Wasserkraft |
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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%.
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:
| Anlageteil | Unterteilung | Bemerkungen |
|---|---|---|
| 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:
| Grösse | Kosten | Bemerkungen |
|---|---|---|
| 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 |