Die Zukunft der Wasserkraft – ein Überblick.

Stand 2020 deckte mit Wasserkraft erzeugter Strom rund 16 Prozent des weltweiten Bedarfs – das 1,6-fache von Kernkraft. In Deutschland entstehen rund fünf Prozent des benötigten Stroms in Wasserkraftwerken, in Kanada mehr als die Hälfte und in Norwegen über 90 Prozent. Auch die Rheinhessische setzt auf 100 Prozent Strom aus der Kraft des Wassers. Aber angesichts der Energiewende stellt sich die Frage: Birgt Wasserkraft noch weiteres Potenzial für die Zukunft?

Wer schon einmal am Strand von einer nur einen Meter hohen Welle erwischt wurde, hat eine ungefähre Vorstellung von der Kraft des Wassers. Gleiches gilt für Menschen, die versucht haben, einen 60 bis 70 Zentimeter tiefen, schnell fließenden Gebirgsbach zu durchqueren. Genau genommen hat Wasser an sich aber gar keine Kraft. Sie entwickelt sich erst, wenn es in Bewegungen kommt. Dafür gibt es in der Natur verschiedene Ursachen. Im Fall der Welle etwa die Gezeiten und der Wind. In Flüssen setzt die Erdanziehung das Wasser in Bewegung. Diese in Flüssen meist gleichmäßig verfügbare Kraft nutzen die Menschen seit Tausenden von Jahren. Schon die Griechen und die Römer wussten, wie sich mit Wasser einfache Maschinen antreiben lassen. Wasserkraft spielte auch bei der Elektrifizierung Deutschlands gegen Ende des 19. Jahrhunderts eine wichtige Rolle. Und wird in Zukunft weiter ihren Beitrag leisten.   

Eine hierzulande weit verbreitete Form sind Laufwasserkraftwerke. Sie nutzen die Strömung eines Flusses – etwa des Rheins – und treten üblicherweise in Kombination mit Stauwehren und Schleusen auf.

Für Speicherkraftwerke braucht es nicht nur einen Fluss, sondern auch die passenden topografischen Bedingungen – etwa die Möglichkeit, eine Engstelle in einem Tal mit einer künstlichen Mauer zu versperren. Oberhalb dieser Mauer entsteht dann ein Stausee, in dem sich das Wasser speichern lässt. Solche Kraftwerke lassen sich vergleichsweise gut in ihrer Leistung steuern, vorausgesetzt es befindet sich genug Wasser im Stausee.

Pumpspeicherkraftwerke sind – wie der Name vermuten lässt – eine schon viele Jahre erfolgreich eingesetzte Möglichkeit, um elektrische Energie zu speichern. Sie verfügen über ein höher- und ein tiefergelegenes Wasserreservoir. Beide sind durch Rohre verbunden. Naturgemäß stellen auch Pumpspeicherkraftwerke hohe Anforderungen an den Standort. Üblicherweise bietet dieser steile Hänge und genug Platz für die Wasserreservoirs oben und unten. Darüber hinaus gibt es weitgehend künstliche angelegte Varianten, wie zum Beispiel die Anlage Waldeck II in Nordhessen. Sowohl das Speicherbecken auf dem Gipfelplateau als auch die in den Berg geschlagene Kaverne für die Turbinen und die Tunnel für die Rohrleitungen entstanden ab 1970 in rund drei Jahren Bauzeit.

Das Meer bietet ebenfalls verschiedene Optionen zur Stromproduktion: Gezeitenkraftwerke verwandeln die Bewegungsenergie, die durch Ebbe und Flut entsteht, in elektrische Energie. Wellenkraftwerke nutzen das kontinuierliche Auf und Ab der Brandung. An einigen Stellen lassen sich Meeresströmungen mit entsprechenden Anlagen für die Stromerzeugung nutzen. Ganz ähnliche Systeme können auch in Flüssen Strom produzieren. Und in Gaming bei Wien gibt es etwas ganz Besonderes: zwei Wasserleitungskraftwerke.

Ihre Funktionsweise betreffend haben alle Arten von Wasserkraftwerken eines gemein: Sie nutzen die Bewegungsenergie des Wassers, um eine Turbine und damit einen Generator anzutreiben. Dabei wird das weitgehend gradlinige Fließen in eine Kreisbewegung verwandelt. Eine Ausnahme hierbei bilden Wellenkraftwerke. Sie nutzten das regelmäßige Auf und Ab, um die Turbine in Rotation zu versetzen – direkt mit Schwimmkörpern oder indirekt über bewegte Luft.

Ihre Funktionsweise betreffend haben alle Arten von Wasserkraftwerken eines gemein: Sie nutzen die Bewegungsenergie des Wassers, um eine Turbine und damit einen Generator anzutreiben. Dabei wird das weitgehend gradlinige Fließen in eine Kreisbewegung verwandelt. Eine Ausnahme hierbei bilden Wellenkraftwerke. Sie nutzten das regelmäßige Auf und Ab, um die Turbine in Rotation zu versetzen – direkt mit Schwimmkörpern oder indirekt über bewegte Luft.

Etwas anders verhält es sich bei Speicherkraftwerken. Sie könnten grundsätzlich genauso betrieben werden wie Laufwasserkraftwerke. Aber in der Realität erweist es sich als sinnvoller, ihre Leistung dem schwankenden Bedarf anzupassen. Aufgrund der üblicherweise großen Speichermenge oberhalb der Staumauer ist es etwa möglich, zu bestimmten Tageszeiten mehr Wasser abzulassen und folglich mehr Strom herzustellen – eben dann, wenn viel davon gebraucht wird. Geht der Bedarf zurück, reduziert der Betreiber den Durchfluss und der Speicher füllt sich wieder.

Pumpspeicherkraftwerke treiben dieses Prinzip auf die Spitze: Wird Strom benötigt, öffnen sich auf Knopfdruck riesige Schieber. Mit dem Effekt, dass innerhalb von Sekunden die volle Leistung des Kraftwerks verfügbar ist. Und das so lange, bis sich das obere Reservoir geleert hat. Kommt es dann zu einer Phase, in der die Stromproduktion den aktuellen Bedarf überschreitet – im Extremfall also in einer windigen Nacht – wird dieser „überschüssige“ Strom genutzt, um die Turbinen anzutreiben und sie im Rückwärtsbetrieb als Pumpen zu nutzen. Heißt: Wasser wird wieder aus dem unteren in das obere Reservoir befördert und bleibt dort, bis der Betreiber erneut eine Spitze beim Strombedarf ausgleichen muss oder möchte.

Bei den Gezeitenkraftwerken gibt es zwei unterschiedliche Bauformen: ähnlich wie ein Laufwasserkraftwerk mit einem Damm oder als Strömungskraftwerk am Meeresboden befestigt. Das wohl bekannteste Gezeitenkraftwerk gehört zur ersten Kategorie. Es befindet sich westlich der französischen Stadt Saint-Malo und nutzt den großen Tidehub im Ärmelkanal. Bei Flut staut sich das Wasser vor dem Damm und strömt durch Turbinen in das weite Flussbett der Rance. Bei Ebbe fließt das Wasser wieder Richtung Meer – und treibt dabei natürlich ebenfalls die Turbinen an. Wichtig zu wissen: Diese Art Gezeitenkraftwerk erfordert Flussmündungen oder große Buchten und einen Tidenhub von mindestens fünf Metern.

Wegen der hohen Anforderungen an den Standort und weil sie mit massiven Eingriffen in die Natur einhergehen, werden Gezeitenkraftwerke mit Damm heute eigentlich nicht mehr projektiert und gebaut. Doch es gibt Verfahren, die die Gezeiten auf andere Weise nutzbar machen – genau wie weitere konstante Meeresströmungen. Dazu werden Turbinen am Meeresboden verankert, entweder fest auf einem Fundament oder etwas beweglicher mit am Grund fixierten Kabeln.

Auch um die Kraft der Wellen in Strom zu verwandeln, haben sich findige Ingenieur:innen verschiedene Konzepte ausgedacht. Einige arbeiten mit Auftriebskörpern, die sich mit den Wellen hoch- und runterbewegen. Andere konzentrieren Wellen mit einer V-förmigen Rampe, die in einem riesigen Becken endet, aus dem das eingespülte Wasser abläuft und dabei eine Turbine antreibt. Bei einer weiteren Methode bewegt die Brandung auf dem Grund befestigte, aber bewegliche Metallplatten hin und her. Mit diesen Schwingungen lässt sich ein Generator antreiben.

Als besonderes erfolgversprechend gilt derzeit die Idee der pneumatischen Kammer. Derartige Kraftwerke lassen sich in unmittelbarer Küstennähe aufbauen. Das Prinzip: Mit jeder anlaufenden Welle steigt der Wasserspiegel in der Kammer. Das führt dazu, dass die darin enthaltene Luft durch einen Kanal hinausgepresst wird. Läuft die Welle wieder ab, sorgt der sinkende Wasserspiegel in der Kammer für einen Unterdruck und dafür, dass Luft angesaugt wird. Im Luftkanal sind spezielle Turbinen eingebaut. Sie werden durch die Luftströmungen aus beiden Richtungen angetrieben, ohne dass sich ihre Drehrichtung ändert.

Gegenüber Solar- oder Windenergie lässt sich die Verfügbarkeit von Wasserkraft beziehungsweise des mit ihrer Hilfe zu erzeugenden Stroms sehr gut vorhersagen. Flüsse fließen relativ gleichmäßig und auch auf die Strömungen im Meer ist Verlass –gleich welches natürliche Phänomen sie antreibt. Doch praktisch jede Form der Wasserkraftnutzung bedeutet einen mehr oder weniger schweren Eingriff in die Natur. Und schadet folglich bisweilen Tieren, die im Wasser leben. Dämme in Flüssen etwa versperren einigen Fischarten den Weg zu ihren Laichplätzen oberhalb des Bauwerks. In der Gegenrichtung fällt ein Teil der Jungfische den Turbinenschaufeln zum Opfer. Meeressäuger verlieren die Orientierung, weil Strömungskraftwerke mitunter Geräusche verursachen, die ihre Ultraschallortung beeinträchtigen. Darüber hinaus sind vor allem Anlagen, die im Salzwasser arbeiten, extremen Bedingungen ausgesetzt und demnach vergleichsweise teuer – sowohl bei der Investition als auch im Betrieb.

Bei mit Süßwasser betriebenen Kraftwerken gilt es, noch einen anderen kritischen Aspekt genauer zu beleuchten: Sinnvolle Standorte werden zusehends knapp. Speziell in Deutschland. Aber auch in anderen Regionen der Welt. Denn entweder befinden sich geeignete Standorte fernab jeder Zivilisation und damit per Definition in schützenswerter Natur. Oder aber die Zivilisation müsste einem solchen Projekt weichen. Wie bei der Drei-Schluchten-Talsperre in China. Für deren Bau siedelten die Behörden mehr als eine Million Menschen zwangsweise um, weil ihre ehemaligen Wohnorte heute unter Wasser liegen. In unseren Breiten unvorstellbar.

Trotz dieser durchaus ernst zu nehmenden Probleme lohnt es sich, weiter auf die Wasserkraft zu setzen. Denn bei genauer Betrachtung überwiegen die Vorteile, die Wasserkraftwerke bieten. Allen voran natürlich ihre klimaneutrale Arbeitsweise. In Deutschland sehen Expert:innen noch jede Menge Potenzial. Weniger im Meer als an Flüssen und hier weniger im Neubau als in bereits bestehenden Anlagen. Allein technische Verbesserungen an schon existierenden Anlagen könnten 2,5 Terawattstunden pro Jahr bringen. Fast so viel, wie die Bewohner:innen von Hamburg benötigen. Global betrachtet dürfte die Wasserkraft in Zukunft eine wichtige Rolle spielen – vor allem die Stromproduktion mithilfe von Meerwasser. Mit Südkorea hat eine große Industrienation das Potenzial erkannt und in den Jahren 2009 und 2011 zwei Gezeitenkraftwerke in Betrieb genommen – darunter das größte der Welt.

Aktuelle Studien gehen davon aus, dass sich zusätzlich zur schon bestehenden Kapazität jährlich 5,27 Petawattstunden – also unglaubliche 5,27 Billionen Kilowattstunden – Strom mit Wasserkraft erzeugen lassen könnten. Das entspricht etwa einem Fünftel des weltweiten Verbrauchs von 2020. Das Gute daran: Deutschland ist keine Insel, sondern in das europäische Verbundnetz integriert. Deshalb gelangt schon heute jede Menge sauberer Wasserkraftstrom aus Österreich, der Schweiz oder aus Norwegen zu uns. Folglich würde sich auch der Bau neuer Anlagen bei unseren Nachbarn – etwa am Ärmelkanal – über kurz oder lang positiv bemerkbar machen.

Schon seit 14 Jahren versorgt die Rheinhessische alle Haushaltskund:innen mit 100 Prozent Wasserkraftstrom – und das unabhängig vom Tarif. Tatsächlich kauft die Rheinhessische ausschließlich Strom mit Herkunftsnachweis und ohne EEG-Förderung ein. Er entsteht in Laufwasserkraftwerken in der Alpenregion. Mit der optionalen Kopplung garantiert die Rheinhessische, dass der Strom und die Herkunftsnachweise vom gleichen Produzenten stammen. Das bedeutet: Kund:innen unterstützen die Energiewende. Automatisch, direkt und ohne Wenn und Aber. Verglichen mit dem deutschen Strommix sparen sie mit jeder verbrauchten Kilowattstunde 310 Gramm CO₂. Schließlich gilt: 100 Prozent echter Ökostrom heißt null Kohlendioxid.

Weitere Informationen zum Wasserkraftstrom der Rheinhessischen gibt es hier.