Wasserturbine: Funktionsweise

Wasserkraft ist die wichtigste erneuerbare Energiequelle in der Schweiz. Die modernen Wasserturbinen in den Wasserkraftwerken bringen heute sehr hohe Leistungen. Wie sie funktionieren, erfahren Sie hier.

Eine Wasserturbine und die Generatoren sind zentrale Elemnte eines Wasserkraftwerkes.
In einem Wasserkraftwerk wandeln die Wasserturbinen mithilfe der Generatoren die Energie des Wassers in Strom um. Foto: © AndreyPS / iStock / Thinkstock
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Wasserkraftwerke prägen das Landschaftsbild in der Schweiz. Das Gebirge und die hohen Niederschläge bieten optimale Voraussetzungen zur Nutzung dieser erneuerbaren Energiequelle. Heute stammen nach Angaben des Bundesamtes für Energie 56 Prozent der inländischen Stromproduktion aus Wasserkraft.

Ein zentrales Element der heutigen Wasserkraftwerke ist die Wasserturbine. Sie wandelt die Energie des Wassers in Bewegung um, das heisst sie dreht sich. Mithilfe eines Generators, den die Turbine antreibt, wird so elektrische Energie gewonnen. Es entsteht Wechselstrom, der ins Stromnetz eingespeist werden kann. Eine Wasserturbine kann heute eine Leistung von bis zu 1000 Megawatt erreichen.

Vorläufer moderner Wasserturbinen: Wasserrad

Ein einfaches Modell für eine moderne Wasserturbine ist das Wasserrad. Das gab es schon in der Antike. Bei einem Wasserrad trifft der Wasserstrahl von oben auf die Schaufeln. Das setzt es in Bewegung und treibt zum Beispiel Mühlensteine an. Ein Wasserrad kann aber die Energie des Wassers nicht optimal ausnutzen. Moderne Wasserturbinen im Gegensatz dazu können das schon. Sie können die Wasserenergie zu über 80 Prozent in Bewegung umwandeln. Man spricht daher von Wirkungsgraden von 80 bis 95 Prozent. Nur ein kleiner Teil der Wasserenergie geht zum Beispiel durch Reibung in den Dichtungen verloren.

Zur Geschichte der Wasserturbine

Bei der Entwicklung der modernen Wasserturbinen waren auch zwei Schweizer beteiligt: Daniel Bernoulli und Leonhard Euler. Der Mathematiker Bernoulli fand im 18. Jahrhundert eine Gleichung, welche die Druckenergie des Wassers, seine Strömungsgeschwindigkeit (kinetische Energie) und die Fallhöhe des Wassers (potenzielle Energie) betrachtet. Daraufhin entwickelte der Basler Leonhard Euler eine Turbine, die nicht nur die Fallhöhe des Wassers nutzen konnte, wie das beim antiken Wasserrad der Fall war, sondern auch den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit. Aber erst Anfang des 19. Jahrhunderts erfand der Franzose Benoît Fourneyron die erste Wasserturbine, welche industriell eingesetzt werden konnte.

Quelle: Bundesamt für Energie

 

Wie ein Wasserkraftwerk mit Wasserturbinen heute funktioniert, sehen Sie auch im folgenden kurzen Film am Beispiel eines Kraftwerks im Kanton Aargau:

Welche weiteren Typen von Wasserturbinen es gibt, wie sie funktionieren und für welche Arten von Kraftwerken sie genutzt werden, lesen Sie im zweiten Teil des Artikels.

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