Wasserkraft ist mit Abstand die weltweit größte erneuerbare Energiequelle und erzeugt mehr als doppelt so viel Energie wie Windkraft und mehr als viermal so viel wie Solarenergie. Das Pumpen von Wasser auf einen Berg, auch bekannt als Pumpspeicherkraftwerk, macht weit über 90 % der weltweiten Energiespeicherkapazität aus.
Trotz der enormen Bedeutung der Wasserkraft hört man in den USA nicht viel darüber. Während in den letzten Jahrzehnten die Preise für Wind- und Solarenergie stark gefallen und ihre Verfügbarkeit sprunghaft angestiegen ist, ist die heimische Wasserkrafterzeugung relativ konstant geblieben, da das Land bereits Wasserkraftwerke an den geografisch günstigsten Standorten gebaut hat.
International sieht die Lage 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 Pazifikraum planen, es ihnen gleichzutun.
Doch eine Expansion ohne strenge Umweltauflagen könnte zu Problemen führen, da Staudämme und Stauseen Flussökosysteme und die umliegenden Lebensräume beeinträchtigen. Jüngste Studien zeigen zudem, dass Stauseen mehr Kohlendioxid und Methan ausstoßen können als bisher angenommen. Hinzu kommt, dass klimabedingte Dürre die Wasserkraft zu einer unzuverlässigeren Energiequelle macht, da Staudämme im Westen der USA einen erheblichen Teil ihrer Stromerzeugungskapazität verloren haben.
„In einem durchschnittlichen Jahr erzeugt der Hoover-Staudamm etwa 4,5 Milliarden Kilowattstunden Energie“, sagte Mark Cook, Leiter des legendären Hoover-Staudamms. „Angesichts des aktuellen Wasserstands des Sees sind es eher 3,5 Milliarden Kilowattstunden.“
Experten betonen jedoch, dass der Wasserkraft eine wichtige Rolle in einer Zukunft mit 100% erneuerbaren Energien zukommt, weshalb es unerlässlich ist, zu lernen, wie man diese Herausforderungen bewältigen kann.
heimische Wasserkraft
Im Jahr 2021 stammten in den USA etwa 6 % der Stromerzeugung aus Großkraftwerken aus Wasserkraft, während die Wasserkraft 32 % der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ausmachte. Bis 2019 war sie die wichtigste erneuerbare Energiequelle im Inland, bis sie von der Windkraft überholt wurde.
In den USA wird im kommenden Jahrzehnt kein starkes Wachstum der Wasserkraft erwartet, was unter anderem auf den aufwendigen Lizenzierungs- und Genehmigungsprozess zurückzuführen ist.
„Das Genehmigungsverfahren kostet zig Millionen Dollar und jahrelange Arbeit. Und manche dieser Anlagen, insbesondere kleinere, haben einfach nicht das Geld oder die Zeit dafür“, sagt Malcolm Woolf, Präsident und CEO der National Hydropower Association. Er schätzt, dass Dutzende verschiedener Behörden an der Genehmigung oder Verlängerung der Genehmigung einer einzigen Wasserkraftanlage beteiligt sind. Das Verfahren dauere länger als die Genehmigung eines Kernkraftwerks.
Da die durchschnittliche Wasserkraftanlage in den USA über 60 Jahre alt ist, müssen viele von ihnen bald neu lizenziert werden.
„Es könnte also zu einer Flut von Lizenzrückgaben kommen, was ironisch ist, gerade jetzt, wo wir versuchen, die Menge an flexibler, kohlenstofffreier Stromerzeugung in diesem Land zu erhöhen“, sagte Woolf.
Das Energieministerium erklärt jedoch, dass es Potenzial für inländisches Wachstum gebe, durch die Modernisierung alter Kraftwerke und die Erweiterung bestehender Staudämme.
„Wir haben in diesem Land 90.000 Staudämme, die meisten davon wurden zum Hochwasserschutz, zur Bewässerung, zur Wasserspeicherung und zur Erholung gebaut. Nur 3 % dieser Staudämme werden tatsächlich zur Stromerzeugung genutzt“, sagte Woolf.
Das Wachstum in diesem Sektor hängt auch vom Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke ab, die zunehmend an Bedeutung gewinnen, um erneuerbare Energien zu „stabilisieren“, indem überschüssige Energie gespeichert wird, die dann genutzt werden kann, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht.
Wenn ein Pumpspeicherkraftwerk Strom erzeugt, funktioniert es wie ein herkömmliches Wasserkraftwerk: Wasser fließt vom oberen zum unteren Speicherbecken und treibt dabei eine Turbine zur Stromerzeugung an. Der Unterschied besteht darin, dass ein Pumpspeicherkraftwerk wieder aufgeladen werden kann, indem es Strom aus dem Netz nutzt, um Wasser vom unteren zum oberen Speicherbecken zu pumpen und so potenzielle Energie zu speichern, die bei Bedarf freigesetzt werden kann.
Pumpspeicherkraftwerke verfügen heute über eine Stromerzeugungskapazität von rund 22 Gigawatt, während sich Projekte mit einer Kapazität von über 60 Gigawatt in der Entwicklungspipeline befinden. Damit liegt Großbritannien weltweit an zweiter Stelle hinter China.
In den letzten Jahren haben die Anträge auf Genehmigungen und Lizenzen für Pumpspeicherkraftwerke deutlich zugenommen, und neue Technologien werden geprüft. Dazu gehören geschlossene Anlagen, bei denen kein Speicherbecken an eine externe Wasserquelle angeschlossen ist, oder kleinere Anlagen, die Tanks anstelle von Speichern nutzen. Beide Methoden wären voraussichtlich umweltschonender.
Emissionen und Dürre
Das Aufstauen von Flüssen oder das Anlegen neuer Stauseen kann die Fischwanderung behindern und umliegende Ökosysteme und Lebensräume zerstören. Staudämme und Stauseen haben im Laufe der Geschichte sogar zig Millionen Menschen vertrieben, zumeist indigene oder ländliche Gemeinschaften.
Diese Schäden sind allgemein anerkannt. Doch eine neue Herausforderung – Emissionen aus Stauseen – rückt nun zunehmend in den Fokus.
„Was die Leute nicht wissen, ist, dass diese Stauseen tatsächlich große Mengen an Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre abgeben, beides starke Treibhausgase“, sagte Ilissa Ocko, leitende Klimawissenschaftlerin beim Environmental Defense Fund.
Die Emissionen stammen von der Zersetzung von Vegetation und anderen organischen Stoffen, die beim Überfluten eines Gebiets zur Bildung eines Stausees Methan freisetzen. „Normalerweise wandelt sich dieses Methan dann in Kohlendioxid um, aber dafür wird Sauerstoff benötigt. Und wenn das Wasser sehr warm ist, ist der Sauerstoffgehalt in den unteren Wasserschichten sehr gering“, erklärte Ocko. Das bedeutet, dass Methan in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Methan trägt in den ersten 20 Jahren nach seiner Freisetzung über 80-mal stärker zur Erderwärmung bei als CO₂. Bisherige Forschungsergebnisse zeigen, dass in wärmeren Regionen der Welt, wie Indien und Afrika, tendenziell mehr umweltschädliche Anlagen stehen, während Ocko zufolge Stauseen in China und den USA kein besonderes Problem darstellen. Ocko betont jedoch, dass ein zuverlässigeres Messverfahren für Emissionen erforderlich sei.
„Und dann könnte man alle möglichen Anreize schaffen, um sie zu reduzieren, oder Vorschriften von verschiedenen Behörden erlassen, 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, und das ist besonders im amerikanischen Westen besorgniserregend, wo die trockenste 22-Jahres-Periode der letzten 1200 Jahre herrscht.
Da Stauseen wie der Lake Powell, der den Glen-Canyon-Staudamm speist, und der Lake Mead, der den Hoover-Staudamm speist, weniger Strom produzieren, gleichen fossile Brennstoffe die Lücke aus. Eine Studie ergab, dass zwischen 2001 und 2015 in elf westlichen Bundesstaaten zusätzlich 100 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt wurden, weil die Dürre die Nutzung von Wasserkraft verringerte. Während einer besonders schwierigen Phase für Kalifornien zwischen 2012 und 2016 schätzte eine andere Studie die Kosten für den Staat durch den Ausfall der Wasserkraftproduktion auf 2,45 Milliarden US-Dollar.
Zum ersten Mal in der Geschichte wurde am Lake Mead eine Wasserknappheit ausgerufen, was zu Kürzungen der Wasserzuteilungen in Arizona, Nevada und Mexiko führte. Der Wasserstand, derzeit bei 1.047 Fuß (ca. 319 Meter), wird voraussichtlich weiter sinken, da das Bureau of Reclamation als beispiellose Maßnahme Wasser am oberhalb des Lake Mead gelegenen Lake Powell zurückhält, um die Stromerzeugung des Glen-Canyon-Staudamms aufrechtzuerhalten. Sollte der Wasserstand des Lake Mead unter 950 Fuß (ca. 290 Meter) fallen, wird dort kein Strom mehr erzeugt.
Zukunft der Wasserkraft
Durch die Modernisierung der bestehenden Wasserkraftinfrastruktur könnten die Effizienz gesteigert und einige durch Dürre verursachte Verluste ausgeglichen werden. Außerdem könnte so sichergestellt werden, dass die Kraftwerke noch viele Jahrzehnte lang betrieben werden können.
Bis 2030 werden weltweit 127 Milliarden US-Dollar in die Modernisierung alter Wasserkraftwerke investiert. Das entspricht fast einem Viertel der gesamten globalen Investitionen in Wasserkraft und fast 90 % der Investitionen in Europa und Nordamerika.
Am Hoover-Staudamm bedeutete dies, einige der Turbinen so umzurüsten, dass sie in niedrigeren Höhenlagen effizienter arbeiten, dünnere Leitschaufeln einzubauen, die den Wasserfluss in die Turbinen steuern, und Druckluft in die Turbinen einzuleiten, um die Effizienz zu steigern.
In anderen Teilen der Welt fließt der Großteil der Investitionen jedoch in neue Kraftwerke. Große, staatliche Projekte in Asien und Afrika werden voraussichtlich bis 2030 über 75 % der neuen Wasserkraftkapazität ausmachen. Manche befürchten jedoch die Auswirkungen solcher Projekte auf die Umwelt.
„Meiner bescheidenen Meinung nach sind sie überdimensioniert. Sie sind auf eine enorme Kapazität ausgelegt, die nicht notwendig ist“, sagte Shannon Ames, Geschäftsführerin des Low Impact Hydropower Institute. „Sie könnten als Laufwasserkraftwerke betrieben werden und man könnte sie einfach anders konstruieren.“
Laufwasserkraftwerke benötigen keinen Stausee und sind daher umweltschonender. Allerdings können sie keine Energie bedarfsgerecht erzeugen, da ihre Leistung von den saisonalen Wasserständen abhängt. Es wird erwartet, dass Laufwasserkraftwerke in diesem Jahrzehnt etwa 13 % der gesamten neu installierten Kapazität ausmachen werden, während konventionelle Wasserkraftwerke 56 % und Pumpspeicherkraftwerke 29 % beitragen werden.
Insgesamt verlangsamt sich das Wachstum der Wasserkraft jedoch und wird bis 2030 voraussichtlich um etwa 23 % zurückgehen. Die Umkehr dieses Trends hängt maßgeblich von der Vereinfachung der Genehmigungsverfahren und der Festlegung hoher Nachhaltigkeitsstandards sowie Emissionsmessprogramme ab, um die Akzeptanz in der Bevölkerung zu gewährleisten. Ein kürzerer Entwicklungszeitraum würde Projektentwicklern den Abschluss von Stromabnahmeverträgen erleichtern und somit Investitionen attraktiver machen, da die Renditen garantiert wären.
„Ein Grund dafür, dass es manchmal nicht so attraktiv erscheint wie Solar- und Windenergie, ist der unterschiedliche Zeithorizont der Anlagen. Beispielsweise wird ein Wind- oder Solarkraftwerk typischerweise als 20-Jahres-Projekt betrachtet“, sagte Ames. „Wasserkraftwerke hingegen werden für 50 Jahre lizenziert und betrieben. Viele sind sogar schon seit 100 Jahren in Betrieb… Doch unsere Kapitalmärkte schätzen solch langfristige Renditen nicht unbedingt.“
Laut Woolf wird es entscheidend sein, die richtigen Anreize für den Ausbau der Wasserkraft und der Pumpspeicherkraftwerke zu finden und sicherzustellen, dass dies auf nachhaltige Weise geschieht, um die Welt von fossilen Brennstoffen zu entwöhnen.
„Wir bekommen nicht die Schlagzeilen wie einige andere Technologien. Aber ich denke, die Leute erkennen zunehmend, dass ein zuverlässiges Stromnetz ohne Wasserkraft nicht möglich ist.“
Veröffentlichungsdatum: 14. Juli 2022
