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Wasserkraft Wasserkraft und Versorgungssicherheit in der Schweiz
Wasserkraft spielt in allen Jahreszeiten eine entscheidende Rolle für die Stromversorgungssicherheit der Schweiz.
Im Sommer führen die Flüsse mehr Wasser als im Winter. Die Laufwasserkraftwerke an den grossen Flüssen – und auch viele Kleinwasserkraftwerke – nutzen die Energie des fliessenden Wassers und produzieren daraus viel Strom.
Die Speicherkraftwerke nutzen in der warmen Jahreszeit das Schmelz- und Regenwasser, um die Stauseen wieder zu füllen. Bei Bedarfsspitzen werden Speicherkraftwerke auch im Sommer für eine flexible Stromproduktion eingesetzt. Im Winter, wenn die Stauseen gefüllt sind, produzieren sie damit den wertvollen Winterstrom. Speicherkraftwerke sind also eine Art Batterie, welche die Niederschläge und Schneeschmelze des Sommers für die Stromproduktion im Winter nutzen.
Noch ausgeprägter ist die Batterie-Funktion bei den Pumpspeicherwerken – und zwar das ganze Jahr hindurch. Sie können Strom in Zeiten speichern, in denen elektrische Energie reichlich verfügbar ist. Bei Nachfragespitzen können sie den Strom wieder anbieten, indem sie das hochgepumpte Wasser turbinieren.
Arten von Wasserkraftwerken im Überblick
Laufwasserkraftwerk
Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung eines Flusses zur Stromerzeugung. Sie besitzen meist geringe Fallhöhen und kommen bei grossen Wassermengen zum Einsatz.
Das Wasser (Oberwasser) wird auf die Turbinen geleitet. Die durch die Strömung entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche über Generatoren die Energie in Strom umwandeln. Der Strom wird in das Stromnetz eingespeist. Das zur Stromerzeugung benutzte Wasser wird wieder in den Fluss zurückgeführt (Unterwasser).
Laufwasserkraftwerke produzieren Bandenergie und können im Gegensatz zu Speicher- oder Pumpspeicherwerken die Strommenge nur vergleichsweise gering dem Bedarf anpassen. Die produzierte Strommenge ist abhängig von Wasserführung und Fliessgeschwindigkeit des Flusses.
Damit Fische und Schiffe den Fluss dennoch ungehindert passieren können, werden Fischtreppen und Schleusen errichtet. Als Kleinwasserkraftwerke werden Wasserkraftwerke, in der Regel Laufwasserkraftwerke, mit einer Leistung unter 10-MW bezeichnet.
Viele Fischarten nutzen unterschiedliche Lebensräume innerhalb ihres Lebenszyklus und sind daher auf Wanderungen durch Gewässer angewiesen. Durch Fischauf- und Fischabstiege können sich Fische trotz bestehender Wasserkraftwerke in den Flussläufen fortbewegen und unterschiedliche Lebensräume erschliessen.
Fliessgewässer müssen ihre natürliche Funktion auch erfüllen können, wenn Wasser entnommen wird. Mit der Restwasserbestimmung wird die minimale Wassermenge festgelegt, die unterhalb von Wasserentnahmen in Fluss- und Bachbetten jederzeit vorhanden sein muss.
Speicherkraftwerk
Als Speicherkraftwerk wird ein Wasserkraftwerk bezeichnet, welches Wasser in einem Stausee speichert und bei Bedarf für die Stromproduktion nutzt. Im Gegensatz zu Pumpspeicherkraftwerken wird dabei der Stausee ausschliesslich durch natürlichen Wasserzufluss gefüllt. Das Maschinenhaus mit Turbinen und Generator befindet sich am Fuss der Staumauer. Das Speicherkraftwerk nutzt nun die potentielle Energie dieses Höhenunterschieds zwischen dem hoch gelegenen Stausee und dem tiefer gelegenen Maschinenhaus.
Zur Stromerzeugung wird Wasser aus dem Stausee über Druckleitungen auf die Turbinen geleitet. Die dadurch entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche wiederum Generatoren ins Rotieren bringen und so Strom erzeugen. Dieser wird dann in das Stromnetz einspeist. Das zur Stromerzeugung benutzte Wasser wird abgelassen (das Unterwasser ist meist Fluss)
Speicherkraftwerke sind in der Regel nicht im Dauerbetrieb. Ihre Aufgabe ist vielmehr das witterungsbedingt unterschiedlich anfallende Wasser zu speichern. In Betrieb genommen werden Speicherkraftwerke zu Spitzenzeiten der Stromnutzung aufgrund von tageszeitabhängigen oder saisonalen Schwankungen. Damit sind Speicherkraftwerke wichtige Lieferanten von flexibler Spitzenenergie. Neben der Stromerzeugung dienen Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke oft auch als Hochwasserschutz.
Während der Stromproduktion von Wasserwerken steigt und sinkt der Wasserstand des Unterwassers bei Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken täglich. Wenn die Nachfrage und die Strompreise hoch sind oder wenn die Stabilisierung der Stromnetze eine höhere Produktion erfordert, wird Wasser abgelassen (Schwall). Bei geringer Stromnachfrage liefern die Speicherkraftwerke im Stromnetz nur wenig Strom und halten daher das Wasser zurück (Sunk). Die aktive Steuerung und Beobachtung von Hoch- und Niederwasser trägt wesentlich zum Schutz der Gewässerorganismen in Bächen und Flüssen bei, indem potenziell schädliche Auswirkungen künstlicher Wasserstandsschwankungen reduziert werden.
Pumpspeicherkraftwerk
Zur Stromerzeugung wird Wasser aus dem Stausee über Druckleitungen auf die Turbinen geleitet. Die dadurch entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche über Generatoren in Strom umgewandelt und anschliessend in das Stromnetz eingespeist wird. Nach dem Turbinieren gelangt das Wasser in das untere Speicherbecken.
Im Gegensatz zu reinen Speicherkraftwerken können Pumpspeicherwerke nicht nur Spitzenenergie erzeugen, sondern auch Stromüberschüsse, die während sogenannten Schwachlastzeiten anfallen, in wertvolle Spitzenenergie umwandeln. Zu diesem Zweck pumpen sie Wasser aus dem unteren Speicherbecken in den höher gelegenen Stausee zurück und nutzen es zu einem späteren Zeitpunkt erneut zur Stromproduktion. In diesem Pumpbetrieb arbeitet der Generator als Motor. Er wird mit Strom aus dem Stromnetz versorgt.
Die Pumpspeicherung ist eine bewährte Methode, um Angebot und Nachfrage in einem Stromnetz auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Art auszugleichen. Pumpspeicherwerke besitzen eine wichtige Rolle für die Versorgungssicherheit und die Stabilisierung der Stromnetze.
