Die deutsche Wasserkraftindustrie
Die Wasserkraft ist mit über hundert Jahren die älteste Technologie zur Stromerzeugung. Heute wird weltweit etwa ein Fünftel der Elektrizität aus Wasserkraft gewonnen. Grob unterteilt gibt es Wasserkraftwerke in drei Bauarten: Laufwasser-, Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke. Wasserkraftwerke tragen wesentlich zur Grundlastsicherung und Netzstabilität bei, unter anderem weil sie als Pumpspeicherkraftwerke Energie auch speichern können.
Laufwasserkraftwerke
Diese Bauart ist am weitesten verbreitet. Laufwasserkraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von fast 94 Prozent und dienen in der Regel zur Deckung der Grundlast. Die Turbinen eines Laufwasser- oder Flusskraftwerkes nutzen die gesamte Strömungsenergie eines Flusses oder Kanals, ihre Leistung wird von der Fließgeschwindigkeit und vom Wasserstand bestimmt. Einige Laufwasserkraftwerke können bei geringem Energiebedarf Wasser aufstauen, um es bei höherem Strombedarf als Reserve zu nutzen. Eine besondere Form des Laufwasserkraftwerks ist das Ausleitungskraftwerk. Hier wird das Wasser mit einem Wehr aufgestaut und durch einen separaten Triebwasserkanal auf die Turbinen geführt. Während das normale Laufwasserkraftwerk nur einen geringen Höhenunterschied zwischen dem oberen und unteren Wasserspiegel aufweist, nutzt das Ausleitungskraftwerk eine durch die Stauung vergrößerte Höhendifferenz.
Für Laufwasser- und Flusskraftwerke werden meist Kaplan-Turbinen verwendet, die der österreichische Professor Viktor Kaplan 1913 entwickelt hat. Das Laufrad dieser Turbine gleicht einem Schiffspropeller mit verstellbaren Flügeln. Das Wasser wird durch eine Spirale in Drall versetzt und vom Leitwerk parallel zur Welle auf die Schaufeln geführt.
Speicherkraftwerk
Bei Speicherkraftwerken wird das Wasser in einem natürlichen oder künstlichen See gestaut und über Druckrohrleitungen in das tiefer gelegene Kraftwerk geleitet. Das Gefälle treibt die Turbinen an. Diese Kraftwerke eignen sich vor allem zum Ausgleich von Schwankungen sowohl in der regionalen und überregionalen Stromerzeugung als auch beim Verbrauch, weil Speicherkraftwerke unabhängig vom natürlichen Wasserzufluss arbeiten können.
Pumpspeicherkraftwerke
Anders als das Speicherkraftwerk arbeitet das Pumpspeicherkraftwerk mit zwei Wasserspeichern: Oberbecken und Unterbecken mit möglichst großem Höhenunterschied. Wenn das Stromangebot den Strombedarf übertrifft und Überkapazitäten frei sind, wird das Wasser vom unteren in das obere Becken gepumpt und steht dort wieder für die Stromerzeugung in Spitzenlastzeiten zur Verfügung. Für den Antrieb des Generators werden Impulsturbinen verwendet, meist Pelton-Turbinen. Hier schießt das Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit aus einer oder mehreren Düsen auf die Schaufeln des Laufrades.
Bei Hochdruckwasserkraftwerken wird Wasser aus einem Stausee mit hoher Geschwindigkeit durch die Druckleitung zum darunter liegenden Kraftwerk geleitet. Durch die große Fallhöhe entsteht hoher Druck an den Turbinen, die den Wechselstromgenerator antreiben.
Wirtschaftlichkeit und Sicherheit
Der Bau großer Wasserkraftwerke erfordert hohe Investitionen, die sich aber lohnen. Denn Wasserkraftwerke bewähren sich nach wie vor durch ihre sehr lange Lebensdauer, durch ihre hohe Betriebssicherheit und ihre hohen Wirkungsgrade von 75 bis 90 Prozent bei Gestehungskosten die nur unwesentlich höher sind als bei Strom aus atomaren oder fossilen Energieträgern. Wasserkraftwerke erhöhen zudem die Versorgungssicherheit, emittieren keine Schadstoffe und kaum Wärme, reduzieren die Abhängigkeit und die Risiken bei Energie-Importen und sind in Ländern ohne flächendeckende Energieversorgung, aber mit genügend Wasserressourcen Keimzellen der Entwicklung. Deutsche Unternehmen exportieren führende Technologien und vollständige Dienstleistungen.
Entwicklung in Deutschland und weltweit
Im Jahr 2006 wurden in Deutschland etwa 21,6 Milliarden Kilowattstunden Strom aus Wasserkraft erzeugt. Damit deckte die Wasserkraft 3,5 Prozent des Brutto-Stromverbrauchs oder den Bedarf von über sechs Millionen Haushalten.
Nach der Windenergie hat die Wasserkraft den größten Anteil an der Stromversorgung aus erneuerbaren Energien und hat durch die verbesserten Rahmenbedingungen nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz wieder zugenommen. Anlagen wurden modernisiert und früher stillgelegte Anlagen wurden reaktiviert. Die gesamte in Deutschland installierte Leistung betrug Ende 2006 etwa 4.700 Megawatt aus rund 7.500 Wasserkraftwerken. Aufgrund der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetz wird dem Bundesumweltministerium zufolge in den kommenden Jahren jedoch ein drastischer Anstieg des aus Wasserkraft generierten Stromanteils in Deutschland erwartet.
Weltweit hat die Wasserkraft mit 17 Prozent einen etwa gleich großen Anteil an der Stromerzeugung wie die Kernenergie. In über 20 Ländern beträgt der Anteil mehr als 90 Prozent, in den Ländern Norwegen und Paraguay sogar über 95 Prozent. Nicht anteilig, sondern absolut bewertet, erzeugen Kanada, Brasilien und China am meisten Strom aus Wasserkraft.
Rahmenbedingungen
Der Bau von großen Wasserkraftwerken ist mit Eingriffen in die Landschaft verbunden, vor allem dort wo die nötige Fallhöhe künstlich geschaffen werden muss. Bei der Planung eines Wasserkraftwerks müssen deshalb wasser-, natur- und landschaftsschutzrechtliche Bestimmungen sowie die Dauer von Verwaltungsverfahren berücksichtigt werden.
Die europäische und die deutsche Gesetzgebung stellen strenge Anforderungen an den Bau oder Ausbau von Wasserkraftwerken. Ein Beispiel dafür ist die Wasser-Rahmenrichtlinie. Sowohl der Betrieb bestehender als auch der Bau neuer Anlagen unterliegt weit gehenden Restriktionen. Neben sicheren Investitionsbedingungen müssen auch langfristige Abschreibungsmöglichkeiten nachgewiesen werden.
Um das in Deutschland noch vorhandene Potenzial zu erschließen, fördert das Bundeswirtschaftsministerium kleine Wasserkraftwerke zum Beispiel mit verbilligten Darlehen. Für Wasserkraftwerke mit einer Leistung von bis zu fünf Megawatt wird nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz die Mindestvergütung von 6,65 Eurocent pro Kilowattstunde für die Dauer von 30 Jahren gezahlt. Anlagen mit einer Leistung von mehr als 5 Megawatt werden mit knapp 8 Eurocent pro Kilowattstunde gefördert.
Die Zukunft der Wasserkraft
In der weltweiten Stromversorgung wird Wasserkraft auch zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Bisher ist erst ein Viertel des wirtschaftlichen Potenzials ausgeschöpft. Das technisch realisierbare Potenzial ist jedoch deutlich größer als das unter gewässerökologischen Gesichtspunkten erschließbare. Bis zum Jahr 2010 sind weitere Wasserkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 135 Gigawatt vorgesehen. 57 Gigawatt davon sollen aus kleineren Wasserkraftanlagen kommen.
In Deutschland sehen die Unternehmen der Wasserkraft-Branche noch ein Ausbau-Potenzial von etwa 2.000 Megawatt. Dafür sind bis zum Jahr 2012 Investitionen in der Höhe von einer Milliarde Euro geplant. Im Visier sind jetzt vor allem die Standorte alter Wassermühlen.
