Hochdruckkraftwerke
Hochdruckkraftwerke benötigen eine Fallhöhe des Wassers zwischen 50 und 2.000 Metern. Aufgrund des erforderlichen Höhenunterschieds von Unter- und Oberwasser entstehen Hochdruckkraftwerke oftmals im Gebirge. Die in diesen Anlagen erzeugte elektrische Energie wird zur Deckung der Spitzellast in das Stromnetz eingespeist. Als hydraulische Maschinentypen werden vorrangig Francis- oder Pelton-Turbinen genutzt.
Funktionsweise eines Hochdruckkraftwerkes
Besonders attraktiv werden Hochdruckkraftwerke durch den Umstand, dass sie für die Stromerzeugung nur wenig Wasser benötigen. Denn aufgrund eines sehr hohen Gefälles der Rohrleitungen, es beträgt bis zu 1.000 Meter, ist der Wasserdruck sehr groß. Je höher der Wasserdruck ist, desto weniger Wassermenge ist für die Stromerzeugung erforderlich. Das für die Stromherstellung notwendige Wasser wird mittels einer Talsperre in einem Stausee gesammelt und gespeichert. Von diesem Stausee verlaufen Rohrleitungen zu den Turbinen, welche wiederum mit den stromerzeugenden Generatoren verbunden sind. Um die Wasserenergie in elektrische Energie umwandeln zu können, wird das Wasser aus dem Stausee über Rohrleitungen zu den Turbinen transportiert. Dort versetzt das Wasser die Turbinen in Bewegung. Mit der Rotationsbewegung der Turbinen werden anschließend die Generatoren angetrieben.
Die Einzelbestandteile eines Hochdruckkraftwerks sind die Stauanlage, welche ausreichend Wasser fassen muss, der Druckstollen, der Druckschacht, der zudem mit einem Wasserschloss ausgestattet ist sowie die Zentrale. Die Zentrale setzt sich hingegen aus den Turbinen, Generatoren, Transformatoren und Schaltstationen zusammen. Mit Hilfe des Wasserschlosses können Druckstöße verhindert werden, die entstehen, wenn Wasser über Rohrleitungen nach unten geleitet wird. Die Druckstöße können zu Schäden an der Anlage führen, wenn sie nicht verhindert oder wenigstens eingedämmt werden.
Weitere Vorteile der Hochdruckkraftwerke sind die volle Leistungsfähigkeit sowohl bei Voll- als auch bei Teillast. Zudem können die Kraftwerke sehr schnell angeschaltet und heruntergefahren werden.
Unterscheidung nach Bauarten
- Speicherkraftwerke
- Pumpspeicherkraftwerke
- Kavernenkraftwerke
Sollen Wasserkraftwerke an Orten entstehen, die wenig Platz bieten oder an welchen ein sichtbarer Eingriff in die Umwelt verhindert werden soll, dann ist die Bauart als ein Kavernenkraftwerk die ideale Lösung. Wie der Name bereits verrät, werden die Kraftwerke bzw. die Maschinenanlagen in einer Kaverne angelegt. Eine Kaverne ist ein entweder unterirdischer Hohlraum oder ein Hohlraum in einem Felsen. Kavernen können auch natürlichem Weg entstehen oder künstlich erzeugt werden. Aufgrund der Bauweise kommen diese Kraftwerke vollständig ohne Maschinenhaus aus, in welchem bei anderen Wasserkraftwerken die Turbinen, Generatoren, Pumpen, Transformatoren und andere untergebracht sind.
Die Bauweise macht es darüber hinaus erforderlich, dass sowohl die Stollen als auch die Rohrleitungen meist komplett unterirdisch verlaufen müssen. Bereits 1898 wurde das erste Kavernenkraftwerk der Welt gebaut. Es entstand im US-Bundesstaat Washington bei Snoqualmie. Das zweite Kavernenkraftwerk der Welt wurde hingegen in Deutschland gebaut. Es wurde im Drei-Brüder-Schacht nahe Freiberg errichtet und in der Zeit von 1914 bis 1972 genutzt. In Deutschland befinden sich sechs weitere Kavernenkraftwerke, die alle nach wie vor in Betrieb sind.
Kraftwerke mit dem Differenzierungsfaktor ‚Auslastung‘
Wasserkraftwerke können zusätzlich im Hinblick auf die jeweilige Auslastung der Anlage unterschieden werden. Die Auslastung ergibt sich aus dem Verhältnis der erzeugten Strommenge, welche auch als Regelarbeitsvermögen beschrieben wird, zur Nennleistung. Eine grobe Differenzierung in Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlastkraftwerke ermöglicht eine erste Einordnung der verschiedenen Kraftwerke, die anschließend weiter unterschieden werden. Allerdings herrscht innerhalb dieser Kraftwerke eine Hierarchie.
Denn die Grundlastkraftwerke sollen die Grundlast im Stromnetz abdecken. Hingegen decken die Mittellast ab. Ist der kurzfristige Strombedarf jedoch so groß, dass er nicht durch Grund- und Mittellastkraftwerke gedeckt werden kann, kommen Spitzenlastkraftwerke zum Einsatz.
Kraftwerke, die nach ihrer jeweiligen Auslastung differenziert werden, sind nicht ausschließlich Wasserkraftwerke. Eine Unterscheidung nach der Auslastung kann ebenfalls bei Kraftwerken unternommen werden, die andere regenerative Energiequellen oder auch fossile Energieträger für die Stromerzeugung verwenden.
