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Wasserkraft - Nutzung und Perspektive

Römische Wassermühle Die Kraft des Wassers wurde bereits im Altertum genutzt - das Prinzip römischer Wassermühlen hielt sich bis ins 19. Jahrhundert. Die Bewegungsenergie des Wassers wurde von einem Wasserrad aufgenommen und über ein Getriebe an ein Werkzeug geleitet, im Fall einer Getreidemühle an einen Mahlgang mit Mühlsteinen. Ab dem Mittelalter trieb sie nicht nur Mühlen, sondern auch die vorindustrielle Entwicklung schlechthin an. Während Getreidemühlen alternativ noch mit Wind betrieben werden konnten, waren andere kraftintensive Gewerbe völlig auf das gleichmäßiger fließende Wasser angewiesen, so entstanden Papier-, Walk-, Schneide-, Säge-, Hammer-, Pulver, Farb-, Knochen-, Erz-, Waffen-, und Spinnmühlen, nicht zu vergessen die wassergetriebenen Gebläse der Schmieden und Metallhütten. Fast alle waren auch im Göltzschtal zu finden und nicht wenige änderten im Laufe der Zeit ihre Zweckbestimmung mehrmals.
Je nach nutzbarem Gefälle verwendete man unterschiedliche Wasserräder wobei sich zunehmender Beaufschlagungshöhe deren Wirkungsgrad verbesserte. Im 19. Jahrhundert übernahm die Dampfmaschine die Aufgabe der Kraftquelle in Manufakturen und Fabriken. Trotzdem griff man auch später noch auf Wasserkraft zurück, wo diese zur Verfügung stand, und erzeugte mit ihrer Hilfe Strom. Allerdings hatte das langsame Wasserrad ausgedient und wurde durch schnelllaufende Wasserturbinen ersetzt. Diese unterschieden sich wiederum in der Bauart nach der nutzbaren Stauhöhe und damit dem vorhandenen Wasserdruck.


Wasserräder und
Turbinen		 Niedrige Stauhöhe,
geringer Druck		 Mittlere Stauhöhe,
mittlerer Druck		 Hohe Stauhöhe,
hoher Druck
historisch,

Wasserräder 		unterschlächtiges Wasserad
unterschlächtig		 mittelschlächtiges Wasserad
mittelschlächtig		 oberschlächtiges Wasserad
oberschlächtig
neuzeitlich,

Wasserturbinen 		Kaplanturbine
Kaplanturbine		 Francisturbine
Francisturbine		 Peltonturbine
Peltonturbine
Wirkungsgrad mäßig besser hoch

Quelle der Wasserkraft ist - wie auch bei Windkraft - die Sonnenenergie. Ihre Wärme lässt Meerwasser verdunsten, aufsteigen und als Regenwolken in Gebirgslagen transportieren. Maßgeblich für die nutzbare Kraft ist die Wassermenge in Verbindung mit der Höhenlage eines Gewässers (die Erdbeschleunigung g, die hier mit eine Rolle spielt, beträgt immer 9,8 m/sek2).

W = m *h * g
Arbeitsvermögen = Wassermasse x Höhe (x Erdbeschleunigung)

Je größer eine Wassermasse ist und je tiefer sie fallen kann, umso mehr Energie lässt sich also aus ihr gewinnen. Deshalb ist man bestrebt, an der Turbine eine möglichst große Wasserspiegeldifferenz aufzubauen.

Ausleitungswerk Beim Ausleitungswerk wird ein Teil des Fliessgewässers abgezweigt und durch einen Werkkanal - analog den früheren Mühlgräben - zum Krafthaus geleitet. Die nutzbare Höhendifferenz kommt durch ein geringeres Gefälle des Kanals gegenüber dem Mutterbett zustande. Dabei wird jedoch nur ein Teil des Flusses zur Energieerzeugung genutzt.
Stauwerk Beim Stauwerk wird der Zufluss aufgestaut und so eine Wasserspiegeldifferenz direkt am Kraftwerk erzeugt. Es ermöglicht eine annähernd vollständige und gleich bleibende Energieausnutzung, stellt jedoch einen erheblichen Eingriff in das Gewässersystem und die Umwelt dar.
Die maximale Leistung eines Wasserkraftwerkes ergibt sich aus der durch die Turbine fließenden Wassermenge und der Differenz zwischen Ober- und Unterwasser (der Stau- bzw. Fallhöhe).

P = (m/t) *h * g
Leistung = Durchflussmenge x Fallhöhe x Erdbeschleunigung (rund 10)

Kennt man die Durchflussmenge in Kilogramm je Sekunde (wobei ein Liter Wasser 1 kg wiegt, ein Kubikmeter 1000 kg usw.) und die Fallhöhe in Metern, erhält man die Leistung direkt in der Einheit Watt. Eine sekundliche Wassermenge von 1900 Litern bei 15 Meter Stauhöhe könnte demnach knapp 280 kW liefern (1900*15*10). Dies sind etwa auch die Zahlen der Schotenmühle. Praktisch wird die gewonnene Leistung wegen der unvermeindlichen Verluste nur bis drei Viertel davon betragen haben (Wirkungsgrad 0,6...0,75). Die maximale Wassermenge stand außerdem nur gelegentlich zur Verfügung.

Interessant ist, welche Leistung der Fluss im gesamten mittleren Göltzschtal freisetzt: bei 1,9 Kubikmetern Wasser in der Sekunde und 90 m Höhenunterschied ergeben sich stattliche 1,7 Megawatt, das sind im Jahr fast 15.000 Megawattstunden! Was wird aus diesen? Sie heizen das Wasser auf: Von Lengenfeld bis Mylau steigt die Wassertemperatur allein durch die Fliessarbeit theoretisch um fast 2 Grad. Da Wasser eine 4000 mal höhere Wärmekapazität als dasselbe Volumen Luft hat, gefrieren Flüsse im Winter nie völlig ein!

Nachdem heute Gesetzte eine Mindestvergütung für alternative Energien garantieren, ist das Interesse am Betreiben von Wasserkraftanlagen erneut erwacht. Investoren argumentieren gern mit den ökologischen Vorteilen der Wasserkraft, doch ist auch diese nicht ohne Nachteile für Natur und Umwelt zu nutzen. Fließgewässer sind Ökosysteme und erfüllen vielfältige Funktionen im Naturhaushalt. Deshalb ist Energiegewinnung nur in dem Mass möglich wie diese Funktionen nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Ein Ausleitungswerk ist gegenüber einem Stauwerk eindeutig die ökologisch günstigere Lösung, vorausgesetzt, eine Mindestwassermenge in der Größe des mittleren Niedrigwasserstandes verbleibt mindestens im Mutterbett.
Eisvogel
Eisvogel - braucht intakte Flüsse
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Wasserkraftmuseum Ziegenrück Freizeittipp:   Wasserkraftmuseum Ziegenrück
Ziegenrück liegt in Ostthüringen, 12 km westlich (WNW) von Schleiz an der Bleilochtalsperre, der größten Talsperre Deutschlands - erreichbar über A4 oder Vogtlandbahn bis Schleiz, dann Bus. Das sehenswerte technische Museum ist in den Gebäuden der Fernmühle untergebracht, die 1899 zum ersten Wasserkraftwerk im Saaleraum umgebaut wurde. Eine Vielzahl von Modellen und Originalen dokumentieren die Entwicklung der Wasserkraft und der Kaskaden der Saaletalsperren.
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