Wasserkraft


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Zuletzt aktualisiert von Rolf Gloor am 06.06.2013

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Wasserkraft ist die zuverlässigste (Tag und Nacht), die günstigste und bei guter Planung auch eine umweltschonende Möglichkeiten zur Elektrizitätsversorgung. Man unterscheidet zwischen Laufkraftwerken an oder neben einem fliessendem Gewässer und Speicherkraftwerken mit einem Stausee, bei dem zur Energiespeicherung auch Wasser hochgepumpt werden kann.

Die hydraulische Bruttoleistung errechnet sich aus dem Produkt der Wassermenge [kg/s] der Fallhöhe [m] und der Erdbeschleunigung [9,81 m/s²]. Grosse Wasserkraftwerke (100 MW) erreichen einen Wirkungsgrad von 90%, kleine Wasserkraftwerke (10 kW) immerhin noch 70%.

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Skizze eines kleinen Wasserkraftwerkes (Quelle: Pacer 1993).

Komponenten eines Wasserkraftwerks

Ein Wasserkraftwerk besteht aus mehreren Anlageteilen. Bei den meisten Wasserkraftwerken liegt der grosse Aufwand im Wasserbau, die Turbinen und der elektrotechnische Teil verursachen nur 10 bis 20% der Kosten. Aus diesem Grund werden Wasserkraftwerke auch meistens von Bauingenieuren geplant. Für den Betrieb werden dann vor allem Elektrotechniker eingesetzt.

Ein Wasserkraftwerk besteht aus folgenden Komponenten:

AnlageteilUnterteilungBemerkungen
Staueinrichtung Staufläche Bodenpreis, Rodung ... (2 bis 10 CHF/m²)
Staumauer Materialabtrag, Beton (300 bis 600 CHF/m³)
Grundablass zur Spühlung des Stausees
Überlaufwehr zum kontrollierten Ablass bei Hochwasser
Fischtreppe für die "Wanderung" der Fische
Schiffsschleuse wenn das Gewässer schiffbar ist
Dotierkraftwerk für die Restwassermenge
Wasserfassungen Wehr zum Fassen des Gewässers
Sandfang mit Spülschütz zum Entfernen von Sand
Rechenanlage zum Entfernen von Treibgut
Wasserschloss mit Schieber mit Niveaumessung für die Mengenregelung
Druckleitung Rohr, Stollen, Aushub je nach Gelände (ab 300 CHF/m)
Maschinenhaus Schacht, Gebäude, Kaverne je nach Ausführung (ab 100 CHF/m³)
Rohrleitungen, Schieber mit Druckentlastung bei Schnellabschaltung
Bypass für die Wasserführung ohne Turbine
Turbinen, Pumpen je nach Ausführung (ab 300 CHF/kW)
Elektrotechnik Generator je nach Ausführung (ab 100 CHF/kW)
Erregereinrichtung für Synchrongeneratoren
Schutzeinrichtung Elektroinstallation, Generatorschalter ...
Regeltechnik Turbinenregler, Synchronisationseinrichtung ...
Energieabgabe Transformator, Messtechnik, Schalter
Energietransport Freileitung, Kabel (ab 100 CHF/m)
Vorfluter Ausgleichsbecken, Kanal Rückführung ins Gewässer

Wirtschaftlichkeit

Je nach Situation und Anlagengrösse ergeben sich Investitionskosten von 500 CHF/kW bis 20'000 CHF/kW. Bei Grossanlagen kann von einem Mittelwert um 2000 bis 8000 CHF/kW ausgegangen werden. Bei einer Lebensdauer von 40 Jahren und einer mittleren Ausnützung von 50% der installierten Leistung über 8760 h/a ergeben sich für grosse Wasserkraftwerke Kapitalkosten (inklusive 3% Zinsen) von 2,5 bis 10 Rp.kWh.

Beispiel für die Kosten eines neues 100 kW Druckwasserkraftwerk mit 500 m Fallhöhe:

GrösseKostenBemerkungen
Fassung 80 kCHF Einfache Fassung eines Bergbaches
Druckleitung 500 kCHF 1000 m Druckleitung, 140 mm Durchmesser
Technik 150 kCHF 100 kW Peltonturbine mit Asynchrongenerator
Infrastruktur 120 kCHF Gebäude, 300 m Anschlussleitung
Planung 150 kCHF Projektierung, Bauleitung, Gebühren
Total 1000 kCHF Investitionskosten Total
     
Kapitalkosten 30 kCHF/a bei einer Verzinsung mit 3%
Abschreibung 25 kCHF/a linear über 40 Jahre
Versicherung 5 kCHF/a  
Unterhalt 5 kCHF/a 2 Stunden pro Woche für 50 CHF/h
Erneuerung 5 kCHF/a Reparaturen, Ersatz
Aufwand 70 kCHF/a Jahreskosten
     
Produktionskosten 0.16 CHF/kWh bei durchschnittlich 50 kW während 8760 h/a

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