Die Kraft des Wassers

Die Kraft des Wassers zu nutzen, hat eine lange Tradition. Als erneuerbare Energiequelle wird Wasserkraft geschätzt. Zugleich gibt es nicht wenig Kritik an den Folgen, die ein Wasserkraftwerk samt Stauraum mit sich bringen. Alles, was Sie über die Vor- und Nachteile von Wasserkraftwerken wissen sollten, erfahren Sie hier.

Wie wird aus Wasser Strom erzeugt?

Menschen nutzen schon seit jeher die Kraft des Wassers. Früher gab es dafür Wassermühlen, aber diese sind fast überall modernen Wasserkraftwerken gewichen, die grünen Strom erzeugen.

Dies funktioniert über die Wasserkraft oder Hydroenergie. Damit ist die Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie gemeint. Turbinen kommen zum Einsatz, um die kinetische Energie oder Bewegungsenergie von fließendem Wasser in nutzbare Energie umzuwandeln. Wichtig ist auch die potenzielle Energie oder Lageenergie, die gestautes Wasser besitzt.

Ein Wasserkraftwerk besteht im Wesentlichen aus Turbinen, die im Inneren des Kraftwerks bestehen. Sie drehen sich durch die Kraft des Wassers. Dabei entsteht Energie, die an einen Generator geleitet wird. Dieser wandelt die Bewegungs- oder Rotationsenergie in elektrische Energie um. Je nach Größe des Kraftwerks können die Turbinen mehrere Meter Durchmesser haben.

Neben den Turbinen und Generatoren haben Wasserkraftwerke auch ein angegliedertes Umspannwerk. Dieses hilft dabei, die gewonnene Energie in das lokale Hochspannungsstromnetz einzuspeisen. Somit findet der Strom seinen Weg zum*zur Verbraucher*in.

Welche Arten von Wasserkraftwerken gibt es?

Es gibt unterschiedliche Arten an Wasserkraftwerken. Je nach der Lage erzeugen sie auf unterschiedliche Art und Weise elektrische Energie. Entscheidende Faktoren sind zum Beispiel die Fallhöhe des Wassers, der Druck des Wassers sowie die Frage, ob die Energieumwandlung auf natürliche oder künstliche Weise geschieht.

Dies sind die wichtigsten Arten von Wasserkraftwerken:

• Laufwasserkraftwerk: Diese Art von Wasserkraftwerk kommt besonders häufig zum Einsatz. Sie befindet sich an Flüssen und nutzt die Fließbewegung des Wassers. Entsprechend müssen die Flüsse eine hohe Fließgeschwindigkeit sowie einen großen Wasserdurchfluss aufweisen. Jedes Laufwasserkraftwerk hat einen Staudamm, um die Energie zu maximieren. Diese Kraftwerke liefern 24 Stunden am Tag Strom und bieten eine Grundlast.
• Speicherkraftwerk: Beim Speicherkraftwerk gibt es ein Becken oder einen See, in dem Wasser gesammelt wird. Erst, wenn die Röhren geöffnet werden, strömt das Wasser in das Kraftwerk, wodurch sich die Energieproduktion gut verfolgen lässt. Diese Kraftwerke kommen typischerweise bei erhöhtem Energiebedarf zum Einsatz.
• Pumpspeicherkraftwerk: Wenn erhöhter Energiebedarf herrscht, kommen oft auch Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die eine Verbesserung der Speicherkraftwerke darstellen. Denn hier kann Wasser aus dem unteren See wieder nach oben gepumpt werden, falls mehr Strom erzeugt wird, als nötig ist.
• Gezeitenkraftwerk: Das Gezeitenkraftwerk nutzt die Kraft von Ebbe und Flut. Es funktioniert ähnlich wie das Laufwasserkraftwerk, nutzt aber stattdessen das Meerwasser mit seiner potentiellen oder Höhenenergie. Die Turbine wechselt je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrscht, ihre Drehrichtung.
• Wellenkraftwerk: Auf dem Meer gibt es Wellenkraftwerke. Sie nutzen die potentielle Energie von Wellen mithilfe einer hydraulischen Kammer. Aktuell befinden sie sich aber noch in der Testphase.

Vorteile

In Deutschland macht Wasserkraft etwa sieben Prozent aller erneuerbaren Energien aus. Aufgrund geographischer Bedingungen haben Onshore-Windkraft (42 Prozent), Photovoltaik (20 Prozent), Biomasse und Hausmüll (20 Prozent) sowie Offshore-Windkraft (11 Prozent) hierzulande höhere Anteile am Strommix.

Dennoch lohnt es sich, sich weiter mit der Wasserkraft zu beschäftigen. Denn ihr großer Vorteil besteht darin, dass Wasser eine erneuerbare Energiequelle darstellt. Die Stromproduktion ist hier also sehr umweltfreundlich und CO2-neutral. Außerdem sind Wasserkraftwerke sehr effizient. Sie wandeln knapp 90 Prozent der empfangenen Energie in elektrische Energie um.

Anders als Solar- und Windenergie ist Wasserkraft zudem gut planbar. Sie steht das ganze Jahr über zur Verfügung und lässt sich vor allem in Form von Speicherkraftwerken leicht steuern. Die erzeugte Energie lässt sich gut regeln. Somit ist es möglich, die Produktion an die Nachfrage anzupassen und ressourceneffizient zu arbeiten.

Viele Speicherkraftwerke sind gleichzeitig in den Hochwasserschutz eingebunden. Sie helfen dabei, bei starken Regenfällen sowie bei Dürren, Flüsse besser schiffbar zu machen. Durch die Aufstauung ist eine Regulierung des Wasserstands möglich.

Nachteile

Auf der anderen Seite stehen die Nachteile von Wasserkraft. Die Kraftwerke haben teils negative ökologische Auswirkungen. Insbesondere bei Stauseen und Sperrwerken sind Überflutungsflächen nötig. Diese greifen in die Landwirtschaft sowie in die lokale Flora und Fauna ein. Außerdem benötigen Wasserkraftwerke sehr viel Fläche, weisen also einen hohen Landschaftsverbrauch auf.

Die Standortwahl von Wasserkraftwerken ist aufgrund dieses Nachteils besonders wichtig. Da der Bau der Kraftwerke kostspielig ist, können sie nur an gut geeigneten Standorten erbaut werden. Sie greifen immer in den natürlichen Lauf eines Gewässers ein und beeinflussen das Ökosystem, weshalb vor dem Bau ausführliche Studien und Konsultationen nötig sind. Dies kann ein langer, komplizierter Prozess sein. Ökologische Ausgleichsflächen und Organismenwanderanlagen sind mögliche Lösungen.

Weitere Kritikpunkte an Wasserkraftwerken sind die manchmal nötige Umsiedlung von Anwohner*innen, der Verlust von Erholungsraum sowie die Unterbindung von Überschwemmungen. Letztere kann für landwirtschaftliche Flächen wichtig sein. Zugleich können Stauseen hohe CO2- und Methan-Emissionen verursachen, wenn Landflächen mit einem hohen Anteil an Kohlenstoff im Boden überflutet werden.

Wie hängt Wasserkraft mit dem Klimawandel zusammen?

Wasserkraft ist eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen, denn dieser Rohstoff speist sich aus natürlichen Vorgängen. Im Gegensatz zu Kohle oder Gas reduziert sich die Menge an Wasser bei der Stromerzeugung nicht. Entsprechend handelt es sich hier um eine wichtige Möglichkeit, um umweltfreundlich Strom zu produzieren. Wenn Risiken wie Verletzungen des Ökosystems berücksichtigt werden, entsteht unbedenklicher Ökostrom.

Allerdings beeinflussen heiße, trockene Sommer das Potenzial von Wasserkraft negativ. Der Sommer 2022 zeigte zum Beispiel in Frankreich, dass wichtige Wasserkraftwerke nicht arbeiten konnten. Denn wenn weniger Wasser fließt, lässt sich weniger Strom produzieren. Im Sommer 2018 produzierten Schweizer Wasserkraftwerke weniger als 25 Prozent des erwarteten Stroms. Und in Österreich brach die Wasserkraftproduktion in diesem Jahr sogar teilweise um über 40 Prozent ein.

Das Forschungsvorhaben „Klimafolgen für die Wasserkraftnutzung in Deutschland und Aufstellung von Anpassungsstrategien für die nähere Zukunft“ erwartet ein Minus bei der Stromerzeugung durch Wasserkraftanlagen. Es weist auf verwandte Probleme wie etwa Seegras-Wachstum und verstopfte Filter hin, was zu hohen Kosten für die Werkbetreiber*innen führen kann.

Auf der anderen Seite lässt sich durch Klimawandelfolgen wie das Abschmelzen der Gletscher in Ländern wie der Schweiz mehr Wasserkraft produzieren. Einige Kantone profitieren davon, aber bei trockenen Sommern lässt sich der Verlust an Wasserkraft nur schwer auffangen.

Auch der Paraná-Fluss in Brasilien, Paraguay und Argentinien weist historisches Niedrigwasser auf, was zu niedrigen Wasserständen führt. Somit sind die Stauseen in Ländern wie Brasilien weniger gefüllt, was zu Stromausfällen führen kann. Es besteht die Sorge, dass Ausfälle von Wasserkraftwerken einen Rückfall auf fossile Energien befördern könnten. In afrikanischen Ländern wie Äthiopien, die teils 80 Prozent ihrer Energie aus Wasserkraft beziehen, ist ebenfalls mit Problemen durch die Folgen des Klimawandels zu rechnen.

Was sind die größten Wasserkraftwerke in Deutschland und der Welt?

In Deutschland gibt es über 400 große Wasserkraftwerke und Tausende kleinere Anlagen. Laut einer Analyse des Bundesumweltministeriums nutzt Deutschland bereits 80 Prozent des gegebenen Potenzials für Wasserkraft. Dazu gehören rund 80 Prozent Laufwasserkraftwerke und 20 Prozent Speicherkraftwerke. Die Flüsse Inn, Donau, Rhein, Isar, Lech, Main, Mosel, Neckar und Iller sind am wichtigsten für die Wasserkraft.

Das größte Wasserkraftwerk in Deutschland ist das Pumpspeicherwerk Goldisthal in Thüringen, das seine Kraft vom Fluss Schwarza erhält, einem Zufluss der Saale. Das Kraftwerk gehört Vattenfall. Auch das zweitgrößte Wasserkraftwerk des Landes gehört zu Vattenfall: Das Pumpspeicherwerk Markersbach in Sachsen. Nennenswert ist außerdem das baden-württembergische Schluchseewerk der Hotzenwaldgruppe. Hier befinden sich gleich mehrere große Kraftwerke.

Dies sind die zehn größten Wasserkraftwerke der Welt:

1. Drei-Schluchten-Talsperre in China
2. Baihetan-Wasserkraftwerk in China
3. Itaipú-Kraftwerk in Brasilien
4. Xiluodu-Kraftwerk in China
5. Belo Monte Wasserkraftwerk in Brasilien
6. Guri-Kraftwerk in Venezuela
7. Wudongde-Kraftwerk in China
8. Tucuruí-Kraftwerk in Brasilien
9. Grand Coulee Kraftwerk in den USA
10. Xiangjiaba-Kraftwerk in China

Übrigens: Solarstrom hat im Rekordsommer 2022 deutliche Fortschritte gemacht. Während die Wasserkraft litt, konnten Solarmodule mehr Strom produzieren – hier mehr erfahren.