Wie funktioniert ein Wasserkraftwerk?
Wasser besitzt zwei Energieformen: potenzielle Energie durch Höhenunterschiede und kinetische Energie durch Fließgeschwindigkeit in Bächen und Flüssen. Ein Wasserkraftwerk nutzt diese Energien, um über eine Turbine und einen Generator Strom zu erzeugen. Es zählt zu den ältesten und effizientesten Formen der erneuerbaren Energie – und spielt auch in der modernen Energiewende eine wichtige Rolle, besonders in Kombination mit Stromspeicherlösungen. Die Wasserkraft ist ein Beispiel dafür, wie natürliche Ressourcen zur Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien genutzt werden können, um über Generationen hinweg eine zuverlässige und nachhaltige Stromversorgung sicherzustellen.
Welche Arten von Wasserkraftwerken gibt es?
Bei Laufwasserkraftwerken fließt das Wasser direkt durch die Anlage und treibt Turbinen an. Diese Kraftwerke erzeugen kontinuierlich Strom. Laufwasserkraftwerke stehen meist an großen Flüssen.
Speicherkraftwerke dienen dazu, natürlich zufließendes Wasser während Perioden mit erhöhtem Niederschlag und Schneeschmelze in Staubecken zu sammeln. Das Wasserdargebot kann so kurzfristig bis saisonal verlagert werden und erlaubt eine flexible, bedarfsorientierte Stromerzeugung.
Um Stromerzeugung und -verbrauch in Einklang zu bringen – wie es durch den Ausbau von variablen Erzeugungstechnologien wie Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen häufiger nötig wird – stehen Pumpspeicherkraftwerke bereit. Durch das Hochpumpen des Wassers in Zeiten mit hohem Stromangebot aus Erneuerbaren Energien und das Antreiben von Turbinen (Turbinieren) durch das hinabfließende Wasser zwischen einem unteren und einem oberen Wasserreservoir speichern diese Anlagen Energie und erzeugen daraus bei Bedarf Strom.
In der Praxis werden verschiedene Typen von Wasserkraftwerken oft miteinander kombiniert, um die Effizienz zu steigern und Umweltauswirkungen zu minimieren. So ergänzen etwa Pumpspeicheranlagen klassische Speicherkraftwerke, in dem sie sowohl den natürlichen Zufluss als auch zuvor hochgepumptes Wasser für die Stromerzeugung nutzen. Laufwasserkraftwerke profitieren wiederum von vorhandenen Wasserspeichern und der kontrollierten Wasserabgabe, was ihre Leistungsfähigkeit zusätzlich erhöht.
Welche Vorteile bietet die Wasserkraft für das deutsche Energiesystem?
Wasserkraft bietet zahlreiche Vorteile für das deutsche Energiesystem: Die Stromerzeugung ist effizient, planbar, steuerbar und bewährt. Wasserkraftwerke arbeiten zuverlässig, sind jederzeit verfügbar und behaupten sich im Wettbewerb meist ohne Subventionen. Sie trägt außerdem dazu bei, in einem Stromversorgungssystem mit einem zunehmenden Anteil aus Erneuerbaren Energien die Versorgungssicherheit und Netzstabilität zu gewährleisten. Sie hilft, die schwankende Einspeisung von Solar- und Windenergie auszugleichen – insbesondere durch die Zwischenspeicherung in Pumpspeicherkraftwerken. Dadurch senkt die Wasserkraft nicht nur die CO2-Emissionen, sondern reduziert auch die volkswirtschaftlichen Kosten der Stromerzeugung.
Wie viel Strom wird in deutschen Wasserkraftwerken erzeugt?
Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist in Deutschland ein kleiner, aber wichtiger Teil der Stromversorgung. Sie ist zuverlässig, steuerbar und kann essenzielle Systemdienstleistungen wie zum Beispiel die Schwarzstartfähigkeit bereitstellen. Je nach Typ und Größe der Anlagen und der Auflagen des Gewässerschutzes decken Laufwasserkraftwerke regional einen Teil der Grundlast. Vor allem in Baden-Württemberg und Bayern sind Laufwasserkraftwerke als fester Bestandteil der Netz- und Systemstabilität ein Garant für die Versorgungszuverlässigkeit und damit als Baustein der Energiewende unverzichtbar. Sie haben am Strommix dieser Bundesländer mit 8 Prozent beziehungsweise bis zu 16 Prozent einen deutlich höheren Anteil als im gesamtdeutschen Strommix. Dabei reicht die Spannbreite von der Kleinstanlage mit weniger als 1 kW Leistung bis zum großen Flusskraftwerk mit insgesamt 120 MW Leistung.
Wie ist die politische und rechtliche Lage für Wasserkraft in Deutschland?
Die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) der Europäischen Union soll eine integrierte Gewässerschutzpolitik und eine koordinierte Bewirtschaftung innerhalb eines Flusseinzugsgebietes bewirken. Ihr Ziel ist es, den ökologischen Zustand zu verbessern und das gute ökologische Potenzial erheblich veränderter Wasserkörper zu erreichen. Stauanlagen mit Wasserkraftanlagen (WKA) stellen – wie jede einzelne andere Nutzung auch - einen Eingriff in die Ökologie der betroffenen Flusswasserkörper dar. Allerdings ist die Wasserkraft nur teilweise verantwortlich für die historische Veränderung unserer Gewässer. Auch Maßnahmen wie Schiffbarmachung, Begradigung, Hochwasserschutz, Landgewinnung, fischereiwirtschaftliche Nutzung sowie der Erhalt der Grundwasserstände und deren Nutzung und die Einleitung von Abwässern haben die Gewässer in weiten Teilen Mitteleuropas wesentlich verändert.
Oft ist die Wasserkraft eine Sekundärnutzung an vorhandenen Stauanlagen oder an Anlagen zum Hochwasserschutz, für die Schifffahrt oder zur Sohlstabilisierung. Die Wasserrahmenrichtlinie verlangt, dass alle Nutzer des Gewässers verursachergerecht entsprechend ihres Einflusses (zum Beispiel auf die Fischpopulation und den Gewässerzustand) einen Beitrag leisten. Auch die Finanzierung der Maßnahmen wird auf alle „Verursacher“ und „Nutzer“ verteilt.
Die Wasserkraftbranche hat bereits erhebliche Investitionen in den ökologischen Gewässerschutz geleistet. Dazu zählen:
- die Herstellung der flussaufwärtsgerichteten ökologischen Durchgängigkeit,
- die Renaturierung von Gewässerabschnitten,
- die Weiterentwicklung der Turbinentechnik sowie
- Investitionen in den Populationserhalt bedrohter Fischarten.
Das Ziel dieser Maßnahmen und weiterer Forschungsanstrengungen ist es, den guten ökologischen Zustand beziehungsweise das gute ökologische Potenzial der Oberflächengewässer in Deutschland zu erreichen.
Nachhaltigkeit: Naturschutzmaßnahmen an Wasserkraftwerken
Die interaktive Deutschlandkarte des BDEW bietet einen umfassenden Überblick über Maßnahmen von Wasserkraftanlagenbetreibern zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Gewässern in Deutschland. Sie zeigt, wie Wasserkraftanlagenbetreiber aktiv zur Verbesserung der Gewässerökologie beitragen und dabei sowohl den Anforderungen des Naturschutzes als auch der Energieerzeugung gerecht werden.
Die Karte dokumentiert Projekte, die im Rahmen der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie realisiert wurden. Sie veranschaulicht, wie Betreiber von Wasserkraftanlagen ökologische Anforderungen erfüllen, beispielsweise durch:
- Errichtung von Fischaufstiegsanlagen
- Renaturierung von Flussabschnitten
- Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur
- Initiativen zum Schutz wandernder Fischarten wie dem Aal
Jedes Projekt ist mit detaillierten Informationen versehen, darunter Standort, Art der Maßnahme, Zielsetzung, Zeitraum der Umsetzung und gegebenenfalls der Investitionsumfang. Die Karte ermöglicht es Nutzern, gezielt nach Projekten zu suchen, beispielsweise nach Bundesland, Einzugsgebiet oder spezifischen Maßnahmenzielen.
Für Betreiber von Wasserkraftwerken
Unternehmen können ihre Projekte und Standorte selbstständig in die Karte eingeben und bearbeiten. Hier geht es zum Login.
Gibt es Potenzial für den Ausbau der Wasserkraft in Deutschland?
Die Wasserkraft spielt je nach Bundesland eine unterschiedlich große Rolle im Energiemix. Während ihr Anteil an der bundesweiten Bruttostromerzeugung bei rund vier Prozent liegt, erreicht sie beispielsweise in Bayern bis zu 16 Prozent. Der Neubau von Wasserkraftwerken ist aufgrund des ökologischen Verschlechterungsverbotes derzeit in Deutschland nahezu ausgeschlossen. Jedoch könnten bestehende Wasserkraftwerke modernisiert und erweitert werden. Allerdings ist die Umsetzung dieser Maßnahmen bei den derzeitigen Strompreisen oft nicht rentabel. Um das Ausbaupotenzial der Wasserkraft besser zu nutzen, ist eine Anpassung des Markt- und Förderdesigns erforderlich. Der Gesetzgeber sollte daher die Rahmenbedingungen dafür schaffen, dass Investitionen in die Erzeugung aus regenerativer Energie aus Wasserkraft langfristig wirtschaftlich bleiben und notwendige Systemdienstleistungen für die Sicherheit des Stromnetzes angemessen vergütet werden. So könnte die Wasserkraft auch künftig einen wichtigen Beitrag zu einer sicheren, nachhaltigen und stabilen Stromversorgung in Deutschland leisten.
