Wasserkraft

 

Wasserkraftwerk in Niederense

Heute ist Wasserkraft weltweit die am intensivsten genutzte der erneuerbaren Energien. Erneuerbar deshalb, weil bei dieser Art der Stromgewinnung im Prinzip keine Rohstoffe verbraucht werden. Durch den Kreislauf des Wassers aus Verdunstung und Niederschlag steht es als Energiequelle immer wieder zur Verfügung.

Potentielle Energie steckt im Wasser oberhalb des Meeresspiegels überall. Wo es ein Gefälle gibt, kann diese Energie genutzt werden – die Bewegung des Wassers treibt dann mechanische Geräte wie beispielsweise Laufräder an. Lässt man das Wasser durch Turbinen strömen, werden diese in Bewegung gebracht. Mithilfe von Generatoren kann solche mechanische Bewegungsenergie dann in elektrischen Strom umgewandelt werden.

Wie gut sich die Kraft des Wassers zur Energiegewinnung nutzen lässt, hängt von den landschaftlichen Voraussetzungen vor Ort ab. So ist neben Höhenunterschieden etwa die regionale Niederschlagsmenge dafür von Bedeutung. Mit dem Niederschlag ändert sich der Wasserstand eines Flusses und damit auch seine Nutzbarkeit zur Energiegewinnung. Trocknet ein Fluss im Sommer aus, kann er auch keine Laufräder oder Turbinen mehr antreiben. An Wasserkraftanlagen setzt man daher Staustufen ein, die einen ausreichenden Wasserstand aufrechterhalten. Zugleich können solche Wasserreservoire als Trinkwasserspeicher genutzt werden. An den Stauseen der Ruhr wird so mithilfe des Wassers elektrischer Strom erzeugt.

Ein Vorteil der Wasserkraft gegenüber anderen Arten der Energiegewinnung ist ihr hoher Wirkungsgrad, das heißt, dass ein großer Teil der Energie auch tatsächlich verlustfrei genutzt werden kann. Außerdem zeichnet sich die Wasserkraft durch gute Speicherbarkeit aus – wird das Wasser gestaut, kann es im Bedarfsfall kurzfristig zur Stromproduktion genutzt werden. Nicht zuletzt ist die Wasserkraft verglichen mit der Verbrennung fossiler Energieträger arm an Abfallprodukten wie Kohlendioxid oder radioaktiven Abfällen.

Auch mit der Wasserkraft sind jedoch ökologische Schwierigkeiten verbunden. Durch den Neubau eines Wasserkraftwerks beziehungsweise eines dazugehörigen Staubeckens in einem Fluss, wird dessen Wasserhaushalt verändert. Das hat etwa Auswirkungen auf Temperatur und Sauerstoffkonzentration des Wassers sowie auf den Nährstofftransport in Flüssen. Das Bauwerk selbst stellt für die Tiere in einem Fluss ein Hindernis dar, das ihre natürlichen Wanderwege blockiert.

Um solchen negativen Folgen entgegenzusteuern, können Ausgleichsmaßnahmen ergriffen werden. Dazu gehört der Bau von Fischtreppen, die den Tieren ermöglichen, am Kraftwerk vorbei zu wandern. Auch eine möglichst naturnahe Gestaltung der Staubereiche kann die ökologischen Folgen abmildern, ebenso Turbinen, die das Wasser wieder mit Sauerstoff anreichern.

Ein Eingriff in die Flusslandschaft bleibt der Bau eines Wasserkraftwerks dennoch. Insbesondere bei Großprojekten kann das mit erheblichen ökologischen und sozialen Problemen verbunden sein. Ein Beispiel hierfür ist der Dreischluchtenstaudamm in China. Auf der anderen Seite können Stauseen, die der Wasserkraft dienen, auch zum Hochwasserschutz beitragen, weil sie den Wasserstand regulieren helfen. Die Aufgabe der Wasserkraft bleibt, einen sinnvollen Kompromiss zu suchen zwischen dem Bedürfnis Energie zu gewinnen und dem Schutz der natürlichen Gewässer.

Wie funktioniert eine Schleuse?

Schleuse in Essen-Kettwig

Schleusen sind Bauwerke, die dazu dienen, dass Wasserfahrzeuge unterschiedliche Wasserstände zwischen zwei Gewässerteilen überwinden können. Mit ihrer Hilfe kann ein Schiff, das auf einem Fluss oder Kanal unterwegs ist, angehoben oder abgesenkt werden, bis es das gewünschte Wasserniveau erreicht.

Bei Fließgewässern sind dafür normalerweise keine Pumpen erforderlich. Nachdem ein Schiff in die Schleusenkammer eingefahren ist, fließt das Wasser von dort ab ins Unterwasser – wie man den niedriger gelegenen Flussteil nennt. Sobald das Schiff dann auf den Wasserstand des Unterwassers abgesenkt wurde, wird das Schleusentor geöffnet und das Schiff kann seine Fahrt fortsetzen. Im umgekehrten Fall, also wenn das Wasserfahrzeug angehoben werden soll, lässt man der Schleusenkammer Wasser aus dem höher gelegenen Gewässerteil zufließen, solange bis das Schiff auf dessen Höhe angelangt ist. Hier ist die Funktionsweise einer Schleuse in Form einer Grafik veranschaulicht.

An der Ruhr haben Schleusen eine lange Geschichte. Schon im 18. Jahrhundert wurden eine ganze Reihe von ihnen angelegt, um den sogenannten Ruhraaken, die auf dem Fluss Kohle transportierten, die Fahrt zu ermöglichen. Zwar hat der Kohletransport auf dem Fluss seine Hochphase lange hinter sich, doch Schleusen spielen an der Ruhr immer noch eine wichtige Rolle für die Nutzung des Flusses als Wasserstraße. So verbindet beispielsweise der Ruhrschifffahrtskanal den Mülheimer mit dem Duisburger Hafen. Hier hebt und senkt die Ruhrschleuse circa 9.000 Schiffe im Jahr. Gemeinsam mit der Schleuse im Rhein-Herne-Kanal hilft sie den Wasserfahrzeugen damit, das rund zehn Meter betragende Gefälle zwischen den beiden Städten an der Ruhr zu überwinden.

Wie funktioniert eine Talsperre?

Luftaufnahme der Möhnetalsperre

Häufig trifft man auf Talsperren ohne sie direkt als solche zu erkennen. Auffallen tun sie meist nur durch ihre beeindruckende Größe, denn die dahinterliegende Technik ist für den Betrachter unsichtbar. Hinter den Mauern des massiven Bauwerkes befinden sich hochkomplizierte technische Anlagen, die für das Stauen von fließendem Wasser zuständig sind. Dabei umfasst die Breite einer Talsperre mehr als nur den Querschnitt der Wasseroberfläche, nämlich die komplette Breite des Tals. Hauptfunktionen von Talsperren sind die Trink- und Betriebswasserversorgung, die Energieerzeugung, der Hochwasserschutz und die Niedrigwasseraufhöhung.

Talsperren müssen besonders hohen Sicherheitsanforderungen genügen und vom Betreiber besonders sorgfältig überwacht werden, da sie nicht nur komplizierte technische Anlagen beherbergen, sondern auch sehr viel potenzielle Energie speichern.

Die acht Talsperren entlang der Ruhr, mit einem Gesamtvolumen von 463

Luftaufnahme der Biggetalsperre.

Millionen Kubikmetern, bilden das größte zusammenhängende Talsperrensystem entlang eines einzigen Flussgebietes in Deutschland. Im Ruhrgebiet dienen die Talsperren vor allem der Trinkwasserversorgung von rund fünf Millionen Menschen und der Verringerung von Hochwasserspitzen. Gesteuert werden die Talsperren dabei nicht etwa vor Ort jeder einzelnen Talsperre sondern zentral aus der Talsperrenleitzentrale des Ruhrverbandes in Essen.

Was ist ein Stausee?

Foto: Ruhrverband
Baldeneysee

Die Reinigung des Abwassers war schon lange ein Thema noch weit bevor hochtechnisierte Klärverfahren entwickelt wurden, wie sie in den modernen Kläranlagen zu finden sind. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es bereits mechanische Klärtechniken, jedoch wurden lange nicht alle Abwässer durch diese geleitet. Um das Wasser dennoch rein zu halten und Trinkwasserqualität herzustellen wurden Stauseen als Flusskläranlagen gebaut. Das dahinter stehende Prinzip ist die Reduzierung der Fließgeschwindigkeit und Verlängerung der Laufzeit, wodurch absetzbare Stoffe aus dem Flusswasser entfernt werden. Die Vergrößerung der Wasseroberfläche erhöht darüber hinaus die Wirksamkeit von Sonne und Wind und begünstigt die Sauerstoffaufnahme, wodurch biologische Abbauprozesse im Wasser gefördert werden.

Trotz der fortschreitenden Technisierung der Abwasserreinigung kann auf die natürlichen Flusskläranlagen nicht verzichtet werden. Im Stausee findet die Feinreinigung statt, ein Selbstreinigungsprozess des Wassers, wodurch sich die Wasserqualität des Flusses beim Durchfließen der Stauseen deutlich verbessert. Die Staustufen eines Stausees können darüber hinaus zur Erzeugung von Strom durch Wasserkraft genutzt werden, weshalb die Ruhrstauseen mit Wasserkraftanlagen ausgerüstet wurden. Jährlich werden hier 92,5 Kilowattstunden erzeugt.

Doch die Bedeutung der Stauseen ist nicht nur eine praktische. Als Naherholungsgebiete laden die Ruhrstauseen zu zahlreichen Aktivitäten ein.

Stauseen im Ruhrverlauf sind:

Hengsteysee, eingestaut 1929
Harkortsee, eingestaut 1931
Baldeneysee, eingestaut 1933
Kettwiger See, eingestaut 1950
Kemnader See, eingestaut 1979