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Wasserkraft: einfach erklärt

Wasserkraft

Stromgewinnung aus Wasser ‒ wie ist das möglich? Wir erklären Ihnen einfach, wie Wasserenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden kann und welche verschiedenen Wasserkraftanlagen dabei zum Einsatz kommen. Außerdem geben wir einen Einblick, welche Bedeutung Wasserkraftanlagen für die erneuerbaren Energien in Deutschland haben.



Wie funktionieren Wasserkraftwerke?

Wasserkraft-Erklärung: Darstellung eines Laufwasserkraftwerks. Das Wasser fließt hinab und trifft auf Turbinen, die Generatoren antreiben.

In Wasserkraftwerken wird die Kraft des sich bewegenden Wassers zur Stromerzeugung genutzt: Im Kraftwerk treibt das fließende Wasser eine Turbine an, die einen Generator in Gang setzt, welcher Strom erzeugt. Es gibt vier gängige Arten von Wasserkraftwerken:

Das Wasser eines Flusses wird oberhalb des Wasserkraftwerks in einer Wehranlage aufgestaut. Der dabei entstehende Höhenunterschied wird als Fallhöhe bezeichnet und zur Stromerzeugung genutzt: Das Wasser läuft hinunter zum Kraftwerk, wo es auf Turbinen trifft. Die Schaufelräder der Turbinen werden durch den Aufprall des Wassers in Bewegung gesetzt und treiben Generatoren an, die die mechanische Energie der Schaufelräder in Strom umwandeln. Dieser wird mithilfe eines Transformators so angepasst, dass er ins Stromnetz eingespeist werden kann. Das Wasser fließt zurück in den Fluss.

Wasserspeicherkraftwerke funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Laufwasserkraftwerke. Das Wasser wird hier in einem Stausee oberhalb des Kraftwerks aufgestaut. Es fließt allerdings nicht kontinuierlich hinab zum Speicherkraftwerk: Das Wasser wird nach Bedarf über große Fallrohre hinab gelassen, wo es auf Turbinen stößt, die Generatoren antreiben und somit Strom erzeugen. Auch hier fließt das Wasser anschließend zurück in den Fluss. Das Wasserspeicherkraftwerk kommt immer dann zum Einsatz, wenn zusätzlicher Strom benötigt wird.

Pumpspeicherkraftwerke werden hauptsächlich genutzt, um Strom zu speichern. Ihr Aufbau ähnelt dem des Wasserspeicherkraftwerks. Das Wasser fließt aber nicht zurück in den Fluss, sondern wird in einem Auffangbecken gesammelt. Sobald sich überflüssiger Strom im Stromnetz befindet, weil nachts z. B. weniger verbraucht als produziert wurde, wird er genutzt, um eine elektrische Pumpe zu betreiben, die das Wasser aus dem Auffangbecken über Rohre hinauf in das Oberbecken pumpt. Es entsteht wieder eine große Fallhöhe. Die nicht benötigte Energie wird also in eine andere Form umgewandelt und das Stromnetz entlastet.

Wird während einer Spitzenlast wieder Strom benötigt, wird das Wasser in das Pumpspeicherkraftwerk herabgelassen, wo es auf die Turbinen trifft, die wiederum die Generatoren antreiben und den benötigten Strom erzeugen.

Gezeitenkraftwerke erzeugen mithilfe von Ebbe und Flut Strom: Die Strömungen des Meeres, die während der Gezeiten entstehen, versetzen Turbinen in Bewegung, die Generatoren antreiben und Strom erzeugen. Die Strömungen während der Flut treiben die Turbine in die eine und während der Ebbe in die andere Richtung an. Gezeitenkraftwerke sind von Ebbe und Flut abhängig und können nicht kontinuierlich Strom produzieren. Die klassische Bauweise sieht die Errichtung eines Damms vor, in dem die Turbinen installiert sind. Sie funktioniert nur bei einem Tidenhub von ca. fünf Metern, also einem großen Höhenunterschied von Ebbe und Flut. Eine andere Bauart sind Meeresströmungskraftwerke, die genau wie Windkraftwerke Rotoren besitzen, die sich aber unterhalb der Wasseroberfläche befinden. Sie werden durch die Wasserströmung in Bewegung gesetzt und treiben Generatoren zur Stromerzeugung an. Ein großer Tidenhub ist hier nicht nötig.

Die Bedeutung von Wasserkraft in Deutschland

In Deutschland gibt es aktuell rund 7.300 Wasserkraftanlagen, wovon sich der Großteil in Süddeutschland befindet. Mithilfe der Kraftwerke wurden 2020 ca. 3,3 Prozent des in Deutschland erzeugten Bruttostroms gewonnen. Im Vergleich zu Windenergie, aus der im gleichen Zeitraum 24 Prozent Bruttostrom erzeugt wurde, spielt Wasserkraft bei uns somit nur eine kleine Rolle. Wie groß die Stromproduktion aus Wasserkraft in einem Jahr ausfällt, hängt auch von den Niederschlagsmengen ab. So schwankte der Wert in den letzten Jahren zwischen 19 und 29 Terrawattstunden (TWh) erzeugtem Strom. Mit dieser Menge erzeugtem Strom können zwischen 800.000 und 1,2 Millionen Haushalte mit Energie versorgt werden.

Welches Land produziert am meisten Energie aus Wasserkraft?

China produziert mit Abstand die meiste Energie aus Wasserkraft. Im Jahr 2019 entfielen allein 30 Prozent der weltweit erzeugten elektrischen Energie aus Wasserkraft auf China. Im internationalen Vergleich belegt Brasilien den zweiten Rang, dicht gefolgt von den USA. Deutschland landet auf Rang 28. Auch das größte Wasserkraftwerk der Welt, der Drei-Schluchten-Staudamm, befindet sich in China.

Wasser als erneuerbare Energiequelle: Zukunftsaussichten

Das Potenzial zur Stromgewinnung aus Wasserenergie in Deutschland ist begrenzt: Die vorhandenen Möglichkeiten, Wasserkraft beispielsweise an großen Flüssen oder in Landschaften mit großen Gefälleunterschieden zu nutzen, sind fast vollständig ausgeschöpft. Optimierungspotenzial bieten hauptsächlich Modernisierungsmaßnahmen bestehender Wasserkraftanlagen, die bereits bis zu 100 Jahre alt sind. Wird solch eine Anlage erneuert, kann sie bis zu einem Drittel mehr Leistung erbringen. Durch Modernisieren, Reaktivieren und den Neubau von Anlagen soll es bis 2030 möglich sein, die Stromproduktion aus Wasserkraft auf 31 TWh jährlich zu steigern.



Wasserkraft: Vor- und Nachteile

Vorteile Nachteile
Die Erzeugung von Ökostrom aus Wasserenergie ist im laufenden Betrieb CO2-neutral. Vor allem Laufwasserkraftwerke greifen in die Flora und Fauna ein, da sie das Fließverhalten des Flusses verändern. So können Fischpopulationen beispielsweise getrennt werden.
Die Nutzung regenerativer Energien reduziert den Verbrauch fossiler Energiequellen, die nur begrenzt zur Verfügung stehen. Staudämme durchbrechen die natürliche Durchgängigkeit von Flüssen und auch der Lebensraum unterhalb des Stauwehrs verändert sich.
Speicherkraftwerke werden nicht nur zur Energiegewinnung genutzt, sondern sind gleichzeitig in den Hochwasserschutz eingebunden. Der Bau großer Kraftwerke kann die Umsiedlung von Menschen und Überflutung von Dörfern und Städten zur Folge haben.
Wasserkraftwerke sind im Vergleich zu Solar- und Windkraft relativ unabhängig vom Wetter. Das Passieren von Turbinenanlagen birgt ein Risiko für Fische und andere Tierarten.
Es handelt sich um eine regenerative Energiequelle mit hohem Wirkungsgrad.  
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