Erneuerbare Energien: Wasserkraft

Dass Wasser eine enorme Kraft entfalten kann weiß jeder, der schonmal von einer Atlantikwelle umgerissen wurde. Oder es wird einem negativ bewusst, wenn von Hochwasserkatastrophen und Überschwemmungsereignissen berichtet wird. Diese Kraft des Wassers lässt sich positiv und vielfältig zur Energiegewinnung einsetzen.

Autor RESET , 18.12.11

Wasserkraft wird seit Jahrhunderten als Energiequelle genutzt. An mancher Stelle sind noch heute alte Mühlräder an Flüssen und Bächen zu sehen, die Mühlsteine, Säge- oder Hammerwerke angetrieben haben. Vor dem Hintergrund der Energiewende und der Endlichkeit fossiler Energieträger ist die unerschöpfliche und abgasfreie Wasserkraft heute aktueller denn je.

Weltweit betrachtet ist die Wasserkraft der Spitzenreiter unter den Erneuerbaren Energien. Zwar ist die Wachstumsrate gering und liegt bei derzeit nur 1,5 % (Stand 2012), insgesamt werden global aber ganze 985.000 Megawatt Strom aus Wasserkraft gewonnen. Dazu kommt die Meeresenergie mit 2.500 Megawatt (Quelle: ee-blog.de).

Energie aus der Kraft des Wassers – Wie funktioniert das?

Wasserkraftwerke können nur dort installiert werden, wo die Fließgeschwindigkeit hoch genug ist um Turbinen anzutreiben. Dafür sind ein gewisses Gefälle und eine gewisse Masse an transportiertem Wasser nötig. Der Wasserstrom treibt Turbinenräder an, wobei eine mechanische Rotationsenergie entsteht, die Generatoren antreibt und so Strom erzeugt.

Es gibt verschiedene Typen von Wasserkraftwerken, die man nach ihrer Leistung in kleine (< 1 Megawatt) und große (> 1 Megawatt) Anlagen unterteilt. Kleinwasserkraftwerke sind Speicher- oder Laufwasserkraftwerke mit relativ geringer Fallhöhe und Wassermenge. Von den großen Anlagen in Deutschland sind 20 % Speicherkraftwerke und 80 % Laufwasserkraftwerke.

Speicherkraftwerke

Speicherkraftwerke sind an Talsperren und Bergseen installiert und nutzen die hohe Fallenergie, Wassermenge und damit Speicherkapazität dieser Standorte. Die Turbinen sind hier am Fuß der Staumauer angebracht. Der Vorteil von Speicherkraftwerken ist, dass sie dem Stromkreis gezielt zugeschaltet werden können, sobald erhöhter Strombedarf besteht. Sie sind aber durchaus auch grundlastfähig. (Quelle: BMU).

Bei sogenannten Bergspeicherkraftwerken ist ein hoch gelegener Bergsee über Druckrohrleitungen mit einer im Tal liegenden Kraftwerksanlage verbunden. Unten angekommen treibt das Wasser Turbinen an.

Bei Pumpspeicherkraftwerken werden höher gelegene Becken durch eine Stauung oder künstlich mit Wasser aus einem Tal gefüllt, das hoch gepumpt wird. Dadurch wird Energie gespeichert – bei Bedarf wird das Wasser heruntergelassen und erzeugt dabei Strom (Quelle: BMU).

Laufwasserkraftwerke

Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung in einem Fluss oder Kanal zur Erzeugung von Strom. Sie haben eine relativ geringe Fallhöhe. Um die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen zu steigern werden die Gewässer oft aufgestaut, beispielsweise in Schleusen, um natürliche Schwankungen in der Höhe des Wasserspiegels auszugleichen (Quelle: BMU). (1)

Der Großteil der Laufwasserkraftwerke in Deutschland sind Ausleitungskraftwerke. Hierbei wird das Flusswasser vom Hauptarm weg über einen Nebenarm geleitet, wo Turbinen installiert sind. Hinter den Turbinen wird der Nebenarm wieder dem Hauptgewässer zugeleitet. (Quelle: Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V., Faltblatt als PDF).

Bei den Flusskraftwerken sind die Turbinen im Hauptarm des Flusses installiert. Um die Durchgängigkeit des Flusses nicht zu gefährden werden Umgehungsgewässer angelegt. Rechen vor den Turbinen sollen verhindern, dass Fische darin getötet werden oder dass die Turbinen durch Flussfracht verstopfen (Quelle: Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V.).

Gezeitenkraftwerke

Gezeitenkraftwerke nutzen die regelmäßig wechselnde Strömung der Gezeiten. Sie können in Form einer Staumauer in Meeresbuchten oder Flussmündungen installiert werden, wofür sich allerdings nur wenige Standorte, beispielsweise an der französischen Atlantikküste eignen, an denen der Tidenhub groß genug ist.

Im Rahmen eines Deutsch-Englischen Pilotprojekts mit dem Namen „Seaflow“ wurde in der Nordsee ein neuartiges Kraftwerk installiert. Ein riesiger Rotor, der dem einer Windanlage gleicht, wird dabei vom Gezeitenwechsel unter Wasser angetrieben (auf dem Foto zur Wartung herausgeholt). Derartige Anlagen könnten zukünftig ein großes Potenzial entfalten. Der Wartungsaufwand de Anlagen ist aufgrund des aggressiven Salzwassers allerdings vergleichsweise hoch.

Nutzung in Deutschland

Im Jahr 2011 gab es in Deutschland etwa 7.500 Wasserkraftanlagen (Speicher- und Laufwasserkraftanlagen) mit einer Leistung von 4,5 Gigawatt. Die Wasserkraftbranche rechnet bis 2020 mit einer Steigerung auf 6,5 Gigawatt und damit einer Stromerzeugung von 32 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr (Quelle: Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE)). (2)

Ob eine gebaute Wasserkraftanlage rentabel ist hängt davon ab, wie optimal die Standortbedingungen gewählt sind und wie kostspielig sich die Einhaltung von Umweltauflagen gestaltet. Da gut geeignete Standorte bereits genutzt werden, steigen für zukünftig installierte Anlagen eventuell die Erschließungskosten. Die Modernisierung alter Anlagen ist somit oft effizienter als der Bau neuer Anlagen (Quelle: Prognos-Studie als PDF).

Innerhalb von Deutschland sind die geeignetsten Standorte für Wasserkraftanlagen der Voralpenraum mit günstigem Flussgefälle (Quelle: BMU) oder auch die Küstenregionen der Nordsee im Zusammenhang mit den neuartigen Gezeitenkraftwerken.

Kritik

Der Bau von Wasserkraftanlagen in Flüssen wird oft als ein Eingriff in Ökosysteme angesehen, da sie beispielsweise als Barriere für Fische gelten. Der Einsatz von Fischtreppen oder Umgehungsgewässern kann derartige Probleme jedoch minimieren (Quelle: BEE).

Der Bundesverband für Wasserkraft sieht im Gegenteil sogar positive Effekte von Wasserkraftwerken auf Flussökosysteme, indem diese durch die Turbinen der Kraftwerke mit Sauerstoff angereichert werden (Quelle: Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V.).

Außerdem ist es keineswegs so, dass die Flüsse in Deutschland besonders naturbelassen wären. Begradigungen, Eintunnelungen und Beseitigung des Uferbewuchses sind nur einige Beispiele für unnatürliche Zustände von Flusssystemen.

Umgestaltungen durch Wasserkraftwerke die einhergehen mit der Bemühung um Renaturierung können durchaus auch Verbesserungen der Ökosysteme darstellen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz setzt hierfür gezielt Anreize. Anlagenbetreiber, die ihre Anlage modernisieren und dabei eine wesentliche ökologische Verbesserung nachweisen, können eine höhere Vergütung erhalten (Quelle: BMU).

Immer wieder hört man von Staudammgroßprojekten, die zu massiven Überflutungen und damit der Zerstörung von Ökosystemen und der Verdrängung der im Flutungsgebiet ansässigen Bevölkerung führen. Traurige Berühmtheit erlangt haben hier zum Beispiel der Mekong-Staudamm in Laos (Quelle: Spiegel Online) oder der Drei-Schluchten-Staudamm in China (Quelle: Planet Wissen).

Gerade für Länder ohne Zugang zum Meer, ohne Atomenergie, ohne Technologien und Infrastruktur für Erneuerbare Energien und ohne fossile Energiequellen sind derartige Projekte eine vergleichsweise günstige Möglichkeit der Stromerzeugung. Nicht zuletzt sind die Riesenbauten auch Prestigeprojekte, mit denen eine Regierung zeigen kann, zu welchen baulichen Leistungen sie fähig ist. Der Bau eines Riesenstaudamms ist schließlich eine logistische und bauwerkliche Meisterleistung.

Weitere Infos zu Riesenstaudämmen gibt es hier.

Oft wird spekuliert, dass das Potenzial der Energieerzeugung durch Wasserkraft in Deutschland bereits erschöpft sei. Das steht allerdings im Widerspruch zu den Prognosen der Wasserkraftbranche, die eine stetige Steigerung der Leistung bis 2020 annimmt (siehe oben). Im Gegenteil wird vermutet, dass das Potenzial derzeit nur zu etwa 20 % ausgeschöpft wird (Stand 2009; Quelle: BEE; Studie: „Stromversorgung 2020 – Wege in eine moderne Energiewirtschaft“ als PDF).

Viele installierte Anlagen sind zudem veraltet, einige sogar über 50 Jahre alt. Durch Modernisierungen kann die Leistung dieser Anlagen in Zukunft weiter gesteigert werden. Auch stillgelegte Anlagen können mit moderner Technik ausgestattet und wieder in Betrieb genommen werden (Quelle: BEE).

Quellen und Links

Ariane Kujau/ RESET-Redaktion, 2013

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