Wasserkraft ist die weltweit am häufigsten genutzte erneuerbare Energiequelle zur Stromerzeugung. Wasserkraftgeneratoren sind weit verbreitet, von denen die größten für Wasserkraftwerke an Stauseen und Staudämmen verwendet werden, bis hin zu den kleinsten für den häuslichen und ländlichen Einsatz. Dieser Artikel bietet einige Hinweise zur Auswahl der für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Wasserkraftgeneratoren.
Inhaltsverzeichnis
Globale Marktprognosen für Wasserkraftgeneratoren
Eine Einführung in Wasserkraftgeneratoren
Arten von Wasserkraftturbinen
Ein Blick auf die Palette der verfügbaren Wasserkraftgeneratoren
Abschließende Gedanken
Globale Marktprognosen für Wasserkraftgeneratoren
Der globale Markt für Wasserkraftgeneratoren wächst gut mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6.8 % über den 10-Jahreszeitraum von 2022 bis 2032. Im Jahr 2022 betrug der Marktwert 137.6 Milliarden US-Dollar, wächst auf 264.41 Milliarden US-Dollar von 2032.
Den größten Marktanteil hat die große Wasserkraftwerke mit stationären Systemen bei 63 %, Über kleinere tragbare Systeme mit 37 %, obwohl kleinere Systeme voraussichtlich schneller wachsen werden, CAGR von 7.8%.
Der asiatisch-pazifische Raum ist bei der aktuellen Nutzung und dem prognostizierten Marktwachstum führend, wobei China der größte Produzent von Wasserkraft auf der Basis großer Staudämme ist. Aufgrund des gestiegenen Interesses an erneuerbaren Energiequellen verzeichnen kleinere Systeme weltweit ein Wachstum. Kleinere Systeme sind leicht und lassen sich einfach an Orten wie Bauernhöfen und Kleinbetrieben installieren, um andere Energieerzeugungsquellen zu ergänzen.
Eine Einführung in Wasserkraftgeneratoren
Zivilisationen nutzen die Kraft des Wassers seit über 2000 Jahren. In der modernen Zeit werden über 70 % des weltweiten Stroms durch Wasserkraft erzeugt, was sie mit Abstand zur am weitesten verbreiteten Quelle erneuerbarer Energie auf der ganzen Welt macht.
Wasserkraftgeneratoren nutzen die Kraft fließenden Wassers zur Stromerzeugung. Dazu wird Wasser durch die Lüfterblätter einer Turbine geleitet. Die Blätter wirken wie ein Propeller und drehen eine Metallwelle, die wiederum einen Motor antreibt. Der Motor erzeugt elektrische Energie. Die Größe der Turbine und die Strömung des Wassers bestimmen die Menge des erzeugten Stroms.
Der Wasserfluss wird durch einige Direktflussmethoden erreicht:
- Wasser wird aus einer Quelle wie einem Reservoir oder aus dem natürlichen Fluss eines Wasserfalls oder Flusses freigesetzt. Auf diese Weise ist die Schwerkraft die Hauptkraft, die das Wasser durch die Turbine treibt.
- Wasser wird aus einer anderen Quelle umgeleitet, um durch die Turbine zu fließen. Dies geschieht häufig dadurch, dass ein größeres Gewässer, wie etwa ein Fluss, in immer kleinere Kanäle und Rohre geleitet wird. Dieser Prozess kann hohen Druck erzeugen, der die Turbinenschaufeln durchdrückt.
- Wasser wird nach oben in eine Speicheranlage, wie beispielsweise ein Reservoir, gepumpt, wo es dann durch die Schwerkraft nach unten in die Turbine fließt. Diese Methode erfordert Energie, um das Wasser nach oben zu drücken, und ist daher am effizientesten, wenn zur Erzeugung dieser Energie erneuerbare Energiequellen genutzt werden.
Das obige Diagramm von Chengdu Forster Technology Company zeigt ein Beispiel für ein Wasserkraftwerk an einem Stausee, das den Schwerkraftfluss des Wassers durch die Turbine des Kraftwerks nutzt.
Durch die Nutzung von Wasser aus natürlichen Quellen wird der Wasserkraftgenerator zu einer erneuerbaren Energiequelle, aber das Prinzip ist eigentlich dasselbe wie bei der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen. Kohlekraftwerke verwenden Kohle, um Wasser zu erhitzen und Dampf zu erzeugen, der dann durch die Turbine geleitet wird.
Der Drei-Schluchten-Damm, der den Jangtsekiang in China überspannt, ist das größte Wasserkraftwerk der Welt und verfügt über 32 Turbinen mit jeweils 700 Megawatt (MW) und zwei weiteren 50-MW-Generatoren, die das Kraftwerk selbst mit Strom versorgen.
Wasserkraftgeneratoren mit einer Leistung unter 5 Kilowatt werden häufig in landwirtschaftlichen Betrieben, Kleinbetrieben und kleinen Industriebetrieben sowie in netzunabhängigen oder hybriden Stromanwendungen eingesetzt. Generatoren mit 5 Kilowatt und mehr können zur Stromversorgung kleiner Gemeinden, ländlicher Industriebetriebe und größerer landwirtschaftlicher Betriebe eingesetzt werden.
Arten von Wasserkraftturbinen
Wasserturbinen erzeugen ihre Energie aus der Kombination von Druck und Strömung des Wassers. Der Druck oder die Kraft des Wassers wird durch die Höhe der Wasserquelle bestimmt, die als „Fallhöhe“ bezeichnet wird. Die Strömung des Wassers ist sowohl das Volumen als auch die Geschwindigkeit des Wassers.
Es gibt verschiedene Turbinentypen, die für unterschiedliche Fallhöhen und Wasserströmungen geeignet sind. Die beiden wichtigsten Typen sind Reaktions- und Impulsturbinen.
Reaktionsturbinen Die Turbinenblätter sind vollständig im Wasserstrom angeordnet und werden gedreht, wenn das Wasser über die Blätter fließt, wobei alle Blätter mit dem Wasserstrom in Kontakt sind. Zu den verwendeten Turbinenblättern gehören Propeller (wie bei einem Bootspropeller), Kaplan (verstellbare Blätter), kinetische (direkt aus dem Strom) und Francis Turbine (wie die Schaufelblätter eines Düsentriebwerks). Der Turbinenschaufeltyp wird auf Grundlage der Fallhöhe und des Wasserdurchflusses ausgewählt, wobei jeder seine Vorteile hat. Die meisten Reaktionsturbinen werden für niedrigere Fallhöhen und höhere Durchflussmengen verwendet, obwohl Kaplanturbinen auch für hohe Fallhöhen geeignet sind.
Impulsturbinen erzeugen ihre Energie aus der Strömung des Wassers, um das Rad (den Läufer) zu bewegen. Bei Pelton-Impulsturbinen ist nur ein Teil des Läufers mit der Strömung des Wassers in Kontakt (stellen Sie sich ein Wasserrad in einer Mühle vor). Wenn die Strömung das Läufer dreht, tritt jede neue Schaufel in die Strömung ein und die Bewegung setzt sich fort. Pelton-Turbinen eignen sich gut für hohe Fallhöhen und niedrige Strömungen. Querstromturbinen lassen die Strömung über einen breiteren Teil des Turbinenrads fließen und fangen die Strömung beim Ein- und Ausfluss auf. Diese eignen sich gut für sehr hohe Strömungen und niedrige Fallhöhen.
Ein Blick auf die Palette der verfügbaren Wasserkraftgeneratoren
Die großen Wasserkraftwerke weltweit sind in der Regel an großen Flüssen und Stauseen angesiedelt und verfügen über entsprechend große, speziell gebaute Wasserkraftgeneratoren mit einer Leistung von 500 Megawatt und mehr. Für kleinere Anwendungen, wie die Stromerzeugung in ländlichen Gebieten, netzunabhängige landwirtschaftliche und industrielle Systeme, große Generatoren stehen zur Onlinebestellung bereit.
In diesem Abschnitt wird eine Auswahl aus dem breiten Angebot an Wasserkraftgeneratoren vorgestellt, die „von der Stange“ erhältlich sind, und es werden einige Anwendungsbeispiele vorgestellt, die in Betracht gezogen werden könnten.
Große Generatoren
Wenn die Erzeugungskapazität 1 Megawatt (1000 Kilowatt) übersteigt, übersteigt die erzeugte Strommenge den typischen Bedarf eines kleinen Bauernhofs oder Haushalts. Daher eignet sich ihre Verwendung eher für industrielle Anwendungen und für die Stromversorgung ländlicher Gemeinden mit oder ohne Netzanschluss. Solche großen Wasserkraftgeneratoren würden in der Nähe oder an einer nahe gelegenen Wasserquelle wie einem Fluss, See oder einem kleinen Reservoir aufgestellt. Das Wasser kann direkt durch die Schwerkraft zugeführt werden, wird aber wahrscheinlicher von einer nahe gelegenen Quelle gepumpt oder umgeleitet.
Kleinere Generatoren
Kleinere Wasserkraftgeneratoren mit einer Leistung von unter 1 Megawatt, die zwischen 5 und 500 Kilowatt und mehr erzeugen können, eignen sich sehr gut für kleine Bauernhöfe und große, vom Stromnetz unabhängige Wohnhäuser. Sie werden wahrscheinlich an kleinen Flüssen und großen Bächen aufgestellt, wo der Wasserfluss konstant ist, um eine zuverlässige Stromerzeugung zu gewährleisten.
Mikro-Wasserkraftgeneratoren
Mit einer Leistung unter 5 Kilowatt sind Mikro-Wasserkraftgeneratoren sehr klein, tragbar und einfach zu installieren für netzunabhängige Häuser und Dörfer, kleine ländliche Bauernhöfe und Heimindustrien. Sie können an Bächen installiert werden, wobei der Durchfluss durch die bereitgestellten Rohrleitungen leicht umgeleitet werden kann.
Bildungsmodelle
Es gibt eine Reihe von Demonstrationsmodellen von Wasserkraftgeneratoren, die online verfügbar sind. Diese sind für den Einsatz im naturwissenschaftlichen Unterricht konzipiert, um Schülern die Funktionsweise von Wasserkraft näherzubringen.
Abschließende Gedanken
Wasserkraftgeneratoren nutzen einen stetigen Wasserfluss zur Stromerzeugung. Ihre Größe reicht von Kraftwerken mit mehreren Generatoren, die über 20,000 Megawatt erzeugen können, bis hin zu kleinen Heimanlagen, die nicht mehr als ein Kilowatt erzeugen können. Große Generatoren decken den Bedarf von Ländern ab, die auf groß angelegte Stromerzeugung zurückgreifen können. Kleinere Generatoren erfreuen sich zunehmender Beliebtheit für netzunabhängige Stromversorgung, kleine Stromerzeugungsanlagen in ländlichen Gebieten und für diejenigen, die sich für erneuerbare Energien interessieren.
Bei der Auswahl des richtigen Wasserkraftgenerators ist dem Käufer bereits klar, welcher Einsatzzweck wahrscheinlich ist, ob er in einem Reservoir oder einem großen Gewässer oder an einem kleinen ländlichen Bach eingesetzt wird. Standort und vorgesehene Leistung sind die wichtigsten Überlegungen, gefolgt von der Entscheidung über den Turbinentyp, der am besten für den Wasserdruck (Fallhöhe) und die Strömung geeignet ist.
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