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Kleinwasserkraftwerk der TU München könnte neuen Boom bei sauberer Wasserkraft auslösen

Veröffentlicht am 3. November 2010,  Kategorie(n): Wasserkraft

Wasserkraft ist nicht nur die „sauberste“ erneuerbare Energie sondern auch die älteste: So diente strömendes Wasser bereits im 5. und 3. Jahrhundert vor Christus als Antrieb für Wassermühlen und war damit der erste Ersatz für die Muskelkraft von Mensch oder Tier beim Betrieb von Maschinen. Im 20. Jahrhundert wurden überall auf der Welt Wasserkraftwerke gebaut, um die mechanische Energie des Wassers in elektrischen Strom umwandelt und so auf eine möglichst günstige und umweltfreundliche Weise zur Deckung des Bedarfs an Elektrizität beizutragen. In Deutschland schien das Potential inzwischen ausgeschöpft und Großprojekte in Entwicklungsländern stehen wegen des starken Eingriffs in die Umwelt häufig in der Kritik.

Modell des Schachtkraftwerks
Foto: Modell des Schachtkraftwerks, Bild von Andreas Heddergott / TU München

In Deutschland trägt die Wasserkraft zu rund drei Prozent des verbrauchten Stroms bei und mit den bisherigen Konzepten für Wasserkraftwerke sind auch keine weiteren sinnvollen Standorte denkbar. Da bei einem Flusskraftwerk das Wasser zur Stromerzeugung durch eine Wasserturbine geleitet wird, ist die Fallhöhe als Höhenunterschied zwischen Oberwasser und Unterwasser der bestimmende Faktor für die installierte Leistung des Kraftwerkes. Will man vor diesem Hintergrund an einem relativ niedrigen Wehr ein Wasserkraftwerk nutzen, muss man bislang einen Teil des Flusses am Wehr vorbei durch ein sogenanntes Buchtenkraftwerk führen, was sowohl hohe Baukosten mit sich bringt, einen erheblichen Eingriff in die Natur darstellt und zudem häufig die Fische im Fluß verletzt.

Während der Umwelt- und Tierschutz damit zusammen mit den hohen Kosten ein Hinderungsgrund ist, wird in einigen Schwellenländern im Gegenzug über gigantische Stauseen diskutiert, die alte Kulturlandschaften überschwemmen und Ökosysteme zerstören. Eines der berühmtesten ist der Drei-Schluchten-Damm in China, das mit einer installierten Generator-Leistung von 18.200 Megawatt aktuell das größte Wasserkraftwerk der Welt ist. Der sauberen Energiegewinnung stehen aber negative Auswirkungen wie die Überflutung eines riesigen Gebiets, daraus resultierende Zwangsumsiedlung, Wassermangel in anderen Gebieten Chinas sowie die Bedrohung zahlloser Tier- und Pflanzenarten gegenüber. Darüber hinaus sind die Langzeitfolgen eines solch riesigen Baus noch nicht abzuschätzen. Im Hinblick auf die unkalkulierbaren Risiken sollen solch gigantische Projekte in den USA und anderen Ländern gar nicht erst genehmigt werden.

Um die Kraft des Wassers dennoch sinnvoll und möglichst umweltschonend zu nutzen, haben Forscher der Technischen Universität München (TUM) nun ein Kleinwasserkraftwerk entwickelt, das mehrere der Probleme auf einmal löst: Es ist so einfach konstruiert und damit so kostengünstig, dass es auch an geringen Gefällen rentabel arbeitet – ausser einem kleinen Transformator-Häuschen am Ufer ist es für den Menschen unsichtbar. Der wesentliche Teil des Kraftwerks verbirgt sich statt in einer aufwendigen Konstruktion in einem einfachen Schacht, der vor dem Wehr in das bestehende Flussbett gegraben wird. Das Wasser strömt in die kistenförmige Anlage hinab, treibt eine Turbine an und wird unter dem Wehr zurück in den Fluss geleitet. Möglich wird dies, weil mehrere Hersteller Generatoren entwickelt haben, die unter Wasser arbeiten können. Diese Kleinwasserkraftwerke könnten in der Masse an Tausenden ungenutzten Standorten in Europa und in bislang unversorgten Regionen weltweit eine beachtliche Menge sauberen Strom produzieren.

Längsschnitt durch Schachtkraftwerk
Bild: Längsschnitt durch Schachtkraftwerk, Bild von Albert Sepp / TU München

Bei der Entwicklung des innovativen Kraftwerks stand nicht die Steigerung der Effizienz im Vordergrund, sondern die Optimierung der Kosten: Standardisierte, vorgefertigte Module sollen die Bestellung einer „Kraftwerk-Kiste“ wie aus einem Katalog ermöglichen. „Wir gehen davon aus, dass die Kosten gegenüber einem Buchtenkraftwerk um 30 bis 50 Prozent niedriger ausfallen werden“, erklärt Rutschmann. Aufgrund der deutlich geringeren Kosten kann das Schachtkraftwerk bereits ab einer Fallhöhe des Wassers von nur ein bis zwei Metern rentabel arbeiten, während ein Buchtenkraftwerk mindestens die doppelte Höhe benötigt. Ein weiterer Vorteil der Serienproduktion: Je nach Bedarf und Finanzkraft können bei einem breiteren Gewässer mehrere Schächte nebeneinander gegraben werden – auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten.

Unzählige neue Standorte werden für Investoren interessant und das Kleinwasserkraftwerk der TU München könnte einen neuen Boom bei sauberer Wasserkraft auslösen. Besondere Aktualität bekommt diese Möglichkeit durch die EU-Wasserrahmenrichtlinie. Diese verlangt, auch kleinere Flüsse für Fische durchgängig zu machen. Allein in Bayern gibt es mehrere Tausend Querbauwerke, wie etwa Wehre, die deshalb umgerüstet werden müssen, etliche erfüllen gleichzeitig die Voraussetzung für ein Schachtkraftwerk. Der Bau Tausender Fischrampen würde die EU-Staaten Milliarden kosten und das Klima mit Tonnen von Kohlendioxid belasten. Würden stattdessen Schachtkraftwerke mit Fisch-Klappe und einem zusätzlichen Fischaufstieg installiert werden, übernähmen die jeweiligen Investoren die Kosten und produzierten langfristig klimafreundlichen Strom, der für eine kleine Gemeinde ausreicht – ein Wasserkraftwerk im Flüsschen nebenan.

Ein weiteres großes Potential sehen die Forscher in den Entwicklungsländern. „Große Teile der Weltbevölkerung haben überhaupt keinen Zugang zu Energie“, klagt Rutschmann. „Ihre einzige Chance ist eine dezentrale Stromversorgung mit kostengünstigen, einfachen zu bedienenden Kraftwerken, die nicht oft gewartet werden müssen.“ Für den Fall, dass schon die Turbine nicht bezahlbar ist, hat Rutschmann eine Alternative ins Auge gefasst: „Man kann eine billige Tauchpumpe kaufen und sie rückwärts laufen lassen – das funktioniert in unserem Kraftwerk auch.“

 
 
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Kategorie(n): Wasserkraft
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