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Vom Wasserrad zur Turbine (GS)

Fotocollage:
Fotos von einem Wasserrad sowie drei verschiedenen Turbinenarten.

Schon früh setzte man Wasserräder ein, um die Energie von Wasser zu nutzen, z. B. zum Antreiben eines Mühlrads. Die Turbinen, die in Wasserkraftwerken eingesetzt werden, sind eine Weiterentwicklung des klassischen Wasserrads, um Generatoren für die Stromerzeugung anzutreiben. Diese Turbinen heißen nach ihren Erfindern: Pelton, Kaplan und Francis.

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Speicherkraftwerk

Grafik:
Funktionsprinzip eines Speicherkraftwerks.

Beim Speicherkraftwerk wird von Natur aus nachfließendes Wasser mithilfe eines Stausees angestaut und für Bedarfsspitzen bevorratet. Das gestaute Wasser wird dann mittels Druckrohrleitungen zu den Turbinen des niedriger gelegenen Kraftwerks geführt. Die gesamte Lageenergie des Wassers im Speicherbecken ist also ein Energiespeicher für Spitzenzeiten. Kleinere Speicherkraftwerke verwenden Pelton-Turbinen, große Speicherkraftwerke (großer Druck und große Wassermenge) verwenden Francis-Turbinen.

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Gezeitenkraftwerk

Simulation:
Funktionsprinzip eines Gezeitenkraftwerks.

Ein Gezeitenkraftwerk ist sinnvoll, wenn der Höhenunterschied zwischen Ebbe und Flut sehr hoch ist. Das erste (seit 1966) und größte Gezeitenkraftwerk steht in Saint-Malo in Frankreich (240 MW, 600 Mio. kWh Strom pro Jahr). Weitere gibt es (oder sind geplant) in Kanada, Russland und China. Das Gezeitenkraftwerk macht sich die Kraft der enormen Wasserbewegungen bei Ebbe und Flut zunutze. Dazu sperrt man die Bucht oder eine Flussmündung durch einen Damm ab, in den Turbinen eingelassen sind. Bei Flut strömt das Wasser von der Meeresseite durch die Turbinen in die Bucht. Bei Ebbe fließt das Wasser in die umgekehrte Richtung und treibt ebenfalls die Turbinen an. Gearbeitet wird hier hauptsächlich mit Kaplan-Rohrturbinen. Andere Gezeitenkraftwerke verzichten auf einen Damm und machen sich statt des Höhenunterschieds die von den Gezeiten erzeugte Strömung zu Nutze ("Gezeitenströmungskraftwerk").

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Laufwasserkraftwerk

Simulation:
Funktionsprinzip eines Laufwasserkraftwerks.

Das Laufwasserkraftwerk wird an Flüssen mit einem sehr geringen Gefälle und einer großen Durchflussmenge von Wasser verwendet. Die Turbinen sind ununterbrochen in Betrieb, d.h. sie können kontinuierlich elektrischen Strom erzeugen und haben sehr geringe Betriebskosten. Das Flusswasser durchströmt eine Turbine, die einen Generator antreibt, wodurch Strom erzeugt wird. Ein Nutzgefälle von wenigen Metern ist für Laufwasserkraftwerke ausreichend, die Druckdifferenz ist jedoch gering. Deshalb werden in diesen Fällen Kaplan-Turbinen oft als Rohrturbinen (horizontaler Einbau) eingesetzt. Zum Teil besitzen sie auch Hochgeschwindigkeitsgetriebe ("Pit"-Turbinen).

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Pumpspeicherkraftwerk

Simulation: Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks animiert dargestelltWenn im Stromnetz Überschuss besteht, wird im Kraftwerk mit einer elektrischen Pumpe Wasser aus einem unteren Becken in eines höherer Lage gepumpt. Bei Bedarfsspitzen fließt das Wasser aus dem Hochbecken über die Turbinen des niedrig gelegenen Kraftwerks in das Tiefbecken zurück. Letztlich wird also elektrische Energie als mechanische Lageenergie bevorratet. Wegen der kleinen Wassermengen und der hohen Drücke verwendet man oft Pelton-Turbinen. Höhere Spitzenleistungen erreicht man bei großem Wasserdurchsatz mit Francis-Turbinen, doch dann ist der Wasservorrat schneller verbraucht.


Anderer Ressourcentyp

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Wasserkraftwerke

Infomodul:Die einzelnen Typen von Wasserkraftwerken und ihre Funktionsweise im Überblick.Wasserkraftwerke wandeln die mechanische Energie des Wassers in elektrische Energie um. Hierbei kommen unterschiedliche Bauweisen zum Einsatz, die von den natürlichen Gegebenheiten und der zu nutzenden Energieform abhängen. Das Infomodul erläutert zunächst knapp jene Kraftwerkstypen, die vorrangig die kinetische Energie des Wassers nutzen:• Laufwasserkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt)• Gezeitenkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt)• Wellenkraftwerk (Prinzip grafisch dargestellt)Dann folgen die Kraftwerkstypen, die die Lageenergie des Wassers nutzen:• Speicherkraftwerk (Prinzip grafisch dargestellt)• Pumpspeicherkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt).Hinweise und Ideen:Wie hängen die Standorte der verschiedenen Wasserkraftwerkstypen mit den geografischen Gegebenheiten zusammen? Wo würde es sich lohnen, weitere Wasserkraftwerke zu errichten? Welchen Anteil hat die Wasserkraft am Strommix?


Dieses Material ist Teil einer Sammlung

Arbeitsblatt, Unterrichtsplanung

Brot für die Welt

Brot für die Welt in der Schule - Zukunfts-WG: Modul 04 - Mobilität

Das Unterrichtsmaterial "Zukunfts-WG" bietet in einem Einführungsmodul und zwölf Themenmodulen vielfältige Anregungen für die Arbeit zu Themen der Studie "Zukunftsfähiges Deutschland in einer globalisierten Welt". Die Themenmodule sind den vier Entwicklungsdimensionen Gesellschaft, Umwelt, Wirtschaft und Politik zugeordnet und sind gemäß dem Orientierungsrahmen für den Lernbereich globale Entwicklung gestaltet.

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Brot für die Welt

Brot für die Welt in der Schule - Zukunfts-WG: Modul 05 - Energie

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Brot für die Welt

Brot für die Welt in der Schule - Zukunfts-WG: Modul 01 - Ökologischer Fußabdruck

Das Unterrichtsmaterial "Zukunfts-WG" bietet in einem Einführungsmodul und zwölf Themenmodulen vielfältige Anregungen für die Arbeit zu Themen der Studie "Zukunftsfähiges Deutschland in einer globalisierten Welt". Die Themenmodule sind den vier Entwicklungsdimensionen Gesellschaft, Umwelt, Wirtschaft und Politik zugeordnet und sind gemäß dem Orientierungsrahmen für den Lernbereich globale Entwicklung gestaltet.