Wasserkraftwerke: Wie ein neues Design mehr Strom erzeugen und dabei die Umwelt schonen soll
Wasserkraft gilt als weltweit führende Quelle für erneuerbaren Strom, da sie sehr verlässlich arbeitet. 2022 generierte sie mehr grüne Energie als alle anderen Erneuerbaren zusammen. Doch während Wasserkraft dazu beiträgt, unser Stromnetz fossilfrei zu machen, tangiert sie die Umwelt. Besonders Wasserlebewesen leiden.
Dämme, die an Flüssen Stauseen anlegen, können Lebensräume stark verändern. Und für einige Fischarten, insbesondere für solche, die weite Strecken zurücklegen, können Wasserkraftanlagen gefährliche oder unüberwindbare Hindernisse darstellen. In einigen Teilen der Welt, darunter die USA, Kanada und Europa, haben Regierungen daher Schutzmaßnahmen ergriffen, um die Ökosysteme vor den potenziellen Schäden der Wasserkraft zu schützen.
Zwischen Lebensraum für Fische und Klimazielen
Neue Umweltvorschriften können dazu führen, dass ältere Anlagen kostspielig renoviert oder ganz stillgelegt werden müssen. Das ist ein großes Problem, denn wenn Wasserkraftwerke vom Netz genommen werden, entfällt eine flexible emissionsfreie Energiequelle, die zur Bekämpfung des Klimawandels beiträgt. Neue Technologien, darunter fischfreundliche Turbinen, könnten Versorgungsunternehmen und Regulierungsbehörden dabei helfen, ein Gleichgewicht zwischen der Gesundheit der Flussökosysteme und den globalen Klimazielen herzustellen.
Dabei kommen Unternehmen wie Natel Energy ins Spiel. Die Firma hat sich zwei große Ziele gesetzt: hohe Kraftwerksleistung und ein Überleben der Flussbewohner, sagt Gia Schneider, Mitbegründerin und Chief Commercial Officer. Das Unternehmen entwickelt neue Designs für Turbinen, die in Wasserkraftwerken Strom erzeugen, indem Wasser durch die Anlagen strömt und die Turbinenschaufeln antreibt. Herkömmliche Schaufeln können sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 Metern pro Sekunde oder mehr als 100 Kilometern pro Stunde bewegen, sagt Schneider. Kaum ein Fisch überall solche Turbinen. „Das ist ziemlich offensichtlich.“
Airbag für die Fische
Das Turbinendesign von Natel konzentriert sich darauf, zu verhindern, dass die sich schnell bewegenden Turbinenteile Fische treffen und töten. Die Schaufeln haben deshalb eine dickere Vorderkante, die das Wasser vor sich herschiebt und so eine Stagnationszone erzeugt, die „im Grunde wie ein Airbag für Fische wirkt“, so Schneider. Die Schaufeln sind außerdem gebogen, sodass Fische, die mit ihnen in Kontakt kommen, nicht direkt getroffen werden.
Das Unternehmen hat seine Turbinen mit einer Reihe von Fischarten getestet, darunter amerikanische Aale, amerikanische Maifische und Regenbogenforellen. In einer aktuellen Studie mit amerikanischen Aalen stellten Wissenschaftler fest, dass über 99 Prozent nach 48 Stunden, in denen sie durch die Turbinen von Natel gewandert waren, überlebten. Im Vergleich dazu ergab eine Studie aus dem Jahr 2010, dass nur 40 Prozent markierter europäischer Aale die Turbinen eines Wasserkraftwerks passieren konnten, wobei das Überleben stark von der Größe des Aals und der jeweiligen Anlage abhing.
Eine Änderung des Turbinendesigns wird nicht dazu beitragen, dass Fische alle Kraftwerke überleben: In einigen der größten Anlagen mit den höchsten Dämmen können allein schon schnelle Änderungen des Wasserdrucks Fische töten. Schneider sagt jedoch, dass die Technologie ihres Unternehmens in bis zur Hälfte der bestehenden US-Wasserkraftwerke integriert werden könnte, um die Anlagen fischfreundlicher zu machen. Wasserkraft ist eine der ältesten erneuerbaren Energiequellen der Welt. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) werden weltweit bis 2030 mehr als 20 Prozent der Stromerzeugungsanlagen älter als 55 Jahre sein. Das Durchschnittsalter eines Wasserkraftwerks in den USA liegt schon heute bei etwa 65 Jahren.
Neulizenzierungsschwemme droht
In den USA werden privat geführte Wasserkraftwerke von der Federal Energy Regulatory Commission eigentlich nur für eine Laufzeit von bis zu 50 Jahren lizenziert. Laut der National Hydropower Association müssen bis 2035 Wasserkraftanlagen mit einer Leistung von etwa 17 Gigawatt (ausreichend für die Stromversorgung von 13 Millionen Haushalten) neu lizenziert werden.
Seit dem Bau vieler dieser Anlagen haben sich die Umweltauflagen erheblich geändert, und einige Anlagen könnten mit hohen Kosten und komplexen technischen Auflagen konfrontiert sein, wenn sie versuchen, die neuen Vorschriften einzuhalten und in Betrieb zu bleiben. In einigen Fällen ist das Hinzufügen von Filtersystemen, die Fische aus dem Einlauf von Wasserkraftwerken heraushalten sollen, eine mögliche Lösung, aber sowohl die Installation als auch die Wartung eines solchen Systems können erhebliche Kosten verursachen, zumal die Fische dann gefangen sind. In diesen Anlagen stellt die Technologie von Natel eine Alternative dar, sagt Schneider.
