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Energie aus Wasserkraft. Eine kritische Betrachtung des Drei-Schluchten-Staudammes

Facharbeit (Schule) 2017 23 Seiten

Physik - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung - Geschichte der Wasserkraft

2. Grundlegende Informationen
2.1. Differenzierung nach der Fallhöhe
2.2. Arten von Wasserkraftwerken
2.2.1. Speicherkraftwerke
2.2.2. Pumpspeicherkraftwerke
2.2.3. Laufwasserkraftwerke
2.3. Turbinenarten

3. Informationen zum Drei-Schluchten-Staudamm

4. Mögliche Probleme des Drei-Schluchten-Staudammes
4.1. Ökologische Probleme
4.1.1. Klimaveränderungen
4.1.2. Verschmutzung des Sees
4.1.3. Auswirkungen auf Flora und Fauna
4.1.4. Unwiederbringliche Zerstörung von Kultur Raum
4.2. Soziologische Probleme
4.2.1. Umsiedelungsproblematik
4.2.2. Landwirtschaft und Schlamm
4.3. Sedimentation
4.4. Wirtschaftliche Probleme
4.4.1. Zielkonflikte
4.5. Risiko des Dammbruches

5. Vorteile des Drei-Schluchten-Staudammes
5.1. Energiegewinnung als Erneuerbare Energiequelle
5.2. Hochwasserschutz
5.3. Schiffbarkeit des Jangtse
5.4. Wirtschaftliche Entwicklung der Gegend

6. Auswertung und Ausblick

Anhang

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Glossar

1. Einleitung - Geschichte der Wasserkraft

Vor 3500 Jahren wurde die kinetische Energie des Wassers noch zum Schöpfen von Wasser genutzt und damit zur Bewässerung von Feldern. Dies änderte sich im 8. Jahrhundert, als es gelang, die Rotationsbewegung von Wasserrädern in eine Hin- und Herbewegung umzuwandeln. Daraus resultierend wurde die Energie genutzt um Maschinen zu betreiben. Schnell wurde erkannt, welches Potential die Wasserkraft besitzt, beispielsweise verfügten die Wasserräder im alten Rom noch über eine Leistung von 2 Kilowatt, bis zum Mittelalter hatte sich diese dann bereits verdreifacht. Im 18. Jahrhundert erreichte die Wasserkraft ihren Höhepunkt. Zu dieser Zeit liefen in Europa circa eine halbe Millionen Wasserräder. Diese Räder mahlten Getreide, bedienten große Hämmer oder schöpften Wasser. Erst mit der Erfindung der Dampfmaschine und den sinkenden Kohlepreisen im 19. Jahrhundert verlor die Wasserkraft an Bedeutung. 1825 wurde die erste Wasserturbine gebaut, welche im Vergleich zu den Wasserrädern einen deutlich höheren Wirkungsgrad besaß und für den Betrieb von elektrischen Generatoren geeignet war. (vgl. Leifi Physik) Die Wasserkraft gewann im 20. Jahrhundert, auch durch die elektrische Eisenbahn, wieder an Bedeutung. Durch den hohen Energiebedarf der Eisenbahn in Bergregionen, bot sich dadurch die Möglichkeit, ortsnah Strom zu erzeugen. Die Bewegung, weg von fossilen Energieressourcen, hin zu erneuerbaren Energiequellen hatte zur Folge, dass sich die Wasserkraft immer mehr als Energiequelle etablierte. Im Laufe der Zeit stellte sich heraus, dass mit großen Wasserkraftwerken auch erhebliche Probleme einhergehen, deswegen wurden Anfang der 1990er Jahre einige geplante Großprojekte abgesagt. Stattdessen entstanden vielfach kleinere Anlagen. Nicht so in der Volksrepublik China, diese ließ sich in ihrem Vorhaben, den größten Staudamm der Welt zu bauen, trotz vehementer Proteste, Kritik und Problemen, nicht stoppen.

In dieser Seminararbeit, werden sowohl die Probleme als auch die Vorteile, welche mit dem Bau des Drei-Schluchten-Staudamms einhergehen, beleuchtet.

2. Grundlegende Informationen

2.1. Differenzierung nach der Fallhöhe

Im Wesentlichen wird bei Wasserkraftwerken zwischen Nieder-, Mittel- und Hochdruckanlagen unterschieden. Für Niederdruckanlagen ist eine Fallhöhe von unter 15 Metern charakteristisch. Mitteldruckanlagen sind durch eine Fallhöhe zwischen 15 und 50 Metern gekennzeichnet. Aufgrund des fließenden Übergangs zwischen den jeweiligen Kraftwerkstypen wird auch oft auf die Unterscheidung der Mitteldruckanlagen verzichtet. Die meist geringere Durchflussmenge von Hochdruckanlagen wird durch die Fallhöhe von über 50 Metern ausgeglichen.

2.2. Arten von Wasserkraftwerken

„Das Wesen der Wasserkraftnutzung besteht nun darin, die Lageenergie des Wassers durch z.B. Aneinanderreihen mehrere Stauwerke und Talsperren entlang eines Wasserlaufes nutzbar zu machen, indem die so örtlich konzentrierte Fallhöhe abgearbeitet wird.“ (Giesecke, 1996, Seite 28)

Dies gilt als eines der Grundprinzipien der Wasserkraft. Nachfolgend werden die drei geläufigsten Kraftwerksarten untersucht.

2.2.1. Speicherkraftwerke

Bei dieser Art der Stromgewinnung wird die Fallhöhe, also die Umwandlung der potentiellen Energie des Wassers in kinetische Energie, ausgenutzt. Aus diesem Grund wird diese Art von Wasserkraftwerken typischerweise im Gebirge verwendet, da dort meist die idealen Bedingungen gegeben sind. Aufgrund dieser Tatsache sind die meisten Speicherkraftwerke auch als Mitteldruckanlagen zu deklarieren. Das Wasser wird von einem sogenannten Oberbecken mittels Rohren zu einem tiefer gelegenen Maschinenhaus geleitet. Dort befinden sich die Turbinen des Generators, welche durch die kinetische Energie des Wassers in Rotation gebracht werden und somit Strom erzeugen.

Danach wird der elektrische Strom durch Kabel zu einem Transformator geleitet und für die Übertragung auf ein höheres Spannungsniveau hochtransformiert um möglichst geringe Übertragunsverluste zu haben. Ein Beispiel für ein solches Kraftwerk ist das Walchenseekraftwerk in Oberbayern.

2.2.2. Pumpspeicherkraftwerke

Pumpspeicherkraftwerke sind meist Hochdruckanlagen und funktionieren von der Energiegewinnung her ähnlich wie Speicherkraftwerke. Allerdings wird hier das Wasser bei geringer Belastung des Stromnetzes, und damit billigen Strompreisen, wieder in das Oberbecken gepumpt und so in potentielle Energie umgewandelt. Dadurch wird ein Energiespeicher generiert, welcher binnen Sekunden bereit steht um bei Lastspitzen die potentielle Energie wieder in elektrische Energie umzuwandeln. Im Hinblick auf die stark fluktuierenden Einspeiseleistungen der regenerativen Energieerzeuger Wind und Photovoltaik haben Speicherkraftwerke das Potential, überschüssige Energie zu Zeiten hoher Einspeiseleistung, z.B. an sonnigen Tagen, temporär zu speichern. Pumpspeicherkraftwerke haben trotz der hohen Erzeugungskosten für die Spitzenlastdeckung eine gewisse Bedeutung.

2.2.3. Laufwasserkraftwerke

Laufwasserkraftwerke sind durch die geringe Fallhöhe von unter 15 Metern als Niederdruckkraftwerke zu deklarieren. Die Topologie des Gebiets lässt meist keine Energiespeicherung zu. Somit wird von ihnen Grundlastenergie zur Verfügung gestellt. Sie werden häufig auch für das Ziel des Hochwasserschutzes eingesetzt.

2.3. Turbinenarten

Die geläufigsten Turbinenarten sind die Kaplan-, Francis-, Pelton- und die Durchströmturbine.

Die Kaplan-Turbine funktioniert ähnlich wie ein Schiffspropeller, für sie ist eine große Durchflussmenge, aber nur eine geringe Fallhöhe entscheidend.

Deswegen wird sie meist in Flusskraftwerken eingesetzt. Sie ist aufgrund des verstellbaren Leitwerks optimal bei schwankenden Wasserständen geeignet. Vor der Kaplan-Turbine selbst befindet sich ein Leitwerk, welche das Wasser optimal zur Turbine leitet. Dadurch erreicht sie einen Wirkungsgrad von 96 Prozent.

Eine universell einsetzbare Turbine ist die Francis-Turbine, sie funktioniert am besten bei mittlerer Durchflussmenge und mittlerer bis hoher Fallhöhe. Sie ist aufgrund ihrer vielfältigen Einsetzbarkeit, eine der meist genutzten Turbinen. Die Francis Turbine besitzt gekrümmte Laufschaufeln, welche durch ein Leitrad umschlossen

Abbildung in dieser eseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Francis Turbine

werden. Durch die Verstellbarkeit der Leitschaufeln, kann gezielt auf Lastwechsel und wechselnde Wasserstände reagiert werden. Um das Leitrad befindet sich eine Spirale die schneckenförmig aufgebaut ist. Diese hat den Zweck das Wasser zusätzlich mit einem Drall zu versetzten, somit wird ein Wirkungsgrad von circa 90 Prozent erzielt.

Eine Pelton-Turbine besitzt ihre Stärken bei einer großen Fallhöhe des Wassers und einer mittleren bis geringen Durchflussmenge. Deswegen wird diese Turbine meist bei Speicherkraftwerken verwendet. Durch eine oder mehrere Düsen strömt das Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit in einem kleinen Strahl auf eine scharfe Kante, die sogenannte Abbildung 2: Pelton Turbine Mittelschneide des Laufrades.

Dort wird das Schaufelblatt in zwei halbkugelförmige Halbschaufeln geteilt, welche auch Becher genannt werden. Bei dieser Turbinenart entstehen bei reibungsfreier Betrachtung nahezu keine Verluste, im Realgebrauch erzielt die Pelton-Turbine einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent.

Die idealen Bedingungen für eine Durchströmturbine sind bei geringer Durchflussmenge und niedriger Fallhöhe vorhanden. Die Turbine ist aufgebaut wie ein walzenförmiges Wasserrad. Das Wasser trifft als erstes von oben auf die Schaufeln auf. Nachdem es die Laufradmitte durchquert hat, trifft es nochmal von innen nach außen auf. Dadurch wird ein Wirkungsgrad von circa 80 Prozent erzielt.

3. Informationen zum Drei-Schluchten-Staudamm

Der Bau des Drei-Schluchten-Staudammes begann am 14. Dezember 1993. Die erste Turbine wurde fast zehn Jahre später, am 24. Juni 2003 in Betrieb genommen, komplett fertiggestellt war die Talsperre im Jahr 2008. Der Bau kostete geschätzte 75 Milliarden US Dollar, wobei andere Schätzungen bis zu 180 Milliarden US Dollar veranschlagen. Finanziert wurde der Bau, welcher 100.000 Arbeitsplätze schuf, durch eine Sondersteuer und Kredite der Staatsbank. (vgl. Gutowski, 2000, Seite 22) Neben der Talsperre selbst wurde auch ein Schiffshebewerk und eine Schleusenanlage gebaut. Mit einer Länge des Staudammes von 2335 Metern und einer Höhe von 185 Meter, ist der Staudamm der größte der Welt. Die 32 Francis Turbinen haben eine installierte Generator-Nennleistung von 22,4 Gigawatt. Dies ist vergleichbar mit der Leistung von 16 Atomkraftwerken, in der Größenordnung des Kraftwerks Isar 2.

Der entstandene Stausee besitzt eine Länge von 663 Kilometern und eine gesamte Staukapazität von 39,3 Milliarden Kubikmetern Wasser. Die Fläche des Stausees mit 1084 Quadratkilometern, ist etwa doppelt so groß wie die des Bodensees, wobei der Bodensee aufgrund seiner Tiefe ein Fassungsvermögen von 48 Milliarden Kubikmetern Wasser.

Die Idee zur Stauung des Jangtse entstand 1919 von Sun Yatsen. Auch damals schon war der Hochwasserschutz, die Schiffbarkeit und die Energiegewinnung Hauptziele, welche es zu erreichen galt. Doch aufgrund finanzieller Mittel scheiterte dieser Plan damals. Die Idee wurde nie wirklich vergessen, und so fand Mao Zedong 1954 nach einem schweren Hochwasser, wieder Gefallen an der Idee. Auch dann scheiterte es damals wieder aufgrund der zu hohen Baukosten. Erst 1992 unter Ministerpräsident Li Peng, welcher Wasserkraft studiert hatte, wurde der Damm im chinesischen Volkskongress genehmigt. Die Abstimmung fiel mit einer Zweidrittelmehrheit, für chinesische Verhältnisse, äußerst schlecht aus. Aufgrund des Größenwahns Chinas und erheblicher Einschränkungen der Pressefreiheit, konnten negative Berichte über den Bau des Damms nur aus dem Ausland veröffentlicht werden.

4. Mögliche Probleme des Drei-Schluchten-Staudammes

4.1. Ökologische Probleme

4.1.1. Klimaveränderungen

Durch den Energiespeicher Wasser erwarten Klimaforscher, dass sich die Lufttemperatur im Winter um circa 0,8 Grad Celsius erhöht, wobei es in den Sommermonaten um circa ein Grad kühler werden soll. Die einst geringe Windbelastung soll durch die glatte Wasseroberfläche um 15-40% ansteigen, was ein Problem für die Schifffahrt darstellen kann. (vgl. Gutowski, 2000, Seite 48) Außerdem hat ein Schweizer Klimaforscher am Aare Stausee in der Schweiz festgestellt, dass dieser beträchtliche Mengen Methan ausstößt, welches 25mal so schädlich für die Umwelt ist wie Kohlenstoffdioxid.

Somit soll allein die Methan-Menge des Aaren-Stausees genauso schädlich sein, wie 25 Millionen gefahrene Autobahnkilometer. Dies kommt durch die Zersetzung organischer Stoffe zustande. Wenn der See im Sommer gestaut ist und sich erwärmt beginnen die organischen Stoffe zu gären und setzen so Kohlenstoffdioxid frei.

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Details

Seiten
23
Jahr
2017
ISBN (eBook)
9783668827868
ISBN (Buch)
9783668827875
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v446860
Note
12
Schlagworte
Erörterung Drei Schluchten Staudamm Jangtse Geografie Physik Soziologie Wasserkraft Energie Regenerative Energie Pro Contra Turbinen Seminararbeit Gymnasium

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