Wasserkraft ist die aelteste Form der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen und in Deutschland nach Wind und Photovoltaik die drittgroesste im Erneuerbaren-Mix. Sie liefert verlaesslich Strom, auch nachts und im Winter. Gleichzeitig sind die Ausbaumoeglichkeiten hierzulande weitgehend ausgeschoepft. Wir zeigen, welche Anlagentypen es gibt, wie viel Strom sie erzeugen, welche Rolle Pumpspeicher spielen und wo die oekologischen Grenzen liegen.
Wie ein Wasserkraftwerk Strom erzeugt
Das Prinzip ist einfach: Wasser wird oberhalb des Kraftwerks aufgestaut oder ueber ein Gefaelle geleitet und stroemt durch eine Turbine. Diese treibt einen Generator an. Entscheidend sind zwei Groessen - die Fallhoehe in Metern und der Durchfluss in Kubikmetern pro Sekunde. Aus dem Produkt beider Werte ergibt sich die Leistung: Je hoeher das Wasser faellt und je mehr davon fliesst, desto mehr Strom entsteht.
Je nach Topografie und Nutzungszweck kommen unterschiedliche Turbinen zum Einsatz: Kaplan-Turbinen bei niedriger Fallhoehe und grossem Durchfluss, Francis-Turbinen im mittleren Bereich und Pelton-Turbinen bei sehr grossen Fallhoehen und kleinen Wassermengen, wie sie in Gebirgsspeichern ueblich sind.
- Fallhoehe: Hoehenunterschied zwischen Oberwasser und Unterwasser, in Deutschland meist 2 bis 200 m
- Durchfluss: Wassermenge in Kubikmetern pro Sekunde, abhaengig von Jahreszeit und Niederschlag
- Wirkungsgrad: moderne Turbinen und Generatoren erreichen zusammen 85 bis 92 Prozent
- Regelbarkeit: Speicher- und Pumpspeicher koennen in Minuten hoch- und herunterfahren
- Lebensdauer: Bauwerke halten 60 bis 100 Jahre, Turbinen etwa 30 bis 50 Jahre
Drei Anlagentypen im Vergleich
In Deutschland werden drei Grundtypen unterschieden. Laufwasserkraftwerke nutzen den natuerlichen Abfluss eines Flusses ohne nennenswerten Speicher, ihr Ertrag folgt dem Wasserdargebot. Speicherkraftwerke stauen Wasser in einem Becken und koennen die Abgabe zeitlich steuern. Pumpspeicherkraftwerke sind dagegen reine Stromspeicher: Sie pumpen Wasser bei Stromueberschuss nach oben und erzeugen bei Bedarf wieder Strom daraus.
| Anlagentyp | Typische Fallhoehe | Installierte Leistung (ca.) | Jahreserzeugung (ca.) | Speicherfaehigkeit |
|---|---|---|---|---|
| Laufwasserkraftwerk | 2 bis 15 m | ca. 4,3 GW | ca. 17 TWh | keine, folgt dem Abfluss |
| Speicherkraftwerk | 50 bis 200 m | ca. 1,3 GW | ca. 4 TWh | Tage bis Monate (Jahresspeicher) |
| Pumpspeicherkraftwerk | 200 bis 800 m | ca. 6,5 GW | ca. 5 bis 6 TWh | Stunden bis Tage, ca. 40 GWh |
Die installierte Leistung aller Wasserkraftwerke ohne Pumpspeicher liegt in Deutschland bei ungefaehr 5,6 Gigawatt. Pumpspeicher kommen mit rund 6,5 Gigawatt Turbinenleistung hinzu. Damit ist Deutschland bei der reinen Laufwasserkraft praktisch am Ende der Fahnenstange angekommen - die wenigen wirtschaftlich nutzbaren Standorte sind bebaut.
Leistung, Erzeugung und Anteil am Strommix
Die Wasserkraft erzeugt in Deutschland rund 20 bis 23 Terawattstunden Strom pro Jahr. Das entspricht einem Anteil von etwa vier Prozent an der Bruttostromerzeugung. In niederschlagsreichen Jahren sind es mehr, in trockenen Jahren deutlich weniger - der Unterschied zwischen einem nassen und einem trockenen Jahr kann mehrere Terawattstunden ausmachen.
| Kennzahl | Laufwasser | Speicher | Pumpspeicher |
|---|---|---|---|
| Anteil an installierter Leistung | ca. 77 % | ca. 23 % | separat ca. 6,5 GW |
| Anteil an der Erzeugung | ca. 80 % | ca. 20 % | Umlaufspeicher |
| Verfuegbarkeit im Jahr | nur mit Abfluss | steuerbar | jederzeit |
| Rolle im Netz | Grundlast | Mittellast, Spitzenlast | Regelenergie, Speicher |
| Wichtigste Regionen | Bayern, Baden-Wuerttemberg, NRW | Alpen, Mittelgebirge | Thueringen, Sachsen, BW |
Wirtschaftlich interessant ist Wasserkraft vor allem wegen ihrer Planbarkeit. Ein Laufwasserkraftwerk liefert rund um die Uhr, solange Wasser fliesst, und zwar unabhaengig von Sonne und Wind. Diese Eigenschaft macht den vergleichsweise kleinen Beitrag zur Strommenge fuer die Netzstabilitaet wertvoller, als die reine Terawattstundenzahl vermuten laesst.
Pumpspeicher: der groesste Stromspeicher Deutschlands
Pumpspeicherkraftwerke sind heute der einzige grossvolumige Stromspeicher, der in Deutschland in nennenswertem Umfang zur Verfuegung steht. Sie bestehen aus zwei Becken auf unterschiedlicher Hoehe. Wird viel Wind- oder Solarstrom erzeugt und ist der Boersenpreis niedrig, pumpt die Anlage Wasser in das obere Becken. Bei hoher Nachfrage laeuft das Wasser zurueck und treibt die Turbinen an.
Der Wirkungsgrad eines Pumpspeichers liegt bei ungefaehr 75 bis 82 Prozent. Das heisst: Von 100 Kilowattstunden Pumpstrom kommen rund 80 Kilowattstunden wieder heraus. Wirtschaftlich funktioniert das ueber die Preisdifferenz zwischen billigen und teuren Stunden - die sogenannte Arbitrage - sowie ueber die Bereitstellung von Regelenergie.
| Anlage | Bundesland | Leistung (ca.) | Arbeitsvermoegen (ca.) |
|---|---|---|---|
| Goldisthal | Thueringen | 1.060 MW | ca. 8,5 GWh |
| Markersbach | Sachsen | 1.050 MW | ca. 6,3 GWh |
| Wehr | Baden-Wuerttemberg | 980 MW | ca. 5,6 GWh |
| Waldeck II | Hessen | 480 MW | ca. 3,4 GWh |
| Witznau | Baden-Wuerttemberg | 220 MW | ca. 1,1 GWh |
Zusammen kommen die deutschen Pumpspeicher auf ein Arbeitsvermoegen von ungefaehr 40 Gigawattstunden. Zum Vergleich: Der deutsche Stromverbrauch liegt an einem durchschnittlichen Tag bei rund 1.300 Gigawattstunden. Pumpspeicher koennen den Bedarf also fuer kurze Zeit puffern, aber keine Dunkelflaute von mehreren Tagen ueberbruecken.
Regionale Schwerpunkte in Deutschland
Wasserkraft ist regional stark konzentriert. Bayern und Baden-Wuerttemberg erzeugen zusammen etwa 60 Prozent des deutschen Wasserstroms - beguenstigt durch die Gefaelle von Donau, Inn, Isar, Lech, Neckar und Main sowie durch Speicher im Alpenraum. Es folgen Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen und Rheinland-Pfalz mit Anlagen an Rhein, Mosel, Weser und Ruhr.
- Bayern: rund 30 Prozent der deutschen Wasserstromerzeugung, Schwerpunkt Donau, Inn, Isar
- Baden-Wuerttemberg: rund 30 Prozent, Schwerpunkt Rhein, Neckar, Hochrhein
- Nordrhein-Westfalen: Anlagen an Rhein, Ruhr, Sieg, Agger, teils mit jahrhundertealter Tradition
- Niedersachsen und Hessen: Mittelgebirgsstandorte und Weserlaufwasserkraft
- Thueringen und Sachsen: vor allem Pumpspeicher in den Mittelgebirgen
In Norddeutschland fehlen die Gefaelle fast vollstaendig. Die Flaechenlaender Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein tragen deshalb nur sehr wenig zur Wasserstromerzeugung bei - hier dominieren Wind und Photovoltaik.
Kleinwasserkraft und Eigenversorgung
Neben den grossen Anlagen gibt es in Deutschland mehrere tausend Kleinwasserkraftwerke mit einer Leistung unter einem Megawatt. Viele stehen an historischen Muehlenstandorten, an Wehren oder an kleinen Baechen. Zusammen kommen sie auf rund 1,2 Gigawatt installierte Leistung und ungefaehr vier Terawattstunden Jahreserzeugung.
Fuer eine wirtschaftliche Kleinanlage braucht es mindestens etwa 1,5 bis 3 Meter Fallhoehe und einen Durchfluss von grob 100 bis 500 Litern pro Sekunde. Realistische Leistungen liegen dann zwischen 5 und 50 Kilowatt. Solche Anlagen lohnen sich vor allem, wenn ein Eigenverbrauch vorhanden ist - etwa in einem Saegewerk, einer Landwirtschaft oder einem abgelegenen Betrieb.
Der Aufwand ist dabei nicht zu unterschaetzen: Neben der Turbine sind Rechen, Fischschutz, eine wasserrechtliche Erlaubnis und eine Abstimmung mit dem Gewaesserunterhalt noetig. Die Amortisation liegt je nach Standort bei ungefaehr 8 bis 15 Jahren, bei sehr kleinen Anlagen auch darueber.
Oekologische Auflagen: Fischtreppe und Restwassermenge
Wasserkraft gilt als erneuerbar, greift aber unmittelbar in Fliessgewaesser ein. Deshalb unterliegen Neu- und Umbauten strengen Vorgaben der europaeischen Wasserrahmenrichtlinie und des Wasserhaushaltsgesetzes. Ziel ist die oekologische Durchgaengigkeit der Fluesse und ein ausreichender oekologischer Zustand.
- Fischaufstieg und Fischabstieg: Fischtreppen, Umgehungsgerinne oder Hebeanlagen sind bei Querbauwerken Pflicht
- Restwassermenge: In Ausleitungsstrecken muss eine Mindestwassermenge im urspruenglichen Bett verbleiben
- Fischschutz: feingliedrige Rechen und schonende Turbinen verringern Schaeden an Fischen
- Schwall und Sunk: schnelle Abgabeschwankungen muessen begrenzt werden, um Uferbereiche zu schuetzen
- Geschiebemanagement: Sedimente duerfen nicht dauerhaft im Stauraum festgehalten werden
Diese Auflagen sind der Hauptgrund, warum der Neubau von Wasserkraftanlagen in Deutschland teuer und langwierig ist. Genehmigungsverfahren dauern oft mehrere Jahre, und nicht jede Modernisierung laesst sich wirtschaftlich darstellen.
Ausbaupotenzial und Grenzen
Das technisch und oekologisch vertretbare Ausbaupotenzial der Wasserkraft in Deutschland ist gering. Realistisch sind durch Modernisierung bestehender Anlagen, hoehere Wirkungsgrade und einzelne Kleinwasserkraftstandorte vielleicht zwei bis drei Terawattstunden zusaetzliche Jahreserzeugung. Das entspricht einem Plus von rund zehn Prozent gegenueber heute - deutlich weniger, als bei Wind und Photovoltaik moeglich ist.
Groesser ist das Potenzial bei der Flexibilitaet. Neue Pumpspeicher, die Erweiterung bestehender Becken und der Einsatz von Turbinen, die auch im Pumpbetrieb regelbar sind, helfen dabei, die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne auszugleichen. Auch die Kombination von Wasserkraft mit Batteriespeichern an bestehenden Standorten wird erprobt.
Fuer Verbraucher bedeutet das: Wasserkraft wird in Deutschland ein verlaesslicher, aber kleiner Baustein bleiben. Wer Wasserkraftstrom beziehen will, findet entsprechende Tarife mit Herkunftsnachweisen - der oekologische Mehrwert liegt dabei weniger im zusaetzlichen Ausbau als in der Unterstuetzung von Modernisierung und Renaturierung.
Haeufige Fragen
Wie viel Strom kommt in Deutschland aus Wasserkraft?
Ungefaehr 20 bis 23 Terawattstunden pro Jahr, das entspricht einem Anteil von etwa vier Prozent an der Bruttostromerzeugung. Zusammen mit den Pumpspeichern liegt die installierte Leistung bei rund 12 Gigawatt.
Was ist der Unterschied zwischen Speicherkraftwerk und Pumpspeicher?
Ein Speicherkraftwerk nutzt natuerlichen Zufluss aus einem Stausee und kann die Abgabe zeitlich steuern. Ein Pumpspeicher ist ein reiner Stromspeicher: Er pumpt Wasser bei Stromueberschuss nach oben und erzeugt bei Bedarf wieder Strom, mit einem Wirkungsgrad von rund 75 bis 82 Prozent.
Warum wird Wasserkraft in Deutschland kaum noch ausgebaut?
Die geeigneten Standorte sind weitgehend bebaut, und die oekologischen Auflagen sind hoch: Fischtreppen, Restwassermengen und Gewaesserschutz machen Neubauten teuer und langwierig. Realistisch sind noch zwei bis drei Terawattstunden Zusatzertrag durch Modernisierung.
Lohnt sich ein eigenes Kleinwasserkraftwerk?
Nur bei passenden Bedingungen: mindestens etwa 1,5 bis 3 Meter Fallhoehe und 100 bis 500 Liter Durchfluss pro Sekunde, dazu eine vorhandene wasserrechtliche Erlaubnis und moeglichst hoher Eigenverbrauch. Die Amortisation liegt meist bei 8 bis 15 Jahren.