Im Takt des Flusses

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft hat ein schlechtes Image. Obwohl 2007 in Deutschland fast jede zweite Kilowattstunde Ökostrom aus fließendem Wasser gewonnen wurde, haben erneuerbare Energien wie Biomasse und Solarenergie weit mehr Anhänger. Der Grund: "In der Vergangenheit hat man viele Wasserkraftwerke ohne Rücksicht auf die Umwelt gebaut", sagt der Karlsruher Wasserbauingenieur Andreas Roth.Für die Anlagen wurden oftmals Flüsse begradigt und vertieft. Die Staumauern und Dämme behindern Fische auf ihrer Wanderung zu den Laichgründen. Außerdem fehlt das aufgestaute Wasser häufig im Flussabschnitt unterhalb des Kraftwerks - der niedrigere Wasserspiegel beeinträchtigt dort das Leben von Pflanzen und Tieren. "Der weitere Ausbau der Wasserkraft in Deutschland kann nur im Einklang mit den Interessen des Gewässer- und Naturschutzes erfolgen", betont Werner Rohrmoser, Energieexperte im Bundesumweltministerium.Bis zum Jahr 2020 will die Bundesregierung den Anteil des regenerativ erzeugten Stroms von heute rund 14 auf mindestens 25 Prozent steigern. Die mehr als 7 700 deutschen Wasserkraftwerke sind dafür unverzichtbar, denn sie erzeugen derzeit mit rund 45 Prozent bereits einen Großteil des Ökostroms. Das Bundesumweltministerium geht davon aus, dass in Deutschland die Wasserkraft insgesamt um rund 800 Megawatt ausgebaut werden könnte - was der Leistung eines großen Kohlekraftwerks entspricht. Vor allem aber haben Wasserkraftwerke beim Betrieb entscheidende Vorteile: Anders als Wind und Sonne liefern sie unabhängig von Wetter und Saison das ganze Jahr über Elektrizität. Die Anlagen sind außerdem sehr robust und arbeiten oft viele Jahrzehnte lang."Wasserkraft kann man auch im Einklang mit der Natur nutzen" - davon ist Andreas Roth überzeugt. Der Geschäftsführer der Karlsruher Firma Hydro-Energie plant seit mehr als zwanzig Jahren Wasserkraftanlagen. Jetzt haben die beiden ein Kraftwerk entwickelt, das die Umwelt weniger schädigt, kompakter ist als herkömmliche Technik und zudem effizienter Strom erzeugt. "Außerdem ist es das weltweit erste Kraftwerk, das sich unter Wasser bewegt", sagt Roth.Wasserkraftwerke verwandeln die Energie von gestautem Wasser in elektrischen Strom. Das gestaute Oberwasser fließt zunächst durch einen Rechen, der Holz und anderes Treibgut zurückhält. Außerdem sorgt er dafür, dass möglichst wenig Fische ins Kraftwerk geraten. Dann strömt das Wasser über eine nach unten führende Rohrleitung in eine oder mehrere Turbinen. Die Kraft des fließenden Wassers versetzt die Turbinenschaufeln in Drehung. Die rotierende Turbine treibt über eine Welle einen Generator an, der Strom erzeugt. Die Stromausbeute ist dabei umso höher, je größer die Fallhöhe des Wassers oder je höher die Wassermenge ist.Auch die Anlage der Karlsruher Ingenieure funktioniert nach diesem Prinzip. Völlig neu ist dagegen die Form des Krafthauses, das Turbine und Generator enthält. Es besteht aus einem 18 Meter langen und 5 Meter breiten Stahlkörper, der komplett unter der Wasseroberfläche liegt. Er ist in einen nach oben offenen Betontrog eingebettet (siehe Grafik).Das Besondere: Das Krafthaus ist an seinem oberen Ende drehbar gelagert. Es kann dadurch wie ein stählerner Arm nach unten und nach oben bewegt werden. Bei niedrigem Wasserstand liegt das Krafthaus mit seinem unteren Ende auf dem Boden des Betontrogs auf. Führt der Fluss viel Wasser, wird es automatisch über Hydraulikzylinder bis zu 2,5 Meter nach oben geschwenkt. Da der Stahlkörper unter der Wasseroberfläche liegt, wird er oben und unten vom Fluss umströmt. Dadurch entsteht am Ende des Krafthauses ein starker Sog, der die Druckunterschiede in der Turbine erhöht. "Der Sog bewirkt, dass wir rund zehn Prozent mehr Strom gewinnen als ein herkömmliches Kraftwerk gleicher Größe", sagt Roth. Die Anlage könne daher kleiner gebaut werden. Nach Angaben Roths sind zudem die Baukosten um ein Viertel geringer als bei vergleichbaren Anlagen.Besonderen Wert legt der Wasserbauingenieur auf die Umweltverträglichkeit des Kraftwerks: "Unsere Technik stört Fische nicht bei ihrer Wanderung." Schwimmen sie stromabwärts, können sie über das röhrenförmige Krafthaus hinweg- oder darunter hindurchschwimmen. Für flussaufwärts wandernde Tiere erhält jede Anlage eine separate Fischtreppe. Aber nicht nur für Fische ist das bewegliche Kraftwerk kein Hemmnis mehr. Auch Kies, Sand und Geröll können die Anlage nicht verstopfen - eine Gefahr, die herkömmlichen Kraftwerken besonders bei Hochwasser droht. Das Material wird einfach unter dem hochgeschwenkten Krafthaus weggeschwemmt. Holz und anderes Treibgut schiebt ein Stahlbügel über den bogenförmigen Rundrechen am Eingang des Krafthauses - das Material schwimmt dann über die Anlage hinweg.Außerdem braucht das Kraftwerk kein großes Stauwehr und es arbeitet auch dort effektiv, wo die Fallhöhe des Wassers nur rund drei Meter beträgt. Roth zufolge gibt es solche Voraussetzungen vielfach an Deutschlands Flüssen. Dazu gehören alte Mühlen sowie Staustufen und Wehre, die gebaut wurden, um die Wucht von Hochwasser zu brechen.Derzeit plant Hydro-Energie vier Kraftwerke in Baden-Württemberg und Thüringen mit Leistungen zwischen 60 und 600 Kilowatt. Das erste soll im Herbst im thüringischen Bad Sulza an der Ilm in Betrieb gehen. Die Karlsruher sind sicher, dass ihre Technik nicht nur in Deutschland einen umweltverträglichen Ausbau der Wasserkraft möglich macht. "Auch in Schwellen- und Entwicklungsländern kann sie zur klimaschonenden, dezentralen Energieversorgung beitragen", sagt Roth.Ganz neu ist das Konzept der Firma Hydro-Energy aber nicht. "Es gibt einige Firmen, die an beweglichen Turbinen arbeiten", berichtet Werner Rohrmoser vom Bundesumweltministerium. Doch die Anlagen hätten meist geringe Wirkungsgrade. "Der Ansatz der Karlsruher Ingenieure ist derzeit am vielversprechendsten", sagt Rohrmoser.Solche Anlagen passen gut ins Konzept seines Ministeriums, das die Förderung von Ökostrom ändern möchte. Im Dezember vergangenen Jahres beschloss das Bundeskabinett, die Vorgaben für die finanzielle Unterstützung von Energieerzeugern im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) neu zu formulieren. Das EEG regelt seit dem Jahr 2000 unter anderem, wie viel Geld Stromerzeuger für die Kilowattstunde Ökostrom erhalten, die sie ins Netz einspeisen.Der Entwurf zur Novelle sieht vor, dass künftig alle Betreiber von Wasserkraftwerken für ihren eingespeisten Strom eine Vergütung nach dem EEG erhalten. Vor allem aber will das Ministerium durchsetzen, dass die Betreiber für eine Kilowattstunde aus umweltverträglichen Wasserkraftwerken mehr Geld bekommen als für Strom aus veralteten Anlagen. Das würde den Besitzern einen Anreiz bieten, ihre Wasserkraftwerke zu modernisieren. Rohrmoser: "So würden künftig Flüsse und deren Lebensgemeinschaften weniger geschädigt."------------------------------Grafik: Das Wasserkraftwerk bewegt sich je nach Wasserstand im Fluss auf und ab. Dadurch können Fische und Treibgut die Anlage problemlos passieren.------------------------------Foto: Überall, wo Wasser herabstürzt, wie an diesem Donauwehr bei Neuburg in Bayern, können Wasserkraftwerke errichtet werden und umweltfreundlich Strom erzeugen. Eine neue Anlage zur Energiegewinnung soll sich sogar auf Hochwasser (Foto) einstellen können.