Die neue Kraft des Wassers

Für große Wasserkraftwerke bietet Deutschland kaum noch Platz. Dabei sind sie eine wertvolle erneuerbare Stromquelle. Warum also nicht eine Nummer kleiner? Mit neuen Ideen machen Erfinder und Forscher sich daran, die Wasserräder wieder zu beleben – als Hightech-Variante.

Die Werkstatt von Fabio Guidi sieht aus wie ein Kinderzimmer: Modelle, Bilder, Spielzeug und Puppen – in allen Ecken, auf Tischen und Regalen. Auf die Frage „Spielen denn Ihre Kinder oft hier?“ antwortet sein mit 48 Jahren immerhin sehr erwachsener Sozius Urs Wiskemann: „Wir sind selbst die Kindsköpfe.“ Der gelernte Landwirt und Gärtner betreibt zusammen mit dem Maschinenbau-Ingenieur Guidi die Firma Motorsänger in Männedorf am Zürichsee. Ihr Hauptgeschäft sind denn auch: Kinderspielplätze.

Wasserräder sind ihr zweites Standbein, schon als Kind bastelte Guidi sie im Kleinformat. Als er größer wurde, wuchsen auch die Wasserräder. Das erste große Modell baute er mit seinem späteren Sozius Urs bei den Pfadfindern. Irgendwann wurde der Spaß ein wenig ernster, Stromversorger klopften bei dem Duo an. 2009 etwa errichteten die beiden ein entsprechendes Kraftwerk für die Herzogenmühle Wasserkraft AG, ein Joint Venture des Elektrizitätswerks „Die Werke“ in Wallisellen bei Zürich mit der am Flüsschen Glatt gelegenen Schlosserei Krismer.

Eigentlich wollte der Schlosser eine Turbine installieren. Aber Guidi überzeugte ihn, dass ein Wasserrad deutlich günstiger sei. Nun drehen sich gemächlich 32 Schaufeln aus verzinktem Stahlblech um die eigene Achse. Fünf Tonnen wiegt die Konstruktion. 1000 Liter Wasser fließen pro Sekunde durch einen Kanal und fallen aus 2,60 Meter Höhe auf das Wasserrad. Mit einer installierten Leistung von 17 Kilowatt erzeugt es pro Jahr etwa 140000 Kilowattstunden Strom. Dieser wird ins Netz eingespeist und reicht für 30 bis 40 Haushalte. Anfang 2015 entstand ein kleineres. Weitere ähnliche Projekte sind in Planung.

Zehntausende Wasserräder gab es einst in Deutschland: in jedem Dorf, um Schmiedehämmer, Sägen oder Mühlen zu bewegen. Auch an der Glatt nutzte eine Weberei vor 200 Jahren die Fließenergie. Später produzierten Wasserräder statt mechanischer Energie mithilfe von Generatoren elektrische. Doch mit der Zeit reichte die gelieferte Energie nicht mehr für den stetig wachsenden Maschinenpark der Fabriken. Die Elektrizität kam fortan aus Großkraftwerken, die meisten Wasserräder verschwanden.

Nun aber leben sie wieder auf. Denn für die konventionelle Wasserkraft mit ihren gigantischen Wehren oder Pumpspeicherseen ist hierzulande kaum noch Platz. Sie ökologisch vertretbar zu bauen ist nahezu unmöglich. Wasserräder erzeugen nach wie vor zwar nur vergleichsweise geringe Mengen Strom – den aber ohne CO2-Emissionen, sehr zuverlässig und ohne viel Wartungsaufwand. Wasserkraft ist somit nicht nur grundlastfähig, sondern kann auch zur Abdeckung von Spitzenlasten dienen.

Nach einer Hochrechnung des internationalen Fachverbands „Small Hydropower World“ könnten in Deutschland bis 2020 rund 7800 Kleinwasserkraftanlagen (bis zu fünf Megawatt) mit einer Gesamtleistung von 1830 Megawatt (MW) installiert sein – etwa 300 mehr als jetzt. Sie sollen voraussichtlich 8600 Gigawattstunden (GWh) Energie pro Jahr produzieren. In Österreich rechnet der Fachverband mit 2870 Kleinwasserkraftanlagen statt 2590 (hier mit zwei bis zehn Megawatt definiert), einer Gesamtleistung von 1300 MW und 6050 GWh produzierter Energie.

Der Wirkungsgrad von Kleinwasserkraftwerken ist zwar schlechter als bei Turbinen. Doch durch neue Fertigungstechniken, niedrigere Baukosten und stetig verbessertes Design lassen sich die Anlagen durchaus wirtschaftlich betreiben. Fabio Guidi beispielsweise konstruiert zunächst eine Modellanlage. Mit ihr feilt er geduldig an der Form der Schaufeln, dem Wassereinlaufwinkel und dem Wirkungsgrad. „So kann ich ohne viel Aufwand die wichtigen Parameter optimieren und muss nicht ans reale Rad.“ Beim Walliseller Wasserrad etwa „lagen die Abweichungen zwischen Modell und realer Konstruktion gerade mal bei ein bis zwei Prozent“.

Die Renaissance der Wasserräder ist auch in der Wissenschaft angekommen. Von 2010 bis 2012 spannte das EU-Forschungsprojekt Hylow 13 Universitäten und Unternehmen zusammen, um unter anderem Kleinwasserkraftwerke zu entwickeln. „Hylows Motivation war die dezentrale Wasserkraftnutzung in Entwicklungs- oder Schwellenländern, wo es keine breitflächigen Stromnetze gibt“, sagt Boris Lehmann vom beteiligten Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der TU Darmstadt.

(vsz)