Wasserkraftwerke funktionieren auf Grundlage der Wasserströmung eines Gewässers. Diese entsteht beispielsweisedurch das Gefälle eines Flusses oder die Gezeiten.

Wasserkraftwerke an Binnengewässern basieren alle auf demselben Funktionsprinzip: Durch ein Stauwehr wird Wasser auf möglichst hohem potenziellem Niveau zurückgehalten. Die Bewegungsenergie des abfließenden Wassers wird auf eine Turbine übertragen, welche daraufhin in Rotation versetzt wird. Ein Generator, der mit der Turbine verbunden ist, erzeugt daraus Strom.

Die klassische Wasserkraftnutzung erfolgt durch zwei grundsätzliche Kraftwerkstypen:

• Laufwasserkraftwerke  und
• Speicherkraftwerke 

Weiterhin werden verschiedene Bauformen unterschieden, die sich aus der jeweils vorhandenen Fallhöhe des Wassers ergeben:

• Niederdruckanlagen mit einer Fallhöhe bis zu 20 Metern
• Mitteldruckanlagen mit einer Fallhöhe von 20 bis 100 Metern
• Hochdruckanlagen mit einer Fallhöhe von über 100 Metern

In der Regel wird bei der klassischen Wasserkraftnutzung das Wasser durch ein Wehr aufgestaut, so dass oberhalb der Anlage ein kleiner Stausee entsteht. Die Kanäle bzw. Rohrleitungen, die das Wasser zu einer Turbine führen, müssen so gebaut werden, dass möglichst wenig Energie auf dem Weg dorthin verloren geht. Dies wird durch glatte Rohrwände und geringe Fließgeschwindigkeiten des Wassers erreicht.

Am Beginn des Kanals hält ein Rechen grobes Geäst und Geröll zurück; unmittelbar vor der Turbine reinigt ein Feinrechen das Wasser nochmals. Nach dem Durchlaufen der Turbine wird das Wasser durch einen Kanal wieder dem ursprünglichen Flussbett zugeführt.

Für jede Anlage gibt es entsprechend der Standortbedingungen einen optimalen Turbinentyp. Für geringe Fallhöhen eignen sich Kaplan-Turbinen wohingegen bei großen Fallhöhen Pelton-Turbinen bevorzugt zum Einsatz kommen. So wird für Flusskraftwerke (Laufwasserkraftwerk) mit großem Wasservolumen und geringer Fallhöhe häufig eine Kaplan- Turbine eingesetzt. Pelton-Turbinen werden bevorzugt im Mittel- und Hochgebirge in Speicherkraftwerken mit geringem Volumen und großer Fallhöhe eingesetzt. Durchströmturbinen eignen sich besonders für kleine Fallhöhen und geringe Volumen. Recht universell lassen sich Francis-Turbinen einsetzen, die bei mittlerem Volumen und mittlerer Fallhöhe eine gute Leistung bieten.

Die heutigen Turbinen sind technisch ausgereift und weisen einen Wirkungsgrad von 75 bis über 90 Prozent auf. Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage verringert sich jedoch durch Verluste, die im Getriebe und im Generator auftreten. Deshalb beträgt der Gesamtwirkungsgrad einer Wasserkraftanlage zwischen 60 und 70 Prozent.

Neben klassischen Anlagen zur Wasserkraftnutzung kommen zur Zeit auch andere, teilweise noch in der Entwicklung befindliche Technologien zur Anwendung. Lesen Sie mehr zu Strömungs -, Wellen- und Gezeitenkraftwerken  sowie weiteren innovativen Konzepten zur Meeresenergienutzung.