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Wasserkraft : Mehr Strom mit neuen Schaufeln

Die Turbine besteht aus Stahl, alle Teile zusammen wiegen 282 Tonnen Bild: RWE

In der Wasserkraft steckt noch Potential. Neue Anlagen wird es zwar kaum geben, aber die Leistung der bestehenden lässt sich verbessern. Dazu ist einiger Aufwand nötig.

          Seit je fühlen sich die Menschen zum Wasser hingezogen. Den Durst zu löschen mag dafür der wichtigste Grund sein, aber schon vor fünf Jahrtausenden war auch bekannt, dass es von oben nach unten fließt und so in der Lage ist, Arbeit zu verrichten. Seitdem schöpfen Räder und drehen sich Mühlsteine.

          Lukas Weber

          Redakteur im Ressort „Technik und Motor“.

          Die moderne Variante sind Wasserkraftwerke, die über die ganze Welt verteilt drei Viertel des Stroms aus erneuerbaren Energien und knapp 17 Prozent der gesamten Erzeugung bereitstellen - das ist mehr als der Anteil der Atomenergie. Allerdings konzentriert sich diese beeindruckende Menge auf einige wenige Länder mit günstigen regionalen Bedingungen. In Deutschland dümpelt die Wasserkraft mit einer installierten Leistung von etwa fünf Gigawatt (weltweit fast tausend) und grob gerechnet vier Prozent der Stromerzeugung vor sich hin. Viel mehr ist hierzulande kaum zu erwarten. Denn Wasserkraftwerke gelten zwar mit Blick auf den Schadstoffausstoß als umweltfreundlich und dienen dem Klimaziel der Bundesregierung, Staudämme und Wehre sind indessen ein beträchtlicher Eingriff in die Natur. Dass in großem Umfang neue gebaut werden ist deshalb unwahrscheinlich.

          Aber man kann die vorhandenen verbessern. Da es sich um Bauwerke mit langer Lebenszeit handelt, müssen aufgrund der Alterung irgendwann einmal wesentliche Teile ersetzt werden, und da bietet es sich an, bei dieser Gelegenheit zu prüfen, ob nicht durch den technischen Fortschritt zugleich der Wirkungsgrad verbessert werden kann. Der Vorgang nennt sich Retrofit. Er spielt sich gerade am Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern ab, das sich von der deutschen zur Schweizer Seite des Flusses erstreckt und das zweitgrößte am Hochrhein ist. Es wird von der Radag betrieben, die mehrheitlich im Besitz des Energieversorgers RWE ist.

          Kaplanturbinen

          Seit 1933 arbeitet dort ein Kraftwerk, das von einem Stauwehr aus über einen dreieinhalb Kilometer langen Kanal gespeist wird. Ende 2009 wurde flussaufwärts am Wehr ein zweites Kraftwerk in Betrieb genommen, dafür war eine Investition von rund 70 Millionen Euro notwendig. Es ist mit einer modernen horizontal durchströmten Rohrturbine ausgerüstet, deren Laufrad mit sechs Meter Durchmesser so verstellt werden kann, dass die Anlage einen Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent erreicht. 300 Kubikmeter Wasser je Sekunde passieren die Turbine, das Kraftwerk leistet bis zu 24 MW.

          Im Innenraum einer Turbine: Das Kavernenkraftwerk im hessischen Erdtal.

          Das ist, im Vergleich mit dem alten Kanalkraftwerk, noch nicht einmal viel, dort liefern drei Kaplanturbinen zusammen eine Spitzenleistung von 84 MW aus einer Wassermenge von 1100 Kubikmetern in der Sekunde, die axial auf die senkrecht angeordnete Turbine mit einem Laufraddurchmesser von sieben Metern trifft. Beide zusammen haben im Jahr 2014 rund 632 GWh Strom produziert, das entspricht dem Verbrauch von 182 000 Haushalten. Das alte Kraftwerk ist inzwischen in die Jahre gekommen, nacheinander werden die drei Turbinen bis Mitte 2019 durch neue ersetzt, zu Gesamtkosten von fast 43 Millionen Euro. Dann sollen jährlich etwa 678 GWh fließen.

          Wie ein Schiffspropeller

          Mehr Ertrag trotz gleicher Nennleistung, wie soll das gehen? Ein Wasserkraftwerk sei ein kompliziertes Gebilde, erklärt Marius Dederichs, der Leiter des Retrofit-Projekts. Jedes ist individuell an seinen Fluss angepasst. Wie viel Strom es produziert, hängt unter anderem vom Wasserstand und damit der Fallhöhe ab. Hochwasser bedeutet weniger Fallhöhe, weil sich unterhalb des Kraftwerks ein höherer Wasserpegel einstellt, und damit weniger Ertrag. Die erste der drei Turbinen wird gerade erneuert, der Schacht instandgesetzt. Die Kaplanturbine ähnelt einem Schiffspropeller, die Laufschaufeln sind aber verstellbar. Entscheidend sei das Zusammenspiel der Wasserführung im Saugrohr mit der Gestaltung des Laufrads, sagt er. Für die Entwicklung wurde ein Modell im Maßstab 1 zu 20 gebaut. Herausgekommen ist dabei eine neue Form mit nunmehr vier statt fünf Flügeln. „Weniger Reibung bedeutet mehr Leistung“, erklärt Dederichs.

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