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Wasserenergie: Strömung wird zu Strom

Schon im antiken Rom wurde Wasserenergie als Antriebsmittel genutzt. Heute liefert Wasserkraft mehr als die Hälfte des Stroms aus regenerativen Energien weltweit. Doch wie funktioniert das genau?

Wasserenergie: So erzeugt Wasserkraft Strom

Wasserenergie lässt sich sehr vielseitig zur Stromerzeugung nutzen. Die meisten Wasserkraftwerke arbeiten mit Turbinen. Die Kraft des Wassers treibt sie an, sodass die Wasserenergie in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Diese Bewegungsenergie wandelt ein angeschlossener Generator schließlich in elektrische Energie um. Wasserkraftwerke erzeugen sowohl in Flüssen und an Staudämmen als auch im Meer Strom. Die einzelnen Kraftwerkstypen unterscheiden sich dabei stark voneinander.

Deshalb gehört Wasserenergie zu den wichtigsten Erneuerbaren

Betrachten wir den weltweiten Anteil von regenerativen Energiequellen , liegt Wasserenergie weit vorne. So wurden im Jahr 2020 weltweit 69,87 Exajoule  Strom aus regenerativen Energien verbraucht. Das entspricht ungefähr 19,4 Billionen Kilowattstunden. Wasserenergie hat daran einen Anteil von 38,16 Exajoule, also rund 54,6 Prozent. Damit stammt im Jahr 2020 mehr als die Hälfte des Stromverbrauchs aus regenerativen Energiequellen weltweit aus Wasserkraft. Die Rolle der Wasserenergie bei der globalen Energiewende ist deshalb besonders wichtig.

Wasserkraftwerke: So vielseitig wird Wasserenergie genutzt

Wasserenergie tritt in verschiedenen Formen auf. Um die natürliche Strömung des Meeres zur Stromerzeugung zu nutzen, sind deshalb andere Kraftwerke erforderlich als an Staudämmen. Die folgenden Kraftwerktypen gehören zu den weltweit wichtigsten.

Speicherkraftwerk

Speicherkraftwerke werden häufig an Seen oder Stauseen errichtet. Das Wasser des Sees fließt kontrolliert durch Turbinen, um Strom zu erzeugen. Oft gelingt dies durch ein natürliches oder durch Staudämme künstlich erzeugtes Gefälle. Weil das Wasser im See gespeichert wird, bevor durch dessen Kraft Strom erzeugt wird, nennt man diesen Kraftwerktyp Speicherkraftwerk. Eine besondere Form davon sind sogenannte Pumpspeicherkraftwerke. In diesem Fall werden Pumpen eingesetzt, um den Wasserspeicher zu Schwachlastzeiten wieder aufzufüllen . Da in Schwachlastzeiten nur wenig Strom verbraucht wird, kann etwa überschüssige Windenergie den benötigten Strom für die Pumpen klimafreundlich bereitstellen. Auf diese Weise werden Seen zu wichtigen Akkus einer stabilen Stromversorgung.

Laufwasserkraftwerk

Um die Wasserenergie von Flüssen in elektrischen Strom umzuwandeln, kommen Laufwasserkraftwerke zum Einsatz. Das Flusswasser fließt dabei durch Wasserturbinen, um Strom zu erzeugen. Im Gegensatz zu Speicherkraftwerken kann die Fallhöhe des Wassers bei Laufkraftwerken kaum gesteigert werden. Lediglich durch Wehranlagen lassen sich Höhenunterschiede realisieren.
Wellenkraftwerk
Ein Wellenkraftwerk nutzt die Wellenenergie des Meeres aus. Das Prinzip dahinter ist ausgeklügelt, denn durch die Turbinen solch eines Kraftwerks strömt Luft anstelle von Wasser. Dazu werden senkrechte Säulen installiert, die oberhalb der Wasseroberfläche Luft enthalten. Durch das Auf und Ab der Meereswellen wird die Luft abwechselnd nach oben gedrückt und wieder nach unten gezogen. Durch diesen Luftstrom wird eine Turbine bewegt, die ihre Bewegungen schließlich an einen Generator zur Stromerzeugung weitergibt.

Gezeitenkraftwerk

Ein Gezeitenkraftwerk funktioniert ähnlich wie ein Speicherkraftwerk an einem Staudamm. Denn auch hier wird ein Damm gebaut. Der Unterschied: Der Damm für ein Gezeitenkraftwerk trennt meist eine Bucht vom offenen Meer. Das Wasser kann den Damm nur durch Turbinen passieren. Durch Ebbe und Flut bewegen sich die Turbinen sowohl bei auflaufendem als auch ablaufenden Wasser und nutzen deshalb die Wasserenergie der Gezeiten optimal aus.
Meeresströmungskraftwerk
Der Aufbau eines Meeresströmungskraftwerks erinnert beinahe an eine verkehrtherum installierte Windkraftanlage. Unter Wasser befindet sich nämlich ein Rotor, der durch die Strömungsenergie des Meeres bewegt wird. Diese Bewegungsenergie wird anschließend von einem Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Osmosekraftwerk

Unterschiedliche Salzgehalte in Süßwasser und Salzwasser sorgen in einem Osmosekraftwerk für die Wasserenergie zur Stromerzeugung. Das Prinzip klingt anfangs kompliziert, ist aber ganz einfach. Denn die Natur will stets eine Balance herstellen. Treffen nun Salzwasser und Süßwasser aufeinander, dann vermischen sie sich, bis der Salzgehalt gleich ist. Bei der Osmose wirkt eine nur zu einer Seite durchlässige Membran als eine Art Filter: Nur die kleinen Wassermoleküle können durch die Membran hindurchfließen, Salzmoleküle sind zu groß für die Öffnungen.
Stattet man also einen Tank mit einer solchen Membran aus, füllt ihn auf der einen Seite mit Süßwasser und auf der anderen Seite mit Salzwasser, dann fließt Wasser von der Süßwasserseite zur Salzwasserseite, um das Salzwasser zu verdünnen, bis es nur noch so salzig ist wie das Süßwasser auf der anderen Seite. Dadurch steigt der Druck auf der Salzwasserseite, weil die Membran ja nur zu einer Seite durchlässig ist. Und dieser durch Wasserenergie erzeugte Druck wird in einem Osmosekraftwerk benutzt, um eine Turbine anzutreiben und schließlich Strom zu erzeugen.

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