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Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V.

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Wasserkraft - fakten

Die Kraft des Wassers wird bereits seit über 5.000 Jahren von den Menschen genutzt. Zu Anfangszeiten stand vor allem das Schöpfrad im Mittelpunkt, welches die landwirtschaftliche Bewässerung erleichterte und somit ertragsreichere Ernten zur Folge hatte. Schon bald wurde die kinetische Energie von fließenden Gewässern zum Antrieb von Wasserrädern eingesetzt, welche Mühlen, Hammer und Sägen antrieben. Die Technologie der Wasserkraft wurde stetig weiterentwickelt und die Nutzung immer effizienter. 1880 ging schließlich das erste Wasserkraftwerk, welches Strom über einen Generator erzeugte, in Nordengland in Betrieb. Darauf folgte zu Zeiten der Elektrifizierung Europas Ende des 19. Jahrhunderts ein massiver Ausbau von Wasserkraftwerken.

Wasserkraft ist somit die älteste Form erneuerbarer Stromerzeugung und war Ausgangspunkt für die Industrialisierung und Elektrifizierung Deutschlands. Aktuell gibt es ca. 7.400 Wasserkraftanlagen mit einer installierten Gesamtleistung von 5.600 MW (1990: 4.000 MW) – ohne Berücksichtigung der Pumpspeicher-Kraftwerke – in Deutschland. Der Anteil der Wasserkraft an der Bruttostromerzeugung in Deutschland lag gemessen im Zeitraum von 2019 und 2022 zwischen 20,1 und 17,5 Mrd. kWh und entspricht rd. 3-4% der deutschen Stromerzeugung.

Seit über 5.000 Jahren nutzt der Mensch die Kraft des Wassers zur Energiegewinnung, wobei sie sich von einfachen Schöpfrädern zur hochentwickelten Stromquelle entwickelte und heute als älteste Form erneuerbarer Energie einen bedeutenden Beitrag zur deutschen Stromversorgung und zum Klimaschutz leistet.

 

Weiterführende Quellen:

Die Wasserkraft nutzt die Bewegungs- bzw. Lageenergie des Wassers und wandelt diese in mechanische Arbeit um. Fast alle Wasserkraftwerke, wie wir sie heute kennen, wandeln die potentielle Energie des Wassers mithilfe von Turbinen entweder durch Direktantrieb oder Zwischenschaltung eines Getriebes in einem Generator in elektrische Energie um. Dabei sind vor allem zwei Größen eines Standorts entscheidend: die Fallhöhe und der Durchfluss. Wasser wird durch ein Querbauwerk zurückgehalten und dann mittels eines höher gelegenen Oberwassers durch die Turbinen in das Unterwasser geleitet, wodurch die Turbine angetrieben und mithilfe eines Generators Strom erzeugt wird.

Die Leistung einer Turbine errechnet sich aus dem Produkt der Erdbeschleunigung (9,81 kg × m/s²), der Fallhöhe des Wassers (in m), dem Durchfluss einer Turbine (m³/s) und dem Wirkungsgrad. Die Wasserkraft erlangt mit rund 90 % den höchsten Wirkungsgrad aller Energieformen. Aus der Formel lässt sich schließen, dass eine größere Fallhöhe mit geringerem Wasserdargebot die gleiche Leistung wie ein Standort erzeugen kann, welcher über eine geringere Fallhöhe allerdings mehr Wasserdargebot verfügt. Jede Wasserkraftwerk verfügt über verschiedene Turbinenarten und -ausführungen, welche an Fallhöhe, Durchfluss und anderen Faktoren angepasst sind.

Wasserkraftwerke wandeln die Lage- und Bewegungsenergie von Wasser mit Hilfe angepasster Turbinenformen und einem Wirkungsgrad von bis zu 90 % äußerst effizient in elektrische Energie um, wobei Fallhöhe und Durchfluss maßgeblich für die Standortleistung sind und sie einen bedeutenden Beitrag zur deutschen Stromversorgung und zum Klimaschutz leisten.

 

Weiterführende Quellen:

Wasserkraft Alfredstal Die Wasserkraft ist mit einer Nutzung seit mehr als 140 Jahren eine der ältesten und etabliertesten Formen erneuerbarer Energieerzeugung und spielt eine wichtige Rolle für die Erreichung der klimaschutz- und energiepolitischen Ziele Deutschlands. Mit dem höchsten spezifischen CO₂-Vermeidungsvermögen aller Energieerzeugungsmethoden von rund 808 g CO₂/kWh erzeugt die Wasserkraft über 20 TWh klimafreundlichen Strom im Jahr und vermeidet damit mehr als 14 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen. Wasserkraft ist mit durchschnittlich 4.800 h durch hohe Jahresvolllaststunden gekennzeichnet. Kleine Wasserkraftwerke erreichen z. T. sogar noch höhere Werte (5.500 h und mehr). Sie sind zudem hochverfügbar und im Mittel 8.000 h p.a. in Betrieb. In der leitungsgebundenen Energieversorgung stellt die Wasserkraft damit eine zuverlässige, flexible, plan-, steuer- und speicherbare Energiequelle dar. Wasserkraftwerke sind wegen ihres netzdienlichen Verhaltens und ihrer dezentralen Einspeisung von großer Bedeutung für die lokale Stromversorgung. Während volatile Einspeiser die Verteilnetze mit erheblichen Einspeisespitzen belasten, speisen Wasserkraftwerke ihre Leistung stetig und mit hohen Volllastnutzungsstunden ein, ohne temporäre Netzüberlastungen zu verursachen. Im Gegenteil, ihr Einsatz reduziert den Netzausbaubedarf und senkt dessen Kosten erheblich. Dies gilt besonders für die Kleinwasserkraft, da gerade die Mittel- und Niederspannungsebenen die höchsten netzspezifischen Kosten aufweisen. So werden allein durch die kleine Wasserkraft in Deutschland Netzausbaukosten und Übertragungsverluste von mehr als 1 Mrd. € vermieden. Wasserkraft bildet zum heutigen Zeitpunkt zudem die einzige Möglichkeit, Energie wirtschaftlich und großtechnisch zu speichern

Wasserkraft Buckel Jagst

Mehr noch als der Mengenaspekt ist der Qualitätsaspekt der Stromerzeugung aus Wasserkraft bei der Betrachtung der Potenziale von Bedeutung. Denn mit der Wasserkraft steht eine stetig verfügbare, klimafreundliche und günstige erneuerbare Technologie zur Verfügung, die bereits heute dezentral für mehr Flexibilität und Stabilität im Gesamtsystem sorgt. Aus den Ergebnissen einer Studie der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) für Bayern lässt sich für Deutschland ableiten: zusätzlich zu den bereits bestehenden Kapazitäten in Speicher-, Pumpspeicher- und Laufwasserkraftwerken können kurzfristig ca. 1–2 GW installierte Leistung zusätzliche Flexibilität im Bestand schaffen, z. B. durch eine flexible Stauraumbewirtschaftung.

Bei Nutzung der noch bestehenden Modernisierungs-, Altstandort- und Ausbaupotenziale könnten langfristig weitere ca. 3–3,5 GW Flexibilität bereitgestellt werden. Dies zeigen u. a. aktuelle Zwischenergebnisse einer derzeit an der TU Braunschweig in Erarbeitung befindlichen wissenschaftlichen Studie zu den Wasserkraftpotenzialen in Deutschland.

Als stetig und verlässlich verfügbare, steuer- und flexibel nutzbare erneuerbare Energie spielt die Wasserkraft eine wichtige Rolle und trägt maßgeblich zum Gelingen der Energiewende in Deutschland bei.

 

Weiterführende Quellen:

  • Forschungsstelle für Energiewirtschaft (Hrsg.): PDF: Endbericht Flexibilisierung der Laufwasserkraftwerke in Bayern – Potenzialabschätzung der flexibel einsetzbaren Leistung in Laufwasserkraftwerken in Bayern, München, Mai 2013.
  • Seidel, C.: Mögliche Flexibilisierungspotenziale der Wasserkraft in Deutschland, Technische Universität Braunschweig, Institut für Statik und Dynamik, WasserWirtschaft Nr. 10-2017, S. 41–45.

Fischtreppe Merseburg

Grundlage für die Genehmigung und den Betrieb von Wasserkraftanlagen sowie bei den damit im Zusammenhang stehenden Schutzgüterabwägungen ist das von der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) vorgegebene Ziel einer guten Hydrobiologie. Die Vorgaben zur Erreichung dieses Ziels werden in Deutschland durch das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) geregelt und im Hinblick auf die Gewässerökologie durch die Einhaltung der §§ 33-35 WHG spezifiziert. Dies umfasst im Einzelnen die Gewährleistung eines zur Aufrechterhaltung der Gewässerökologie ausreichenden Mindestwassers, der linearen Durchgängigkeit für Gewässerlebewesen sowie des Fischschutzes an Wasserkraftanlagen. Moderne Fischauf- und -abstiegsanlagen ermöglichen eine gefahrlose Passage und verhindern mit Schonrechen das Einschwimmen von Fischen in den Turbinenraum.

Wirksame und praxiserprobte Vermeidungsmaßnahmen gewährleisten eine gewässerökologisch verträgliche Stromerzeugung aus Wasserkraft. Der Schutz der Biodiversität wird dabei durch geeignete Einrichtungen zum Fischschutz und zur Durchwanderbarkeit der Fließgewässer gesichert. Durch die Stauhaltungen wird Wasser in der Fläche zurückgehalten, Gewässerauen und Rückzugshabitate für die Fischfauna erhalten und die Klimaanpassung unterstützt.

Fischwege und Fischschutzeinrichtungen nach aktuellen technischen Standards erfüllen die Durchgängigkeitskriterien und Anforderungen an den Fischschutz der EU-Wasserrahmenrichtlinie. Ein ausreichendes Mindestwasser sichert die ökologische Wertigkeit der Ausleitungsstrecken. Dadurch entsteht eine Win-win-Situation für Gewässernatur und die Erzeugung Erneuerbarer Energie.

Die Wasserkraft trägt zudem zur Erhöhung der Biodiversität bei, indem zusätzliche Lebensräume für aquatische und terrestrische Arten geschaffen werden. Staubereiche der Wasserkraftanlagen bieten Rückzugsräume in Trockenzeiten und sichern den Grundwasserspiegel. Bei Hochwasser leisten sie einen Beitrag zum Hochwasserschutz, z. B. durch Kleinwasserkraftwerke an Wehren, die Hochwasserabflüsse justieren.

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist klimafreundlich, gewässerökologisch verträglich und leistet darüber hinaus wichtige Beiträge zur Klimaanpassung.

 

Weiterführende Quellen:

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