Arbeitsgemeinschaft Wasserkraftwerke
Niedersachsen und Schleswig-Holstein e.V.
Überblick Niedersachsen
Die Wasserkraft ist ein erneuerbarer, grundlastfähiger und speicherbarer Energieträger, der aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten eine Vielzahl von Systemdienstleistungen für die Energiewirtschaft liefern kann. Hierdurch können Netze stabilisiert, Netzausbaukosten reduziert und eine sichere und bezahlbare Stromversorgung gewährleistet werden. Die Wasserkraft erfüllt dadurch eine wesentliche Funktion im Energiesystem der Zukunft. Unser Ziel ist es daher, die vorhandenen Potenziale der Wasserkraft in Niedersachsen zu heben, die systemdienlichen Möglichkeiten der Wasserkraft zukünftig stärker zu nutzen und gleichzeitig die ökologische Situation der Gewässer in Niedersachsenweiterzuentwickeln.
Wichtige Daten zur Wasserkraft in Niedersachsen auf einen Blick
Überblick Deutschland
Die Wasserkraft ist heute eine weit verbreitete Energiequelle. Nach der Biomasse ist sie weltweit die wichtigste erneuerbare Energiequelle. Besonders hervorzuheben ist ihr Anteil an der Stromerzeugung. Im Jahr 2000 stammten rund 19 Prozent des gesamten weltweiten Nettostromverbrauchs aus Wasserkraft, während alle anderen regenerativen Energien zusammen nur ein Prozent beitrugen. Länder mit hohem Anteil an Wasserkraft bei der Stromerzeugung sind in der Regel Gebirgsregionen, in denen Wasser mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, großen Höhendifferenzen und guten Speichermöglichkeiten in engen Tälern zur Verfügung steht. In Europa sind dies Norwegen, das über 95 % seiner elektrischen Energie aus Wasserkraft gewinnt, Österreich (rund 60 %) und die Schweiz (60 %).
Im Jahr 2006 betrug die installierte Leistung in der Bundesrepublik Deutschland rund 4.720 Megawatt (MW). Die Wasserkraft trug etwa 3,4 % zur gesamten Stromproduktion bei und 23,6 % zur Stromproduktion aus erneuerbaren Energien. Die Kosten für die Stromproduktion in Großanlagen lagen zwischen 3 und 10 Cent pro Kilowattstunde (kWh), was die Wasserkraft zu einer der kostengünstigsten Stromerzeugungsmethoden macht. Durch die Nutzung der Wasserkraft konnten 2006 CO2-Emissionen von 22,6 Millionen Tonnen vermieden werden.
In Mitteleuropa, insbesondere in Deutschland, ist die großtechnische Nutzung der Wasserkraft weitgehend ausgereizt. Nur für Kleinwasserkraftwerke besteht in Deutschland noch ein Ausbaupotenzial, das auf 500 bis 800 MW für die kommenden Jahre geschätzt wird. Ein weiterer Ausbau von Großanlagen wäre zwar technisch möglich, würde aber erhebliche Eingriffe in Natur und Landschaft erfordern und/oder zu einer unvertretbaren Konkurrenz mit anderen Nutzungen der betroffenen Gewässer oder des zu überschwemmenden Landes führen.
Historie
Die Nutzung der Wasserkraft reicht bis in die Antike zurück, wo das Wasserrad vom Menschen zur Arbeitserleichterung eingesetzt wurde. Bereits vor über 5000 Jahren nutzten die Menschen in Mesopotamien Wasserräder zum Wasserschöpfen. Im Laufe der Zeit diente die Wasserkraft zum Antrieb von Mühlen, Schmieden und anderen Handwerksbetrieben.
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Im Laufe der Geschichte entwickelten sich verschiedene Arten von Wasserrädern. Die ersten Wasserräder wurden aus Holz gefertigt. Die einfachste und älteste Form ist das Stoßrad, dessen Schaufeln horizontal in das strömende Wasser eintauchen und ausschließlich die Bewegungsenergie des Wassers nutzen.
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In Oberkärnten werden seit dem 9. Jahrhundert unterschlächtige Wasserräder, auch Stockräder genannt, verwendet. Diese bestehen aus radial an einer hölzernen Achse angebrachten Brettern, von denen die untersten in das fließende Wasser eintauchen. Der Wasserdruck, der auf die Bretter wirkt, erzeugt ein Drehmoment. Der Wirkungsgrad dieser Wasserräder hängt stark von der Eintauchtiefe und damit von der Wasserführung des Baches ab.
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Seit dem 14. Jahrhundert werden auch oberschlächtige Wasserräder eingesetzt. Diese bestehen aus großen Holzrädern mit Brettern, die unter einem Neigungswinkel angebracht sind und wie Schaufeln wirken. Das Wasser fließt von oben auf diese Schaufeln und treibt das Rad an. Das Gewicht des Wassers in den Schaufeln erzeugt ein zusätzliches Drehmoment, wodurch sowohl die kinetische als auch die potentielle Energie des Wassers genutzt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Regulierung der Wassermenge über geeignete Zuleitungen eine effiziente Steuerung.
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Mit dem Beginn der industriellen Entwicklung wurden die Energieerzeugungs- und Verteilungssysteme jedoch komplexer. So verfügte beispielsweise die im 17. Jahrhundert errichtete Versailler Brunnenanlage über eine Wasserkraftleistung von etwa 56 kW. Die Erfindung der Turbine führte zu einer effizienteren Nutzung der Wasserkraft. Der Wirkungsgrad stieg von etwa 20 % auf 60-70 % bis Mitte des 19. Jahrhunderts. Moderne Francis- oder Kaplanturbinen erreichen heute Wirkungsgrade von bis zu 95 %.
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Quellen:
1) http://pluslucis.univie.ac.at/FBA/FBA00/wallner/p06_9.htm
2) http://www.izt.de/eejug/wasserkraft
Bedeutung heute
Eine nachhaltige Energieversorgung erfordert neben einer effizienten Energieerzeugung und der stärkeren Nutzung von Energieeinsparpotentialen eine deutliche Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger unter Berücksichtigung von Umwelt- und Naturschutzzielen. Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG 2009) soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis 2020 auf mindestens 30 Prozent gesteigert und anschließend kontinuierlich weiter erhöht werden.
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Wasserkraft ist derzeit die zweitwichtigste erneuerbare Energiequelle nach Windenergie. Sie spielt aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und der Möglichkeit, Strom nach Bedarf zur Absicherung der Grundlast zu erzeugen, eine entscheidende Rolle bei der regenerativen und nahezu emissionsfreien Energieerzeugung. In Deutschland macht die Wasserkraft je nach hydrologischen Bedingungen zwischen 3,5 und 5,1 % der gesamten Stromerzeugung aus (1990-2004).
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) regelt die Vergütung von Strom aus erneuerbaren Energien wie Wasserkraft, Windkraft, Solarenergie, Geothermie und Biomasse. Für die Wasserkraft gilt, dass die originäre, regenerative Nutzung in Wasserkraftanlagen vergütungsfähig ist. Dazu gehört auch die Nutzung der potentiellen oder kinetischen Energie von Trink- und Abwasser, beispielsweise aus Kläranlagenabläufen. Speicherkraftwerke fallen jedoch nicht unter die Regelungen des EEG (§ 6 Abs. 5 EEG).
Quellen:
1) LEITFADEN FÜR DIE VERGÜTUNG VON STROM AUS WASSERKRAFT, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Juli 2005
2) STROM AUS WASSERKRAFT SCHONT UMWELT UND ROHSTOFFE, Dipl. Ing. Anton Zeiler, Regierungsbaumeister, WKW Info-Faltblatt 3. Aufl.
Ökologie
Die „Wasserrahmenrichtlinie“ (WRRL) legt die aktuellen ökologischen Anforderungen an die energetische Nutzung der Gewässer fest. Die Bundesregierung beschreibt die Ziele wie folgt:
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Gewässer liefern nicht nur Trinkwasser und Energie, sondern sind auch ein wichtiges Betriebsmittel für Industrie und Landwirtschaft. Flüsse, Seen und das Meer sind Lebensräume für Flora und Fauna. Flüsse durchziehen unser Land als Lebensadern. Oberflächengewässer und Grundwasser bieten uns vielfältigen Nutzen, benötigen aber auch besonderen Schutz. Flüsse und Bäche müssen wieder eine naturnahe Gestalt erhalten, um als Lebensraum zu funktionieren. Die Durchgängigkeit der Flüsse für Fische und andere Wasserorganismen muss verbessert werden.
Es ist entscheidend, dass wir die Gewässer wieder als integralen Bestandteil der Natur und als Lebensspender für die Menschen erkennen und dies auch erfahrbar machen. Die effektive Zusammenarbeit in den Flussgebietseinheiten, die aktive Information und Einbindung der Nutzer, Akteure und der Öffentlichkeit insgesamt bilden die Grundlage für die Erreichung einer ausgewogenen Balance zwischen den vielfältigen Nutzungsinteressen, sowohl national als auch international.
Die Arbeitsgemeinschaft unterstützt diese Zielsetzungen ausdrücklich und schließt sich der Forderung nach einem sachgerechten Interessenausgleich an. Dabei ist es besonders wichtig, verständliche Wünsche hinsichtlich der Freizeitnutzung der Gewässer (z. B. Kanusport, Sportfischerei) im Kontext zwingender Anforderungen wie dem Klimaschutz angemessen zu berücksichtigen.
Quelle:
1) Die Wasserrahmenrichtlinie - Ergebnisse der Bestandsaufnahme 2004 in Deutschland, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Juni 2005
Technologie
Die Wasserkraft im Inland wird in Laufwasserkraftwerke und Speicherwasserkraftwerke unterteilt. Laufwasserkraftwerke nutzen die große Wassermenge von Flüssen, um trotz geringer Fallhöhe Strom zu erzeugen. Der Stromertrag schwankt jedoch je nach Jahreszeit und Wetter.
Speicherwasserkraftwerke hingegen werden beispielsweise an Talsperren errichtet. Hier ermöglichen die großen Höhenunterschiede einen hohen Druckaufbau, sodass pro Liter Wasser deutlich mehr Energie gewonnen werden kann. Große Speicherkraftwerke erreichen heute Gesamtwirkungsgrade von bis zu 95 %, während Kleinanlagen nur von 70 % ausgehen können. Die Leistung von Wasserkraftwerken variiert stark: Von einigen kW für Inselversorgungen im Hochgebirge über einige MW zur Netzunterstützung bis hin zu großen Speicher- und Laufwasserkraftwerken im GW-Bereich.
Zusätzlich zu diesen beiden Haupttypen gibt es noch weitere Möglichkeiten, Wasserkraft zu nutzen, wie z.B. Strömungs-, Gezeiten- und Wellenkraftwerke. Gezeitenkraftwerke finden sich in steilen Küstengebieten mit hohem Tidenhub, beispielsweise in Frankreich oder England. Strömungsturbinen, die durch Flutbewegungen oder Meeresströmungen angetrieben werden, sowie Wellenkraftwerke, die die Hubbewegung der Wellen in Strom umwandeln, befinden sich derzeit noch in der Erprobung. Diese Technologien könnten erst mittelfristig einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung leisten.
Europa
Der gute ökologische Zustand und das gute ökologische Potential gemäß der EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL)
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Bis 2015 sollen die europäischen Oberflächengewässer den guten Zustand erreichen. Dieser wird nach der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) erreicht, wenn die Werte für die biologischen Qualitätskomponenten nur geringfügig vom Referenzzustand abweichen. Der Referenzzustand entspricht dem Zustand des Gewässertyps, der weitgehend unbeeinflusst vom Menschen ist. Die WRRL erlaubt jedoch Ausnahmen, die sowohl die Fristen als auch die Ziele betreffen. So gelten für künstliche oder erheblich veränderte Oberflächengewässer andere Umweltziele: der gute chemische Zustand und das gute ökologische Potential. Als Referenz für diese Gewässer dient das höchste ökologische Potential. Dieses Potential beschreibt den Zustand des Gewässers nach Durchführung aller Maßnahmen, die ohne wesentliche Einschränkungen der Nutzungen möglich sind. Die Referenzbedingungen werden daher hauptsächlich über das Sanierungspotential definiert. Ziel ist es, das „gute ökologische Potential“ zu erreichen, das vom höchsten ökologischen Potential in den biologischen Komponenten geringfügig abweichen darf.
Biologische Qualitätskomponenten für Flüsse (Anhang V Nr. 1.2.5 WRRL):
Die Werte für die relevanten biologischen Qualitätskomponenten (Phytoplankton, Makrophyten und Phytobenthos, benthische wirbellose Fauna, Fischfauna) liegen geringfügig unter den Werten, die für den sehr guten ökologischen Zustand oder das höchste ökologische Potential gelten.
Hydromorphologische Qualitätskomponenten (Anhang V Nr. 1.2.5 WRRL):
Die hydromorphologischen Qualitätskomponenten, zu denen Wasserhaushalt, Durchgängigkeit des Flusses und Morphologie gehören, müssen Bedingungen aufweisen, die die Erreichung der zuvor für die biologischen Qualitätskomponenten beschriebenen Werte ermöglichen.
Die physikalisch-chemischen Qualitätskomponenten (EG-WRRL, Anhang V Nr. 1.2.5) müssen innerhalb eines Bereichs liegen, der die Funktionsfähigkeit des Ökosystems gewährleistet und die Einhaltung der zuvor beschriebenen Werte für die biologischen Qualitätskomponenten ermöglicht. Darüber hinaus müssen die Umweltqualitätsnormen für flussgebietsspezifische Schadstoffe eingehalten werden.