Wasserkraft

Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Wasserkraft, die genutzt werden können: Meeresenergie und Fließbewegung von Wasser.

Wasserkraft: Definition

Nach der Sonne und dem Wind ist das Wasser die dritte Naturgewalt, die zur Erzeugung von Energie genutzt werden kann. Nach Zahlen der Weltbank stand die Wasserkraft im Jahre 2011 mit einem weltweiten Anteil von stolzen 15,58% an der Stromversorgung an dritter Stelle, nach Kohle und Erdgas. In Deutschland liegt der Anteil allerdings noch bei deutlich geringeren 3,1% an der Stromerzeugung, dies entspricht einem Anteil von rund 20% bei den Erneuerbaren Energien (BMWI, 2018).

Wie auch bei den bereits vorgenannten Erneuerbaren Energien besteht hier noch ein großes Potenzial. Der größte Vorteil der Wasserkraft ist ihr regelmäßiges und zuverlässiges Vorhandensein, das bedeutend weniger von meteorologischen Aspekten abhängt als Sonne und Wind.

Funktionsweise

Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Wasserkraft, die genutzt werden können:

Meeresenergie, also Gezeiten (Tidenhub) und Energiegehalt von Wellen und Strömungen
Fließbewegung von Wasser in Flüssen und potenzielle Energie (Stauseen)

Während sich die Energieerzeugung aus dem Meer weltweit noch im Demonstrationsstadium befindet, ist sie nach Ansicht des BMWI für Deutschland nicht geeignet (BMWI, 2020). Die Nutzung der Energie aus Stauseen, Schleusenwerken und Flüssen wird jedoch bereits seit längerem genutzt. Dabei wird die Wasserkraft, genau wie die Windkraft, grundsätzlich zur Stromerzeugung genutzt.

Dies geschieht über Turbinenwerke, die über Generatoren die Bewegungsenergie in Strom umwandeln, der dann analog zu den Windkraftanlagen in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Laufwasserwerke, die an Flüssen installiert werden, nutzen permanent das strömende Wasser zur Stromerzeugung, habe aber meistens keine hohe Kapazität. Speicherkraftwerke (in der Regel Stauseen) dagegen besitzen durch die hohe Energie der Lage eine große Kapazität, sind sehr gut regelbar und können im Falle von spontanen Peaks schnell hohe Leistungen ins Netz einspeisen. Diese können durchaus der Leistung eines Kernkraftwerkes entsprechen.

Ein Sonderfall ist das Pumpkraftwerk, das zum Ausgleich von Spannungsspitzen im Stromnetz genutzt wird: Während auftretender Verbrauchsspitzen („Peaks“) wird das aufgestaute Wasser aus dem oberen Becken in das untere Becken abgelassen, und die dabei gewonnene Energie in das Netz eingespeist. Zu Tageszeiten mit wenig Verbrauch und einem Überschuss an produzierter Stromenergie wird diese dafür genutzt, das Wasser aus dem unteren Becken wieder nach oben zu pumpen. Durch diesen Prozess kommt es natürlich zu einem Energieverlust, so dass der Wirkungsgrad eines Pumpwasserwerkes nur bei 75 bis 80% liegt (Quelle: Wasseraktien.de, 2017)

Dagegen haben die zuvor genannten Wasserkraftwerke Wirkungsgrade von bis zu 90%. Lediglich Reibungs- und Turbinenverluste treten auf. Außerdem ist die Wasserkraft unabhängiger vom Wetter und der Zeit als die Sonnenenergie oder Windenergie. Schwankungen im zur Verfügung stehenden Energielevel treten, wenn überhaupt, nur sehr langsam auf.

Praktischer Einsatz

Stauseen und Fluss-Kraftwerke sind seit etwa 1900 im Einsatz und gehören daher zu den Erneuerbaren Energien mit den größten Langzeiterfahrungen. Die Energie gilt als sehr sauber, beim Betrieb wird kein CO2 produziert und es kommt auch zu keinen schädlichen Emissionen, wenn man vom prinzipbedingten hohen Lärmpegel des Wassers einmal absieht. Außerdem wird die Energie normalerweise fernab vom Einsatz-Ziel produziert, muss also über lange Strecken transportiert werden.

Ganz anders ist dies jedoch bei einer Neuentwicklung einer im Prinzip sehr alten Technik: die sogenannte Archimedische Schraube wurde im 3. Jahrhundert vor Christus vom griechischen Ingenieur Archimedes erfunden und diente ursprünglich nur zum Transport von Wasser von einem tieferen in en höheres Becken. Angetrieben wurde die Wasserschnecke im Altertum durch Windkraft, Wasser- oder Muskelkraft.

Die Vor- und Nachteile der Wasserschnecke

In der Moderne hat man das Prinzip aber auch umgekehrt: Durch Leiten des Wassers aus einem höheren in ein tieferes Becken kann mithilfe der Rotationsbewegung der Wasserschnecke Strom erzeugt werden. Man spricht in diesem Falle dann von einer Wasserkraftschnecke.

Anders als bei Stauseen mit einem Höhenunterschied von Hundert und mehr Metern sind bei der Wasserkraftschnecke nur wenige Meter nötig, um diese anzutreiben und bis zu 300 kW Stromenergie zu erzeugen.

Allerdings gab es bisher einen Nachteil, der den Einsatz in Wohngebieten problematisch machte: eine starke Lärm-Emission. Eine deutsche Firma hat vor kurzem jedoch eine sogenannte „Flüsterschnecke“ entwickelt, die seit dem Jahre 2015 nun auch in Wohngebieten im Einsatz ist.

Auswirkungen auf die Umwelt

Auch bei Wasserkraftwerken sind gewisse Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vermeiden. Durch die Aufstauung von Wasser kommt es zu einem starken Eingriff in den Grundwasserhaushalt, der Spiegel kann ansteigen. Nebeneffekte wie Versandungen und Bildung von Fäulnisgasen im Staubereich haben ebenso negative Einflüsse, wie die durch das Aufstauen reduzierte Wassermenge im Flussbereich mit Auswirkungen auf Fauna und Flora. Sogar der Mensch selbst ist unmittelbar betroffen: Oftmals kommt es beim Neubau von Stauseen zu Umsiedlungen und Enteignungen der Einwohner.

Allerdings gibt es durchaus auch positive Auswirkungen: Mit der geregelten Aufstauung des Wassers kann ein Hochwasserschutz erreicht werden, und außerdem kann eine konstante schiffbare Tiefe auf Fluss-Teilstücken erreicht werden.