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Wasserkraft – seit der Bronzezeit als Energiequelle genutzt
Spuren von prähistorischen Staudämmen aus dem 3. Jahrtausend vor Christus wurden im Zweistromland um Euphrat und Tigris sowie in der Nilebene in Ägypten entdeckt. Ursprünglich dienten diese Staudämme der Zurückhaltung von Wasser zur Bewässerung der landwirtschaftlichen Kulturen.
Erst ab dem 9. Jahrhundert nach Christus wurden auch in Europa häufiger Staudämme gebaut. Diese Bauwerke von bescheidener Höhe stauten kleinere Seen für den Betrieb von Wassermühlen auf. Die Kraft der Wassermühlen wurde damals benötigt, um Getreide zu mahlen und kleinere Maschinen zu betreiben, z. B. Sägen oder Walkmühlen für die Herstellung von gewalkten Textilien und die Gerbung von Leder.
Während der Renaissance (1400–1600 n. Chr.) beschleunigte sich die wirtschaftliche Entwicklung Europas, und der allgemeine Energiebedarf begann zu wachsen. Die Wassermühlen dienten nun industriellen Zwecken, namentlich der Eisen- und anderen Metallverarbeitung.
Die ersten grossen Wasserkraftwerke (also mit mehr als 15 m hohen Staudämmen) wurden während der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert errichtet. Im 20. Jahrhundert machte der wachsende Bedarf an Elektrizität die Errichtung immer grösserer Kraftwerke notwendig.
Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk?
Wasserkraftwerke erlauben es, aus dem Wasser von Seen oder Flüssen Strom zu gewinnen. Zu einem Wasserkraftwerk gehören drei wesentliche Elemente:
- Die Stauanlage – der Staudamm eines Speicherkraftwerks oder das Wehr eines Laufwasserkraftwerks. Das Wasser wird von dort auf die Turbine des Kraftwerks geleitet.
- Ein Überlauf, der den Wasserfluss reguliert und wenn nötig überschüssiges Wasser am Kraftwerk vorbei ablaufen lässt.
- Das Kraftwerk unterhalb des Staudamms, in dem eine Turbine vom angestauten Wasser angetrieben wird.
Wasserkraftwerke funktionieren nach dem Prinzip der Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie. Die kinetische Energie des Wassers treibt eine Turbine an, welche über einen Generator elektrische Energie erzeugt. Der Generator besteht aus einem drehenden Teil, dem Rotor, und dem festsitzenden Stator. Auf einem der beiden Teile befinden sich Spulen aus leitendem Material, auf dem anderen starke Magnete. Die Drehung des Rotors bewirkt eine Änderung des Magnetfeldes, in dem sich die Spulen befinden, und generiert dadurch mittels magnetischer Induktion einen elektrischen Strom. Die Bauweise des Generators ist dem Durchfluss und Druck des Wassers angepasst, doch das Prinzip der Stromproduktion durch magnetische Induktion ist jeweils dasselbe.
Staudämme ermöglichen es, eine grosse Menge Wasser in künstlichen Seen zu speichern. Je höher gelegen der Stausee ist, desto grösser ist die gespeicherte potentielle Energie des Wassers, das durch eine Druckleitung auf die Turbine des tiefer gelegenen Kraftwerks schiesst. Mit viel weniger Aufwand können kleine, leichte Flussturbinen realisiert werden, die jedoch auch weit weniger Energie liefern.