Energie aus Wasserkraft

Alte Wasserkraftanlage, die aussieht wie eine Brücke bei Whylenzum Vergrößern anklicken
Die Potenziale der Wasserkraft sind in Deutschland weitgehend ausgeschöpft
Quelle: Naumann / UBA

Die Nutzung der Wasserkraft hat eine jahrhundertealte Tradition. Früher wurde die Energie des Wassers direkt mechanisch genutzt: zum Beispiel in Mühlen. Heute wird die gewonnene Energie mit Generatoren in Strom umgewandelt. Die Wasserkraft hat seit Jahrzehnten einen wichtigen Beitrag zur Stromversorgung geleistet. Heute ist das technische Potenzial jedoch weitestgehend ausgeschöpft.

Inhaltsverzeichnis

Vom Wasser zum Strom

Physikalisches Grundprinzip bei der Nutzung der Wasserkraft ist die Umwandlung der Bewegungsenergie (Strömung) sowie der potenziellen Energie, (d.h. die Höhendifferenz an Aufstauungen) in nutzbare Energie. Dazu werden Turbinen eingesetzt, deren Bauform dem jeweiligen Einsatzgebiet angepasst ist.

Prinzipiell wird zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken unterschieden. Das Laufwasserkraftwerk nutzt die natürliche Strömung von Flüssen und Bächen. Um die potenziell nutzbare Energie zu erhöhen, findet meist auch eine Aufstauung durch ein Wehr statt.

Demgegenüber nutzen Speicherkraftwerke Wasser aus einem Stausee zur Stromerzeugung. Aufgrund der topografischen Bedingungen in Deutschland ist der Anteil der Speicherkraftwerke an der gesamten Wasserkraft hier jedoch relativ gering. Eine Sonderform der Speicherkraftwerke sind die sogenannten Pumpspeicherkraftwerke. Sie pumpendas Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken. Dort können sie diese potenzielle Energie im Bedarfsfall wieder abrufen. Pumpspeicherkraftwerke dienen somit als Speicher von elektrischer Energie.

Die Rolle der Wasserkraft bei der Energiewende

Um das zusätzliche nutzbare Potenzial der Wasserkraft in Deutschland abzuschätzen, hat das Umweltministerium eine Studie in Auftrag gegeben. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das nutzbare Potenzial bereits weitestgehend ausgeschöpft ist. Eine Erhöhung der Stromerzeugung aus Wasserkraft kann insbesondere durch die Modernisierung und Erweiterung bestehender Anlagen erreicht werden.

In den letzten Jahren wurden die Rahmenbedingungen einer vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Stromversorgung in Deutschland in verschiedenen Studien analysiert, so auch in der Studie "Energieziel 2050" des Umweltbundesamtes. Sowohl die progressiven als auch die konservativen Szenarien unterscheiden sich hinsichtlich der künftigen Entwicklung der Wasserkraft nur geringfügig. Demnach wird die Wasserkraft keinen großen Beitrag zur deutschen Bruttostromerzeugung leisten. Alle Szenarien zeigen einheitlich, dass die Wasserkraft ihr technisch-ökologisches Potenzial im großen Ganzen bereits ausschöpft.

Auswirkungen der Wasserkraftnutzung auf die Ökologie

Die energetische Nutzung unserer Gewässer ist mit erheblichen Eingriffen in Natur und Landschaft verbunden. Dies verändert das Ökosystem von Fließgewässern und Auen. Deshalb ist der Neubau von Wasserkraftanlagen kritisch zu bewerten. Die Modernisierung und Leistungserhöhung an vorhandenen Standorten ist vorzuziehen.

Die Stromproduktion aus Wasserkraft ist umso effizienter, je mehr Wasser möglichst gleichmäßig über das Jahr verteilt zur Verfügung steht und desto größer die Fallhöhe des Wassers ist. Naturbelassene Flüsse bieten diese Voraussetzungen nicht. Sie müssen für die moderne Wasserkraftnutzung durch den Bau eines Querbauwerkes aufgestaut werden, bevor die erste Kilowattstunde Strom produziert werden kann. Mit diesem und anderen notwendigen Eingriffen in Natur und Landschaft sind folgende, besonders gravierende ökologische Beeinträchtigungen verbunden, die oftmals die Erreichung der Umweltziele im Gewässerschutz gefährden:

  • die Unterbrechung der biologischen und morphodynamischen Durchgängigkeit der Fließgewässer
  • die direkte Schädigung von Organismen, welche die Turbinenanlage passieren. Mehrere aufeinander folgende Wasserkraftwerke an einem Flusslauf stellen eine erhöhte Gefahr dar und können zur Gefährdung von Populationen führen
  • die Veränderung des Lebensraumes unterhalb von Stauwerken durch zu geringen Wasserabfluss im verbleibenden Gewässerbett

Leitplanken für die Stromerzeugung aus Wasserkraft

Das Umweltbundesamt empfiehlt daher Leitplanken für die Stromerzeugung aus Wasserkraft:

  • Es müssen strategische Konzepte zur Nutzung der Wasserkraft entwickelt und angewendet werden. Sie sollen erstens Auskunft über erschließungswürdige Wasserkraftpotenziale geben. Zweitens sollten gewässerökologisch sensible Gebiete und wichtige Entwicklungskorridore ausgewiesen werden, die für den Gewässerschutz ausschlaggebend sind. Auf dieser Grundlage sollte eine Planung des weiteren Ausbaus bzw. der Rückbau der Wasserkraftnutzung stattfinden.
  • Bei der Festlegung von Maßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands an Wasserkraftstandorten sollte das gesamte betroffene Flussgebiet berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn sich mehrere aufeinander folgende Wasserkraftwerke am Flusslauf befinden.
  • Es sollten alle geeigneten Maßnahmen umgesetzt werden, welche zur Minderung der genannten Umweltauswirkungen beitragen. Die Voraussetzungen an jedem Standort sind im Einzelfall zu beurteilen. Zu den wichtigsten Minderungsmaßnahmen zählen die Herstellung von Anlagen zum Fischauf- und -abstieg, zum Fischschutz,, morphologische Verbesserungsmaßnahmen und die Abgabe eines ökologisch wirksamen Mindestwasserabflusses.