Speicherkraftwerk

Die effizientesten Kraftwerke sind Wasserkraftwerke mit einem Wirkungsgrad von 85 bis 90 Prozent. Das bedeutet, dass der größte Teil der Wasserenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Wärmekraftwerke haben einen Wirkungsgrad von 30 bis 45 Prozent. Jedoch kann mittels Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen) auch die Wärme genutzt werden. Hier wird zumeist Erdgas, Erdöl, Kohle oder auch Biomasse verbrannt, um Strom zu erzeugen. Durch den Verbrennungsprozess entsteht aber auch Wärme. Statt in die Luft zu verpuffen, wird diese genutzt und sorgt so für einen hohen Wirkungsgrad von rund 60 Prozent.

Der Wirkungsgrad von Atomkraft ist schlecht, denn nur rund ein Drittel der Energie durch die Kernspaltung kann tatsächlich in elektrischen Strom umgewandelt werden.

Bei PV-Anlagen kommt der Wirkungsgrad stark auf die Bauart an. Moderne Anlagen mit monokristallinen Solarzellen haben heutzutage einen Wirkungsgrad von rund 20 bis 25 Prozent. Der Wert ist deswegen relativ gering, da Solarzellen nur das sichtbare Licht der Sonne nutzen können und damit nur eine Nutzung von höchstens bis zu 30 Prozent möglich wäre. Idealerweise ist eine PV-Anlage daher mit einer für Solarthermie gekoppelt, die den Wirkungsgrad dann auf rund 50 bis 60 Prozent erhöhen kann.

Österreich deckt seine Stromproduktion zu etwa zwei Dritteln aus der Wasserkraft. Das ist bei einer Erzeugung von ungefähr 72,9 Terawattstunden Strom pro Jahr ein bedeutender Wert: 35,38 TWh entstehen allein durch Wasserkraft (2020). Auf dem zweiten Platz stehen Wärmekraftwerke, die einen Anteil von 22 Prozent stellen. Diese werden mit fossilen Brennstoffen, wie Erdgas oder Öl, aber auch mit Biomasse betrieben. Den dritten Platz belegt die Windkraft. Die von vielen etwas skeptisch beäugten Windräder stehen beispielsweise im burgenländischen Windpark Andau/Halbturn, dem drittgrößen Windpark Europas, und liefern rund 10 Prozent Energie am Strommarkt Österreichs.

Die Kraft des Wassers wurde schon in der Antike von den Menschen genutzt, vor allem für Mühlen und als Wasserschöpfräder zur Bewässerung. Ihre Entdeckung ist in etwa gleichzeitig mit der Erfindung des Rades vor mehr als 5.000 Jahren erfolgt.

In der modernen Wasserkraft stellen die Turbinen eines der wichtigsten Elemente bei der Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie dar. Es gibt verschiedene Arten von Wasserkraftwerken, jedoch nutzen alle die Bewegungsenergie des Wassers. Mittels Wasser werden Turbinen bewegt, die einen Generator antreiben, der Strom erzeugt. Die Drehbewegung der Turbine entsteht hier durch die Fließbewegung des Wassers. Die Effizienz ist enorm: Bei den meisten Wasserkraftwerken kann rund 90 Prozent der Wasserenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Kohlekraftwerke erreichen nur einen Wirkungsgrad von ca. 30-45 Prozent, Atomkraftwerke etwa 33 Prozent.

In Österreich gibt es Speicherkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke und Laufkraftwerke, die gemeinsam über 12.036 Megawatt Leistung bringen. Die Höchstleistung (Engpassleistung) liegt bei rund 27.056 Megawatt.

Laufkraftwerke: Laufkraftwerke werden auch Laufwasserkraftwerke oder Flusskraftwerke genannt. Sie nutzen die Strömung eines Flusses, die eine Turbine antreibt.

Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke: Diese Kraftwerke nutzen das Wasser eines Stausees, das bei Bedarf in ein niedrigeres Becken abgelassen wird und dabei eine Turbine antreibt. Beim Pumpspeicherkraftwerk kann Wasser vom Unterbecken auch wieder in den Stausee zurück gepumpt werden. Pumpspeicherkraftwerke nutzen dafür vor allem Strom-Überschüsse und bieten daher eine gute Ergänzung zu nicht grundlastfähigen Energiequellen wie Sonnen- oder Windkraft.

Gezeitenkraftwerk: Der Tidenhub des Meeres wird genutzt um Strom durch kinetische Energie, als auch potentielle Energie zu erzeugen. Ohne Meereszugang bleibt uns ein solches Kraftwerk in Österreich leider verwehrt. Das erste kommerzielle Gezeitenkraftwerk eröffnete im französischen Rance bereits 1966. Es gibt außerdem Gezeitenkraftwerke in Kanada, China, Russland und Südkorea.

Wellenkraftwerk: Hier werden Meereswellen zum Gewinnen von Strom genutzt. Statt der Gezeiten wird die kontinuierliche Bewegung verwendet. Auch hier wird ein Meereszugang benötigt, den wir in Österreich leider nicht haben. Es gibt Wellenkraftwerke in Schottland, Spanien und Israel.

Gradientenkraftwerk: Hierzu gehören Osmosekraftwerke und Meereswärmekraftwerke, beide gibt es in Österreich nicht. Osmosekraftwerke nutzen den Unterschied im Salzgehalt zwischen Süßwasser und Salzwasser. Davon gibt es seit 2009 nur einen Prototypen in Norwegen. Meereswärmekraftwerke nutzen den Temperaturunterschied zwischen warmen und kalten Wassermassen in unterschiedlichen Tiefen des Meeres. Das Prinzip ist schon seit 1881 bekannt und das erste Kraftwerk dieser Art wurde 1930 in Kuba installiert. Die Effizienz liegt hier nur bei rund 70 Prozent.

Gletscherkraftwerk: Gletscherkraftwerke nutzen das Schmelzwasser eines Gletschers und können nur in Polarregionen betrieben werden. In Österreich steht daher keines.

Zu den erneuerbaren Energien gehören alle Energieträger, die praktisch unerschöpflich wiederkehrend genutzt werden können. Zuerst fällt den meisten Leuten Windenergie und Solarkraft ein, und das ist auch richtig. Zusätzlich zählt hier auch die Wasserkraft, Geothermie und auch Biomasse, zum Beispiel aus Holzschnitzel, dazu. Schließlich wächst Holz – je nach Baumart – innerhalb weniger Jahre wieder nach, und ist damit praktisch unerschöpflich nutzbar.

Keine erneuerbare Energie ist zum Beispiel gewonnener Strom aus Atomkraft oder Strom, der aus Kohle, Erdgas oder Erdöl gewonnen wird. Diese Energieformen sind nicht erneuerbar, denn für das Atomkraftwerk wird zum Beispiel Uran benötigt, ein limitierter Rohstoff, dessen Abbau zudem sehr problematisch ist. Zusätzlich fällt bei Atomkraftwerken Atommüll an, der stark radioaktiv ist und somit teuer endgelagert werden muss. Bis heute gibt es kein Endlager für hochradioaktiven Müll aus Atomkraftwerken, sondern nur Zwischenlager. Immer wieder kommt es dazu, dass radioaktive Flüssigkeiten austreten und ins Grundwasser gelangen. In der Endlagerung von Atommüll liegt ein bis heute ungelöstes Problem.

Speicherkraftwerke gehören zur Wasserkraft, hier wird Strom aus Wasser erzeugt. Sie dienen auch als Energiespeicher. Wasserkraft ist nicht nur grundlastfähig, sie kann auch zur Speicherung von großen Energiemengen herangezogen werden – etwas, das bislang mit anderen Stromarten nicht funktioniert. Üblicherweise muss erzeugter Strom in dem Moment verbraucht werden, indem er erzeugt wird.

So können binnen weniger Minuten Speicherkraftwerke voll anfahren und sind somit besonders schnell einsatzfähig. Üblicherweise werden sie daher genutzt, um die Spitzenlast abzudecken.

Speicherkraftwerke benötigen entweder künstlich oder natürlich angelegte Seen oder Staubecken zur Speicherung von Wasser. In diesen wird Wasser aufgestaut. Dieses Wasser wird über Druckstollen oder Druckrohrleitungen in das Turbinenbecken in ein tiefer gelegenes Krafthaus geleitet – oft mit mehr als 100 km/h. Je nach Fallhöhe des Wassers werden Francis- oder Peltonturbinen genutzt, die mit einem Generator verbunden sind, der die Energie in Strom umwandelt. Das Wasser wird danach in ein Unterbecken abgelassen.

Das Wasser aus dem Unterbecken kann danach noch ein tiefer gelegenes Turbinenbecken passieren und dort noch eine weitere Turbine antreiben. Die so übereinanderliegenden Speicherkraftwerke nutzen die Fallhöhe perfekt.

Vom letzten Unterbecken kann das Wasser danach in das Speicherbecken zurückgepumpt und wiederverwendet werden. In diesem Fall spricht man dann von einem Pumpspeicherkraftwerk.

Je nachdem wie oft die Speicherbecken befüllt und entleert werden, unterscheidet man in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahreswasserspeicher. In den Alpen befinden sich vor allem Jahresspeicherkraftwerke, die wegen der Schneeschmelze einen besonders großen Wasservorrat haben.