Wasserkraft: Welche Arten von Kraftwerken es gibt und wie sie funktionieren

Österreichs Energielieferant Nummer 1 ist die Wasserkraft. Schon in vorindustrieller Zeit zum Antrieb von Mühlen oder Sägewerken genutzt, verstehen wir heute unter Wasserkraft die Umwandlung der Strömungsenergie von fließendem Wasser in elektrische Energie. Dies erfolgt in einem Wasserkraftwerk. Weltweit wird mit Wasserkraft – nach der Biomasse – der größte Anteil an erneuerbarer Energie erzeugt.

von Wasserkraftwerk © Bild: iStockphoto.com

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Das Prinzip eines Wasserkraftwerks ist immer dasselbe: Durch den Fluss des Wassers wird eine Turbine in Bewegung gesetzt, die wiederum einen Generator antreibt. Dieser erzeugt dann den Strom. Konkret bedeutet das, dass die kinetische Energie (Bewegungsenergie) oder die potentielle Energie (Höhenenergie) des Wassers in elektrische Energie umgewandelt wird. Um einen Körper anzuheben, wird Energie benötigt. Die potentielle Energie ist die Lageenergie eines Körpers und entspricht der aufgewendeten Hubarbeit. Fällt der Körper wieder, wird die potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt, also die Energie, die ein Körper durch Bewegung freisetzt, abhängig von seiner Masse und seiner Geschwindigkeit. Folglich ist beim Wasserkraftwerk der Energiegewinn davon abhängig, wie viel Wasser wie schnell bewegt wird. Aus diesem Grund ist eine Stauanlage eine essentieller Bestandteil der meisten Wasserkraftwerke.

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Arten von Wasserkraftwerken

Kleinwasserkraftwerke werden sowohl im Inselbetrieb als auch netzgekoppelt eingesetzt. Es sind Speicher- oder Laufkraftwerke, die nur geringe Leistungen liefern. Dies kann an der Fallhöhe oder an der geringen Wassermenge liegen.

Speicherkraftwerke werden zur Deckung der elektrischen Grundlast sowie für den Spitzenlastbetrieb eingesetzt. Sie finden sich meist in der Umgebung von Talschlüssen oder hohen Gefällen. Die Turbine sitzt beim Talsperren-Kraftwerk am Fuß der Staumauer, beim Bergspeicherkraftwerk liegt die stromerzeugende Anlage im Tal und ist über eine Druckrohrleitung mit dem hoch liegenden See verbunden. Speicherkraftwerke sind besser regulierbar und weisen eine höhere Leistung auf. Deshalb können sie auch zur Deckung von Stromspitzen zum Einsatz kommen.

Laufwasserkraftwerke werden an Flüssen und oft in Verbindung mit einer Schleusenanlage gebaut. Sie unterliegen oft dem Einfluss stark schwankender Wassermengen. Laufwasserkraftwerke haben immer einen Staudamm, um die Fließgeschwindigkeit des Wassers zu erhöhen. Der Damm hält das Wasser so lange zurück, bis sich genug angesammelt hat. Dann fließt das Wasser zur Turbine und überträgt seine Bewegungsenergie auf diese. Da hier die Stromerzeugung nicht reguliert werden kann, eigenen sich diese Kraftwerke vor allem zur Deckung der Grundlast, also für den Strom, der täglich auf jeden Fall gebraucht wird.

Wasserkraftwerk
© iStockphoto.com Laufwasserkraftwerk

Ebenso bei erhöhtem Strombedarf kommen Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz. Nach der Stromgewinnung über die Turbine fließt das verwendete Wasser weiter in einen tiefer gelegenen See. Aus diesem kann es wieder nach oben gepumpt und somit noch einmal verwendet werden – und zwar dann, wenn mehr Strom erzeugt als letztendlich gebraucht wird.

Weiters unterscheidet man nach der jeweiligen Fallhöhe des Wassers Niederdruckkraftwerke (bis zu 15 Meter), Mitteldruckkraftwerke (15 bis 50 Meter) und Hochdruckkraftwerke (50 bis 2.000 Meter). Die meisten Laufwasserkraftwerke sind Niederdruckkraftwerke. Mitteldruckkraftwerke werden meist im Zusammenhang mit einer Talsperre als Speicherkraftwerk oder an höheren Wehren als Laufwasserkraftwerk realisiert.

Ein Gezeitenkraftwerk hängt von Ebbe und Flut ab und kommt daher in Österreich nicht zum Einsatz. Je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrscht, dreht sich die Turbine in die eine oder andere Richtung.

Das Wellenkraftwerk liegt ebenso am Meer und nutzt die Energie der Welle. Diese wird in eine hydraulische Kammer geleitet, in der sie die Luft nach oben drückt. Fließt das Wasser wieder ab, kann neue Luft in die Kammer strömen. Durch diesen sich ständig verändernden Luftstand wird die Turbine angetrieben.

Wasserkraft in Österreich

Mehr als 60 Prozent des in Österreich produzierten Stroms kommt aus Wasserkraft. Es finden sich rund 100 große und Tausende kleine Wasserkraftanlagen, die für eine stabile Grundversorgung stehen. Wasserkraft unterliegt nur sehr geringen Schwankungen und ist weitgehend unabhängig von Wetter und Jahreszeit. Im Energiemix sind Wasserkraftwerke ideale Partner für Windkraftanlagen: Gibt es wenig Wind und daher wenig Strom aus Windenergie, kann die gespeicherte Energie des gestauten Wassers sehr schnell in Strom umgewandelt und zur Verfügung gestellt werden. Wird insgesamt zu viel Strom erzeugt, wird dieser wiederum genutzt, um die Speicherseen erneut zu füllen.
2019 erzeugten rund 5.000 Wasserkraftanlagen insgesamt fast 44.100 GWh sauberen Strom. Sauber deshalb, weil Wasserkraftanalgen ohne den Einsatz von Öl und Kohle auskommen und daher kein CO2 ausstoßen. Die drei größten Wasserkraftwerke Österreichs sind das Maltakraftwerk-Hauptstufe in Kärnten mit 730 MW, das Kopswerk II in Vorarlberg mit 525 MW und das Kraftwerk Silz in Tirol mit 500 MW.

Wasserkraftwerk
© iStockphoto.com Kraftwerk Kaprun

Laut dem Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus (BMLRT), "Energie in Österreich 2021. Zahlen, Daten, Fakten", wurden in Österreich im Jahr 2020 55 bis 67 Prozent der Stromerzeugung durch Wasserkraft gedeckt. Der Anteil der erneuerbaren Energien an der gesamten Stromerzeugung im Jahr 2019 betrug rund 77 Prozent. Österreichs führendes Stromunternehmen betreibt rund 130 Wasserkraftwerke. Mit 31,9 Prozent (2020) stellt der Verkehr den Wirtschaftssektor mit dem größten Energieverbrauch in Österreich dar.

Die zukünftige Rolle der Wasserkraft

Vor allem in den südlichen Bundesländern wird die Wasserkraft zukünftig eine große Rolle spielen, da hier der Voralpenraum für ein günstiges Gefälle sorgt. Durch Wasserkraftwerke können vorhandene Anlagen ersetzt oder optimal ergänzt werden. Wichtig ist es dabei immer, auch die Umweltanliegen im Auge zu behalten. Eine Leistungssteigerung muss verbunden sein mit der Verbesserung der gewässerökologischen Situation. So lautet auch die Zielsetzung der Bundesregierung.

Das Wasserkraftwerk für zuhause

Befindet sich ein kleines fließendes Gewässer, z. B. einen Bach, auf dem eigenen Grundstück, kann man Wasserkraft durchaus auch im privaten Bereich nutzen. Die Funktionsweise ist gleich wie bei den "Großen". Benötigt werden ein hydraulisches Antriebsaggregat wie Turbinen oder Wasserräder, ein Generator und ein Wechselrichter zur Einspeisung des Stromes. Die Menge des erzeugen Stromes ist abhängig von der Wassermenge und dem Gefälle.

Rechtlich erforderlich ist eine wasserrechtliche Zulassung der Anlage, also eine Bewilligung zur Gewässerbenutzung. Ansprechpartner dafür ist die jeweils zuständige Wasserbehörde. Dies kann auch kompliziert und aufwendig ausfallen. Ist die Bewilligung aber erst einmal erteilt, liefert ein privates Wasserkraftwerk zuverlässig und gleichmäßig Strom, und das bei verhältnismäßig geringen Betriebskosten und Wartungsaufwand und hoher Effizienz. Die Investitionskosten belaufen sich bei einer kleinen Anlage bis 45 kW mit einem Wasserrad auf etwa 4.000 EUR/kW. Wird eine Turbine eingesetzt, erhöhen sich die Kosten. Weitere Informationen zu den rechtlichen Grundlagen für die Errichtung eines privaten Wasserkraftwerks finden Sie hier.