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Wasserkraft Der Strom aus dem Strom

Wasserkraft zählt weltweit zu den bedeutendsten erneuerbaren Energiequellen. Wasserwerke verbrauchen keine wertvollen Rohstoffe und stoßen keine Abgase aus. Trotzdem sind viele Anlagen ökologisch heftig umstritten.

Stand: 01.03.2016

Wasserkraft hat gegenüber anderen alternativen Energiequellen einen entscheidenden Vorteil: Sie ist planbar. Die Energie, die im Wasser steckt, lässt sich abrufen, wenn man sie wirklich braucht. Im Gegensatz zu ihren launischen Kollegen Wind und Sonne: Die wehen und scheinen, wie und wann sie wollen.

Wasserkraft weltweit wichtig

Weltweit gehört Wasserkraft zu den am intensivsten genutzten erneuerbaren Energiequellen. Ihr Anteil an der weltweiten Stromversorgung beträgt laut Umweltbundesamt rund 16 Prozent. Die höchsten Strommengen aus Wasserkraft können China, Brasilien und Kanada verbuchen. In Europa decken Norwegen und Island ihren Strombedarf fast vollständig aus Wasserkraft. In Deutschland kommt die Stromproduktion aus Wasserkraft auf knapp vier Prozent vom Bruttostromverbrauch. Die abfluss- und gefällereichen Regionen der Mittelgebirge, der Voralpen und Alpen sowie alle größeren Flüsse sind gut geeignet, um die Wasserkraft zur Energiegewinnung zu nutzen.

Wasserkraft in Bayern

Mehr als 80 Prozent des Wasserkraftstroms werden im Süden Deutschlands, in Bayern und Baden-Württemberg, erzeugt. In Bayern betrug der Anteil von Strom aus Wasserkraft 2014 laut dem Energieatlas Bayern fast 13 Prozent an der Bruttostromversorgung. Die Berge sorgen für ausreichend Gefälle, das notwendig ist, um die Turbinen mit Wasser anzutreiben. Derzeit sind es in Bayern laut dem Bayerischen Landesamt für Umwelt rund 4.200 Wasserkraftwerke mit einer Gesamtleistung von etwa 2,9 Gigawatt.

Wenige große Anlagen leisten am meisten

Insgesamt gibt es in Deutschland nach einer Erhebung des Umweltbundesamts aus dem Jahr 2011 etwa 7.600 Wasserkraftwerke. Nur 354 Anlagen davon zählen zu den mittleren und großen Kraftwerken, doch sie erzeugen zusammen rund 90 Prozent des gesamten Wasserkraftstroms, 31 davon sind Pumpspeicherkraftwerke. Fraglich ist, ob in Deutschland noch einmal so große Kraftwerke entstehen werden. Die großen Anlagen sind zwar gut für das Klima, verändern aber nachhaltig die Natur.

Typologie der Wasserkraftwerke

Laufwasser-

Laufwasserkraftwerk bei Eitting am Mittlere-Isar-Kanal

Die meisten Wasserkraftwerke in Deutschland sind sogenannte Laufwasserkraftwerke, zum Beispiel die Kraftwerke an den zahlreichen Staustufen an Lech und Inn. Laufwasserkraftwerke haben eine relativ geringe Fallhöhe und eine große Durchflussmenge, die je nach Jahreszeit und Niederschlag schwankt.

Speicher-

Walchenseekraftwerk

Speicherkraftwerke nutzen ein großes Gefälle und die Speicherkapazität von Talsperren und Gebirgsseen. Im Tal oder am Fuß der Staumauer befinden sich die Turbinen, die Strom erzeugen. Ein Beispiel für diesen Typ ist das Walchenseekraftwerk. Es hat eine Fallhöhe von über 200 Metern.

Pumpspeicher-

Pumpspeichwerk Goldisthal

Pumpspeicherkraftwerke sind ein Sondertyp unter den Speicherkraftwerken. Sie nutzen die in Schwachlastzeiten überflüssige Energie, um Wasser in einen Speichersee hinauf zu pumpen. Bei Bedarf kann es wieder abgelassen werden und dabei Strom erzeugen.

und Kleinwasserkraftwerke

Wasserkraftwerk in Essen

Kleinwasserkraftwerke arbeiten nach den gleichen technischen Prinzipien wie Laufwasser- und Speicherkraftwerke. Sie produzieren aber deutlich weniger Leistung. In Deutschland gelten Anlagen bis zu einer Leistung von zehn Megawatt als Kleinwasserkraftwerke.

Angriff auf die Natur

Mit großen Staudämmen greift der Mensch massiv in die Umwelt ein. Das Wasser überschwemmt weite Gebiete und zerstört den Lebensraum von Tieren, Pflanzen und Menschen. In manchen Fällen werden ganze Wälder überflutet. Dadurch entstehen klimaschädliche Gase und belasten die eigentlich hervorragende CO2-Bilanz der Wasserkraftwerke. Durch das Aufstauen der Flüsse ändern sich zudem der Nährstoffgehalt des Wassers, die Temperatur und die Wasserchemie. Das kann die Artenvielfalt im Fluss nachhaltig beeinflussen.

Gefährliche Turbinen

Große Wasserkraftwerke zerschneiden zudem die Flussläufe. So werden sie zu Barrieren und die Turbinen zu tödlichen Fallen für viele Wassertiere. Umgehungsgewässer und "Wanderhilfen" für Fische sollen den Weg wieder freimachen. Doch die sogenannten "Fischtreppen" sind meist nur für die Wanderung flussaufwärts geeignet. Beim Abstieg landen viele Fische doch in der Turbine.

Lieber ökologischer als effizienter

Wasserkraft erzeugt keine Klimagase, ist technisch ausgereift und hat einen sehr hohen Wirkungsgrad. Andererseits sorgen manche Anlagen in der Praxis für gewaltige Schäden in der Natur. Die Herausforderung ist daher nicht, Wasserkraftwerke noch effizienter, sondern noch umweltfreundlicher zu machen.

Neue Wege in der Wasserkraft

Trinkwasseranlagen

Albert Sepp von der Technischen Universität München weiß, dass hierzulande mit den bisherigen Maßnahmen nicht mehr Strom zu holen ist. Auf der Suche nach neuen Wegen, kamen dem Wasserbauer die stillgelegten Trinkwasseranlagen, von denen es viele im bayerischen Voralpenland gibt, in den Sinn.

Auch diese Anlagen haben die für die Wasserkraft günstige Fallhöhe von mindestens 100 Metern. Der Speicher am Esterberg in Garmisch-Partenkirchen liegt sogar 500 Meter über dem Tal. Doch erst mussten die alten Leitungen gegen spezielle Rohre ausgetauscht werden. Sie liegen im Berg und befördern das Wasser unterirdisch und nicht hörbar ins Tal. Heute produziert die Anlage drei Millionen Kilowattstunden pro Jahr und versorgt damit 3.000 Personen in Garmisch-Partenkirchen. Albert Sepp suchte weiter und fand noch 18 Anlagen in den Bayerischen Alpen, die sich für die Stromgewinnung "rechnen". Inzwischen nutzen fast alle Gemeinden die Idee des Wasserbauers und erzeugen insgesamt Strom für rund 30.000 Menschen - und das ohne große Eingriffe in die Natur.

Wasserräder

Forscher von der Technischen Universität Darmstadt wollen nicht weniger als das Rad neu erfinden - und zwar das Wasserrad. Im Rahmen eines EU-Projektes erforschen die Wissenschaftler die Funktion von Wasserrädern und wie man sie so verändern kann, dass sie das Wasser effizienter verarbeiten. Dann wären sie nämlich zur Stromgewinnung bei kleinen Fallhöhen geeignet.

Getestet werden unterschiedliche Schaufelformen und -stellungen, unterschiedliche Wassermengen und Fließgeschwindigkeiten, denn das Zusammenspiel der Kräfte bei einem Wasserrad ist komplex. Ob Fische das Rad unversehrt passieren können, muss noch untersucht werden.

Bisher erreichen die Forscher mit ihrem Modell einen Wirkungsgrad von 50 Prozent - bei noch nicht optimierter Schaufelform. Bei anderen Modellversuchen der Universität im britischen Southampton wurden schon 80 Prozent erreicht. Das käme der klassischen Wasserkrafttechnologie näher, sagt Silke Schneider von der TU Darmstadt.

Schachtkraftwerke

Tausende Wehre gibt es in den bayerischen Flüssen und Bächen. Sie sollen vor Hochwasser schützen und verhindern, dass sich Flüsse weiter in den Boden graben. Der Nachteil: Wehre zerschneiden Flüsse. Fische und Kies können sich nicht mehr frei im durch Wasser bewegen. Das wollen Wasserbauer der TU München verhindern: mit einem kleinen Kraftwerk, das in einen Schacht gebaut wird, der vor einem Wehr liegt. In diesem Kraftwerk stürzt das Wasser von oben in den Schacht und treibt eine senkrecht stehende Turbine an. Ein integrierter Generator erzeugt den Strom. Unten fließt das Wasser zurück in das natürliche Flussbett. Im Gegensatz zu klassischen Kraftwerken entfallen hier die üblichen Baumaßnahmen, die in die Breite und die Tiefe gehen und massiv in die Natur eingreifen.

Ein Modell des neuen Schachtkraftwerkes wurde in der Versuchsanstalt für Wasserbau in Obernach getestet. Mit Erfolg, die technischen und ökologischen Herausforderungen konnten gelöst werden. Zum Beispiel kommen auch die Fische gut mit dem Kraftwerk zurecht, sagt die TU München. Seit April 2015 haben die Planungen für eine erste Pilotanlage an der Loisach bei Großweil begonnen. Dabei sollen Kraftwerkstechnik und die Auswirkungen auf die Ökologie getestet werden. Naturschützer machen sich aber Sorgen, dass die Fische in freier Wildbahn nicht so gut mit dem Kraftwerk zurecht kommen, wie in der Versuchsanlage.

Neue Großkraftwerke

Ein Team der Universität Innsbruck untersucht derzeit, ob große Wasserkraftwerke Strom auch ökologisch erzeugen können. Dazu wurde ein Flussabschnitt der Salzach nachgebaut. Bei einer geringen Fallhöhe von drei Metern soll das Kraftwerk im Modell ein Drittel der Flussbreite einnehmen. 20 Turbinen sollen Strom für über 5.000 Menschen erzeugen.

Durch Sohlrampen und bewegliche Stauklappen wird der Fluss offen gehalten und nicht in seine natürliche Dynamik eingegriffen. Die Ansammlung von Kies soll eine speziell geformte Barriere verhindern, indem sie das Geschiebe durch eine Öffnung im Kraftwerk ins Unterwasser umlenkt. Die Sicherheit und Bewegungsfreiheit der Fische sollen Sohlrampen und schräg gestellte Rechen gewährleisten. Umgesetzt ist das Kraftwerk bislang noch nicht, die Behörden in Österreich und Bayern sind sich noch nicht einig geworden.

Erweist sich das Modell der Forscher als erfolgreich, könnten solche neuen Großkraftwerke jährlich 30 Millionen Kilowattstunden Strom erzeugen und rund 10.000 Haushalte versorgen.


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