Wasserkraft: Energiegewinnung aus Strömung und Wellen

Wasserkraft Energiegewinnung aus Stroemung und Wellen

Die Umwandlung der Fließbewegung des Wassers in mechanische Kraft ist eine der ältesten Energiegewinnungs-Technologien der Menschheit. Erste Wasserkraftanlagen entstanden vor 5000 Jahren in China, weitere später für die Bewässerung an Euphrat, Tigris, Indus und Ganges. Jahrhundertelang wurde das Wasser über Schaufelräder geleitet, die vor allem Mühlen oder Schöpfwerke antrieben. Seit dem 18. Jahrhundert wandeln Generatoren (Dynamos und Turbinen) die Drehbewegung in elektrischen Strom um. Je nach Einsatzzweck und -ort gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Wasserkraftanlagen. Moderne Staudammsysteme nutzen das Wasser besonders effizient: Je höher in den Anlagen die Fallhöhe des Wassers hinunter auf die Turbinen ist, desto mehr Energie können sie erzeugen.

Unter den erneuerbaren Energien ist Hydroenergie global bislang die am intensivsten angewendete Nutzungstechnik. Vor allem in Schwellen- und Entwicklungsländern gibt es noch große ungenutzte Potenziale, die für eine Versorgung mit CO2-neutraler Energie aus Wasserkraft genutzt werden. In vielen Ländern gibt es konkrete Ausbaupläne für entsprechende Cleantech-Projekte. Durch Investitionen in diesen Markt wird es möglich, in Schwellenländern saubere Energien zu fördern und zu nutzen.

Großprojekte und dezentrale Alternativen

Wasserkraftnutzung wird weltweit kritisch diskutiert, seit an großen Flüssen Staudämme riesigen Ausmaßes angelegt wurden, deren Turbinen eine besonders hohe Energieausbeute gewährleisten. Solche Großprojekte erfordern nicht nur immense Investitionen, sie bedeuten neben der Monopolisierung der Stromerzeugung immer auch einen gravierenden Eingriff in das regionale ökologische Gefüge, weil große Landflächen überflutet werden. Die sich daraus ergebenden sozialen Probleme – Verlust von Ackerflächen und damit Arbeitsmöglichkeiten, erzwungene Umsiedlung der betroffenen Bevölkerung – bleiben oft entgegen anfänglicher Planungen ungelöst. Außerdem sondern Stauseen aus der unter Wasser verrottenden ursprünglichen Vegetation CO2 ab, was die eigentlich positive Klimagasbilanz der Wasserkraftanlagen vermindert.

Eingriffe in Wassermenge und -fließverhalten sind für stromabwärts gelegene Länder folgenreich, da niedrigere Pegelstände Schifffahrt und Wasserentnahme zu Bewässerungszecken erschweren. Außerdem beeinflussen Staudämme den von Flüssen geleisteten Transport von Sand und Schwebeteilchen, weshalb Stauseen zur Verlandung tendieren. Auch die niedrigere Fließgeschwindigkeit des Wassers unterhalb von Stauanlagen führt zu stärkerer Verlandung der Gewässer.

Immer mehr Wasserkraftanlagen werden seit dem 2000 im Bericht der World Commission on Dams etablierten Standards und Grundsatzbeschlüsse jedoch so gebaut, dass sie die natürlichen Verhältnisse so wenig wie möglich beeinträchtigen, und vielfach sind Ausgleichsmaßnahmen vorgesehen (REN21, Renewables 2013 Global Status Report, S. 37). In der Entwicklung sind auch kleine, auf Pontons schwimmende Wasserkraftwerke zur dezentralen Versorgung, die weder die Wasserverhältnisse des Flusses, die Schifffahrt noch die Migration von Tieren behindern. Sie liefern zwar keine großen Strommengen, brauchen aber außer einer Verankerung und einer Stromleitung zum Ufer keine weiteren baulichen Maßnahmen. Zusätzlich sind sie für temporäre Einsätze etwa bei großen flussnahen Baumaßnahmen geeignet. Wenn ein Projekt abgeschlossen ist und kein Strom mehr benötigt wird, schleppt man sie an einen neuen Standort (www.flussstrom.de).

Neue Speicher, neue Energiequellen

Wasser als Energieträger wird auch zur Stromspeicherung genutzt. Fällt mehr regenerative Energie an, als verbraucht werden kann, pumpt man unter Einsatz dieser Elektrizität in Pumpspeicherkraftwerken Wasser in ein hoch gelegenes Reservoir. Wird Strom benötigt, lässt man es in ein zur Anlage gehörendes, tiefergelegenes Becken zurückfließen und dabei Turbinen antreiben, die wieder Strom produzieren. Der Bau neuer Pumpspeicherkraftwerke ist umstritten, weil dafür in hügeligen und bergigen Regionen zur Anlage der Reservoire gravierende Eingriffe in die Landschaft nötig sind. Gleichzeitig ist es die bislang energetisch effektivste Technik, größere Mengen Strom zu speichern.

Die Nutzung von Meeresenergie steht erst am Anfang. Da Wasser eine 1000-fach höhere Energiedichte hat als Luft und seine Bewegungen unendlich oft beziehungsweise konstant ablaufen, gibt es hier vielversprechende Potenziale:

  • Gezeitenenergie: Mit speziellen Anlagen kann aus den zweimal täglich ansteigenden beziehungsweise wieder sinkenden Wassermengen Energie entnommen werden.
  • Wellenenergie: Um das ewige Auf und Ab des Wassers zu nutzen, wurden bojenähnliche Punktabsorber entwickelt, bei denen wie in einem gigantischen Jo-Jo ein Gewicht die vertikale Schwingungsenergie aufnimmt und mittels Spulen in Strom umwandelt.
  • Strömungsenergie: Unter der Wasseroberfläche kann die Meeresströmung turbinenähnliche Schaufelräder antreiben und so Bewegung in Strom umwandeln.

Wenn effiziente Nutzungstechniken praxisreif sind, können die praktisch unerschöpflichen Meeresenergien große Mengen sauberer Energie bereitstellen – und das weltweit.

Nutzung und Potenziale

Die 2012 in Deutschland betriebenen Hydroenergie-Anlagen hatten eine Stromerzeugungskapazität von 4.400 Megawatt und produzierten 21,2 Milliarden. Kilowattstunden Strom. Dadurch wurden 17,4 Millionen Tonnen Treibhausgase vermieden (www.unendlich-viel-energie.de).

Die weltweit installierten Wasserkraftanlagen hatten 2012 eine Kapazität von 9.900 Gigawatt und produzierten 3,7 Millionen Gigawattstunden Strom (REN21, Renewables 2013 Global Status Report, S. 35). Vor allem in Schwellenländern wie der Türkei, Brasilien und Vietnam wird die Kapazität stark ausgebaut, in Brasilien allerdings in Form von Großanlagen. Auf den Philippinen waren Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 3.545 Megawatt in Betrieb und trugen 11,1 Prozent zur nationalen Stromproduktion bei (www.renewablefacts.com/country/philippines/hydro). Das Land lag damit in Asien auf Platz acht hinter Indonesien und vor Thailand.