Mehrere Wasserturbinen hintereinander - Bleibt Wasser stehen und läuft über?
Wenn man in einem Fluss eine Wasserturbine zur Stromerzeugung installiert, kann man doch Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Und nach dem Energieerhaltungssatz hab ich vor vielen Jahre mal in der Schule gelernt, Energie kann man nicht erzeugen, nur umwandeln. Würde man nun zig Turbinen hintereinander installieren, wäre doch irgendwann keine Bewegungsenergie mehr da, die noch umgewandelt werden könnte und das Wasser würde stehen bleiben und dann überlaufen. Aber stimmt das? Irgendwie kommt mir dieser Gedanke komisch vor, dass Wasser nicht weiterläuft und stattdessen „nach oben“ geht. Und wenn es weiterlaufen würde, würde es doch automatisch immer die Turbinen bewegen, aber dann ist doch das Problem mit dem Energieerhaltungssatz?
Und falls es doch weiterläuft, wieso wird das dann so nicht im realen Leben gemacht? Es wäre doch eine riesige / unendlichen (?) Energiequelle?
4 Antworten
das Gleiche gilt auch für Windräder: sie können den Wind nicht zu 100% nutzen, weil die Luft sonst stehenbleiben würde. Was tatsächlich passiert ist, dass die Strömung hinter der Turbine langsamer und breiter ist, und dadurch nur ein Teil der Turbinenfläche die volle Anströmung sieht.
Aber stimmt das?
Nö, denn die kinetische Energie des Wassers wäre bloß zu gering um die Turbine anzutreiben, zwischen den Turbinenblättern fließt das aber trotzdem durch.
Um die maximale ausbeute aus einem strömenden Medium zu bekommen,
werden bei Turbinenanlagen daher die Winkel der Turbinenblätter in Flussrichtung nach und nach immer steiler eingestellt, damit das Wasser höhere Angriffsfläche hat, während die Geschwindigkeit abnimmt. Siehe dies:
Lauter Turbinenblätter, alle mit langsam zunehmenden Winkeln. (Dampf)
Das ist doch ganz einfach! Mit jeder weiteren Turbine wird der Flusslauf weiter abgebremst. Dabei fließt das Wasser immer langsamer und breitet sich zunehmend über die technischen Sperren im Flussbett auf die Uferlandschaften aus.
Dabei geht mangels Fließgeschwindigkeit im Flussbett die Wandlung in Elektroenergie gegen null, weil durch die Turbinen kaum noch Wasser kommt.
Die Turbinen würden hier ja in Reihe liegen, womit sich der mechanische Gesamtwiderstand vervielfachen würde. Zum Vergleich: Wenn Du eine elektrische Glühlampe hell leuchten lässt, wird Elektroenergie in Licht und Wärme gewandelt. Wenn Du dazu weitere 100 gleichartige Glühlampen in Reihe schaltest, dann hast Du den 100-fachen elektrischen Widerstand. Dann leuchtet schon lange nichts mehr angesichts 1/100 Stromstärke.
Alles klar, oder noch Fragen dazu?
Der Druck nimmt ab, das ist das Problem.
Der Druck an sich ist quasi die Energie, die stärke mit der das Wasser nach vorne drängt. Wenn das Wasser dann die Schaufelräder erreicht, drückt es diese Schaufelräder weg, wodurch sie sich zu Drehen anfangen. Diese Energie aber ist danach nicht mehr im Wasser.
Es geht vor allem um die Druckdifferenz. Aber dazu mal ein Beispiel:
Stell dir vor, du hast einen Boxsack vor dir. Wenn du den Boxsack triffst, dann bewegt sich dieser nach hinten, dein Schlag hat danach aber keine Energie mehr. Wenn du nun hinter den einen Boxsack ein anderen stellen würdest, dann würdest du mit dieser Schlagenergie zwar alle Boxsäcke bewegen, aber jeder an sich würde sich nur sehr Langsam bewegen, das kann man sich ja vorstellen.
Bei der Turbine wäre das genauso (vereinfacht gesagt).
Da aber jede Turbine auch noch Reibung als Verlust hätte, würdest du nur erreichen, dass mehr energie durch diese Reibung verloren geht, das beste ist es also an einer Turbine einen recht großen Druckunterschied zu haben.
Es werden aber schon mehrere Turbinen hintereinandergeschaltet, aber unterschiedliche: Erst eine die sehr hohen Druck braucht und effizienz verarbeiten kann, dann eine die weniger Druck effizient bearbeiten kann, In so einem Fall geht es, da es immernoch diesen Unterschied gibt.
Auf den Boxsack übertragen, wäre hinter dem ersten, großen Boxsack noch ein kleinerer.
Eine wunderbare erklärung gestatte mir nur noch mal auf den Aspekt des Überlaufens einzugehen.
Würde man viele Turbinen hinterienander schalten, verlangsamt sich der Fluss des wassers durch die selbigen. Das hast du ja bereits geschrieben.
Daraus ergibt sich die Konsequenz, dass wenn von oben mehr Wasser kommt, als nach unten abfließen kann, der Stausee natürlich überläuft.
Das wäre aber auch erst mal nicht schlimm, da es an den meisten Stauseen so wie so Überläufe gibt.
lg, Anna
Vielen Dank für diese sehr gute Erklärung samt Beispiel 🙏🏼☺️