Die mechanische Kraft des fallenden Wassers ist ein uraltes Werkzeug. Es wurde von den Griechen verwendet, um Wasserräder zum Mahlen von Weizen zu Mehl zu drehen, vor mehr als 2.000 Jahren . Die Verfügbarkeit billiger Sklaven- und Tierarbeit beschränkte jedoch seine weit verbreitete Anwendung bis etwa zum 12. Im Mittelalter wurden große hölzerne Wasserräder mit einer maximalen Leistung von etwa 50 PS entwickelt. Die moderne Großwasserkraft verdankt ihre Entwicklung dem britischen Bauingenieur John Smeaton, der zuerst große Wasserräder aus Gusseisen baute.
Wasserkraft spielte eine wichtige Rolle in der industriellen Revolution. Es gab Impulse für das Wachstum der Textil-, Leder- und Maschinenindustrie im frühen 19. Obwohl die Dampfmaschine bereits entwickelt war, war Kohle knapp und Holz als Brennstoff unbefriedigend. Die Wasserkraft trug zur Entwicklung früher Industriestädte in Europa und den Vereinigten Staaten bei, bis die Eröffnung der Kanäle Mitte des 19.
Dämme und Kanäle waren für die Installation aufeinanderfolgender Wasserräder erforderlich, wenn der Abfall größer als 5 m (16 ft) war. Der Bau eines großen Staudamms war jedoch nicht machbar, und niedrige Wasserströme im Sommer und Herbst, gepaart mit Vereisung im Winter, führten dazu, dass fast alle Wasserräder durch Dampf ersetzt wurden, als Kohle leicht verfügbar wurde.
Das früheste Wasserkraftwerk wurde 1880 in Cragside, Northumberland, England gebaut. Die Wiedergeburt der Wasserkraft kam mit der Entwicklung des elektrischen Generators, der weiteren Verbesserung der Wasserturbine und der wachsenden Nachfrage nach Elektrizität um die Wende zum 20. Bis 1920 entfielen bereits 40 Prozent der in den Vereinigten Staaten erzeugten elektrischen Energie auf Wasserkraftwerke.
Das Grundprinzip der Funktionsweise der meisten großen Anlagen ist seitdem gleich geblieben. Die Anlagen sind auf einen großen Wasserspeicher vor einem Damm angewiesen, in dem der Wasserfluss kontrolliert und ein nahezu konstanter Wasserstand gewährleistet werden kann. Wasser fließt durch Leitungen, genannt Penstocks, Okinawa Meerwasserpumpspeicherkraftwerkdie durch Ventile oder Turbinentore gesteuert werden, um die Durchflussrate an den Strombedarf anzupassen. Das Wasser tritt dann in die Turbinen ein und verlässt sie durch das sogenannte Tailrace. Die Stromerzeuger sind direkt über den Turbinen auf vertikalen Wellen montiert. Das Design der Turbinen hängt von der verfügbaren Wasserhöhe ab, wobei sogenannte Francis-Turbinen für hohe Köpfe und Propellerturbinen für niedrige Köpfe verwendet werden.
Im Gegensatz zu Speicheranlagen, die auf die Stauung großer Wassermengen angewiesen sind, gibt es einige Beispiele, bei denen sowohl der Wassertropfen als auch die konstante Durchflussrate hoch genug sind, um sogenannte Run-of-the-River-Installationen zu ermöglichen.
In den 1700er Jahren erkannten die Amerikaner die Vorteile der mechanischen Wasserkraft und nutzten sie ausgiebig zum Mahlen und Pumpen. In den frühen 1900er Jahren machte Wasserkraft mehr als 40 Prozent der Stromversorgung der Vereinigten Staaten aus. In den 1940er Jahren lieferte Wasserkraft etwa 75 Prozent des gesamten Stromverbrauchs im Westen und pazifischen Nordwesten und etwa ein Drittel der gesamten elektrischen Energie der Vereinigten Staaten. Mit der Zunahme der Entwicklung anderer Formen der Stromerzeugung ist der Anteil der Wasserkraft langsam zurückgegangen und liefert heute etwa ein Zehntel des Stroms der Vereinigten Staaten.
Die frühen Wasserkraftwerke waren Gleichstromstationen, die in der Zeit von etwa 1880 bis 1895 für die Stromversorgung von Lichtbögen und Glühlampen gebaut wurden. In den Jahren 1895 bis 1915 kam es zu raschen Veränderungen im Wasserkraftdesign und einer Vielzahl von Anlagenstilen. Das Design von Wasserkraftwerken wurde nach dem Ersten Weltkrieg ziemlich standardisiert, wobei die meisten Entwicklungen in den 1920er und 1930er Jahren mit thermischen Anlagen sowie Übertragung und Verteilung zu tun hatten.
Im Folgenden werden einige wichtige Ereignisse in der Geschichte der Wasserkraft aufgelistet:
1826 Der französische Ingenieur Benoit Fourneyron entwickelte eine Wasserturbine mit hohem Wirkungsgrad (80%), bei der das Wasser tangential durch den Turbinenläufer geleitet wurde und sich drehte. Ein anderer französischer Ingenieur, Jean V. Poncelet, entwarf 1826 eine nach innen gerichtete Turbine, die dieselben Prinzipien verwendete. Es wurde erst 1838 gebaut, als S. B. Howd ein US-Patent für ein ähnliches Design erhielt.1848 James B. Francis verbesserte diese Entwürfe, um eine Turbine mit 90% Wirkungsgrad zu schaffen.
1870 Das früheste Wasserkraftprojekt der Welt in Cragside, Rothbury, England, lieferte elektrisches Licht.1880 die erste industrielle Nutzung von Wasserkraft zur Stromerzeugung erfolgte in Grand Rapids Michigan, als 16 Bürstenlichtbogenlampen mit einer Wasserturbine in der Wolverine Chair Factory in Grand Rapids, Michigan, betrieben Wurden1881 In Niagara Falls, New York, wurde ein Bürstendynamo an eine Turbine in Quigleys Mühle angeschlossen, um Straßenlaternen zu beleuchten.1882 in Appleton, Wisconsin Das erste Wasserkraftwerk, das das Edison-System verwendete, war das Vulcan Street Plant.
1887 Die San Bernadino, Kalifornien, High Grove Station war das erste Wasserkraftwerk im Westen der USA 1889 In Oregon City, Oregon, war die Willamette Falls Station das erste Wechselstrom-Wasserkraftwerk. Es übertrug einphasige Energie 13 Meilen nach Portland bei 4.000 Volt, trat auf 50 Volt für die Verteilung.
1891 In Frankfurt am Main, Deutschland, wurde das erste dreiphasige Wasserkraftsystem für eine 175 km lange 25.000 Volt Demonstrationsleitung aus dem Werk Lauffen eingesetzt.
1895 Das erste öffentliche Wasserkraftwerk der südlichen Hemisphäre wurde in Duck Reach, Tasmanien, fertiggestellt und versorgte die Stadt Launceston mit Strom für die Straßenbeleuchtung.
1898 Decew Falls 1, St. Catherines, Ontario, Kanada wurde fertiggestellt. Im Besitz von Ontario Power Generation, vier Einheiten sind noch in Betrieb. Am 25. August 1898 sendete diese Station Strom mit 22.500 Volt, 66 2/3 Hz, zweiphasig, eine Entfernung von 56 km nach Hamilton, Ontario. Die Verwendung der höheren Spannung ermöglichte eine effiziente Übertragung über diese Entfernung. (Anerkannt als IEEE-Meilenstein in der Elektrotechnik & Computing vom IEEE Executive Committee im Jahr 2002)
1901 in Trenton Falls, New York, wurde die erste Installation von Reaktionsturbinen mit hoher Förderhöhe in den USA entwickelt und gebaut.1905 in Sault Ste. Marie, Michigan, die erste Niederdruckanlage mit direkt angeschlossenen vertikalen Wellenturbinen und Generatoren wurde gebaut
1906 In Ilchester, Maryland, wurde im Ambursendamm ein vollständig untergetauchtes Wasserkraftwerk gebaut.1911 R. D. Johnson erfand den Differential Surge Tank und Johnson hydrostatic Penstock Valve.
1912 In Holtwood, Pennsylvania, gab es die erste kommerzielle Installation eines vertikalen Kingsbury-Axiallagers in einem Wasserkraftwerk.
1914 S.J. Zowski entwickelte den Francis-Turbinenläufer (High Specific Speed Reaction) für Anwendungen mit niedriger Förderhöhe.
1916 gab es die erste kommerzielle Installation einer feststehenden Propellerturbine, die von Forrest Nagler entworfen wurde.
1917 Das Hydracone Draft Tube wurde von W. M. White patentiert.
1919 Viktor Kaplan demonstrierte in Podebrady, Tschechoslowakei, einen verstellbaren Propellerturbinenläufer.
1922 wurde erstmals ein Wasserkraftwerk speziell für Spitzenleistung gebaut.
1929 Das Rocky River Plant in New Milford, Connecticut, war das erste große Pumpspeicherkraftwerk.
Für weitere Informationen: Eine empfohlene Ressource, die die Geschichte der Wasserkraft detailliert beschreibt, ist der zweibändige Satz der Wasserkraftentwicklung in den Vereinigten Staaten 1880-1940, vorbereitet für die Task Force für kulturelles Ressourcenmanagement, Edison Electric Institute, Duncan Hay, New York State Museum, 1991. Dieses Buch beschreibt die amerikanische Wasserkraftentwicklung von der ersten Nutzung der Wasserkraft um 1880 bis 1940, als über 1500 Wasserkraftwerke in Betrieb waren, die etwa ein Drittel der elektrischen Energie der Vereinigten Staaten produzierten. Dies ist vergleichbar mit heute, wo weniger als ein Zehntel der Energie aus Wasserkraft stammt.
Geschichte der Wasser- und Kraftwerke in der Region Niagara
Das Snowy Mountains Scheme, New South Wales, Australien, ist eines der komplexesten integrierten Wasser- und Wasserkraftwerke der Welt, dessen Bau 25 Jahre dauerte. Informationen zur Entwicklung finden Sie auf der Snowy Hydro-Website.
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