WASSERKRAFT - WWW.INITIATIVE-CO2.DE - INITIATIVE CO2
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WASSErKrAFT
NEUE ENErGIEN
www.initiative-co2.de
INHALT
WASSERKRAFT NEU ENTDECKT ................................. 02
WASSER IST REICHTUM
INNOVATION WASSERRAD ......................................... 03
STROM AUS DEM STROM .......................................... 04
MEHR ALS NUR KRAFTWERK ..................................... 05
UNGLAUBLICH, ABER WAHR!
LANGE VERGESSEN – DAS EIGENE KRAFTWERK
POTENZIAL MODERNISIERUNG & REAKTIVIERUNG 06
KOSTEN & ERTRAG
ÖKOLOGIE ≠ ÖKONOMIE?
NATURSCHUTZ & WASSERSCHUTZ ............................ 07
ORDNUNG & REGELUNGEN ....................................... 08
WRRL – BNatSchG – WHG – EEG
NACHHALTIGKEIT MIT DEM WHG
01
EEG – FÖRDERUNG & VERGÜTUNG ............................ 09
NEU – DIREKTE VERMARKTUNG
DAS KLEINE EINMALEINS DER WASSERKRAFT ............ 10
ARTEN VON WASSERKRAFTWERKEN .......................... 11
LAUFWASSERKRAFTWERK
SPEICHERKRAFTWERK
PUMPSPEICHERKRAFTWERK
ARTEN VON TURBINEN .............................................. 12
FRANCISTURBINE
KAPLANTURBINE
PELTONTURBINE
INNOVATIVE WASSERTECHNIK ................................................. 13
AUSBLICK | QUELLEN............................................................ 15
Abbildung: Wasserkreislauf am Beispiel Bayern
IMPRESSUM ............................................................... 16
© Bayerischer Rundfunk/Telemedien; Infografik: Tanja Begovic; in Lizenz der BRmedia Service GmbH
NETZWERK, INITIATIVE & PROJEKTE
WASSErKrAFT Wasserkraft hat entscheidende Vorteile in der
Energieversorgung:
die ersten großen Handelszentren und brachten
Wohlstand und Reichtum in die Dörfer und Städte.
NEU ENTDECKT • permanent, Tag und Nacht verfügbar
• beruht auf einer zuverlässigen und ausgereiften
Technologie 1
Eine der wichtigsten Innovationen der Menschen war • robust
die Kraft des fl ei ßenden Wassers zur Energiequelle • besitzt einen fantastischen Wirkungsgrad bis über
zu wandeln. Wasserkraft ist die älteste Form der 90 Prozent
erneuerbaren Energien, sie ist zuverlässig, ausgereift, • regionale Wertschöpfung
und sie ist nach der Biomasse die zweitwichtigste • verbraucht keine natürlichen Ressourcen
erneuerbare Energieform weltweit mit 16% Anteil am • emissionsfrei und CO2-neutral, keine fossilen
erzeugten Strom. Rohstoffe
• kann Energie speichern
In Deutschland wurden bereits 2007 rund 20,7 • liefert Grundlast und Spitzenlaststrom
Milliarden Kilowattstunden Strom mit Wasserkraft
erzeugt, was den Stromverbrauch von 5,8 Millionen
Haushalten abdeckte, und 22,6 Millionen Tonnen CO2
Ausstoß verhindert hat. Die erzeugten 4.700 Megawatt
WASSEr IST rEICHTUm
entsprechen der Leistung von 5 Atomkraftwerken.
02 Allein in Bayern erzeugten im Jahr 2011 insgesamt Blickt man aus der Luft auf unser Land, entdeckt man
4.200 Wasserkraftwerke 13.878 Millionen KWh Strom mühelos unseren unglaublichen Reichtum. Wir blicken
und versorgten damit 3,5 Millionen Haushalte. auf Seen und auf eine Landschaft die dicht durchzogen Heute sind unsere Flüsse nicht mehr entscheidende
ist von großen und kleinen Flussläufen und Bächen. Le- Handelswege, der Reichtum ist an vielen Orten mit den
bensadern, an denen der Mensch seine Siedlungen er- neuen Handelswegen versiegt, was allerdings blieb ist
richtete, noch lange bevor diese mit Wegen verbunden der elementare Reichtum unseres Wassers.
6,7%
waren. Wasser löschte den Durst von Menschen und
Tieren, Wasser machte unser Land fruchtbar. Flüsse Betrachten wir am Beispiel Bayern den Kreislauf un-
Wasserkraft
38,1%
und Seen gaben Nahrung, dienten als Straße für den seres Wassers, so wird dieses unglaubliche Vermögen
Biomasse
2011 Photovoltaik
Handel, als Grenze und Bollwerk gegen Eindringlinge,
und sie waren seit je her der Lieferant von unendlich
erkennbar. In Bayern fallen jährlich 940 Liter Nieder-
schläge pro Quadratmeter, das sind 60 Billionen Liter
44,3% W indenergie
viel Energie, die an den Dörfern und Städten vorbei- im gesamten Land. Mehr als die Hälfte verdunstet
10,9%
floss. gleich wieder von Boden und Pflanzen, 21 Prozent
des Wassers fließt in Bäche, Seen und Flüsse, 23 Pro-
Städte schmückten sich mit dem Flussnamen an zent versickert in unser Grundwasser. Über Flüsse und
dem sie liegen, regionale Dialekte und Sprachen Bäche fließen 25 Billionen Liter Wasser im Jahr nach
ändern sich beidseits der Ufer, und selbst heute noch Bayern, und 54 Billionen Liter hinaus. Die Wassermen-
Grafik: gliedern und beschreiben wir unser Land nicht allein ge, die wir entnehmen, entspricht nur 8 Prozent der
Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien 2011 mit Himmelsrichtungen, sondern zusammen mit den Niederschläge – was für ein unglaublicher Kreislauf!
Quelle: BMU, AGEE-Stat Namen der großen Flussläufe. An Flüssen entstanden (Grafik S.1)
Quellen: BMU, AGEE-Stat, sowie weitere Quellen
INNoVATIoN War Wasser zunächst nur elementar für den Reichtum
unserer Kultur- und Agrarlandschaften, wurde es
Die ersten Spuren lassen sich bereits drei Jahrtausende
v. Chr. in China und im Vorderen Orient finden. In
WASSErrAD später ein ebenso wichtiger Faktor für die Menschen,
Innovation in Landwirtschaft und Handwerk zu
Europa begann die Verbreitung im frühen Mittelalter,
danach gehörte das Wasserrad lange Zeit zum Bild an
bringen. Es war einer der großen Meilensteine der unseren Bächen und Flüssen. Mit Hilfe der Wasserkraft
Menschheit, als sie die Kraft des fließenden Wassers wurde Getreide gemahlen, Eisen in Hammerwerken
als Energiequelle verstanden und sich technische geformt, Stämme geschnitten, oder in den Bergwerken
Möglichkeiten zu ihrer Nutzung ersannen. Der Wasser gepumpt und Kohle und Erze ans Tageslicht
Schlüssel war das Wasserrad, welches die Kraft des befördert. Es entstanden die ersten Industrien, in
bewegten Wassers auf Wasserschöpfwerke, Hämmer, einer Form wie wir sie kennen, und auch bedeutende
Sägen und Mühlsteine übertrug. Gewerbe und Handelszentren.
2
03
Abbildung 1:
Gleich vier Mahlgänge treibt die Mainmühle im
16. Jahrhundert vor den Toren von Ochsenfurt.
Ausschnitt aus dem Ölgemälde „Stadtansicht von
Ochsenfurt“ von Albert Hermann (1623) aus dem Sit-
zungssaal des Rathauses der Stadt Ochsenfurt
© Stadt Ochsenfurt
Abbildung 2:
Unterschiedliche Mühlradtypen
aus „Architecture hydraulique“ von Bernard Forest de
Bélidor (1697/98-1761) | © Deutsches Museum München
STrom 1000 Glühbirnen, versorgt vom 175 km entfernten
Flusskraftwerk Laufen am Neckar – es war der Beginn
AUS DEm STrom der Elektrifizierung im Lande mit dem Energieträger
Wasser.
Mit der Elektrifizierung unseres Landes stieg der En-
Die Erfindung der Dampfmaschine 1765 verdrängte ergiebedarf stetig, deshalb spielten Wasserkraftwerke
zunächst die Wasserkraft aus der mechanischen Her- im Deutschen Reich Anfang des vergangenen Jahrhun-
stellung, was auch die neue Turbinentechnik (1830) derts eine elementare Rolle. Die Menschen waren es
nicht wettmachen konnte, obwohl man nun größere damals noch gewohnt, ihre Energie aus den Ressour-
Wassermengen in Flüssen und auch höhere Wasserfall- cen ihrer Region zu schöpfen, was lag also näher, als
höhen meisterte. eben diese Ressourcen auch für die Gewinnung des
eigenen Strombedarfs zu erschließen – und der wuchs
Erst als Werner von Siemens 1866 die erste Dynamoma- stetig. Neben vielen kleinen Wasserkraftanlagen, ent-
schine entwickelte, mit der er die Kraft des Wassers in standen an unseren großen Flüssen große Wasserkraft-
elektrischen Strom umwandeln konnte, bekam die Was- werke. Querbauwerke in den Flussläufen, bei denen
serkraft wieder ihre alte Bedeutung. 1891 leuchteten der Aspekt Ökologie bei weitem nicht den heutigen
anlässlich der Elektrizitätsausstellung in Frankfurt a.M. Stellenwert hatte.
04
mEHr ALS UNGLAUBLICH, LANGE
NUr KrAFTWErK ABEr WAHr! VErGESSEN –
DAS
Gerade in Süddeutschland, wo keine Kohle gefördert
wurde, entstanden viele Stauseen, Rückhaltebecken EIGENE
und Talsperren. Allerdings nicht allein zur Energiege-
winnung, sondern aus weiteren sinnvollen Beweg-
KrAFTWErK
gründen: Ähnlich wie die schon lange existierenden
vielen kleinen Wasserstufen entlang der Flussläufe, Die Zahl der Wasserkraftanlagen hat sich in Deutsch-
die die Tiefenerosion der Flüsse begrenzen und den land im vergangenen Jahrhundert auf ein Zehntel ver-
Grundwasserspiegel stabilisieren sollten, hatten Stau- ringert. Dennoch trugen noch bis in die siebziger Jahre
seen und Talsperren auch die Funktion der Wasserre- viele, auch kleine Wasserkraftwerke, zur Stromversor-
gulierung. Zum einen also für den von den Bürgern ge- gung bei. Immerhin wurden bis dahin in Süddeutsch-
forderten Hochwasserschutz, zum anderen, um trotz land 70% der Stromversorgung noch mit Wasserkraft
der energetischen Nutzung des Wassers den Grund- erzeugt. Die günstigeren Angebote für Strom aus fossi-
wasserspiegel der Flüsse für den gesamten Flusslauf len Brennstoffen und aus Kernenergie führte Ende der
und über das gesamte Jahr zu gewährleisten. 60er und in den 70ern zu einem drastischen Sterben
Abbildung: Zeichnung Atlantropa 1932 von Wasserkraftwerken. Viele Gemeinden und Unter- 05
© Deutsches Museum München / TZ 04602 nehmen empfanden die Wasserkraft zudem als nicht
mehr zeitgemäß. Insgesamt wurden in den folgenden
Wie weit früher der Glaube an die Technik ging, zeigt Jahren ca. 50.000 Kleinanlagen stillgelegt – meist blie-
eine Vision aus den zwanziger Jahren des vergangenen ben nur die großen Wasserkraftwerke im Netz.
Jahrhunderts. Der in Regensburg geborene Hermann
Sörgel wollte die Meerenge bei Gibraltar mit einem
gewaltigen Staudamm schließen, um unendlich viel Durch die höhere Vergütung des erzeugten Stroms
Strom zu gewinnen. Es war die gigantischste Utopie aus erneuerbaren Energien und durch die zusätzlichen
mit dem Namen „Atlantropa“, die unglaubliche Aus- Förderprogramme der Bundesregierung kam es 1990
wirkungen für den gesamten Mittelmeerraum gehabt zu einer langsamen Trendwende. Viele Anlagen und
hätte. Es war ein pan-europäisches Einigungsprojekt, Kanäle waren noch vorhanden und haben nur auf ihre
an dem nach dem Zweiten Weltkrieg sogar die UNO Reaktivierung gewartet. Dann kam die Energiewende
noch Interesse zeigte. Ende der fünfziger Jahre wur- mit der klaren Ausrichtung hin zu den erneuerbaren
Abbildung oben: de die Idee endgültig aufgegeben. Aus heutiger Sicht und heimischen Energien und Ressourcen. Spätestens
Flussregulierung 1672, Main Bergrheinfeld wäre ein solches Projekt undenkbar. Der Stellenwert ab dann entdecken viele Gemeinden und auch private
© Staatsarchiv Würzburg, Gebrecheamt III G 56 der Ökologie steht mittlerweile gleichberechtigt neben Kraftwerksbesitzer ihre neue Chance, Energie aus der
der Ökonomie. Es ist eine allgemeine gesellschaftliche eigenen Ressource zu schöpfen. Allerdings mit neuen
Abbildung links: Haltung geworden – ganz besonders bei der Energie- Vorzeichen: Die Wasserkraft soll umweltverträglich
Kraftwerk und Isarwehr Oberföhring gewinnung. und nachhaltig sein.
PoTENZIAL logischer Sicht den Vorzug. Ausgezeichnete Wirkungs-
grade, effizientere Technik, und neue Gesamtkonzepte
ÖKoLoGIE ≠
moDErNISIErUNG & sind angesagt und werden auch erfolgreich umgesetzt. ÖKoNomIE?
rEAKTIVIErUNG 7
2007 2020
56
Ob nun Agrarwirtschaft, Waldwirtschaft oder Was-
6,5 GW
serwirtschaft, jede Form der Kultivierung und Bewirt-
Installierte Leistung – Gigawatt
6
48
Das Potenzial der Wasserkraft gilt in Deutschland als schaftung ist ein Eingriff des Menschen in die gege-
weitgehend erschlossen. Der Fokus liegt deshalb heu- 5
40 bene Ökologie. Die Kunst ist es, den umsichtigen und
4,7 GW
te weniger auf dem Neubau von großen Kraftwer- 4 31,9 TWh
32
nachhaltigen Umgang mit der Natur mit den Aspekten
ken, sondern auf der Reaktivierung und der Moder- 3
des Wirtschaftens zu verbinden. Eine Kunst, die durch
24
nisierung, sowie auf dem Neubau kleinerer Anlagen. 20,7 TWh
den Fortschritt der Technik als überholt schien, ist heu-
Mehrere Studien schätzen das Modernisierungs- und 2
16 te wieder zu einem Gütezeichen für Qualität gewor-
Ausbaupotenzial übereinstimmend für so gut ein, dass 1
8
den.
sich in Verbindung mit den Vergütungen aus dem 0 0
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), ein wirtschaftlich 2001 2007 2020
sinnvoller Betrieb für einen Großteil der Vorhaben er- Leistung Anlagen < 5 MW Leistung Anlagen > 5 MW
Jahr
War lange Zeit die Ökologie der preisgünstigen Ener-
gibt. Stromerzeugung – TWh /Jahr gieversorgung untergeordnet, so hat sich in den ver-
Grafik: Strom aus Wasserkraft, Prognose bis 2020 gangen Jahrzehnten unsere Einstellung zur Energie-
Eine von EON und der BEW vorgelegte Potenzialstudie Quelle: Branchenprognose 2020 (Stand: 1/2009) gewinnung auch im Hinblick Wasserkraft entschieden
06 im Jahre 2009 bestätigt die bereits früher ermittelten geändert. Der Glaube an den unbegrenzten techni-
Werte vom Umweltministerium, welche primär auf schen Fortschritt wandelte sich in ein neues Umwelt-
eine Leistungssteigerung der vorhandenen Anlagen KoSTEN & ErTrAG bewusstsein, verbunden mit der Forderung nach Nach-
setzt. Für die großen Unternehmen wird ein zusätzlich haltigkeit. Der Auslöser für diese veränderte Haltung
erschließbares Potenzial von über 1000 GWh/a gese- Die Kosten und der Ertrag einer Wasserkraftanlage in unserer Gesellschaft war der sichtbare und spür-
hen, was eine Steigerung von 14% wäre. Dieses Po- werden wesentlich von der installierten Leistung und bare Verlust vieler ursprünglicher Lebensräume, der
tenzial erschließt sich wie erwartet zum größten Teil den örtlichen Rahmenbedingungen bzw. Standort- beängstigende Artenrückgang, und die wachsende
aus der Nachrüstung, bzw. anteilig aus den folgenden faktoren bestimmt. Für den Bau und ebenso für die Zahl bedrohter Tiere und Pflanzen. Hinzu kam in den
Maßnahmen: Modernisierung einer Anlage gibt es entscheidende vergangenen Jahren die Diskussion über den Klima-
Eckpunkte für die Wirtschaftlichkeit: wandel und der Forderung nach einer CO2 neutralen
• 53 % Effizienzsteigerung durch Nachrüstung Energiegewinnung.
(Turbinentechnik, Stauzielanhebung, Fallhöhe, …) • Wasserbilanz aus Niederschlägen, Abfluss und
• 24 % Neubau an neuen Standorten Verdunstung
• 14 % Modernisierung • Gewässer- oder Flusspotenzial (durchschnittliche
• 9 % Neubau an bestehenden Querbauwerken Arbeitsleistung im Jahr durch Wasserkraftnutzung)
• technisches Potenzial (Zustand Turbine, etc.)
Während heute der Neubau von Wasserkraftanlagen • Erschließungspotenzial im Einklang mit
von sehr kontroversen Diskussionen begleitet wird, Umweltschutz, Naturschutz, Denkmalschutz, etc.
fi ndet die Modernisierung und Nachrüstung mehr • Betriebs- & Wartungskosten
Konsens in der Bevölkerung und erhält auch aus öko- • Vergütung, Förderung
NATUrSCHUTZ • Erhöhung der Durchgängigkeit des Querbauwerks
• Fischaufstiegsanlagen (Fischtreppe)
& WASSErSCHUTZ • Bau eines Umgehungsgewässers, um die Wanderung
von Fischen und anderen Wassertieren zu erleichtern
Natürliche Gewässer sind Lebensgrundlage nicht nur • Rechenanlagen und Ablenkeinrichtungen zum
von Fischen und Wassertieren, sondern einer reichen Schutz der Fische
Fauna und Flora. Auch sind Auenwälder und der • Fischfreundliche Turbinen
Grundwasserhaushalt von ihnen abhängig. Nur 20 • Ausreichend hohes Mindestwasser
Prozent unserer Gewässerläufe gelten in Deutschland • Verbesserung der Uferstrukturen
noch als gering verändert bis unverändert, und • Einsatz innovativer Wasserkrafttechniken (z.B. neue
sind deshalb von der Wasserkraftnutzung völlig Turbinentechnologie, neue Wasserräder)
ausgeschlossen.
Fließende Gewässer bilden vernetzte Lebensräume Das Praxishandbuch Fischaufstiegsanlagen in Bayern Abbildung oben:
die durch Querbauwerke unterbrochen werden. gibt weitere Hinweise und Empfehlungen für die öko- Fischtreppe am Isar-Kraftwerk Ismaning
Auch viele Wasserkraftwerke sind Querbauwerke logisch verträglichere Planung, Bau und Betrieb von
und unterbrechen oder stören mit ihren Wehren und Wasserkraftanlagen.
Ausleitungskanälen die natürliche Durchlässigkeit.
Dadurch wird die Wanderung von Fischen und anderen
im Gewässer lebenden Tieren erschwert oder völlig 07
unterbrochen, ebenso der Transport von Sedimenten Natürlich hatten und haben ebenso wie die Flussre- Abbildung unten:
und Geschiebe. Hinzu kommen weitere Aspekte gulierungen nicht alle Maßnahmen zur Energiegewin- Durchgängigkeit für Fische und Wasserkleintiere am
wie die Veränderung des Fließgewässercharakters nung mit Wasser nur negative Auswirkung für Fauna Beispiel eines Ausleitungskraftwerks.
durch den Aufstau, sinkender Wasserspiegel im und Flora. Wasserkraftwerke fangen z.B. an ihren Re- (1) Ausleitung, (2) Wehr, (3) Bypass um Kraftwerk,
Mutterbett durch Wasserableitung, die Veränderung chen über das Jahr viele Tausend Tonnen Müll der Men- (4) Fischtreppe, (5) Kraftwerk
des Wasserhaushalts der Auen, oder das Risiko für schen ein, oder sie leisten einen wichtigen Beitrag zur
stromabwärts schwimmende Fische durch eine Turbine Hochwasserregulierung, indem sie Hochwasserspitzen
verletzt oder getötet zu werden. auffangen und glätten. Gerade mit den jetzigen Mo-
dernisierungen von Wasserkraftanlagen wurde an vie-
Wasserkraftwerke sind ein Eingriff in die Ökologie, len Flussläufen eine Renaturierung im großen Umfang
der völlige Verzicht ist trotzdem nur für die wenigsten begonnen oder wurde bereits abgeschlossen. Damit
die Lösung. Deshalb geht die Entwicklung in sensiblen entstanden natürliche Umgehungsgewässer, neuer 2
Umbau der Anlagen, der Natur und Tierwelt trotz der Laich- und Lebensraum für Tiere, die die ökologische
Bewirtschaftung ausreichend Raum für Leben und Situation insgesamt verbessern. Die Ergebnisse zeigen 1 4
Vielfalt lässt. die veränderte Haltung der Gesellschaft und vieler
Anlagenbetreiber. Der Wunsch nach einer ökologisch 5
Um die negativen Auswirkungen so gering wie möglich intakten Umwelt in Einklang mit der energetischen
3
zu halten, können sinnvolle Maßnahmen eine ökologisch Nutzung ist auch bei der Wasserkraft angekommen.
verträgliche Wasserkraftnutzung unterstützen:
orDNUNG § WrrL Die Bundesländer haben zusätzlich noch weitere, ei-
gene Regelungen für die Genehmigung von Wasser-
& § BNatSchG kraftwerken erlassen. In Bayern ist es beispielswiese
das Bayerische Wassergesetz (BayWG).
rEGELUNGEN § WHG
§ EEG
Die Neuorientierung hin zu einer ökologisch verträg- NACHHALTIGKEIT mIT
lichen und nachhaltigen Wasserkraftnutzung spiegelt
sich auch in den gesetzlichen Regelungen auf europä-
DEm WHG
ischer, deutscher und Länderebene wieder.
Mit dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) wurden für
Grundlagen und Ziele aller Regelungen zur Wasser- den Neubau und für den Betrieb bestehender Was-
kraftnutzung beschreibt die europäische Wasserricht- serkraftanlagen wichtige ökologische Anforderungen
linie – WRRL. Sie sind seit Dezember 2000 gültig und formuliert, die zwingend eingehalten werden müssen:
regeln für alle Mitgliedsstaaten der EU einheitlich Um-
weltziele für den Schutz der Gewässer. Der Gewässer- § 33 WHG – Mindestwasserführung
schutz steht darin deshalb im Mittelpunkt für alle was- Die Mindestwasserführung ist zur ökologischen Funk-
08 serwirtschaftlichen Planungen und Entscheidungen tionsfähigkeit des Gewässers, zur Sicherung des Le-
und er gilt gleichermaßen für alle Wasserkörper, Ober- bensraums von Fischen und anderer standorttypischer
flächengewässer, Küstengewässer und für das Grund- Lebensgemeinschaften einzuhalten.
wasser. Für die Wasserwirtschaft soll innerhalb der
Flussgebiete ein Flussgebietsmanagement ein Denken § 34 WHG – Durchgängigkeit
und Wirtschaften in größeren Einheiten ermöglichen Die Durchgängigkeit eines Gewässers, sowohl strom-
und Maßnahmen und Bewirtschaftung aufeinander aufwärts wie stromabwärts, wird im § 34 WHG für die
abstimmen. Bis 2015 sollen alle Gewässer einen guten (Neu)Errichtung, die wesentliche Änderung und für
ökologischen Stand erreicht haben. den Betrieb von Stauanlagen gefordert, wenn dies zur
Erreichung der Bewirtschaftungsziele erforderlich ist.
In Deutschland gibt es auf Bundesebene Gesetze die § 35 WHG – Schutz der Fischpopulationen
den Bau und den Betrieb von Wasserkraftwerken re- Nach § 35 WHG darf die Wasserkraftnutzung nur zu-
geln. Es sind das: gelassen werden, wenn geeignete Maßnahmen zum
Schutz der Fischpopulation ergriffen werden. Dies
• Bundesnaturschutzgesetz – BNatSchG kann durch Rechenanlagen, sonstigen Schutz- und
• Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG Ablenkeinrichtungen oder durch fischfreundliche Tur-
• Wasserhaushaltsgesetz – WHG binen geschehen. Ziel der Vorkehrungen ist der Erhalt
der Reproduzierbarkeit der Fischarten, nicht der Schutz
einzelner Fische.Neue Wasserkraftanlagen müssen diese Gesetzes-
vorgaben von Anfang an erfüllen. Bestehende Was-
Gerade kleine Wasserkraftanlagen, die vor 2009 ent-
standen sind, profitieren vom EEG. Sie erhalten eine er-
NEU –
serkraftanlagen, bei denen bisher keine Maßnahmen
zum Schutz der Fischpopulation ergriffen wurden, ha-
höhte Vergütung für rasche ökologische Verbesserung
wie sie Naturschutz und Wasserschutz fordern.
DIrEKTE
ben beim Schutz der Fischpopulation eine Nachrüst- VErmArKTUNG
pfl icht innerhalb angemessener Fristen. Bei der Min- Im Rahmen des Förderprogramms werden auch Vor-
destwassermenge und der Durchgängigkeit kann die projekte, Machbarkeitsstudien und die Beratung für 2012 wurde als wichtige Ergänzung die optionale Di-
Kreisverwaltungsbehörde nachträgliche Anordnungen die zu wählende Rechtsform sowohl für kommunale rektvermarktung mit Marktprämie eingeführt. Sie er-
erlassen. als auch für Bürgeranlagen bei Neuanlagen gefördert. setzt die gleichbleibende Vergütung durch einen an
die Erzeugungskosten orientierten Zuschlag auf den
Weitere Informationen zu Fördermittel sind erhältlich durchschnittlichen monatlichen Börsenpreis. Je nach
unter: Anlagenkapazität kann der Betreiber die Einspeisung
ins Netz variieren und so insgesamt höhere Erträge
EEG – • foerderdatenbank.de
• foerderinfo.bund.de
erwirtschaften. Auch damit wurde ein zusätzlicher
Anreiz geschaffen, der zu einer besseren Marktinte-
FÖrDErUNG & • kommunen.klimaschutz.de gration der Erneuerbaren Energien führen soll. Hinzu
kommt noch eine Managementprämie. Sie ist ein wei-
VErGÜTUNG terer Anreiz für die eigene Vermarktung und deckt die
Kosten der Vermarktung.
Bis spätestens 2020 sollen mindestens 35 Prozent des 09
Stroms aus erneuerbaren Energien stammen, 2030
50 Prozent. Ziel des EEG ist es deshalb, im Interesse
des Klima- und Umweltschutzes eine nachhaltige Ent-
wicklung der Energieversorgung zu forcieren und fos-
sile Energieressourcen zu schonen. Zum einen werden
deshalb ökologische Maßnahmen und technologische
Weiterentwicklungen zur Wasserkraft gefördert, zum
anderen wird auch die Wasserkraft durch den vorran-
gigen Netzanschluss aller erneuerbaren Energien und
durch gesicherte Abnahmepreise unterstützt.
Die Vergütung richtet sich nach der Leistung des
Kraftwerks und unterscheidet sich nach Neubau und
Modernisierung. Entsprechend diesen Kriterien ist
die Vergütung nach EEG auf in der Regel 20 Jahre
festgeschrieben. Sie ist nur dann möglich, wenn die
Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG)
eingehalten werden und der entsprechende Nachweis
erbracht wird.DAS
KLEINE EINmALEINS
DEr
WASSErKrAFT
Wasserkraft ist Energie aus dem Wasserkreislauf der
Erde. Die Wärme der Sonne verdunstet Wasser von
Boden und Pflanzen, und vor allem über den Meeren.
Nach durchschnittlich 10 Tagen fällt das verdunstete
Wasser wieder als Niederschlag zur Erde. Ein Teil der
Niederschläge sammelt sich in den Seen, Bächen und
Flüssen. Das Wasser fließt bei einer durch die Topogra-
fi e gegebenen Höhendifferenz hinab auf das Niveau
des Meeresspiegels, und verdunstet wieder.
Das fl eßende
i Wasser vereint zwei Energieformen: Abbildung oben: Prinzip eines Speicherkraftwerks. Die Energie des gestauten Wassers wird in elektrische Energie
Kinetische, oder Bewegungsenergie, durch das Flie- gewandelt. © Agentur für Erneuerbare Energien
10
ßen, und die Lageenergie, oder potenzielle Energie, Abbildung unten: Prinzip des Laufwasserkraftwerks. Fließendes Wasser wird in elektrische Energie gewandelt.
durch die Fallhöhe. Die ersten Wasserräder tauchten Umgehungsgewässer oder Fischtreppen ermöglichen Wassertieren das Passieren des Wasserkraftwerks.
ihre Schaufeln nur ins Wasser hinab und haben des- © Agentur für Erneuerbare Energien
halb nur die Bewegungsenergie genutzt. Ab dem
12. Jahrhundert hat man das Wasser über das Wasser-
rad geführt und so die Lageenergie noch dazu gewon-
nen. Die späteren Wasserturbinen nutzen ebenso die
Lageenergie des Wassers, und erreichen so den hohen
Wirkungsgrad.
Die korrekte theoretische Leistung eines Kraftwerks
muss noch mehr Parameter berücksichtigen. Einleuch-
tend ist aber, dass ein geringer Volumenstrom des
Wassers eine große Fallhöhe benötigt, um die gleiche
Leistung zu erzeugen wie ein großer Volumenstrom
mit einer geringen Fallhöhe. Woher die Energie auch
primär kommen mag, das Gesamtergebnis ist ent-
scheidend für die Wahl eines Standorts für ein Was-
serkraftwerk.ArTEN VoN Um die Turbine zu schützen, hält eine Rechenanlage
vor dem Kanal Äste und Müll zurück. Nach der Turbine
standsregulierung in den Flüssen, oder als Speicher für
die Trinkwasserversorgung.
WASSErKrAFTWErKEN wird das Wasser wieder in das ursprüngliche Flussbett
zurückgeführt. Durch das niedrige Gefälle und den
geringen resultierenden Druck spricht man auch von
Um die örtlichen Gegebenheiten optimal zu nutzen,
gibt es zwar viele gleiche Arten von Kraftwerkstypen, Niederdruckkraftwerken. Um an Fallhöhe zu gewin- PUmPSPEICHErKrAFT-
die wenigsten sind allerdings wirklich baugleich. Der nen werden möglichst hohe Staumauern errichtet. Der
höhere Druck erlaubt größere Mengen Strom zu er-
WErK
Volumenstrom des Wassers, die Fallhöhe, ökologi-
sche Rahmenbedingungen, Gesetze, und vieles mehr zeugen. Derartige Kraftwerke gehören zu den größten
bestimmen die optimale Ausführung und die Kom- der Erde.
Pumpspeicherkraftwerke sind eine Sonderform unter
ponenten eines Wasserkraftwerks. Auch die Energie den Speicherkraftwerken. Sie arbeiten nach dem glei-
der Meere wird mit Wasserkraftwerken erschlossen. Laufwasserkraftwerke werden auch in ihrer Anlagen-
chen Lageenergieprinzip und werden in erster Linie
Die wichtigsten Vertreter sind Gezeitenkraftwerke, struktur unterschieden. Das klassische Querbauwerk
zur Strombereitstellung in Spitzenlastzeiten genutzt.
Strömungskraftwerke und Wellenkraftwerke. Auch staut die gesamte Flussbreite. Bei einem Ausleitkraft-
Pumpspeicherkraftwerke haben ein oberes und unte-
sie gewinnen in Zukunft an Bedeutung, sie werden werk befindet sich im Flusslauf ein Wehr, an dem das
res Becken. Bei geringem Strombedarf im Netz wird
in dieser Broschüre jedoch nicht weiter beschrieben. Wasser gestaut und durch einen separaten Kanal zum
das Wasser mit dem nicht benötigten Strom aus dem
Wasserkraftwerke an Land lassen sich den drei Kate- Kraftwerk ausgeleitet wird. Das natürliche Flussbett
unteren Becken nach oben gepumpt – umgekehrt wird
gorien zuordnen. bleibt in großen Teilen erhalten, die Restwassermenge
bei Spitzenlastzeiten das gespeicherte Wasser nach
unterliegt den gesetzlichen Vorschriften.
unten zu den Turbinen geschickt. Der Stromgenerator
• Laufwasserkraftwerke dient bei der Wasserrückführung umgekehrt als Motor. 11
• Speicherkraftwerke
• Pumpspeicherkraftwerke
SPEICHErKrAFTWErK Ein geniales Prinzip, das Energie speichern, regulieren,
und somit Netzschwankungen ausgleichen oder in
Kraftwerke mit einer Leistung unter 1 kW werden als Spitzenlastzeiten Strom erzeugen kann. Pumpspeicher-
Kleinwasserkraftwerke bezeichnet. Je nach Fallhöhe kraftwerke sind deshalb bestens zur Netzregulierung in
Speicherkraftwerke sammeln Wasser in einem höher-
unterscheidet man noch Niederdruck-, Mitteldruck- einem Netz aus regenerativen Energien geeignet und
gelegenen See. Der See kann ein natürlich entstan-
und Hochdruckanlagen (bis 20 Meter, 20 bis 100 deshalb eine wichtige Komponente für die Integration
dener, oder ein durch eine Talsperre künstlich aufge-
Meter, über 100 Meter Fallhöhe). der erneuerbaren Energien in die bestehenden Syste-
stauter See mit natürlichem Zufluss sein. Das Wasser
wird bis zu einem maximalen Fassungsvermögen des me.
LAUFWASSErKrAFT- Beckens gespeichert, bis die Energie benötigt und
das Wasser über Rohre (Druckrohrleitungen oder Frei-
WErK spiegelstollen) zu der tiefergelegenen Turbine geführt
wird. Hierin liegt auch die besondere Eigenschaft von
Laufwasserkraftwerke, oder auch Fließwasserkraft- Speicherkraftwerken. Das Stromnetz kann die elektri-
werke werden an Flüssen gebaut. In der Regel wird sche Energie nicht speichern, daher muss die Energie
das Wasser durch ein Wehr oder auch Querbauwerk in einer anderen Form schnell abrufbar sein. Speicher-
gestaut, und auf dem optimalen Pegelstand gehalten. kraftwerke können sowohl zur Grundlastabdeckung
Aus diesem Stauraum wird das Wasser dann durch als auch im Spitzenbetrieb eingesetzt werden.
Kanäle oder Rohrleitungen zu einer Turbine geleitet. Der Wasserspeicher dient teilweise auch zur Wasser-ArTEN VoN TUrBINEN des Laufrads. Die Turbine ist eine der ältesten Turbi-
nenformen und wird häufig für Kleinwasserkraftwerke
verwendet.
Fallen 100 Liter Wasser in 1 Sekunde 1 Meter tief, so
setzen sie dabei 1 Kilowatt Energie frei. Bis zu 90 Pro-
zent dieser Energie des Wassers verwandeln moder-
ne Anlagen und Turbinen in Strom – die Turbine wird
dazu mit dem Stromgenerator gekoppelt.
Entsprechend der Konstellation von Wassermenge und
Fallhöhe nutzt man im Wesentlichen drei gängige Bau-
formen von Wasserturbinen.
PELToNTUrBINE
Die Peltonturbine ist nur für große bis sehr große Fall-
12
KAPLANTUrBINE höhen und kleine Wassermengen ideal. Der Wirkungs-
grad liegt dann zwischen 85 und 90 Prozent.
Die Kaplanturbine ist ideal in Flüssen mit großen Was- Die Turbine hat bis zu 40 becherförmige Schaufeln,
sermengen und einer geringen Fallhöhe. In Laufwas- auf die aus regelbaren Düsen mit hohem Druck Wasser
serkraftwerken wird sie bei Fallhöhen bis 65 m vertikal trifft. Die Energie des Wasserstrahls wird so fast voll-
eingebaut, der Wirkungsgrad liegt zwischen 85 und ständig auf die Turbine übertragen. Bei einer Fallhöhe
90 Prozent. von beispielsweise 1000 m schießt der Wasserstrahl
Das Laufrad sieht einer Schiffsschraube ähnlich. Die mit einer Geschwindigkeit von 500 km/h aus der Düse.
Laufradschaufeln sind hydraulisch verstellbar und kön- Da durch das Bauprinzip die zugeführte Energie von
FrANCISTUrBINE nen so optimal den Strömungsverhältnissen angepasst der Fallhöhe abhängig ist, ist diese Turbine typisch für
werden. Das Wasser strömt entlang der Achse durch Kraftwerke im Gebirge.
Die Francisturbine ist die universellste und am weite- das Laufrad.
sten verbreitete Turbine. Sie wird bei Fallhöhen von Bei geringen Fallhöhen wird die Turbine auch horizon- Neben diesen Turbinentypen gibt es noch Alternativen,
50 m bis 700 m verwandt und erreicht einen Wir- tal gelagert eingebaut. Bei dieser Sonderform, der so- die besonders effizient im Bereich der Kleinkraftwerke
kungsgrad von 90 Prozent. genannten Rohrturbine, sind Turbine und der Genera- betrieben werden. Angefangen vom klassischen Was-
Das Wasser strömt über das typisch schneckenförmig tor vollständig unter Wasser. serrad bis hin zur sehr fischfreundlichen Wasserkraft-
gekrümmte Rohr zur Turbine, der Spirale, sie gewähr- schnecke.
leistet eine gleichmäßige Wasserzuführung. Anschlie- Eine weitere, einfache Form der Kaplanturbine ist eine Die folgende Grafik zeigt den Einsatzbereich von Tur-
ßend fl ießt das Wasser durch die verstellbaren Schau- Propellerturbine ohne verstellbare Laufschaufeln. Sie binen in Abhängigkeit von Fallhöhe zum Wasserstrom.
feln des Leitapparats, wird dort reguliert und weiter- wird nur bei gering schwankenden Wassermengen An den roten Diagonalen lässt sich die resultierende
geführt an die gegenläufig gekrümmten Schaufeln eingesetzt. Leistung ablesen (bis 1 kW Leistung Kleinkraftwerke).2000 INNOVATION FLIESSWASSERKRAFTWERK INNOVATION MOBILE KLEINSTWASSERTURBINE
1000 Le
ist
un
500
g in
MW
Ein positives Beispiel für Innovation ist das Fließgewäs-
serkraftwerk an der Salzach, das im Zusammenhang
Fallhöhe in Meter
10
00
MW
100 mit einer sohlstützenden Rampe von der Uni Inns-
bruck untersucht wurde. Der Kraftwerksteil besteht
50
aus matrixartig zusammengestellten Blöcken aus unre-
10
0M
W gulierten Kompaktturbinen mit dazwischenliegenden
10
5
Geschiebekanälen. Der große Geschiebetransport im
0,1 1M 10
2
MW W M W Fluss stellt eine besondere Herausforderung für das
0,5 1 5 10 50 100 500 1000 Konzept dar. Er wird zusammen mit der Fischdurch-
Wasserstrom Kubikmetern pro Sekunde gängigkeit über die raue Rampe und die eingebetteten
Wasserrad Kaplanturbine Francisturbine Peltonturbine steuerbaren Öffnungen gewährleistet.
INNOVATION SCHACHTKRAFTWERK
INNoVATIVE Das Schachtkraftwerk wird als innovatives Wasser-
WASSErTECHNIK kraftkonzept an der TU München (Dipl.-Ing. Sepp /
Abbildung :
Turbine bei der Installation im Inn bei Rosenheim
Prof. Rutschmann) entwickelt. Die horizontale Rechen-
© Smart Hydro Power GmbH
Dass auch die Jahrhunderte alte Wasserkrafttechnik Einlaufebene mit geringer Anströmungsgeschwindig- 13
weiteres Entwicklungspotenzial besitzt, haben beson- keit erhält einen günstigen Abwanderungskorridor Die Turbine gewinnt die gesamte Energie aus der Fließ-
ders die vergangenen Jahre gezeigt. Es betrifft sowohl für Fische. Die Kraftwerksanordnung unter Wasser, geschwindigkeit des Wassers, funktioniert daher ohne
die Optimierung vorhandener Turbinentypen als auch fehlende Kraftwerksaufbauten oder Ufereingriffe und Veränderung des natürlichen bzw. vorgegebenen Ge-
die Neuentwicklungen bei Wasserkraftanlagen. Gera- die kompakte Bauweise setzen Grundlagen für bessere wässerverlaufs. Insbesondere Aufstauungen des Ge-
de der wichtige Aspekt, gesetzlichen Anforderungen ökologische Standards. wässers oder ähnliche bauliche Veränderungen sind
wie den Fischschutz gerecht zu werden, wird damit nicht notwendig. Sie verfügt über einen integrierten
weitgehend erfüllt. Schwimmkörper, so dass sie einfach in einem Fluss
oder Kanal mit mindestens 2 m Tiefe und 2 m Breite
INNOVATION VLH-TURBINE gesetzt werden und wie eine Boje oder ein Ponton ver-
ankert werden kann.
Die VLH-Turbine ist eine in Deutschland bisher noch
nicht übliche Technik. Sie wird wegen ihrer langsamen
Drehzahl und ihrer optimierten Turbinenschaufel als
sehr fi schfreundlich eingestuft. Durch ihre kompakte
Bauform ist sie ideal für den Einsatz bei geringen Fall-
höhen. Durch die Möglichkeit zum Herausschwenken Abbildung links:
der Turbine aus dem Hochwasserabfl ussquerschnitt Modell des an der TU München entwickelten Schacht-
ergeben sich besondere Vorzüge für den Einbau in be- kraftwerks
stehende Querbauwerke. © Bild: Andreas Heddergott / TU München14
AUSBLICK qUELLEN • Bundesverband Deutscher Wasserkraftwerke e.V.:
Ökologisch orientierte Wasserkraftwerke – wertvolle
Teile unserer Kulturlandschaft
Die Bundesregierung hat mit dem WRRL, WHG und Für die Broschüre wurde eine Vielzahl von Literatur • Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena):
EEG, den definierten Klimaschutzzielen, und den Ge- herangezogen. Wir können Ihnen an dieser Stelle nur Aktuelle Vergütungssätze des EEG; Thema Energie
setzen zum Erhalt des Artenreichtums, den Rahmen für einen unvollständigen Auszug der Quellen nennen. • E.ON Wasserkraft GmbH und Bayerische Elektrizi-
die zukünftige Entwicklung der Wasserkraft gesetzt: tätswerke GmbH: Potenzialstudie „Ausbaupotenziale
LITERATUR Wasserkraft in Bayern 2009“
Der Schadstoffausstoß soll reduziert werden: Als Bei- • EnBW, Energie Baden-Württemberg AG: Wasser ist
trag zur CO2-freien Energieerzeugung soll die Strom- • Agentur für Erneuerbare Energien: Strom aus Was- Energie
erzeugung aus Wasserkraft erhalten, und soweit als serkraft • Landesfischereiverband Bayern e.V.:
möglich maßvoll, behutsam und umweltverträglich • Arbeitsgemeinschaft Wasserkraftwerke Baden- Praxishandbuch Fischaufstiegsanlagen in Bayern
ausgebaut werden. Württemberg e.V. AWK: Wasserkraft unerschöpfliche Die Wahrheit über Wasserkraft
Energie im Einklang mit der Natur • Vereinigung Wasserkraftwerke in Bayern e.V.
Die Wasserkraft soll ökologischer werden: Die Biodiver- • Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU): Praxishand- Häufig gestellte Fragen zum EEG 2012
sität, bzw. der Artenreichtum, soll durch die Sicherung buch Fischaufstiegsanlagen in Bayern • VSE: Strom aus Wasserkraft
der Lebensräume geschützt werden. So soll beispiels- • Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Ge-
weise die Durchgängigkeit von Gewässern durch die sundheit (StMUG) / Gregor Overhoff: Wasserkraftnut-
Modernisierung oder den Bau neuer Wasserkraftanla- zung in Bayern – wie geht es weiter? LINKS
gen nicht erschwert oder gar verhindert werden. Der • Bine Informationsdienst: Basis Energie 18 15
Fischartenschutz und ebenso ein guter ökologischer • Bund Naturschutz in Bayern e.V.: Wasserkraft Be- www.bine.info
Zustand im Gewässer sind zu gewährleisten. trachtung und Bewertung aus ökologischer und natur- www.bund-naturschutz.de
schutzfachlicher Sicht www.duh.de
Wissenschaft und Praxis sollen mit ihrer Arbeit eine • Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Re- www.erneuerbare-energien.de
ökologisch verträgliche Nutzung der Wasserkraft un- aktorsicherheit (BMU): Die Nutzung der kleinen Was- www.flussstrom.de
terstützen und neue Innovation in die Nutzung der serkraft in Deutschland im Spannungsfeld von Klima-, www.lfu.bayern.de
Wasserkraft bringen. Natur- und Gewässerschutz; Erneuerbare Energien Fra- www.lvbw-wasserkraft.de
gen und Antworten; Erneuerbare Energien, Innovatio- www.solaratlas.htwk-leipzig.de
Unsere zukünftige Energiegewinnung muss klima- nen für eine nachhaltige Energiezukunft; Erneuerbare www.stellba-hydro.de/vlh
schonend, ökologisch, und in jedem Fall nachhaltig Energien in Zahlen; Kurzinfo Wasserkraft; www.swm.de
sein. Nur so werden wir den Interessen zukünftiger Leitfaden für die Vergütung von Strom aus Wasser- www.thema-energie.de
Generationen und gleichermaßen unserer ureigenen kraft nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz für die www.umweltbundesamt.de
Verantwortung gerecht. Neuerrichtung und Modernisierung von Wasserkraft- www.vde.com
anlagen; Potentialermittlung für den Ausbau der Was- www.wasserkraft.org
serkraftnutzung in Deutschland; Wasser · Wohlstand www.wasserkraft-bayern.de
· Wandel, Gewässerschutz sichert unsere Grundlagen www.wasserkraft-deutschland.de
für Leben, Vielfalt und Nachhaltigkeit; Zusammen- www.wasserkraftverband.de
fassung der Handlungsempfehlungen des EEG Erfah- www.unendlich-viel-energie.de
rungsberichts – BMU-EntwurfImPrESSUm NETZWErK, INITIATIVE
HErAUSGEBEr/CoPYrIGHT & ProJEKTE
HTI Gienger KG,
Poinger Str. 4, 85570 Markt Schwaben
Für viele Projekte ist es entscheidend die richtigen
Partner zu finden. Deshalb geht – trotz aller lesbaren
HINWEIS Informationen – nichts über ein kompetentes Netzwerk
Die Inhalte der Broschüre wurden mit Sorgfalt und den persönlichen Kontakt. Aus dieser Erfahrung
ausgewählt. Eine Gewähr für die Richtigkeit und heraus haben wir schon vor Jahren die Initiative CO2
Vollständigkeit des Inhalts kann nicht übernommen gestartet.
werden. Jede Haftung ist ausgeschlossen.
Die Idee der „Initiative CO2“ ist, durch kluge Ideen-,
Wissens- und Projektvernetzung zu nachhaltigen
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nieurbüros, Bauunternehmen, Industrie, Kommunen,
Institutionen, Verbände und Hochschulen. Seit der
Gründung ist die Initiative CO2 auf mehr als 100 Part-
ner gewachsen und sie wächst weiter. Jeder kann von
jedem lernen und auch profitieren – das gute Rezept
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KoNTAKT Weitere Informationen erhalten Sie auf der Website
HTI Gienger KG der Initiative: www.initiative-co2.de
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Stand 11.2013A TIVE CO
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