Wasserkraft ist weltweit die mit Abstand größte erneuerbare Energiequelle und produziert über doppelt so viel Energie wie Windkraft und über viermal so viel wie Solarenergie. Und das Pumpen von Wasser auf einen Hügel, auch Pumpspeicherkraftwerke genannt, macht weit über 90 % der weltweiten Energiespeicherkapazität aus.
Doch trotz der enormen Bedeutung der Wasserkraft hören wir in den USA nicht viel darüber. Während in den letzten Jahrzehnten die Preise für Wind- und Solarenergie stark gesunken und die Verfügbarkeit sprunghaft angestiegen ist, blieb die Stromerzeugung aus Wasserkraft im Inland relativ stabil, da das Land bereits Wasserkraftwerke an den geografisch idealsten Standorten errichtet hat.
International sieht die Sache anders aus. China hat sein Wirtschaftswachstum in den letzten Jahrzehnten durch den Bau Tausender neuer, oft riesiger Wasserkraftwerke vorangetrieben. Afrika, Indien und andere Länder in Asien und im Pazifik werden dasselbe tun.
Ein Ausbau ohne strenge Umweltaufsicht könnte jedoch zu Problemen führen, da Staudämme und Stauseen die Ökosysteme der Flüsse und die umliegenden Lebensräume beeinträchtigen. Jüngste Studien zeigen, dass Stauseen mehr Kohlendioxid und Methan ausstoßen können als bisher angenommen. Klimabedingte Dürre macht Wasserkraft zudem zu einer weniger zuverlässigen Energiequelle, da Staudämme im amerikanischen Westen einen erheblichen Teil ihrer Stromerzeugungskapazität verloren haben.
„In einem typischen Jahr erzeugt der Hoover-Staudamm etwa 4,5 Milliarden Kilowattstunden Energie“, sagte Mark Cook, Manager des legendären Hoover-Staudamms. „Im aktuellen Zustand des Sees sind es eher 3,5 Milliarden Kilowattstunden.“
Experten sind jedoch der Meinung, dass Wasserkraft in einer Zukunft, die zu 100 % aus erneuerbaren Energien besteht, eine große Rolle spielen wird. Daher ist es unabdingbar, zu lernen, wie diese Herausforderungen gemeistert werden können.
Heimische Wasserkraft
Im Jahr 2021 machte die Wasserkraft in den USA etwa 6 % der Stromerzeugung im Versorgungsmaßstab und 32 % der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aus. Im Inland war sie bis 2019 die größte erneuerbare Energiequelle, wurde dann aber von der Windkraft überholt.
In den USA wird im kommenden Jahrzehnt kein großes Wachstum der Wasserkraft erwartet, was teilweise auf die aufwendigen Lizenzierungs- und Genehmigungsverfahren zurückzuführen ist.
„Das Genehmigungsverfahren kostet Dutzende Millionen Dollar und erfordert jahrelangen Aufwand. Und für manche dieser Anlagen, insbesondere kleinere, fehlt einfach das Geld oder die Zeit“, sagt Malcolm Woolf, Präsident und CEO der National Hydropower Association. Er schätzt, dass Dutzende verschiedener Behörden an der Lizenzierung oder Neulizenzierung eines einzigen Wasserkraftwerks beteiligt sind. Das Verfahren dauere länger als die Lizenzierung eines Atomkraftwerks, sagte er.
Da das durchschnittliche Wasserkraftwerk in den USA über 60 Jahre alt ist, müssen viele bald eine neue Lizenz erhalten.
„Wir könnten also mit einer Flut von Lizenzrückgaben konfrontiert werden, was ironisch ist, gerade als wir versuchen, die Menge an flexibler, kohlenstofffreier Stromerzeugung in diesem Land zu steigern“, sagte Woolf.
Das Energieministerium ist jedoch der Ansicht, dass durch die Modernisierung alter Kraftwerke und die zusätzliche Stromversorgung bestehender Staudämme Potenzial für ein Wachstum im Inland besteht.
„Wir haben 90.000 Staudämme in diesem Land, die meisten davon wurden zum Hochwasserschutz, zur Bewässerung, zur Wasserspeicherung und für die Freizeitgestaltung gebaut. Nur drei Prozent dieser Staudämme werden tatsächlich zur Stromerzeugung genutzt“, sagte Woolf.
Das Wachstum in diesem Sektor beruht auch auf dem Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke, die als Mittel zur „Sicherung“ erneuerbarer Energien immer beliebter werden, indem überschüssige Energie für den Einsatz in Zeiten gespeichert wird, in denen die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht.
Bei der Stromerzeugung funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk wie ein herkömmliches Wasserkraftwerk: Wasser fließt vom oberen in das untere Reservoir und treibt dabei eine Turbine zur Stromerzeugung an. Der Unterschied besteht darin, dass sich ein Pumpspeicherkraftwerk wieder aufladen kann. Dabei nutzt es Strom aus dem Netz, um Wasser von unten in das höher gelegene Reservoir zu pumpen. So wird potenzielle Energie gespeichert, die bei Bedarf freigesetzt werden kann.
Während Pumpspeicherkraftwerke heute eine Stromerzeugungskapazität von rund 22 Gigawatt haben, sind derzeit Projekte mit einer Kapazität von über 60 Gigawatt in der Entwicklungspipeline. Nur China ist noch stärker.
In den letzten Jahren haben die Genehmigungsanträge für Pumpspeichersysteme deutlich zugenommen, und neue Technologien werden in Betracht gezogen. Dazu gehören Anlagen mit geschlossenem Kreislauf, bei denen keiner der beiden Speicher an eine externe Wasserquelle angeschlossen ist, oder kleinere Anlagen, die Tanks anstelle von Speicherbecken verwenden. Beide Methoden dürften die Umwelt weniger belasten.
Emissionen und Dürre
Das Aufstauen von Flüssen oder der Bau neuer Stauseen kann die Fischwanderung behindern und umliegende Ökosysteme und Lebensräume zerstören. Staudämme und Stauseen haben im Laufe der Geschichte sogar Millionen von Menschen, meist indigene oder ländliche Gemeinschaften, vertrieben.
Diese Schäden sind allgemein bekannt. Doch eine neue Herausforderung – die Emissionen aus Stauseen – rückt nun verstärkt in den Fokus.
„Was die Leute nicht wissen, ist, dass diese Stauseen tatsächlich große Mengen Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre ausstoßen, beides starke Treibhausgase“, sagt Ilissa Ocko, leitende Klimaforscherin beim Environmental Defense Fund.
Die Emissionen entstehen durch verrottende Vegetation und andere organische Stoffe, die bei Überflutung eines Gebiets, um einen Stausee zu bilden, zerfallen und Methan freisetzen. „Normalerweise wandelt sich dieses Methan dann in Kohlendioxid um, aber dafür braucht man Sauerstoff. Und wenn das Wasser sehr, sehr warm ist, verarmt der Sauerstoff in den unteren Schichten“, sagte Ocko. Das bedeutet, dass Methan in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Was die globale Erwärmung angeht, ist Methan in den ersten 20 Jahren nach seiner Freisetzung über 80-mal wirksamer als CO2. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass in heißeren Regionen der Welt, wie Indien und Afrika, tendenziell mehr umweltschädliche Anlagen vorhanden sind, während Stauseen in China und den USA laut Ocko kein besonderes Problem darstellen. Ocko fordert jedoch eine robustere Methode zur Messung der Emissionen.
„Und dann könnte es alle möglichen Anreize zur Reduzierung geben oder Vorschriften verschiedener Behörden, um sicherzustellen, dass man nicht zu viel ausstößt“, sagte Ocko.
Ein weiteres großes Problem für die Wasserkraft ist die klimabedingte Dürre. Flache Stauseen produzieren weniger Strom. Das ist besonders im amerikanischen Westen besorgniserregend, der die trockenste 22-Jahres-Periode der letzten 1.200 Jahre erlebt hat.
Da Stauseen wie der Lake Powell, der den Glen Canyon Dam speist, und der Lake Mead, der den Hoover Dam speist, weniger Strom produzieren, müssen fossile Brennstoffe die Lücke schließen. Eine Studie ergab, dass zwischen 2001 und 2015 in elf westlichen Bundesstaaten aufgrund der dürrebedingten Abkehr von der Wasserkraft zusätzlich 100 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt wurden. Während einer besonders schwierigen Zeit für Kalifornien zwischen 2012 und 2016 schätzte eine andere Studie, dass der Verlust an Wasserkraft den Staat 2,45 Milliarden Dollar kostete.
Zum ersten Mal in der Geschichte wurde am Lake Mead ein Wassermangel ausgerufen, der zu Wasserkürzungen in Arizona, Nevada und Mexiko führte. Der Wasserstand, der derzeit bei 316 Metern liegt, dürfte weiter sinken, da das Bureau of Reclamation (Bureau of Reclamation) die beispiellose Maßnahme ergriffen hat, das Wasser am Lake Powell, flussaufwärts vom Lake Mead, zurückzuhalten, damit der Glen Canyon Dam weiterhin Strom erzeugen kann. Sollte der Wasserstand des Lake Mead unter 290 Meter sinken, wird er keinen Strom mehr erzeugen.
Zukunft der Wasserkraft
Durch die Modernisierung der bestehenden Wasserkraftinfrastruktur ließe sich die Effizienz steigern, einige dürrebedingte Verluste ausgleichen und zudem die Betriebsfähigkeit der Anlagen für viele Jahrzehnte sicherstellen.
Bis 2030 werden weltweit 127 Milliarden US-Dollar in die Modernisierung alter Kraftwerke fließen. Das entspricht fast einem Viertel der gesamten globalen Investitionen in Wasserkraft und fast 90 Prozent der Investitionen in Europa und Nordamerika.
Beim Hoover-Staudamm bedeutete dies, dass einige der Turbinen nachgerüstet wurden, um in niedrigeren Lagen effizienter zu arbeiten. Dazu wurden dünnere Schleusentore eingebaut, die den Wasserfluss in die Turbinen regeln, und um die Effizienz zu steigern, wurde Druckluft in die Turbinen eingespeist.
In anderen Teilen der Welt fließt der Großteil der Investitionen jedoch in neue Kraftwerke. Große staatliche Projekte in Asien und Afrika dürften bis 2030 über 75 Prozent der neuen Wasserkraftkapazität ausmachen. Doch manche befürchten die Auswirkungen solcher Projekte auf die Umwelt.
„Meiner bescheidenen Meinung nach sind sie überdimensioniert. Sie sind mit einer enormen Kapazität gebaut, die nicht notwendig ist“, sagte Shannon Ames, Geschäftsführerin des Low Impact Hydropower Institute. „Sie könnten als Laufwasserkraftwerke gebaut werden und müssten nur anders konzipiert werden.“
Laufwasserkraftwerke verfügen über keinen Stausee und belasten daher die Umwelt weniger. Allerdings können sie nicht bedarfsgerecht Energie erzeugen, da die Leistung von saisonalen Wassermengen abhängt. Es wird erwartet, dass Laufwasserkraftwerke in diesem Jahrzehnt etwa 13 % des gesamten Kapazitätszubaus ausmachen werden, während herkömmliche Wasserkraft 56 % und Pumpspeicherkraftwerke 29 % ausmachen werden.
Insgesamt verlangsamt sich das Wachstum der Wasserkraft jedoch und dürfte bis 2030 um etwa 23 % zurückgehen. Eine Umkehr dieses Trends hängt maßgeblich von einer Straffung der Regulierungs- und Genehmigungsverfahren sowie der Einführung hoher Nachhaltigkeitsstandards und Emissionsmessprogramme ab, um die Akzeptanz in der Bevölkerung zu gewährleisten. Ein kürzerer Entwicklungszeitraum würde es den Projektentwicklern erleichtern, Stromabnahmeverträge abzuschließen, was Investitionen durch garantierte Renditen begünstigen würde.
„Ein Grund, warum es manchmal nicht so attraktiv erscheint wie Solar- und Windkraft, liegt darin, dass die Anlagen einen anderen Anlagehorizont haben. Beispielsweise wird ein Wind- und Solarkraftwerk typischerweise als 20-Jahres-Projekt betrachtet“, sagte Ames. „Wasserkraft hingegen wird lizenziert und läuft 50 Jahre lang. Und viele von ihnen sind sogar schon seit 100 Jahren in Betrieb … Aber unsere Kapitalmärkte schätzen eine so lange Rendite nicht unbedingt.“
Um die Welt von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen, sei es entscheidend, die richtigen Anreize für den Ausbau der Wasserkraft und der Pumpspeicherkraftwerke zu finden und sicherzustellen, dass dieser auf nachhaltige Weise erfolgt, sagt Woolf.
Wir machen nicht so viele Schlagzeilen wie andere Technologien. Aber ich glaube, die Leute erkennen zunehmend, dass ohne Wasserkraft kein zuverlässiges Stromnetz möglich ist.
Veröffentlichungszeit: 14. Juli 2022
