Wasserkraft: Wie Wasserkraftwerke zur Energiewende beitragen

Mit dem Rheinkraftwerk Iffezheim (146 MW Leistung) in der Nähe von Karlsruhe hat die EnBW (gemeinsam mit der Électricité de France) das größte Laufwasserkraftwerk Deutschlands in ihrem Kraftwerkspark. Beide Unternehmen betreiben am Oberrhein, also zwischen Basel und Karlsruhe, drei weitere Laufwasserkraftwerke bei Gambsheim, Kehl und Breisach. Andere Unternehmen in diesem Gebiet nutzen sechs weitere Laufwasserkraftwerke für die Stromerzeugung. Am Hochrhein zwischen Konstanz und Basel, der ein hohes Gefälle und eine starke und konstante Strömung aufweist, entstanden im Laufe der Jahre und Jahrzehnte 13 Flusskraftwerke, an neun von ihnen ist die EnBW direkt oder indirekt über die Energiedienst AG beteiligt. Neben dem Rhein liefern auch die kleineren Flussläufe in Baden-Württemberg umweltfreundlichen und klimaneutralen Strom. Im Schwarzwald betreibt sie an Murg, Raumünzach, Nagold und Enz mehrere Laufwasserkraftwerke, auch die Iller, die Donau oder der Neckar sind Energielieferanten der EnBW.

Die letztgenannten Wasserkraftanlagen sind deutlich kleiner als die großen Kraftwerke am mächtigen Rhein. Doch die Bedeutung kleinerer Wasserkraftwerke für die Stromerzeugung in Baden-Württemberg, das übrigens mit Abstand das Wasserkraftbundesland Nummer eins in Deutschland ist, ist keineswegs zu unterschätzen: 1.650 Anlagen in Baden-Württemberg besitzen eine Leistung von jeweils weniger als 500 kW. Aber zusammengerechnet erzeugen sie rund 500 Gigawattstunden (GWh). Zum Vergleich: Wollte man diese Energiemenge mit Photovoltaik erzeugen, müsste man dafür eine Fläche von rund 500 Hektar mit Modulen bestücken.

Eine besondere Form sind die Pumpspeicherkraftwerke. Die können, wie der Name schon verrät, Energie nicht nur erzeugen, sondern auch speichern: Wenn im Netz mehr Strom zur Verfügung steht als von den Kund*innen nachgefragt wird, nutzen sie diesen, um Wasser in einen höher gelegenen Speicher, etwa einen Stausee oder ein Wasserreservoir zu pumpen. Der „überschüssige“ Strom wird also in Form von potenzieller Energie des Wassers gespeichert. Je höher die Fallhöhe, desto höher die Energie, die aus dem Wasser gewonnen werden kann. Wird diese im Netz benötigt, lässt man das Wasser abwärts durch die Turbinen des Kraftwerks strömen und erzeugt so wiederum elektrischen Strom.

Das traditionsreiche Rudolf-Fettweis-Werk in Forbach und die Beteiligung an der Schluchseewerk AG machen die EnBW zu einem der größten Betreiber von Pumpspeicherkraftwerken in Deutschland. Der Neubau von Talsperren und Staumauern steht in Deutschland derzeit nicht zur Debatte. Um sich dennoch in diesem Bereich weiterzuentwickeln, plant die EnBW derzeit das Großprojekt „Pumpspeicherwerk Forbach – Neue Unterstufe“, das die grundlegende Modernisierung des Murgwerkes und des Schwarzenbachwerkes sowie den Ausbau des Schwarzenbachwerkes zum vollwertigen Pumpspeicherwerk beinhaltet.

Lässt sich auch aus und mit dem Meer, also mit Gezeitenkraftwerken wirtschaftlich Strom gewinnen? Hinter Gezeiten, Meeresströmungen und Wellen stecken schließlich enorme Kräfte der Natur.

Seit den 1960er Jahren gibt es praktische Aktivitäten, die Kraft von Ebbe und Flut zur Stromgewinnung zu nutzen: In Buchten oder Ästuaren (der Flut ausgesetzten Flussmündungen) wurden Staubauwerke errichtet, in denen der Gezeitenstrom Turbinen antreibt. Das Funktionsprinzip ist also identisch mit dem eines Staukraftwerks. Der Unterschied ist, dass die Strömung nicht stetig, sondern an- und abschwellend im Rhythmus von etwa 12 Stunden und 24 Minuten zur Verfügung steht und die Wassermengen durch Spring- oder Nipptiden (wobei besondere Konstellationen von Sonne, Erde und Mond den Tidenhub beeinflussen) schwanken. Um überhaupt in nennenswertem Umfang Strom zu erzeugen, ist zudem ein Tidenhub (durch die Gezeiten verursachte Hebung/Senkung des Wasserstandes) von mindestens fünf Metern erforderlich. Insgesamt kommen weltweit nur etwa 50 Standorte zur Gewinnung von Gezeitenenergie überhaupt in Frage. Da Gezeitenkraftwerke zudem auch negative ökologische Auswirkungen haben und sehr teuer in Errichtung und Betrieb sind, ist in diesem Bereich der Meereswasserkraft seit Jahren keine Bautätigkeit zu verzeichnen.

Ein anderer Ansatz zielt darauf ab, Meeresströmungen mit freistehenden Turbinen in Bewegungsenergie und schließlich in elektrischen Strom umzuwandeln. Das Funktionsprinzip solcher Anlagen ist dem eines Windparks ähnlich, nur dass eben Wasser und nicht Luft die strömende und treibende Kraft ist. Seit etwa 15 bis 20 Jahren werden an verschiedenen Standorten Anlagen zunächst einzelne Prototypen, später größere Kraftwerke errichtet – mit durchaus unterschiedlichen Erfolgen. Für Deutschland sehen die Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestages ein Potenzial von annähernd Null. Zur Stromgewinnung aus der Kraft der Meereswellen gibt es unterschiedliche technische Ideen und Versuche: Etwa der Einsatz von pneumatischen Kammern, die Luftturbinen antreiben, oder die Bewegungsenergie von Auftriebskörpern verschiedenster Bauart zu nutzen. Allerdings befinden sich Forschung und Entwicklung noch in einer so frühen Phase, dass weder über Potenziale und Vorteile noch über Risiken und Nachteile Aussagen getroffen werden können.

Größeres Potential für die Energiegewinnung liegt hingegen in der Modernisierung bestehender Laufwasserkraftwerke: „In den nächsten zwei Jahrzehnten müssen in Deutschland, in ganz Europa etliche Wasserkraftlizenzen erneuert werden. Weil Umweltschutz heute ein weit höheres Gewicht als in früheren Jahren und Jahrzehnten hat und die Regularien, wie beispielsweise die EU-Wasserrahmenrichtlinie, deutlich höhere Anforderungen stellen, müssen viele Kraftwerke komplett umgebaut werden. Oft wird im Grunde nur das Querbauwerk unverändert bestehen bleiben, während das eigentliche Kraftwerk komplett neu gebaut wird,“ zitiert der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft den Wasserkraftexperten Prof. Dr. Peter Rutschmann. Dieser hat mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an der Technischen Universität München einen neuartigen Anlagentypus entwickelt: das Schachtkraftwerk. In diesem liegt die Einheit aus einer Propellerturbine und einem Generator in einem Schacht unterhalb der Wasseroberfläche. Der Flusslauf wird nicht unterbrochen und die ökologischen Auswirkungen minimiert: Für Fische stellt die Turbine keine Gefahr mehr da. Auch geht von dem neuartigen Kraftwerk keinerlei Geräuschbelästigung aus.