Stauwerke - Wie der Mensch das Wasser nutzt

Hallo. Kannst du dir vorstellen, was die Energiewende, Hochwasser und Überschwemmungen und der Eingriff des Menschen in die Natur gemeinsam haben? Nein? Nun ja, die Antwort liegt auch nicht sofort auf der Hand, aber sobald ich es dir sage, geht dir bestimmt ein Licht auf. Alle drei Themen haben nämlich mit Stauwerken zu tun. Stauwerke, das ist der Sammelbegriff für Staumauern und Staudämme. Diese Bauwerke stauen sogenannte Stauseen an. Sicher hast du schon mal eine Staumauer oder einen Staudamm und den dazugehörigen Stausee auf Fotos oder im Fernsehen gesehen. Und vielleicht hast du sogar ein solches Stauwerk auch schon einmal betreten und dir das Ganze etwas genauer angeschaut. Aber hast du dir eigentlich auch Gedanken über den Zweck und die Bedeutung solcher Bauwerke gemacht? Es handelt sich nämlich um sehr vielseitige Bauwerke, die meist mehrere Funktionen zugleich haben. Dass sie etwas mit Energie zu tun haben und dass eine sehr wichtige Funktion der Schutz gegen Hochwasser ist, kannst du dir nun sicherlich schon denken. Aber Staumauern und Staudämme leisten noch mehr. Es geht also um Stauwerke - Wie der Mensch das Wasser nutzt. In diesem Video möchte ich dir nun genauer erklären, was Staumauern und Staudämme sind, und inwiefern sie sich in ihrer Bauweise voneinander unterscheiden. Außerdem werde ich dir die Funktion und die Bedeutung von Stauwerken erläutern. Neben dem Hochwasserschutz und der Erzeugung von Energie gibt es nämlich noch weitere Aufgaben. Auf die Energieerzeugung werde ich etwas genauer eingehen, weil diese im Hinblick auf die Energiewende eine wichtige Rolle spielt. Und obwohl Staumauern und Staudämme und ihre Stauseen große Vorteile für den Menschen mit sich bringen, gibt es auch Nachteile. Solche Nachteile werde ich dir ebenfalls aufzeigen. Im Video werde ich dir verschiedene Beispiele für Stauwerke aus Deutschland und aus der Welt geben. Du wirst sehen, es sind beeindruckende Konstruktionen. Beginnen wir also mit der Klärung, was Staumauern und Staudämme konkret sind und was die beiden voneinander unterscheidet. Im Grunde haben Staumauern und Staudämme die gleichen Aufgaben und arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Sie sind dazu da, um Wasser von Flüssen oder Gletscherschmelzwässer in einem bestimmten Bereich festzuhalten und nur definierte Wassermengen durchzulassen. Der Unterschied besteht in der Bauweise. Ein Staudamm besteht aus einer Aufschüttung von Steinschotter, Kies, Sand, Erde und so weiter. Man unterscheidet deshalb auch zwischen Erdschüttdämmen und Steinschüttdämmen. Staudämme kommen dort zum Einsatz, wo aufgrund der geographischen Verhältnisse eine Staumauer nicht infrage kommt, das heißt, wenn es keinen felsigen Untergrund gibt. Staudämme benötigen durch ihre relativ weiche Bauart jedoch eine sehr große Aufstandsfläche. Daher werden sie meist eingesetzt, wenn man breitere Talabschnitte hat. Ein Beispiel für einen Steinschüttdamm ist der Staudamm, der den Gepatsch-Stausee in Tirol aufstaut. Staumauern benötigen, wie gesagt, einen felsigen Untergrund, der sehr viel Gewicht aushalten muss. Der Grund dafür ist, dass eine Staumauer aus einer sehr hohen Betonmauer besteht, die nur eine geringe Aufstandsfläche besitzt. Somit drückt das ganze Gewicht der Mauer auf eine kleine Fläche des Untergrundes. Das heißt also, Staumauern sind geeignet für enge und schmale Schluchten, Staudämme hingegen besser geeignet für breite Täler, oder wo ein nicht so stabiler Untergrund vorliegt. Es gibt im Prinzip zwei Arten von Staumauern. Die Gewichtsstaumauer ist eine der meist gebräuchlichsten Stauwerke. Sie ist oben am schmalsten und wird nach unten hin breiter. Der Name kommt daher, weil das Eigengewicht der Mauer das Wasser abhält. Die Kraft des Wassers wirkt senkrecht auf die Mauer und wird in den Boden weitergeleitet. Ein typisches Beispiel für eine Gewichtsstaumauer ist die Staumauer Oberaar in der Schweiz. Dieser Stausee wird übrigens von einem Gletscher gespeist. Die Bogenstaumauer erreicht bei weitem nicht die Masse und Stärke eine Gewichtsstaumauer, aber das muss sie auch nicht. Hier macht man sich die Kraftwirkung zunutze. Die auf die Mauer wirkende Kraft des Wassers wird sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung an die Talflanken und den Boden abgegeben. Man benötigt für diesen Staumauertyp also zusätzlich zum stabilen, felsigen Untergrund felsige Flanken sowie ein sehr enges Tal. Ein klassisches Beispiel für eine Bogenstaumauer ist der österreichische Kölnbreinspeicher. Hierbei handelt es sich um das größte Stauwerk Österreichs. Möglich ist auch eine Kombination aus Gewichts- und Bogenstaumauer wie bei der Hohenwartetalsperre in Thüringen an der Saale, die eine gekrümmte Gewichtsstaumauer ist. Sie staut den viertgrößten Stausee Deutschlands auf. Den Unterschied zwischen Staudamm und Staumauer kannst du die am besten so einprägen: Ein Staudamm ist viel breiter als hoch, wohingegen die Staumauer eher hoch als breit ist. Nun weißt du über die Funktionsweise von Stauwerken Bescheid und, was Staumauern und Staudämme voneinander unterscheidet. Jetzt soll es darum gehen, welche wirtschaftliche Bedeutung das von den Stauwerken angestaute Wasser besitzt. Wie ich zu Beginn bereits erwähnt habe, erfüllt dieses Wasser zahlreiche Aufgaben. Diese sind erstens: Die Energiegewinnung durch Wasserkraft in Wasserkraftwerken. Weitere Aufgaben sind zweitens: Wenn die Flüsse große Wassermengen führen, zum Beispiel wegen extrem starken und andauernden Regenfällen, dann dienen die Stauseen als Auffangbecken für Hochwasser und vermeiden somit Überschwemmungen besiedelter Gebiete. Drittens: Umgekehrt können die Stauseen jedoch auch dem Ausgleich von Niedrigwasserständen in besonders trockenen Zeiten dienen. Dann kann aus dem Stausee nach und nach Wasser an den Fluss abgegeben werden, und somit kann ein Mindestwasserstand für die Binnenschifffahrt garantiert werden. Viertens: Außerdem dient das Wasser der Stauseen auch zur Trinkwassergewinnung. Das heißt, ein Teil des Wassers aus Stauseen gelangt, nach Aufbereitung, in unsere Haushalte. Fünftens: Und nicht zuletzt dienen Stauseen und deren Umgebung zunehmend als Naherholungsgebiete für Touristen. Einerseits sind vor allem die sehr großen Stauwerke und die dahinter aufgestauten Wassermassen eine Attraktion, andererseits kann auf den Seen beispielsweise Fahrgastschifffahrt stattfinden. Die Seen bieten sich ebenfalls Aktivitäten wie segeln, schwimmen oder angeln an. Rund um die Stauseen gibt es außerdem häufig Wander- und Radfahrwege. Du siehst also: Der Aufgabenbereich von Stauwerken und deren Stauseen ist sehr breit. Da jedoch die Energiegewinnung aus erneuerbaren beziehungsweise regenerativen Energien in den letzten Jahren große Bedeutung gewonnen hat und die Wasserkraft als solch eine erneuerbare Energiequelle gilt, soll es als nächstes um Energieerzeugung mithilfe von Wasserkraft gehen. Wenn du in letzter Zeit die Nachrichten ein bisschen verfolgt hast, dann hast du sicher schon einmal etwas von der Energiewende gehört. Dabei geht es im Prinzip hauptsächlich: Um die Begrenztheit fossiler Brennstoffe, die Schädigung der Umwelt, stetig steigende Strompreise bei zunehmendem Energiebedarf und nicht zuletzt auch um die Gefahr, die von der Kernenergie ausgeht. Daher strebt die Politik die Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen an, also Energiequellen, die nicht irgendwann einfach aufgebraucht sind, sondern immer wieder verwendet werden können. Die Wasserkraft ist weltweit die bedeutendste erneuerbare Energiequelle und Wasserkraft ist außerdem eine der ältesten Energiequellen. Bereits vor circa 5000 Jahren nutzten die Römer Wasserräder zum Antrieb von Mühlen, um Getreide zu mahlen. Heute werden mit der Wasserkraft fast 20 Prozent der elektrischen Energie weltweit erzeugt, also fast genauso viel wie mit Atomkraft. Wasserkraft ist somit derzeit die einzige erneuerbare Energiequelle, die nennenswert zur Versorgung der Erdbevölkerung beiträgt. Jetzt stellt sich die Frage: Wie genau funktioniert die Wasserkraftnutzung? Die Wasserkraftnutzung basiert auf dem Prinzip, dass die kinetische Energie, also die Bewegungsenergie, von Wasser in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird das Wasser durch eine Stauanlage auf möglichst hohem Niveau zurückgehalten. Die Energie des abfließenden Wassers wird dann auf eine Turbine geleitet, um diese in Drehbewegung zu versetzen. Durch Weiterleitung an einen Generator kann dann die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden. In Verbindung mit Stauwerken und Stauseen gibt es zwei verschiedene Typen von Wasserkraftwerken, nämlich die Speicherkraftwerke und die Pumpspeicherkraftwerke. Im Speicherkraftwerk wird das Wasser in einem Stausee oberhalb einer Kraftanlage gesammelt und gestaut. Hierbei wird eine möglichst große Fallhöhe angestrebt. Druckleitungen transportieren es zum tiefer liegenden Kraftwerk am Fuße der Staumauer, wo das Wasser den höchsten Druck aufgebaut hat. Dort wird es zum Antrieb der Turbinen eingeleitet. Speicherkraftwerke produzieren Strom auch in Spitzenzeiten, zum Beispiel wenn im Winter viel Strom gebraucht wird. Je nach Bedarf werden mehr oder weniger Turbinen angestellt. Die Bilder zeigen dir zwei Beispiele für Speicherkraftwerke. Pumpspeicherkraftwerke funktionieren ähnlich wie Speicherkraftwerke, ihre Besonderheit ist jedoch, dass sie zu Regulierungszwecken im Stromnetz eingesetzt werden. Speicherkraftwerke bestehen aus zwei Staubecken in unterschiedlichen Höhenlagen, dem Oberbecken und dem Unterbecken. In Zeiten geringen Strombedarfs, zum Beispiel in der Nacht, wenn im Stromnetz Überschüsse produziert werden, wird mit elektrischen Pumpen das Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken gepumpt. Die dabei verbrauchte Energie wird in Form des Wassers im Oberbecken gespeichert. Wenn wieder Energie benötigt wird, kann dieses Wasser wieder nach unten strömen und die Turbinen antreiben und somit Strom erzeugen. Auf den Bildern sind die Ober- und Unterbecken, der Pumpspeicherkraftwerke, sehr gut zu erkennen. Das größte Wasserkraftwerk der Erde befindet sich in China am Jangtsekiang. Es handelt sich um die Drei-Schluchten-Talsperre, einem sehr umstrittenen Großprojekt, da für die Anlage des über 600 Kilometer langen Stausees etwa 1500 Dörfer geräumt werden mussten. Die 26 Turbinen des Wasserkraftwerkes erbringen eine Leistung von 18,2 Gigawatt. Das entspricht etwa der Leistung von 16 Kernkraftwerken. Auf dem Bild erkennst du die Ausmaße einer solchen Turbine. Du siehst, wie klein die Menschen daneben wirken. Zum Vergleich: Das leistungsstärkste Wasserkraftwerk in Deutschland befindet sich in Thüringen an der Schwarza. Es handelt sich um das Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal. Auf dem Bild kannst du das Ober- und das Unterbecken erkennen. Das Kraftwerk erbringt eine Leistung von 1060 Megawatt also 1,06 Gigawatt. Das sind lediglich fünf Prozent der Leistung, die das Wasserkraftwerk der Drei-Schluchten-Talsperre erbringt. Du hast jetzt sicherlich schon viele Vorteile, die die Wasserkraft mit sich bringt, verstanden. So zum Beispiel: Wasser ist eine erneuerbare Ressource, das heißt, man kann es wieder und wieder verwenden zur Energieerzeugung. Die Energieerzeugung mit Wasserkraft bringt kaum CO2-Emissionen mit sich. Die Energiegewinnung aus Wasserkraft ist weitgehend unabhängig vom Wetter und den Jahreszeiten im Gegensatz zu Wind und Solarenergie. Die für die Energiegewinnung angelegten Stauseen tragen überdies zum Hochwasserschutz bei und haben noch viele andere Funktionen, zum Beispiel sorgen sie für eine ausgeglichene Wasserführung der Flüsse und machen sie so schiffbar. Allerdings, darf man trotz dieser Vorteile nicht vergessen, dass der Bau von Stauwerken, Stauseen und Wasserkraftwerken auch negative Folgen mit sich bringen kann. Zum Beispiel: Wenn Täler für die Anlage von Stauseen geflutet werden, müssen dafür häufig Menschen umgesiedelt werden. Landschaften, Kulturgüter und landwirtschaftliche Flächen gehen durch den Bau von Stauseen verloren. Die Anlage eines Stausees stellt einen großen Eingriff in ein bestehendes Ökosystem dar. Lebewesen im und am Fluss werden stark beeinflusst beziehungsweise gestört. Beispielsweise werden Fische in ihrer Wanderung behindert, da sie die Staumauer nicht passieren können. Und oft kommt es durch den Bau eines Bauwerkes zu Veränderungen am Grundwassersystem in der Region. Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen, die du zu Stauwerken und Wasserkraft gelernt hast: Staumauern und Staudämme haben die Aufgabe, Wasser in einem Stausee anzustauen. Sie unterscheiden sich in ihrer Bauweise. Staudämme bestehen aus einer Aufschüttung von Naturmaterialien. Sie stehen auf weichem Untergrund und sind breiter als hoch. Staumauern bestehen aus Beton. Sie benötigen einen stabilen, felsigen Untergrund und sind höher als breit. Neben den Funktionen Hochwasserschutz, Ausgleich von Niedrigwasserständen für die Binnenschifffahrt, Trinkwassergewinnung und als Naherholungsgebiete besitzt die Nutzung der Wasserkraft eine große Bedeutung. Bei der Wasserkraft handelt es sich um eine erneuerbare Energiequelle. An Staumauern und Staudämmen wird die Bewegungsenergie des Wassers in Wasserkraftwerken in elektrische Energie umgewandelt. Wasserkraft ist an sich umweltfreundlich und bietet viele Vorteile. Nachteilig ist allerdings, dass beim Bau der Kraftwerke und der dazugehörigen Staumauern, Staudämme und Stauseen stark in die Natur eingegriffen wird. Nun hast du sehr viel über Stauwerke und die Nutzung der Wasserkraft durch den Menschen gelernt. Allerdings gibt es noch sehr viel mehr, was du über dieses Thema erfahren kannst. Viel Spaß dabei.