Keine Energiequelle ist absolut verlässlich. In konventionellen Kraftwerken muss die Versorgung mit einem Brennstoff gesichert sein. Windenergieanlagen benötigen Wind und Solaranlagen Sonnenschein, um Strom zu erzeugen. Einen wichtigen Beitrag einer sicheren Energieversorgung leisten daher Speicherkraftwerke. Die bekanntesten sind die (Pump-) Speicherwasserkraftwerke, in deren Speicherseen die Lageenergie von Wasser gespeichert ist.
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Die Energie eines Körpers in einem Kraftfeld
Potentielle Energie, auch Lageenergie genannt, ist die Energie, die einem Körper allein aufgrund seiner Lage in einem Kraftfeld innewohnt. Als Beispiel kannst Du an einen Ball denken, der in einem Meter Höhe auf einem Tisch liegt. Das Kraftfeld, das auf den Ball wirkt, ist das Gravitationsfeld der Erde. Rollt der Ball über die Tischkante, dann wird er in diesem Gravitationsfeld in Richtung der Erdoberfläche beschleunigt: er fällt zu Boden. Die Lageenergie des Balls ist die Energie, die bei dieser Bewegung in Bewegungsenergie umgewandelt wird.
Die Lageenergie eines Körpers ist dabei unabhängig von der Art des Körpers oder dem Material, aus dem er besteht. Sie ist stattdessen das Produkt von Masse, Beschleunigung und Fallhöhe, also dem Weg, den der Körper bis zu seinem Bezugspunkt zurücklegen muss. In unserem Beispiel sind die Masse des Balls und die Fallbeschleunigung der Erde unveränderlich. Du kannst dem Ball jedoch zusätzliche Lageenergie zuführen oder entnehmen, indem Du seine Höhe über dem Erdboden veränderst. Hebst Du ihn zum Beispiel vom einen Meter hohen Tisch auf ein zwei Meter hohes Regal, dann verdoppelst Du damit seine Lageenergie. Anders ausgedrückt „speicherst“ Du auf diese Weise die Energie, die Du zum Anheben den Balls aufwenden musst, als potentielle Energie im Ball. Fällt er später zu Boden, wird diese Energie wieder freigesetzt.
Lageenergie als gespeicherte Energie
In der Energiewirtschaft ist genau dieses Prinzip der potentiellen Energie in Abhängigkeit von der Fallhöhe eines Körpers die Grundlage eines der wichtigsten Energiespeicher, des Speicherwasserkraftwerks. Ein solches Kraftwerk sammelt in einem Stausee große Mengen Wasser, die als Speicher für potentielle Energie dienen. Wird zusätzlicher Strom benötigt, dann kann Wasser aus dem Speicher auf die Turbinen des Kraftwerks geleitet werden. Auf dem Weg vom Stausee zu den tiefergelegenen Turbinen wird die potentielle Energie des Wassers in kinetische Energie umgewandelt und schließlich an die Turbinen übergeben, die sie an den Generator weiterleiten.
Ein Pumpspeicherkraftwerk sammelt zudem das benötigte Wasser nicht nur durch das Aufstauen eines Flusses an, sondern es kann auch direkt gefüllt werden. Dafür wird Wasser aus einem Unterbecken in den Stausee gepumpt, wenn gerade mehr Strom im Stromnetz zur Verfügung steht, als benötigt wird. Auf diese Weise gleicht ein Pumpspeicherkraftwerk auch die schwankende Verfügbarkeit von Wind- und Solarenergie aus.
Der energietechnische Nutzen von (Pump-) Speicherwasserkraftwerken kann jedoch ihre ökologischen Nachteile nicht aufwiegen. Wasserkraftwerke sind stets eine große Gefahr für Flusslebewesen, insbesondere für Fische, die in den Turbinen getötet werden können. Zudem gefährden sie die empfindlichen Ökosysteme im und um den Fluss. In Zukunft werden daher andere Technologien wie Batteriespeicher, Power-to-Gas und Power-to-Liquid einen immer größeren Beitrag zur Absicherung der Stromnetze leisten müssen, gepaart mit intelligenten Netzen und Verbrauchern, die auf ein schwankendes Angebot reagieren können. Vegan Strom setzt zudem bereits heute auf ständig verfügbare Energiequellen wie Geothermie und Gezeitenkraft, um die schwankende Solarenergie zu unterstützen und Dir so jederzeit nachweislich veganen Strom anzubieten.
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