Welche Zukunft für die Kleinwasserkraft in der Schweiz?
Die Kleinwasserkraft ist die Quelle für 5% der in der Schweiz erzeugten Elektrizität und hätte noch erhebliches Wachstumspotenzial. Wenn es seit den 1990er Jahren wiedergeboren und entwickelt wurde, ist es vor allem den Förderprogrammen des Bundes zu verdanken. Reicht diese Unterstützung heute aus, um der Kleinwasserkraft ihren Platz in unserem zukünftigen Energiemix zu geben? Welche Rolle kann die Forschung spielen?
Was steckt hinter den Fassaden unserer Kleinwasserkraftwerke?
Die Geschichte der Kleinwasserkraftwerke ist alt und oft mit der Elektrifizierung ländlicher Gebiete verbunden. Nach und nach wichen die Mühlen der damaligen Zeit konventionellen Turbinen und das Image der Kleinwasserkraft veränderte sich. Heute noch Turbinenwasser aus Flüssen, aber auch Trinkwasser, Abwasser, Bewässerungswasser oder Kunstschneewasser. Mit kleinen Kraftwerken mit einer Leistung von weniger als 10 MW werden in der Schweiz jährlich mehr als 3'600 GWh produziert. Zum Vergleich: Diegroßkraftwerk Bieudron (VS) hält den Weltrekord für Pelton-Turbinenleistung mit 423 MW für jede ihrer drei Maschinen, und der gesamte Stromverbrauch in der Schweiz betrug im Jahr 2015 58'000 GWh.
Unter diesen kleinen Kraftwerken lassen sich drei große Familien unterscheiden:
- Es gibt Anlagen, die auf der bestehenden Infrastruktur installiert und von lokalen Unternehmen betrieben werden. Sie haben den Vorteil, dass sie nur geringe Auswirkungen auf die Umwelt haben und die Installationskosten durch die Verwirbelung von bereits verrohrtem Wasser wesentlich günstiger sind. Beispielsweise kann ein Trinkwassernetz ein interessantes hydraulisches Potenzial haben, wenn das in höheren Lagen gesammelte Wasser tiefer im Tal verbraucht wird. Kleine Turbinen können den Überdruck zur Stromerzeugung zurückgewinnen. Die installierten Leistungen liegen bei zehn oder sogar einigen hundert Kilowatt. Wenn diese Macht auf der Skala eines Landes lächerlich erscheinen mag, so ist sie nicht auf der Skala eines Dorfes.
- Am anderen Ende des Leistungsspektrums befinden sich Kraftwerke, die das Potenzial von Flüssen nutzen, technisch sehr ähnlich wie die größten Kraftwerke, die oft mit Turbinen großer Wasserkraftwerke ausgestattet sind. Eigentümer und Betreiber sind in der Regel auch die großen Wasserkraftwerke. Die Auswirkungen auf die Umwelt sind für diese kleinen Anlagen von entscheidender Bedeutung. Die Möglichkeit, einige GWh zu produzieren, wird gegen das Risiko einer Veränderung unserer natürlichen Umwelt abgewogen. Die Wahl liegt nicht immer auf der Hand und es müssen Kompromisse gefunden werden.
- Zwischen diesen beiden großen Familien befinden sich die Kraftwerke, die von leidenschaftlichen Menschen gebaut und betrieben werdenmini-Kraftwerk der Familie Estier auf Versoix (GE).
Mit Leistungen von wenigen Kilowatt bis zu mehreren Megawatt haben kleine Kraftwerke also heterogene Charakteristika, aber eines bringt sie zusammen: die Schwierigkeit, Energie gewinnbringend zu erzeugen.
Wie wird die Kleinwasserkraft heute unterstützt?
Um die Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen (Wasserkraft, Solar, Wind, Biomasse und Geothermie) zu unterstützen, hat der Bund den kosten-Kosten-Kompensation (CPR). Die von einem Kleinwasserkraftwerk produzierte Kilowattstunde wird somit mit durchschnittlich 16 ct zurückgekauft, was deutlich über dem aktuellen Marktpreis von 3 ct liegt. Ohne dieses Programm wären viele kleine Anlagen nicht gebaut worden. Ob für Privatpersonen, Kommunen oder Unternehmen, die Rentabilität der Entwicklung bleibt eine notwendige Voraussetzung und der RPC ermöglicht einen Return on Investment in einer akzeptablen Zeit.
Derzeit werden in der Schweiz 534 Kleinkraftwerke gefördert, die zusammen mehr als 1'300 GWh erzeugen. Weitere 277 Kleinanlagen, die bereits eine positive Resonanz erhalten haben, könnten nach dem Bau 1.000 GWh produzieren. Mehr als 500 Projekte mit einem Potenzial von mehr als 2'000 GWh stehen auf der Warteliste, aber diese letzten Zahlen sollten mit Vorsicht betrachtet werden, da nicht alle diese Projekte a priori realisierbar sind, da die Beschränkungen in Bezug auf Umweltauswirkungen und Konzessionsrechte nicht berücksichtigt werden.
Seit dem 1. Januar 2017 wird die VR China, die Kleinwasserkraft finanziert, nach unten revidiert (siehe Newsletter Nr. 30 der SuisseEnergieKleinwasserkraftwerke). Wird diese Nachricht die Entwicklung der Kleinwasserkraft verlangsamen?
Welche Rolle kann die Forschung bei der Förderung der Kleinwasserkraft spielen?
Im Rahmen von SCCER-SoE laufen mehrere Projekte zur Entwicklung neuer Technologien zur Nutzung des Potenzials der Kleinwasserkraft.
Zunächst wurde dem Potenzial der vorhandenen Infrastrukturen Vorrang eingeräumt:
- Eine kleine Turbine befindet sich in der Industrialisierungsphase (CTI DUO Turbo(siehe Bild) zur Energiegewinnung aus Trinkwassernetzen, deren Potenzial auf 60 GWh geschätzt wird.
- Eine ersteprototyp-Turbine um sich zu erholenbewegungsenergie des Kanalwassers ist abgeschlossen und wird derzeit im Lavey-Tailrace (VD, siehe Bild) getestet.
Neben diesen Technologien beschäftigt sich SCCER-SoE auch mit der"Intelligenz" der Wassernetze. Bei Kraftwerken, die auf vorhandener Infrastruktur installiert sind, geht es nicht darum, Strom zu erzeugen, sondern Trinkwasser bereitzustellen, den Tourismus zu fördern oder Felder zu bewässern und manchmal auch alles gleichzeitig! Können wir uns ein optimiertes Wassermanagement in der Größenordnung mehrerer Dörfer oder Bezirke vorstellen, um möglichst nur das zu verbrauchen, was notwendig ist, um Strom zu erzeugen und eventuell Wasser und damit Energie zu bestimmten Zeiten zu speichern? Zu diesem Zweck wird in Zusammenarbeit mit dem SCCER-FURIENdie Möglichkeit der Herstellung derkleine Turbinenpumpen zur dezentralen Speicherung von Energie wird ebenfalls untersucht (siehe Bild).
Alle diese Projekte zielen darauf ab, der Kleinwasserkraft neue Impulse zu geben und ihren Platz im Schweizer Energiemix zu stärken.
Dr. Cécile Alligné-Münch
ist verantwortlich für die"Arbeitspaket 3 des SCCER-SoE über innovative Technologien, Professor für hydraulische Energie und verantwortlich für die wasserkraftgruppe an der HES-SO Wallis-Wallis.
Bilder:
Statistik: Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2015 und Schweizer Kleinwasserkraftwerke
Duo Turbo: HES-SO Wallis-Wallis
Turbinenpumpen: HES-SO Wallis-Wallis
Turbine Lavey : HES-SO Wallis-Wallis
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