In natürlichen Flüssen fließt das Wasser, vermischt mit Sedimenten, von oben nach unten und spült dabei oft das Flussbett und die Uferböschungen ab. Dies zeigt, dass im Wasser eine gewisse Energie verborgen ist. Unter natürlichen Bedingungen wird diese potenzielle Energie durch Ausspülung, Abtransport von Sedimenten und Überwindung des Reibungswiderstands verbraucht. Wenn wir Gebäude errichten und die notwendige Ausrüstung installieren, um einen stetigen Wasserstrom durch eine Wasserturbine zu erzeugen, wird die Turbine vom Wasserstrom angetrieben, ähnlich einer Windmühle, die sich kontinuierlich dreht. Die Wasserenergie wird dabei in mechanische Energie umgewandelt. Wenn die Wasserturbine den Generator antreibt, wird Strom erzeugt und die Wasserenergie in elektrische Energie umgewandelt. Dies ist das Grundprinzip der Wasserkraftnutzung. Wasserturbinen und Generatoren sind die wichtigsten Ausrüstungsgegenstände für die Wasserkraftnutzung. Lassen Sie mich Ihnen eine kurze Einführung in die Grundlagen der Wasserkraftnutzung geben.
1. Wasserkraft und Wasserflusskraft
Bei der Planung eines Wasserkraftwerks ist die Bestimmung der Kraftwerksgröße von der Kenntnis der Stromerzeugungskapazität abhängig. Gemäß den Grundprinzipien der Wasserkraftnutzung wird die Stromerzeugungskapazität eines Kraftwerks durch die vom Wasserstrom verrichtete Arbeit bestimmt. Die gesamte Arbeit, die Wasser in einem bestimmten Zeitraum verrichten kann, bezeichnen wir als Wasserenergie, die Arbeit pro Zeiteinheit (Sekunde) als Stromleistung. Je größer die Leistung des Wasserstroms, desto höher ist die Stromerzeugungskapazität des Kraftwerks. Um die Stromerzeugungskapazität zu ermitteln, muss daher zunächst die Wasserstromleistung berechnet werden. Diese lässt sich wie folgt berechnen: Angenommen, der Höhenunterschied des Wasserspiegels in einem bestimmten Flussabschnitt beträgt H (Meter) und das Wasservolumen H, das pro Zeiteinheit (Sekunde) durch den Flussquerschnitt fließt, beträgt Q (Kubikmeter/Sekunde). Dann entspricht die Leistung des Flussquerschnitts dem Produkt aus Wassergewicht und Höhenunterschied. Offensichtlich gilt: Je höher der Wassertropfen, desto größer die Strömung und desto größer die Strömungskraft des Wassers.
2. Die Leistung der Wasserkraftwerke
Bei einer bestimmten Fallhöhe und Durchflussmenge wird die elektrische Leistung, die ein Wasserkraftwerk erzeugen kann, als Wasserkraft bezeichnet. Die erzeugte Leistung hängt natürlich von der Leistung des durch die Turbine fließenden Wassers ab. Bei der Umwandlung von Wasserenergie in elektrische Energie muss das Wasser den Widerstand von Flussbetten und Gebäuden auf seinem Weg von der Quelle zur Mündung überwinden. Auch Wasserturbinen, Generatoren und Übertragungseinrichtungen müssen während des Betriebs zahlreiche Widerstände überwinden. Um diese Widerstände zu überwinden, muss Arbeit verrichtet werden, wodurch Wasserkraft verbraucht wird – das ist unvermeidlich. Daher ist die zur Stromerzeugung nutzbare Wasserkraft geringer als der Wert, der sich aus der Formel ergibt. Das heißt, die Leistung des Wasserkraftwerks sollte der Wasserkraft multipliziert mit einem Faktor kleiner als 1 entsprechen. Dieser Faktor wird auch als Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks bezeichnet.
Der spezifische Wirkungsgrad eines Wasserkraftwerks hängt von den Energieverlusten ab, die beim Durchfließen des Wassers durch das Gebäude, die Wasserturbine, die Übertragungstechnik, den Generator usw. entstehen. Je höher die Verluste, desto geringer der Wirkungsgrad. In einem kleinen Wasserkraftwerk betragen diese Verluste etwa 25–40 % der Leistung des Wasserdurchflusses. Das heißt, von dem Wasser, das 100 Kilowatt Strom erzeugen könnte, gelangt nur ein Generator, der 60–75 Kilowatt erzeugt. Der Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks liegt somit bei 60–75 %.
Wie bereits erläutert, hängt die Leistung eines Wasserkraftwerks bei konstantem Durchfluss und konstantem Wasserstandsunterschied von seinem Wirkungsgrad ab. Die Praxis hat gezeigt, dass neben der Leistung von Turbinen, Generatoren und Übertragungstechnik weitere Faktoren den Wirkungsgrad beeinflussen. Dazu gehören die Qualität der Bauausführung und der Anlageninstallation, die Betriebs- und Managementqualität sowie die korrekte Auslegung des Kraftwerks. Einige dieser Einflussfaktoren sind primär, andere sekundär, und unter bestimmten Bedingungen können sich primäre und sekundäre Faktoren gegenseitig beeinflussen.
Ungeachtet der jeweiligen Faktoren bleibt jedoch der entscheidende Aspekt, dass Menschen keine Objekte sind, Maschinen von Menschen gesteuert werden und Technologie vom Denken bestimmt wird. Daher muss bei der Planung, dem Bau und der Auswahl der Ausrüstung von Wasserkraftwerken die subjektive Rolle des Menschen vollumfänglich berücksichtigt und durch technologische Exzellenz der Energieverlust des Wasserflusses so weit wie möglich minimiert werden. Dies gilt insbesondere für Wasserkraftwerke mit relativ geringem Fall. Gleichzeitig ist es notwendig, den Betrieb und das Management von Wasserkraftwerken effektiv zu verbessern, um deren Effizienz zu steigern, die Wasserressourcen optimal zu nutzen und auch kleinen Wasserkraftwerken eine größere Bedeutung zu verleihen.
Veröffentlichungsdatum: 09.06.2021
