Technik der Wasserkraft - E.ON - Strom und Gas - Info

Technik der Wasserkraft
Regenerative Energie: Aus Wasserkraft wird Strom
Inhalt
3
Die Energie im Wasser
4
E.ON Wasserkraft GmbH
6
Strom ist nicht gleich Strom
8
Wie wird aus Wasser Strom?
10
Laufwasserkraftwerke
14
Speicherkraftwerke
18
Pumpspeicherkraftwerke
22
Informationsquellen
23
Impressum
Die Energie im Wasser
Aus Quellen schöpfen, die nie versiegen
Regenerative Energien – also Energien, die
sich nicht erschöpfen und erneuerbar sind –
tragen in Deutschland wesentlich dazu bei,
den CO2-Ausstoß zu vermeiden. Durch den
Ausbau weiterer umweltfreundlicher Kraftwerkanlagen wird in Zukunft der CO2-Ausstoß
in Deutschland weiter verringert.
Wasser und Wind sind die bedeutendsten
Quellen für erneuerbare Energien. In Deutschland werden mittlerweile knapp 15 Prozent
des Stroms regenerativ erzeugt. Wasserkraft
spielt unter den regenerativen Energien eine
besondere Rolle, da sie rund um die Uhr zuverlässig zur Verfügung steht. Deutschland setzt
neben Wasserkraft und Windenergie auch
auf Biomasse, Geothermie und Solarenergie.
Das so genannte Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) fördert zum Teil den Ausbau.
Wasser spendet Leben
Die Sonne bringt Licht und Wärme. Dadurch
verdunsten jede Sekunde auf der Erde rund
14 Millionen Kubikmeter Wasser. Dieses kommt
zeitversetzt als Niederschlag zurück und bildet
so den Wasserkreislauf der Natur. Ein gewaltiges Potenzial, das sich ständig selbst erneuert.
Seit Jahrtausenden schöpft der Mensch Kraft
aus dieser nie versiegenden Energiequelle –
heute auch für eine umweltfreundliche
Stromerzeugung.
Bereits vor über 3.500 Jahren nutzten unsere
Vorfahren die Kraft des Wassers mit Schöpfrädern. Im Mittelalter trieben Wasserräder
gewaltige Eisenhämmer an. Ab Mitte des
19. Jahrhunderts trug die Wasserkraft wesentlich zur Industrialisierung bei. Nachdem Werner
von Siemens 1866 den ersten Wechselstromgenerator gebaut hatte, der ohne die bis dahin
verwendeten riesigen Dauermagnete auskam,
stand einem Ausbau der Stromerzeugung durch
Wasserkraft nichts mehr im Wege.
1924 nahm der Technikpionier Oskar von Miller
das Walchenseekraftwerk in Betrieb – für
damalige Verhältnisse ein technisches Wunderwerk, das die Gesellschaft dieser Zeit faszinierte.
Das Zeitalter der großtechnischen Wasserkraftnutzung hatte begonnen. In den folgenden
Jahren wurden die vorhandenen Wasserkraftpotenziale mehr und mehr erschlossen, was
auch zum industriellen Aufschwung nach dem
zweiten Weltkrieg führte. Auf den Großbaustellen fanden viele Menschen Arbeit.
Das Wissen, aus der Kraft des
Wassers Nutzen für die Menschen zu ziehen, ist laut Überlieferungen etwa 3.500 Jahre alt.
Eine rundum saubere Sache
Reine Luft, sauberes Wasser und eine intakte
Umwelt sind Lebensgrundlagen. Wir müssen
sorgsam mit ihnen umgehen. Mit Wasserkraft
Strom zu erzeugen, ist angewandter und nachhaltiger Umweltschutz. Denn dabei entstehen
weder Rauch noch Rückstände, zudem werden
beim Betrieb kaum Rohstoffe verbraucht.
3
Ein Plus für die Umwelt: E.ON Wasserkraft
Natürlich Wasserkraft
Vieles spricht für die Wasserkraft, wenn es
um die Energieerzeugung geht: Sie steht für
Strom ohne Verbrennungsrückstände, ohne
Lärm und ohne Abgase. Weil es dadurch zu
keinem CO2-Ausstoß kommt, hilft diese erneuerbare Energie einem global drohenden Klimawandel entgegen zu wirken.
E.ON Wasserkraft steht für den
schonenden Ausbau unserer
heimischen Wasserkraft.
E.ON Wasserkraft gehört zu den führenden
privaten Energieerzeugungsunternehmen aus
Wasserkraft in Deutschland. Das Unternehmen
mit Sitz in Landshut belegt auch in Europa
einen Spitzenplatz in Sachen erneuerbare
Erzeugungsstruktur von E.ON Wasserkraft
Kraftwerke
Anzahl
Ausbauleistung
(MW)
Regelerzeugung
(Mio. kWh)
56
645
3.468
Speicherkraftwerke
5
256
489
Pumpspeicherkraftwerke
3
710
–
45
335
2.184
1
164
–
195
1.054
Eigene
Laufwasserkraftwerke
Betriebsgeführte
Laufwasserkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke
Bezugsrechte aus
Beteiligungen
Bezugsrechte aus langfristigen
Stromlieferverträgen
Gesamt
4
110
876
1.263
3.181
8.458
Energie. Deutschlandweit sind 110 eigene und
betriebsgeführte Laufwasser-, Speicher- und
Pumpspeicherkraftwerke im Einsatz. Sie erzeugen pro Jahr weit über acht Milliarden
Kilowattstunden umweltfreundlichen Strom.
E.ON Wasserkraft investiert jährlich hohe
Millionenbeträge in Hochwasserschutz, Renaturierung und Entsorgung von Schwemmgut.
Das Know-how unserer erfahrenen Mitarbeiter
zahlt sich für Mensch und Umwelt rund um
Gewässer und Kraftwerke aus.
In guter Gesellschaft stark
Die Nutzung der Wasserkraft ist bei E.ON
international. In Deutschland, Italien, Schweden und Spanien betreiben wir insgesamt
212 eigene und betriebsgeführte Wasserkraftwerke.
Die Kraftwerkflotte verfügt insgesamt über
eine installierte Leistung von 6.161 Megawatt.
Damit können pro Jahr 18,4 Milliarden Kilowattstunden regenerativer Strom für Europa
erzeugt werden. Diese Energie reicht aus, um
damit rund 5,3 Millionen private Haushalte
rund um die Uhr sicher und umweltfreundlich
mit Strom zu versorgen.
Verbesserung des Hochwasserschutzes
Im Verlauf des vorletzten Jahrhunderts wurden
viele Flüsse zur Hochwasserregulierung und
zur Landgewinnung begradigt und in enge Bahnen gedrängt. Dadurch haben sich die Gewässer
immer mehr in den Untergrund gegraben.
Durch den Bau von Flusskraftwerken und die
Stauhaltung vor den Kraftwerken wurde dieser
Prozess gestoppt. Aufwändige Dammsysteme
an den Flüssen dienen zur Abschirmung von
Hochwasserfluten zum Schutz von Mensch und
Umwelt.
Wasserkraft als ökologische Nische
Was früher so gar nicht geplant war, erweist
sich als erfreulicher Effekt: Durch den Bau von
Wasserkraftwerken entstanden neue Lebensräume für Flora und Fauna. Als Rückzugsgebiete
seltener Pflanzen und Tiere sind sie ökologisch
äußerst wertvoll. An den Standorten von
E.ON Wasserkraft befinden sich rund 100 Natur-,
Landschafts- und Vogelschutzgebiete sowie
Flora-Fauna-Habitat-Regionen. Gemeinsam mit
den Naturschutzbehörden unterstützt das
Unternehmen die Pflege und den Ausbau dieser Gebiete und leistet damit einen wichtigen
Beitrag für den Erhalt einer natürlichen
Umwelt.
Garant für eine stabile Stromversorgung
Strom aus Wind hat in einigen günstig gelegenen Gebieten Deutschlands in den vergangenen Jahren großen Ausbau erwirkt. Doch
diese Energiequelle unterliegt großen natürlichen Schwankungen. Die Einspeiseleistung
von Windenergie kann sich schlagartig in
großem Umfang ändern. Auch Windvorhersagen
geben keine 100-prozentige Sicherheit. Wenn
die Windenergie plötzlich ausfällt, müssen
andere Kraftwerke für Ausgleich sorgen.
Daher werden mit zunehmendem Ausbau der
Windenergie auch Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke immer wichtiger. Sie können große
Leistungen an so genannter Regelenergie
vorhalten. Binnen weniger Sekunden sind sie
in der Lage, mit voller Kraft ins Stromnetz einzuspeisen. So lassen sich Netzschwankungen
schnell und zuverlässig ausgleichen. Die notwendige Stabilität in den Stromnetzen bleibt
erhalten.
Saubermänner am Werk
Eigentlich sollen die großen Rechen an unseren
Kraftwerken pflanzliches Schwemmgut auffangen. Leider landen dort jährlich auch viele
tausend Tonnen Wohlstandsmüll und Schrott.
Deshalb werden unsere Kraftwerker täglich zu
Saubermännern. Sie fischen aus dem Wasser,
was anderswo ausgesondert und einfach in die
Gewässer geworfen wurde. Außerdem kümmern
sie sich um die fachgerechte Entsorgung.
Das Unternehmen bezahlt jährlich über eine
Million Euro für die Entsorgung von Schwemmgut – eine Dienstleistung von E.ON Wasserkraft für die Allgemeinheit.
Unsere Anlagen und das
Betriebspersonal sorgen nicht
nur für umweltfreundlichen
Strom, sondern auch für die
Säuberung der Flüsse und
Schutz vor Hochwasser.
5
Immer
ON
Unsere Kraftwerkanlagen sind rund um die Uhr im Einsatz, 365 Tage im Jahr
6
Strom ist nicht gleich Strom
Netzbelastungskurve
Beispiel
Spitzenlast
Speicher- und
Pumpspeicherkraftwerke,
Gasturbinen
Steinkohle-, Gaskraftwerke
Laufwasserkraftwerke
Mittellast
Grundlast
Uhrzeit
Kern-, Braunkohle-,
Laufwasserkraftwerke
0:00
4:00
8:00
12:00 16:00 20:00 24:00
Die tägliche Netzbelastung
Die Grafik zeigt den stark schwankenden
Strombedarf im Laufe eines Beispiel-Tages.
Da elektrische Energie immer in dem Augenblick erzeugt werden muss, in dem sie
gebraucht wird, gleicht man den wechselnden
Bedarf durch Zu-, Abschalten und Regeln von
Kraftwerken aus – der sogenannten Regelenergie.
Wir sind von 0:00 bis 24:00 Uhr im Einsatz
E.ON Wasserkraft betreibt deutschlandweit
101 eigene und betriebsgeführte Laufwasserkraftwerke für die Gewährleistung der
Grund- und Mittellast und neun Speicher- und
Pumpspeicherkraftwerke für den schnellen
Einsatz in Spitzenlastzeiten.
Kassel
Edersee
Frankfurt
am Main
Schweinfurt
Laufwasserkraftwerk
Speicherkraftwerk
Pumpspeicherkraftwerk
Unternehmensleitung
Main
Würzburg
Tag und Nacht sind unsere
Fachleute im Einsatz, um den
Stromfluss am Laufen zu halten.
Nürnberg
Regensburg
Donau
Isar
Landshut
Augsburg
Landsberg
Passau
Inn
Finsing
München
Lech
7
Wie wird aus Wasserkraft Strom?
Pole
Rotor
(Polrad)
Stator mit
Spulenpaket
Luftspalt
Klemmen
Welle
Turbinenlaufrad
Stromfluss
Die Erzeugung von Strom beruht auf dem
Prinzip der „elektromagnetischen Induktion“.
Sie findet in den Generatoren statt. Durch die
Drehung des von der Turbine angetriebenen
Rotors (Polrades), der als Elektromagnet ausgebildet ist, wird in den Spulenpaketen des
Stators Spannung induziert. An den Klemmen
des Stators kann dann Strom abgenommen
werden.
Ob Laufwasser-, Speicher- oder
Pumpspeicherkraftwerk: Die
potenzielle Energie wird beim
abfallenden Wasser in Wasserkraftturbinen zur Stromerzeugung genutzt.
8
Vom Stator fließt der Strom zu den Transformatoren. Hier wird die Energie von der
Maschinenspannung (z. B. 6.600 Volt) auf die
Spannung im Hochspannungsnetz (z. B. 110.000
Volt) angehoben (transformiert). Erst dann
geht sie ins Verteilungsnetz.
Lageenergie
Die im Wasser steckende Kraft nennt man
„Lageenergie“ oder „potenzielle Energie“. Aber
erst wenn das Wasser in die Tiefe fällt, kann
diese Lageenergie genutzt werden. Je größer
Wassermenge und Fallhöhe sind, desto mehr
Strom kann erzeugt werden.
Turbine und Generator
Das Prinzip ist immer das Gleiche: Die Bewegung des fließenden bzw. fallenden Wassers
wird zur Energieerzeugung genutzt. Turbinen
übertragen ihre Bewegung auf Generatoren,
die elektrischen Strom produzieren.
Wirkungsgrad
Mit Wirkungsgrad bezeichnet man das Maß
der Energieausnutzung, also das Verhältnis
der gewonnenen elektrischen Energie zur
potenziellen Energie des Wassers. Der Wirkungsgrad von Laufwasserkraftwerken beträgt
bis über 90 Prozent. Das ist deutlich mehr als
bei jeder anderen Form der Stromerzeugung.
Wartungsarbeiten an einer
Peltonturbine (links) und an
einem Generator (rechts)
im Walchenseekraftwerk.
Wasserkraftwerke unterscheidet man nach ihrer Betriebsweise in Laufwasser-,
Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke. In allen Anlagentypen versetzt die
Energie des Wassers durch Strömung und Fallhöhe die Turbinen in Drehbewegung. Die mit den Turbinen gekoppelten Generatoren erzeugen Strom. Drei
Turbinentypen kommen dabei zum Einsatz: Kaplan-, Francis- und Peltonturbinen.
Die Kaplan-Turbine
Sie ähnelt mit ihren verstellbaren Schaufeln
einem Schiffspropeller. Es lassen sich sowohl
die Schaufeln des Laufrades wie auch die des
Leitapparates (Schließmechanismus) verstellen.
Dadurch kann auf Schwankungen in der
Wasserzufuhr optimal reagiert werden. Dieser
Turbinentyp ist ideal geeignet für Wasserkraftwerke mit großem Durchfluss und relativ
geringer Fallhöhe bis zu 50 m.
Die Francis-Turbine
Sie kommt bei mittleren Fallhöhen zwischen
20 und 700 m bei nicht zu stark schwankenden Wassermengen zum Einsatz. Das Wasser
wird durch Leitschaufeln und den Leitapparat
auf die gegenläufig gekrümmten feststehenden Schaufeln des Laufrades gelenkt. Der
spiralförmige Einlauf hat die Form eines
Schneckenhauses.
Die Pelton-Turbine
Sie hat sich vor allem bei großen Fallhöhen
zwischen 140 und 1.500 m bei kleinen Wassermengen bewährt. Es wird ausschließlich die
Bewegungsenergie des Wassers genutzt. Aus
Düsen trifft das Wasser unter hohem Druck
auf becherförmige Schaufeln des Laufrades.
Sie werden vorzugsweise in Speicherkraftwerken eingesetzt.
Je nach Fallhöhe des Wassers
und verfügbarer Wassermenge
kommen drei Turbinentypen
zum Einsatz: Kaplan-, Francisund Peltonturbine (Grafik von
oben nach unten).
9
Dauer
Strom
Unsere Laufwasserkraftwerke: Bewährte Anlagen mit modernster Regeltechnik
10
Die Dauerläufer: Laufwasserkraftwerke
Die häufigste Bauform unter den Wasserkraftanlagen sind Laufwasserkraftwerke
an Flüssen oder Kanälen. Sie nutzen den Höhenunterschied zwischen Oberwasser
und Unterwasser, das sogenannte Gefälle, zur Stromerzeugung. Laufwasserkraftwerke verfügen im Normalfall über ein geringes Gefälle und einen hohen
Wasserdurchfluss. Sie arbeiten zuverlässig rund um die Uhr.
Laufend Strom erzeugen
Große Wassermassen, die einige Meter in die
Tiefe stürzen. Das sind die idealen Voraussetzungen für ein Laufwasserkraftwerk. Für den
notwendigen Aufstau sorgt eine Wehrhaltung.
Um eine Kilowattstunde Energie zu gewinnen,
müssen etwas mehr als 400.000 Liter Wasser
einen Meter in die Tiefe fallen. Das physikalische
Prinzip der Wasserkraft auf eine kurze Formel
gebracht lautet: Wasserdurchflussmenge mal
Fallhöhe ergibt Leistung.
Jahrzehnte lange Laufzeiten machen den
Maschinen der Wasserkraftwerke wenig aus.
Natürlich nur, wenn sie fachmännisch gewartet werden. Für den Erhalt der Substanz, der
Bauwerke und der Maschinensätze werden
jährlich zweistellige Millionenbeträge investiert. Die E.ON Wasserkraft GmbH beschäftigt
für den Erhalt der Erzeugungsstruktur zahlreiche Bau-, Maschinen- und Elektrofachkräfte,
die zum Teil in eigenen Lehrwerkstätten ausgebildet werden. Zusammen mit den Ingenieuren,
die ständig an technischen Verbesserungen
arbeiten, garantieren sie für den Erzeugungserfolg. Das beweisen die hohen Verfügbarkeiten
der Turbinen.
Sicherheit für alle Flussanrainer
Die meisten Wasserkraftwerke werden durch
modernste Überwachungs- und Steuerungstechnik vollautomatisch geregelt und fernüberwacht. Dennoch haben Fachleute vor Ort
immer ein wachsames Auge auf die Anlagen.
Aber nicht nur der Betrieb der Stromerzeugungsanlagen, sondern auch die sichere Wasserabfuhr über Kraftwerke und Wehranlagen
werden rund um die Uhr überwacht.
Laufwasserkraftwerk
Kachlet an der Donau.
Laufwasserkraftwerke bei E.ON Wasserkraft
Flussbereiche
Anzahl
Kraftwerke*
Ausbauleistung
(MW)
Regelerzeugung
(Mio. kWh)
17
406
2.515
Donau/Inn
Isar
25
240
1.330
Lech
22
213
1.011
Main/Edersee
Gesamt
37
121
796
101
980
5.652
*Eigene und betriebsgeführte Kraftwerke
11
Energiegewinnung an Flüssen und Kanälen
Laufwasserkraftwerke
werden in Fluss- und
Kanalkraftwerke eingeteilt
Kanalkraftwerke
Beim Kanalkraftwerk wird das Flusswasser
über eine Wehranlage in ein Kanalbett geleitet
und einem oder mehreren Kraftwerken in der
Kanalstrecke zugeführt. Durch diese Bauweise
erreicht man größere Fallhöhen und kommt
dadurch mit weniger Kraftwerken aus. Kanalkraftwerke sind auch bei Hochwasser in vollem
Umfang zur Stromproduktion verfügbar, weil
das überschüssige Wasser am Einlaufbauwerk
im Fluss verbleibt und nicht in den Kanal
abgezweigt wird.
Das Kanalkraftwerk
Mühltal kurz vor
München mit der
längsten Floßrutsche
Europas.
Das Flusskraftwerk
Kinsau am Lech.
12
Flusskraftwerke
Durch den Einbau der Wasserkraftwerke in
den natürlichen Flusslauf wird das Gewässer
vor dem Kraftwerk aufgestaut. Die Kraftwerke
müssen so ausgelegt werden, dass im Hochwasserfall die Wassermassen über die Wehranlagen am Kraftwerk gefahrlos abgeleitet
werden können. Diese Bauweise hat im Hochwasserfall eine sinkende Stromerzeugung zur
Folge. Der Unterwasserspiegel steigt in diesem Falle an. Automatisch nimmt damit die
Fallhöhe des Wassers ab.
Wir haben unser Know-how
kontinuierlich gesteigert.
Es kommt aber nicht nur
dem laufenden Betrieb
zugute, sondern spielt gerade bei der Instandhaltung,
bei Modernisierungsmaßnahmen und beim Neubau
eine herausragende Rolle.
Funktionsprinzip eines Laufwasserkraftwerks
Der Rechen (1) schützt die Turbine (3) vor Beschädigungen durch Treibgut
und reinigt – meist mit einer vollautomatisch arbeitenden Rechenreinigung – das Wasser, bevor es ins Krafthaus läuft. Das Wasser fließt über die
Leitschaufeln (2) auf die Turbinen (3). Sowohl die Leitschaufeln als auch
die Turbinenschaufeln sind automatisch verstellbar, um den Durchfluss
entsprechend zu regeln. Über eine Welle (4) wird die Drehbewegung der
Turbinen zum Generator (5) übertragen. Die Steuer- und Regeltechnik ist
ebenfalls direkt am Kraftwerk untergebracht. Über Maschinentransformator (6) und Schaltanlage (7) wird der Strom dann ins Netz eingespeist (8).
Das Kraftwerk wird – zusammen mit weiteren Kraftwerken – von einer
zentralen Warte aus ferngesteuert und überwacht.
8
Netzeinspeisung
7
Schaltanlage
6
Maschinentransformator
Maschinenhaus
5
Oberwasser
1
2
Wehranlage
4
3
Unterwasser
13
Energie Tank
Unser Speicherkraftwerk der Superlative: das Walchenseekraftwerk
14
Die Wasserakkus: Speicherkraftwerke
Speicherkraftwerke nutzen den Höhenunterschied zwischen einem hoch
gelegenen Speichersee mit natürlichem Zulauf und dem tiefer liegenden
Wasserkraftwerk. Das Wasser fließt über Druckrohrleitungen oder Stollen
auf die Turbinen des im Tal gelegenen Kraftwerks. Ihr Einsatz erfolgt in
Spitzenlastzeiten, wenn der Strombedarf kurzfristig stark ansteigt.
Beispielhaft: Das Walchenseekraftwerk
Der Anlagenkomplex am Walchensee ist ein
schönes Beispiel für ein Speicherkraftwerk. Es
nutzt den Höhenunterschied zwischen einem
hoch gelegenen Speichersee, dem Walchensee,
und dem tiefer gelegenen Wasserkraftwerk.
Im malerischen Alpenvorland ist das imposante Walchenseekraftwerk mit seinem Wasserschloss und den Druckrohrleitungen weithin
sichtbar. Am 24. Januar 1924 trieb das Wasser
des Walchensees zum ersten Mal eine Turbine
im Krafthaus unten am Kochelsee an. Noch
heute ist das Walchenseekraftwerk mit einer
Jahreserzeugung von rund 300 Mio. kWh eines
der größten Hochdruckspeicherkraftwerke seiner Art in Europa und seit 1983 ein bedeutendes Industriedenkmal. Seine Leistung verdankt
es großen Wassermengen und der Fallhöhe
von 200 m zwischen Walchen- und Kochelsee.
Strom für die Deutsche Bahn
Die Deutsche Bahn benötigt einen besonderen Strom, um ihre Züge elektrisch fahren zu
lassen: Einphasenstrom mit einer Frequenz
von 16 2/3 Hertz. Einen wichtigen Teil liefern
Wasserkraftwerke mit speziellen Generatoren.
So sind z. B. das Walchenseekraftwerk und das
Pumpspeicherkraftwerk Langenprozelten in
Unterfranken wichtige Lieferanten von Spitzenlaststrom für den Bahnbetrieb in Bayern.
Ein Markenzeichen: Die Wasserrohre
Ein besonderes Erkennungszeichen des Walchenseekraftwerkes ist die rund 400 m lange Rohrbahn. Das Wasser strömt in sechs gewaltigen
Rohren – Durchmesser von 2,25 m oben bis
1,85 m unten – hinunter zu den Turbinen in der
Maschinenhalle. Das Gewicht aller Rohre mit
Nieten und Schrauben beträgt zusammen rund
3.600 Tonnen.
Das Walchenseekraftwerk am
Kochelsee in Oberbayern.
Speicherkraftwerke bei E.ON Wasserkraft
Speicherkraftwerk
Speichergewässer
Ausbauleistung
(MW)
Regelerzeugung
(Mio. kWh)
Walchenseekraftwerk
Walchensee
124
293
Roßhaupten
Forggensee
46
152
Hemfurth
Bringhausen
Helminghausen
Edersee
20
41
Oberbecken*)
65
**)
Diemel
1
3
256
489
Gesamt
*) Oberbecken wird durch Affolderner See bespeist.
**) Erzeugung rechnerisch integriert in Pumpspeicherkraftwerk Waldeck 1.
15
Energieerzeugung mit System
Wasser als Ressource sinnvoll nutzen
Um den Walchensee dauerhaft als großen
Energiespeicher zu nutzen, muss ihm Wasser
zugeführt werden. Hierfür sahen die Planer
beim Bau des Walchenseekraftwerks in den
zwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts
eigens errichtete Überleitungen der Isar und
des Rißbachs vor. Die 1924 in Betrieb gegangene Isarüberleitung und die 1950 hinzugebaute Überleitung des Rißbachs schaffen die
nötigen Wassermengen in den See. In den
50er-Jahren entstand so ein umfangreiches
Kraftwerksystem, das heute von der Tiroler
Landesgrenze bis nach Wolfratshausen reicht.
Die übergeleiteten Wassermengen von Isar und
Rißbach werden bereits vor dem Walchensee
in den Kraftwerken Niedernach und Obernach
zur regenerativen Stromerzeugung genutzt.
Wasserkraft hautnah erleben
Das Walchenseekraftwerk – seit 1983 ein
geschütztes Industriedenkmal – können interessierte Besucher im ganzjährig geöffneten
Informationszentrum eingehend unter die
Lupe nehmen. Turbinenmodelle, interaktive
Touch-Screen-Terminals, Internet-Stationen
und Kommunikationstafeln vermitteln Wissen
rund um die Wasserkraft. Und den Blick von
der Empore in die imposante Maschinenhalle
vergisst keiner so schnell ...
K A R W E N D E L G E B I R G E
Rißbach
Mittenwald
Rißbachwehr
828
Isarwehr mit
Kraftwerk
870
Fischbachwehr
Isar
Rißbachstollen
Isar
Alpenbach
Alpenbachwehr
Krün
Kranzbach
Wallgau
Sachensee
868
Versuchsanstalt
Obernach
Kraftwerk
Obernach
Walchensee
Kraftwerk
Niedernach
Jachenschleuse
Altfinz
Jungfinz
Heimgarten
Herzogstand
Walchensee
Jachen
802
Jochberg
Einlaufbauwerk
Urfeld
Wasserschloss
Druckrohrleitungen
Walchenseekraftwerk
Kraftwerk
Kesselbach
Auslaufkanal
Kochelsee
599
Erlebnisbad
„trimini“
Kochel
Kochelseeauslauf
mit Schleuse
Schlehdorf
Loisach
Loisach
N
16
Im Infozentrum am Walchenseekraftwerk kann man
anhand von Modellen jede
Menge über das Speicherkraftwerk und sein Wasserzuleitungssystem erfahren.
Auch ein Blick in die imposante Maschinenhalle ist
lohnenswert.
Walchensee
Einlaufbauwerk mit Stollen
Wasserschloss
Funktionsprinzip Speicherkraftwerk
am Beispiel Walchenseekraftwerk
Der Stollen: Über das Einlaufbauwerk Urfeld strömt
das Wasser in einen 1.200 m langen Stollen, dessen
Sohle 10 m unter dem normalen Seespiegel liegt und
der im Wasserschloss mündet.
Das Wasserschloss und die Druckrohre: Ein riesiges
Wasserbecken gleicht Druckschwankungen aus. Diese
entstehen, wenn die Turbinen angefahren, geregelt oder
plötzlich abgestellt werden. Dabei hebt oder senkt sich
der Wasserspiegel in dem 10.000 Kubikmeter fassenden
Becken des Wasserschlosses. Von dort strömt das Wasser
schließlich durch die 400 Meter langen Druckrohre zu
den acht Turbinen im Krafthaus. Sie treiben die Generatoren zur Stromerzeugung an.
Die Maschinenhalle: In der Maschinenhalle von über
100 m Länge laufen vier Francis-Turbinen von je 18.000
kW (18 MW) Leistung. Sie sind gekoppelt mit vier Drehstromgeneratoren von 23.000 bis 25.000 kVA. Daneben
arbeiten vier Pelton-Freistrahlturbinen von je 13.000 kW
(13 MW) auf vier Einphasenstromgeneratoren von
12.500 bis 16.000 kVA. Letztere erzeugen ausschließlich
Strom für den Zugbetrieb der Deutschen Bahn.
Die Transformatoren: Der Strom nimmt seinen Weg von
den Generatoren zu den Transformatoren. Hier wird die
Spannung – von der Generatorspannung, die 6,6 Kilovolt beträgt, auf die Netzspannung von 110 Kilovolt
transformiert. Über die Sammelschienen in der Schaltanlage wird der Strom dann in die Freileitungen des
Netzes eingespeist. Mit Leistungsschaltern kann hier
der Energiefluss ein-, aus- oder umgeschaltet werden.
Der Auslaufkanal: Nachdem das Wasser über die Laufräder der Turbinen geführt und die potenzielle Energie
des Wassers in die Drehbewegung der Turbinen umgesetzt wurde, fließt das Wasser durch einen kurzen Kanal
in den Kochelsee.
Druckrohre
Rechtes Gebäude:
Maschinenhalle
mit Turbinen und
Generatoren
Netzeinspeisung
Schaltanlage
Linkes Gebäude:
Transformatorenhaus
Auslaufkanal
zum Kochelsee
Kochelsee
17
Wasser
Pumpe
Unsere Pumpspeicherkraftwerke lassen den Strom immer gleichmäßig fließen
18
Die Schnellstarter: Pumpspeicherkraftwerke
Pumpspeicherkraftwerke fördern Wasser in ein höher gelegenes, meist
künstlich angelegtes Speicherbecken. Das geschieht in der Regel nachts,
um nicht ausgelastete Stromkapazitäten zum Hochpumpen verwenden zu
können. Sobald tagsüber der Stromverbrauch steigt, lässt man das Wasser
aus dem Speicherbecken auf die Kraftwerkturbinen fließen.
Wertvoller Spitzenlaststrom
Per Knopfdruck können Pumpspeicherkraftwerke bei Belastungsspitzen, wenn z. B. bei
Windflaute die Einspeisung durch Windkraftanlagen einbricht, in Sekundenschnelle einspringen. Sie gehen dabei meistens nur relativ
kurze Zeit ans Netz. Damit ersparen sie das
aufwändigere Anfahren von anderen Kraftwerktypen für kurze Einsatzzeiten. Pumpspeichekraftwerke sind sehr kosteneffizient und
umweltfreundlich.
Beispiele am Edersee: Waldeck 1 und Waldeck 2
Der Edersee, heute ein attraktives Erholungsgebiet, wurde Anfang des 20. Jahrhunderts zur
Wasserstandsregulierung und zum Schutz vor
Hochwasser errichtet. Zum Rückstau entstand
die Edertalsperre. Das enorme Fassungsvermögen des Sees von über 220 Millionen Kubikmeter Wasser brachte die Erbauer auf eine
weitere Idee: Stromgewinnung aus Wasserkraft.
Netzbelastungskurve
Der gezielte Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken
Generatorbetrieb
Spitzenlast
Speicher- und
Pumpspeicherkraftwerke,
Gasturbinen
Steinkohle-, Gaskraftwerke
Laufwasserkraftwerke
Mittellast
Grundlast
Kern-, Braunkohle-,
Laufwasserkraftwerke
Pumpbetrieb
Uhrzeit
0:00
4:00
8:00
12:00 16:00 20:00 24:00
Pumpspeicherkraftwerke bei E.ON Wasserkraft
Standorte
Langenprozelten
Happurg
UrsprungsGewässer
Ausbauleistung
(MW)
Sindersbach
164
Rohrbach
160
Waldeck 1
Eder
70
Waldeck 2
Eder
480
Gesamt
874
19
Erst pumpen, dann speichern
Zwei Pumpspeicherkraftwerke am Peterskopf
Am Fuße des Peterskopfes in Nordhessen wurde mit Waldeck 1 eines der ersten deutschen
Pumpspeicherkraftwerke und mit Waldeck 2
das drittgrößte Pumpspeicherkraftwerk in der
BRD gebaut. Beide Anlagen pumpen in lastschwachen Zeiten Wasser aus dem Affoldener
See in zwei über 300 m hoch gelegene,
künstlich angelegte Speicherbecken auf den
Peterskopf. Während Waldeck 2 unsichtbar
in den Berg gebaut wurde, ist Waldeck 1 mit
den großen Druckrohren weithin sichtbar.
Vor kurzem ging ein neues, hochmodernes
70 MW-Pumpspeicherkraftwerk als Ersatz für
zwei stillgelegte Turbinen im alten Kraftwerk
Waldeck 1 in Betrieb. Die beiden verbliebenen
Maschinensätze vom ursprünglichen Kraftwerk Waldeck 1 sowie ein Maschinensatz im
Pumpspeicherkraftwerk Waldeck 2 wurden
bereits umfassend modernisiert. Die zweite
Maschinenanlage in Waldeck 2 befindet sich
derzeit in Großrevision. Nach Abschluss der
Die Maschinenkaverne von
Waldeck 2 und die Edertalsperre
von Hemfurth sind Markenzeichen der beeindruckenden
Waldecker Anlage.
Arbeiten stehen dann allein in Waldeck 615
Megawatt Leistung für den Ausgleich von
Lastschwankungen und Spitzenlasten zur
Verfügung. Das Oberbecken von Waldeck 2
fasst über 4,3 Millionen Kubikmeter Wasser.
Das aus den Oberbecken entnommene Wasser
wird in Schwachlastzeiten, also zum Beispiel
nachts, wieder hinaufgepumpt. Die Generatoren arbeiten dann als Motoren zum Antrieb
von Pumpen, die ihren Strom aus dem Netz
beziehen.
Ausflugsparadies Peterskopf
Die Anlagen der Pumpspeicherkraftwerke
Waldeck sind für Touristen ganz besondere
Attraktionen. Die Gäste können sich in einem
modernen Informationszentrum rund um die
Wasserkraft schlau machen. Anschließend
lädt die Standseilbahn ein, neben den Druckrohrleitungen zu den Oberbecken auf den
Peterskopf zu fahren, um im Nationalpark
Kellerwald-Edersee zu wandern.
H E S S I S C H E S
N A T I O N A L P A R K
B E R G L A N D
K E L L E R W A L D - E D E R S E E
Oberbecken am
Peterskopf
539
507
Laufwasserkraftwerk
Affoldern
Standseilbahn
Pumpspeicherkraftwerk
Waldeck 2 in der Kaverne
Pumpspeicherkraftwerk Waldeck 1
Affolderner See
204
Affoldern
Bringhausen
Scheid
Edertal-Hemfurth
Speicherkraftwerk
Hemfurth
Eder
Rehbach
Edertalsperre
Edersee
245
Schloss
Waldeck
Waldeck
N
20
Ob Sanierung, Neubau oder
Modernisierung – es wird
viel in die Ertüchtigung der
Pumpspeicherkraftwerke
Waldeck 1 und Waldeck 2
investiert.
Oberbecken Waldeck 2
Funktionsprinzip Pumpspeicherkraftwerk
am Beispiel Waldeck 1 in Hessen
Einlaufbauwerk
Oberbecken Waldeck 1
Das Einlaufbauwerk: Das Einlaufbauwerk ist die
Verbindung zwischen dem Oberbecken und der
Druckrohrleitung. Hier kann im Notfall die Wasserzufuhr zum Kraftwerk ins Tal abrupt durch zwei
redundante Schützensysteme (Verschlüsse) unterbrochen werden.
Die Druckrohre: Vom Einlaufbauwerk strömt das
Wasser durch die 935 m langen Druckrohre zu den
Turbinen in den Krafthäusern. Die zwei Rohre haben
Durchmesser von 2,60 m im oberen Bereich und unten
von 2,20 m. Die Wandstärke der Rohre beträgt am Einlaufbauwerk 18 mm und an den Kraftwerken 31 mm.
Die Maschinenhallen: Mittlerweile stehen zwei Kraft–
häuser. In der 1930 erbauten Maschinenhalle – heute
bezeichnen wir diesen Teil der Anlage als Speicherkraftwerk Bringhausen – laufen von einstmals vier
kompletten Maschinensätzen nur noch zwei im
Turbinenbetrieb. Diese verfügen über eine installierte
Leistung von je 35.000 kW (35 MW). Die anderen beiden
Turbinen sowie die vier Speicherpumpen wurden aus
Altersgründen stillgelegt.
Als Ersatz erzeugt deshalb unmittelbar rechts daneben
eine neue Francis-Pumpturbine wertvollen Strom
zum Ausgleich von Spitzenlastzeiten. Diese Anlage,
Waldeck 1, wurde als Schachtkraftwerk konzipiert.
Somit verfügen die alten und neuen Kraftwerkanlagen
zusammen über eine installierte Turbinenleistung
von 140.000 kW (140 MW) und eine Pumpleistung von
70.000 kW (70 MW).
Die Transformatoren: Der Strom nimmt seinen Weg
von den Generatoren zu den Transformatoren. Diese
befinden sich im Bild nicht sichtbar hinter der linken
Maschinenhalle. Hier wird die Spannung – von der
Maschinenspannung, die 6,6 Kilovolt beträgt – auf die
Netzspannung von 110 Kilovolt hochtransformiert. Über
die Schaltanlagen fließt der Strom ins Netz: zunächst
über Leistungsschalter – mit denen man den Energiefluss
ein-, aus- oder umschalten kann – und anschließend
über Sammelschienen zu den Freileitungen.
Einlaufbauwerk
Druckrohr
Druckrohre
Waldeck 2
Bringhausen
Maschinenhallen mit
Turbinen und Generatoren
Waldeck 1
Netzeinspeisung
Waldeck 1/Bringhausen
Netzeinspeisung
Waldeck 2
Eder
21
Unsere Informationsquellen
Informationszentrum
Walchenseekraftwerk
Altjoch 21, 82431 Kochel am See,
T 0 88 51 -77 - 2 25
Informationszentrum im Kraftwerk
Roßhaupten, Forggenseestr. 100,
87672 Roßhaupten,
T 0 81 91-3 28-1 01
Unsere Informationszentren:
Viele Dinge sind leichter zu verstehen, wenn sie
zum (Be)greifen nah sind. Daher haben wir an
einigen Standorten Informationszentren eingerichtet. Sie erklären einfach, und für Jedermann
verständlich, wie Wasserkraft und Stromversorgung funktionieren. An vielen Standorten wie
zum Beispiel im Walchenseekraftwerk und im
Kraftwerk Roßhaupten, können Besucher einen
Blick in das imposante Krafthaus mit den Turbinen und Generatoren werfen.
Erlebniskraftwerk Walchensee
Das architektonisch hochmoderne Informationszentrum am Walchenseekraftwerk in Kochel
vermittelt mit Turbinenmodellen, interaktiven
Touch-Screen-Terminals, Internet-Stationen und
Kommunikationstafeln Wissen rund um die
Wasserkraft. Ob es sich um die historische Entwicklung, die Wirkungskette der Wasserkraft
allgemein oder um technische Details einzelner
Turbinentypen handelt – unsere Ausstellung
beantwortet anschaulich die wichtigsten
Fragen.
Rund um den Forggensee
Inmitten des traumhaft schönen Allgäus liegt
der aus Hochwasserschutzgründen künstlich
angelegte Forggensee. Direkt am nördlichen
Ende des Forggensees erzeugt unser Speicherkraftwerk Roßhaupten seit über 50 Jahren
Strom. Hier finden unsere Besucher ein hochmodernes Informationszentrum mit allem
Wissenswerten rund um die Energieerzeugung
aus Wasserkraft.
Informationszentrum und Standseilbahn in Edertal am Edersee,
Kraftwerkstr. 10, 34549 Edertal
(Hemfurth), T 0 56 23 - 9 48 - 3 90
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Aus- und Einblicke am Edersee
Der Edersee wurde Anfang des 20. Jahrhunderts
von Menschen geschaffen. Er sollte den Wasserstand der Eder regulieren und die Menschen
vor Hochwasser schützen. Die Anlagen der
Pumpspeicherkraftwerke Waldeck in Edertal,
in unmittelbarer Nähe des Edersees gelegen,
sind für Touristen ganz besondere Höhepunkte.
Die Gäste können sich in einem modernen
Informationszentrum rund um die Wasserkraft
informieren und von unseren Experten durch
die „Welt der Stromerzeugung“ fachgerecht
führen lassen. Anschließend lockt ein Ausflug
mit der Standseilbahn auf den hoch gelegenen
Peterskopf. Von dort hat man einen wunderbaren Ausblick über das Waldecker Land. Die Bahn
fährt regelmäßig von April bis Oktober.
Weitere Möglichkeiten zu Kraftwerkbesichtigungen (nach telefonischer
Terminvereinbarung):
Laufwasserkraftwerke:
Finsing/Isar, T 0 81 21-7 09-2 11
Aufkirchen/Isar, T 0 81 21-7 09-2 11
Kinsau/Lech, T 0 81 91 - 3 28 - 1 01
Kachlet/Donau, T 09 41-2 01-42 11
Hirschaid/Regnitz, T 0 97 21 - 20 92 - 48
Pumpspeicherkraftwerke:
Happurg, T 09 41-2 01-42 11
Langenprozelten, T 0 97 21 - 20 92 - 48
Besuchen Sie uns im Internet unter
www.eon-wasserkraft.com und
besonders unser Wasserkraft - Special:
„Wasserkraft – der Strom aus dem Strom“.
Hier finden Sie sehr anschaulich alles
Wissenswerte zum Thema Stromerzeugung
aus Wasser.
Kontakt unter E-Mail:
[email protected]
Herausgeber
E.ON Wasserkraft GmbH
Unternehmenskommunikation
Luitpoldstraße 27
84034 Landshut
T 08 71 - 6 94 - 40 16
F 08 71 - 6 94 - 40 14
05-2010
Vervielfältigung, auch auszugsweise,
nur mit Genehmigung des Herausgebers
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E.ON Wasserkraft GmbH Luitpoldstraße 27 84034 Landshut
www.eon-wasserkraft.com
www.eon.com