millionen Kilowatt mit einer jährlichen Stromerzeugung von 1,75 Billionen Kilowattstunden. Auch hier belegt China weltweit den ersten Platz.
Im Juli 1905 wurde Chinas erstes Wasserkraftwerk, das Guishan-Wasserkraftwerk in der Provinz Taiwan, mit einer installierten Leistung von 500 kVA errichtet. 1912 nahm das erste Wasserkraftwerk auf dem chinesischen Festland, das Shilongba-Wasserkraftwerk in Kunming (Provinz Yunnan), mit einer installierten Leistung von 480 Kilowatt den Betrieb auf. 1949 betrug die installierte Wasserkraftkapazität des Landes 163.000 Kilowatt. Bis Ende 1999 war sie auf 72,97 Millionen Kilowatt angewachsen und lag damit weltweit an zweiter Stelle hinter den USA. Bis 2005 erreichte die gesamte installierte Wasserkraftkapazität Chinas 115 Millionen Kilowatt und belegte damit weltweit den ersten Platz. Dies entsprach 14,4 % der nutzbaren Wasserkraftkapazität und 20 % der gesamten installierten Kapazität der nationalen Energiewirtschaft.
(3) Eigenschaften der Wasserkraft
Wasserkraft wird durch den natürlichen Wasserkreislauf immer wieder erneuert und kann vom Menschen kontinuierlich genutzt werden. Um die Erneuerbarkeit von Wasserkraft zu beschreiben, wird oft der Begriff „unerschöpflich“ verwendet.
Wasserkraft verbraucht weder Brennstoff noch emittiert sie Schadstoffe bei der Erzeugung und im Betrieb. Ihre Betriebs- und Managementkosten, die Stromerzeugungskosten und die Umweltbelastung sind deutlich geringer als bei der thermischen Stromerzeugung, was sie zu einer kostengünstigen, umweltfreundlichen Energiequelle macht.
Wasserkraft zeichnet sich durch gute Regelleistung, schnelles Anfahren und die Möglichkeit der Spitzenlastabdeckung im Stromnetz aus. Sie ist schnell und effektiv, reduziert Stromausfallverluste in Not- und Unfallsituationen und gewährleistet so die Versorgungssicherheit.
Wasserkraft und mineralische Energie zählen zur ressourcenbasierten Primärenergie, die in elektrische Energie umgewandelt und als Sekundärenergie bezeichnet wird. Die Wasserkraftnutzung ermöglicht die gleichzeitige Gewinnung von Primärenergie und die Produktion von Sekundärenergie. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines separaten Prozesses zur Gewinnung, zum Transport und zur Speicherung von Energieträgern, was die Brennstoffkosten erheblich senkt.
Der Bau von Stauseen zur Wasserkraftnutzung verändert die ökologische Umwelt der umliegenden Gebiete. Einerseits erfordert er die Überflutung von Landflächen und damit die Umsiedlung von Anwohnern. Andererseits kann er das Mikroklima der Region wiederherstellen, ein neues aquatisches Ökosystem schaffen, das Überleben von Organismen fördern und die Entwicklung von Hochwasserschutz, Bewässerung, Tourismus und Schifffahrt erleichtern. Daher sollte bei der Planung von Wasserkraftprojekten der Minimierung negativer Auswirkungen auf die Umwelt höchste Priorität eingeräumt werden. Die Vorteile der Wasserkraftnutzung überwiegen somit die Nachteile.
Aufgrund der Vorteile der Wasserkraft verfolgen Länder weltweit Strategien, die deren Ausbau priorisieren. In den 1990er Jahren stammten 93,2 % der gesamten installierten Kapazität Brasiliens aus Wasserkraft, während Länder wie Norwegen, die Schweiz, Neuseeland und Kanada einen Anteil von über 50 % aufwiesen.
Im Jahr 1990 betrug der Anteil der Wasserkraft an der nutzbaren Stromerzeugung in einigen Ländern der Welt 74 % in Frankreich, 72 % in der Schweiz, 66 % in Japan, 61 % in Paraguay, 55 % in den Vereinigten Staaten, 54 % in Ägypten, 50 % in Kanada, 17,3 % in Brasilien, 11 % in Indien und 6,6 % in China.
Veröffentlichungsdatum: 24. September 2024
