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Wasserkraftwerke

 

Quelle: Achmed A. W. Khammas (Buch der Synergie)

Wasserkraftwerke

Wie bereits erwähnt ist elektrische Energiegewinnung ‚aus Wasser’ problemlos, sauber und billig. Da das Prinzip der Wasserturbine schon über 150 Jahre alt ist, liegen in diesem Bereich langjährige Erfahrungen vor, die dieses System haben ausreifen lassen. Und da der Fluß des Wassers in die Berechnungen als ‚kostenloser’ Aktivposten aufgenommen wird, beschränkt sich die Investition bei hydroelektrischen Anlagen auf die einmal errichteten Systeme nebst derer – meist relativ einfachen – Wartung.

Die Bezeichnung ‚Turbine’ wurde 1824 (o. 1826) im Rahmen eines öffentlichen Wettbewerbs der Societé d’Encouragement pour l’Industrie Nationale gefunden. Es war ein Preis von 6.000 Franc für die Konstruktion eines Wasserrades ausgesetzt, das industriell verwendet werden konnte – ohne Leistungsverlust unter Wasser. Einer der Mitbewerber, der Franzose Claude Burdin (1790 – 1873), schlug vor, ein solches Rad ‚Turbine’ zu nennen, nach dem lateinischen Wort turbo, Wirbel. Burdins eigener Entwurf war allerdings nicht erfolgreich, den Gewinn strich der 24-jährige Bénoit Fourneyron (1802 – 1867) ein, dessen Konstruktion sich durch zwei konzentrische Räder und einen Wirkungsgrad von 80 – 85 % auszeichnete. Das feststehende innere Rad hatte gekrümmte Leitschaufeln, die das Wasser gegen die Laufschaufeln des äußeren Rades, dem Läufer, leiteten. Die erste Fourneyron-Turbine wurde dann ab 1835 in St. Blasien im Schwarzwald eingesetzt und leistete rund 6 PS.

Aufgescnittene Francis-Turbine

Francis-Turbine

Eine Abwandlung der Fourneyron-Turbine bestand darin, die Leitschaufeln oberhalb des Laufrades anzuordnen. Auf diese Idee kam Karl Anton Henschel, der seine Überdruckturbine 1837 für eine Schleiferei in Holzminden entwarf. 1841 installierte er eine weitere Turbine in einem Braunschweiger Steinbearbeitungsbetrieb – wo sie der Franzose Nicolas J. Jonval sah und sich 1843 daraufhin einen Nachbau patentieren ließ. Deshalb ist die Bauart als Jonval-Turbine bzw. als Henschel-Jonval-Turbine bekannt.

Das Wasser durchströmt die Turbine axial von oben nach unten. Der Leitapparat lenkt das Wasser in das darunter liegende Laufrad. Als Neuerung versah Henschel den Abfluß mit einem Saugrohr. Dadurch wird das gesamte verfügbare Gefälle genutzt, obwohl die Turbine höher als der Unterwasserspiegel montiert ist.

Weitere und weniger bekannte Turbinentypen wurden gebaut von Friedrich Wilhelm Schwamkrug (von 1846 an, Gleichdruckturbinen für Gefälle über 100 m, neu sind die waagrechte Anordnung der Welle und die Form des Leitapparates), von L. Dominique Girard (ab 1851, im 19. Jh. für große Fallhöhen am häufigsten eingesetzt), oder von dem Münchner Ingenieur J. W. Stawitz (1878, Gleichdruckturbine mit Freistrahldüsen, das einzige Exemplar war 1879 – 1891 in Großhesselohe bei München in Betrieb).

Bereits im Jahre 1849 schuf der aus England kommende und nach Amerika ausgewanderte James B. Francis (1815 – 1892) die erste der heute noch nach ihm benannten Francis-Turbinen, und der Österreicher Prof. Victor Kaplan (1876 – 1934) entwickelte in Brünn/Mähren um 1910 die ebenfalls bis heute nach ihm benannte Kaplan-Turbine. In den Jahren 1912 und 1913 ließ Kaplan seine Konstruktion patentieren, die aus einer Turbine mit senkrechter Achse und einem propellerähnlichen Laufrad mit verstellbaren Laufschaufeln bestand. Schon bald darauf begannen eine ganze Reihe führender Turbinenhersteller diese Turbine in Lizenz zu bauen.

Die erste Kaplanturbine wurde 1919 in einer Textilfabrik in Velm/Österreich installiert. Bei einer Fallhöhe von nur 2,3 m erzielte sie immerhin 25,8 PS. Durch die später an dieser Turbine aufgetretenen Korrosionsschäden entdeckte Kaplan übrigens auch die Kavitation, eine physikalische Erscheinung die auftritt, wenn ein Propeller unter Wasser mit hoher Geschwindigkeit rotiert. An der Saugseite der Laufschaufeln kann ein derart hoher Unterdruck entstehen, daß sich dort Dampfblasen bilden, welche die Schaufeloberfläche stark korrodieren.

Voraussetzung für diese Entwicklungen waren die bedeutenden Verbesserungen, die der Engländer James Thomson – der ältere Bruder des Lord Kelvin – in Form verstellbarer Leitschaufeln und gekrümmter Laufschaufeln einführte.

Pelton-Turbine Grafik aus der Patentanmeldung

Pelton-Turbine
(Patentanmeldung)

Zur Unterscheidung der beiden o.g. Typen sei gesagt, daß sich die Francis-Turbine besonders für geringe Wassermengen aber sehr große Höhenunterschiede eignet, während die Kaplan-Turbine für genau die gegenteilige Situation gut ist. Für die maximale Energieausbeute entspannen moderne Francis-Turbinen das Wasser durch einen so extremen Druckabfall, dass es beim Ausströmen aus der Turbine regelrecht zerreißt und zu kalten Dampfblasen aufschäumt. Auch hier darf diese Kavitation die Turbinenschaufeln keinesfalls berühren: Treffen die Bläschen auf das Metall, dann implodieren sie heftig und reißen Löcher in das Material. Die Turbine muss also immer knapp vor dem Schwarm fieser Blasen rotieren – gewissermaßen im Grenzbereich surfen.

 Ein dritter Typ, die zur Ausnutzung von 200 m – 2.000 m Gefälle einsetzbare Pelton-Turbine, geht auf den Bergbauingenieur Lester A. Pelton (1829 – 1908) zurück, welcher erst durch viele Versuche mit den verschiedensten Becherformen zum günstigsten Resultat gelangte. Während des Goldrausches in den 1860er Jahren in Kalifornien war die allgemein angewandte Methode, Gold von tumbem Gestein und Sand zu reinigen, indem man das Erdreich mit einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl abzuspült.

Nachdem um 1870 kein Gold mehr gefunden wurde, verwendete man das Wasser, um Wasserräder zu betreiben. Pelton war einer der Leute, die mit dem Bau dieser Wasserräder beschäftigt waren. Eines Tages traf ein Wasserstrahl zufällig nur den äußeren Teil der gekrümmten Schaufeln des Rades, dessen Geschwindigkeit daraufhin derart zunahm, daß es in Stücke flog. Nach vielen Versuchen entstand eine Schaufel aus zwei flachen Schalen, die in der Mitte der Laufschaufel zusammengefügt sind – das Peltonrad. Und 1882 galt als das Jahr, in dem erstmals US-Ingenieure in einem Stauwerk in Wisconsin eine dieser ‚Freistrahl-Turbinen’ mit einem Generator gekoppelt haben.

Das erste Elektrizitätswerk in Deutschland baute 1884 Oskar von Miller (1855 – 1934) in München. Auch die Grundsteinlegung für das Deutsche Museum 1906 in München durch Kaiser Wilhelm II. geht auf seine Initiative zurück. Von Miller war sowohl zwischen 1912 und 1914 Vorsitzender des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI), als auch (als technischer Berater) Mitglied der Friedensdelegation 1919 in Versailles. Von 1918 bis 1924 war er Projektleiter beim Bau des damals größten Speicherkraftwerks der Welt, des Walchenseekraftwerks (s.d.) und 1930 wurde er zum Ehrenpräsidenten der II. Weltkraftkonferenz in Berlin gewählt. Einige seiner Wasserkraftwerke sind auch 2007 noch immer in Betrieb.

Tesla-Turbine grafik aus der Patentanmeldung von 1921

Tesla-Turbine
(Patentanmeldung)

Die schaufellose Tesla-Turbine wurde zwischen 1900 und 1906 von Nikola Tesla erfunden. Zum Patent meldete er sie dann 1921 an. Sie besteht im Wesentlichen aus mehreren runden Scheiben, die in Lagen übereinander gepackt und im Zentrum über eine Achse verbunden sind. Zwischen den Scheiben sind Hohlräume. In der Nähe des Zentrums sind Löcher, durch welche die einzelnen Hohlräume miteinander verbunden sind. Das Medium wird durch eine Düse tangential zwischen die Scheiben gedrückt, durchwandert dabei in mehreren Umdrehungen mit steigender Drehzahl die Zwischenräume der Scheiben und treibt den Rotor durch die Bildung von Oberflächenwirbeln an. Im inneren Bereich sind die Rotorscheiben mit Speichen an der Nabe befestigt oder mit Fenstern versehen durch die das Medium austreten kann.

Einer anderen Beschreibung nach funktioniert die Tesla-Turbine (möglicherweise handelt es sich hier um ein anderes Modell; Tesla war bekanntermaßen ein Viel-Erfinder) indem sie die Energie eines Strudels in einem Fluid (z.B. der Strudel des abfließenden Badewannenwassers) aufnimmt. Dazu setzt man die Turbine einfach in die Mitte des Strudels. Durch die Reibung zwischen Fluid und Turbinenscheiben werden die Scheiben auf die Winkelgeschwindigkeit des Strudels gebracht, während das Fluid Energie verliert und so in eine engere Bahn gezwungen wird. In der Nähe des Zentrums fließt das Fluid dann durch die Löcher in die nächsttiefere Ebene. Vorteile der Tesla-Turbine sind der einfache Aufbau, ein ihr nachgesagter außergewöhnlich hoher Wirkungsgrad und die hohe Vibrationsarmut aus Mangel an Unwuchten. Im industriellen Rahmen kam die Tesla-Turbine damals jedoch nicht über den Prototypen hinaus, da sie derart hohe Winkelgeschwindigkeiten erreichte, daß sich das Material der Scheiben ausdehnte wie ein vom Bäcker rotierter Pizzaboden.

In seinen theoretischen Abhandlungen erwähnte Tesla, daß seine Turbine mit den Wirkungen der Adhäsions- und Kohäsionseffekte arbeitet (s.a. Teil D, Wasser), und er weigerte sich strikt anzuerkennen, daß dies irgend etwas mit der ‚Reibung’ zu tun hätte. Man vermutet heute, daß die Wirksamkeit der Tesla-Turbine mit dem Coandă-Effekt erklärt werden kann. Mit dem Begriff Coandă-Effekt wird die Erscheinung bezeichnet, daß ein Gas- oder Flüssigkeits-Strom der Krümmung einer konvexen Oberfläche folgt, anstatt sich in der ursprünglichen Fließrichtung weiterzubewegen.

Tesla-Turbine von TEBA, Grafik

Tesla-Turbine von TEBA (Grafik)

Seit dem Frühjahr 2004 bietet die US-Firma Tesla Engine Builders Association (TEBA) aus Milwaukee übrigens eine 21’’-Tesla-Turbine mit drei Platten und 7.200 U/m für Forschungszwecke an, während sich in Deutschland Rainer Schmieg und seine Firma RS Design in Blankenhain intensiv mit der Weiterentwicklung der Tesla-Turbine beschäftigen.

Es gibt inzwischen aber schon diverse Gruppen, die sich mit eigenen Entwicklungen beschäftigen. Ein kleines, mit Luftdruck betriebenes, Selbstbaumodell aus mehreren CDs soll 2008 eine Umdrehungszahl von 10.000 U/min und eine Leistung von 4 kW erreicht haben.

Im Rahmen seiner Diplomarbeit greift Andreas Welschhoff, Student der Mechatronik an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn, das technische Konzept der Tesla-TurbineMitte 2010 wieder auf. Er baut sie nach weil es ihn interessiert, warum sich diese Technik in über 100 Jahren nicht durchgesetzt hat. Der (behauptete) hohe Wirkungsgrad der Turbine wird in den Versuchen allerdings nicht erreicht. Welschhoff  kommt jedoch zu dem Schluß, daß es mit weiteren konstruktiven Verbesserungen möglich ist, die Turbine allein mit Wasserdampf zu betreiben, womit diese beispielweise bei der Energierückgewinnung in der Industrie eine entscheidende Rolle spielen könnte.

Bereits in den 1940er Jahren wurde in Deutschland eine interessante Abwandlung der Kaplanturbine entwickelt. Diese bestand aus einer konventionellen Kaplanturbine, der in einer stromlinienförmigen Ummantelung ein Generator nachgeschaltet war. Beide Einheiten wurden horizontal in waagrechte Stollen des Kraftwerks eingebaut.

Eine weitere Konstruktion bildet die Außenkranz-Generatorturbine, die auf den 1882 geborenen Leroy Harza im Jahre 1919 zurückgeht. Zwischen 1937 und 1950 hat das Schweizer Unternehmen Escher Wyss AG insgesamt 73 Stück dieses Turbinentyps in Kraftwerken an Iller, Lech und Saalach installiert. Eine Renaissance erfuhr die Harza-Turbine ab 1980, als Escher Wyss im belgischen Ardenne drei, und in Lixhe sogar 4 weiterentwickelte Typen von jeweils 5,5 MW an das öffentliche Netz anschloß. 1982 folgten zwei weitere Turbinen mit jeweils 8 MW im österreichischen Weinzödl. Besonders interessant ist dieses Turbinenkonzept, weil es auch in der Pilotanlage des Kanadischen Gezeitenkraftwerks installiert werden soll (s.d.).

Besonders gut für Kleinwasserkraftwerke geeignet ist die einfache und robuste Durchströmturbine, bei der das einströmende Wasser so abgelenkt wird, daß es das Laufrad als rechteckig geformter Wasserstrahl quer durchströmt und dabei zweimal gegen die Schaufeln trifft. Kleinere Schwankungen der Wassermenge werden durch Verstellen der Strahlhöhe ausgeglichen, größere Schwankungen durch Verkleinerung der Strahlbreite. Das Abwasser wird anschließend durch ein Saugrohr geführt, wodurch ein Unterdruck entsteht, der den Wasserstrahl zusätzlich beschleunigt. Diese Turbine ist schon bei Fallhöhen unter 1 m und ab 70 l Wasser pro Sekunde einsetzbar.

Modell einer Ossberger-Turbine von 1981

Ossberger-Turbine

Frühe Formen stammen von dem Australier Anthony Michell (Patent 1903, langjährige Herstellung in Weymouth), von dem Ungarn Donát Bánki (in Ungarn bis 1926 und dann wieder nach dem 2. Weltkrieg gebaut) und dem Deutschen Fritz Ossberger (Patent 1922, Herstellung bis heute). Ossberger-Turbinen werden vor allem in Kleinkraftwerken für Fabriken und kleine Gemeinden eingesetzt. Eine Einzelturbine kann bis zu 1.000 kW leisten.

Die Tauernkraftwerke AG in Österreich bieten für den gleichen Einsatzbereich einen Torpedomaschinensatz an, der aus einer halbachsialen Kugelnabenturbine und einem nachgeschalteten Asynchrongenerator besteht und in einem Leistungsbereich zwischen 1 und 5 MW zu haben ist.

Eine spezielle Turbine für die Nutzung der Strömungs- und Gezeitenenergie (s.d.) wird ab 1981 von dem US-Unternehmen Underwater Electric Kite Corp. (UEK) in Maryland entwickelt. Die als Doppelturbinen konzipierten Anlagen können sich mit der Strömungsrichtung drehen. Für zeitweilige Einsätze bietet das Unternehmen auch ein kleines, schwimmfähiges Modell an.

Die UEK, die ihre ersten Versuche in Kooperation mit der Ontario Power Generation in Kanada durchführt, erhält 1984 den renommierten Rolex-Award. Im Mai 2001 wird ein Vertrag mit der Regierung Kolumbiens geschlossen, um zwei Turbinen von je 1 MW im Fluß Inirida bei Cerros de Mavecuri einzusetzen. Zusammen mit der Stromanbindung kostet das Projekt über 14 Mio. $. Im September 2002 soll dann eine Demonstrationsanlage mit 90 kW im Yukon bei Eagle (Alaska) installiert werden.

Eine umfangreiche Übersicht über dieses Projekt sowie über andere diverse Modelle, die zur Nutzung der Strömungsenergie im Meer entwickelt worden sind, folgt in einem späteren Kapitel.

Als weitere Alternative sei die bereits erwähnte Schauberger-Turbine genannt – obwohl mir bislang keinerlei Unterlagen über tatsächlich erzielte Resultate vorliegen. Die Wirkungsprinzipien, die Schauberger entdeckt hat (s.a. Teil D, Wirbelströmung 3) können möglicherweise auch bei der Erklärung der sogenannten Herbrand-Turbine dienen.

Ludwig Herbrand aus Wegberg meldete 1994 ein Patent an (DE 4408483 A1, vom 21.09.1995), das sich eher wie ein Essay voller historischer Begebenheiten, Zitaten und Briefwechseln liest – und vermutlich deshalb auch nicht erteilt wurde. Dabei geht es um die ‚Energiesteigerung aus fließendem Wasser’, indem zum Antrieb der Turbinen die ‚Masse-Energie des Wassers’ genutzt wird. Dies erfolgt durch einen trichterförmigen oder konischen Einlauf, der die Geschwindigkeit des Wassers auf das 5 – 10fache steigert, denn die Energie steigt kubisch mit an (Ekin = 1/2 x Dichte X Fläche x Geschwindigkeit3).

Free Flow Turbine Grafik

Free Flow Turbine (Grafik)

In der Formulierung des Patentanspruchs heißt es: „Herbrand-Turbine zur Nutzung von potentieller und Masse-Energie, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser horizontal in die Turbine einläuft und gegen einen Energiekorb spritzt, der mit verstellbaren Leitschaufeln versehen ist, die konisch unter einem Winkel von 40 bis 60 Grad gestellt sind, wodurch das Wasser ohne Reibung senkrecht auf das Laufrad auftrifft.“

Herbrand behauptete, daß diese Technologie seit dem Jahre 1915 bekannt sei. Der eigentliche Konstrukteur ist offensichtlich auch nicht Herbrand, sondern ein Prof. Finzi der T.H. Aachen, dessen System im Kraftwerk Rheinfelden installiert worden war.

2008 wird erstmals eine neue magnetisch gelagerte Turbine getestet. Die Untersuchungen im Auftrag der Free Flow Power, die entlang des Mississippi Tausende Unterwasserturbinen installieren will (s.u.) erfolgen im Strömungskanal der Alden Labs in Holden, Massachusetts.

Die Free Flow Turbine schwebt mitsamt ihrem Permanentmagnet-Generator in einem magnetischen Feld, wodurch auch die Schmierstoffe traditioneller mechanischer Lager vermieden werden, die in die Umwelt austreten könnten.

Im März 2010 sucht das Electric Power Research Institute (EPRI), ein unabhängiges non-profit Institut, nach einem Standort um die besonders Fisch-freundliche Alden Turbine zu testen und zu bewerten. Die bereits 2001 und 2002 durchgeführten Pilotversuche sollen vielversprechend gewesen sein.

Vena Microhydro System Grafik 1

Vena Microhydro System

Die mit Unterstützung des U.S. Department of Energy und industriellen Partnern vom Alden Research Laboratory entwickelte Turbine zeichnet sich durch eine konisch-spiralige Form aus und soll nur minimalen Schaden an der hindurch schwimmenden Fischpopulation anrichten.

Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Kaplan-Turbinen mit 5 oder 6 Blättern, oder gar Francis-Turbinen, mit 14 bis 18 Blätter haben, besitzt die Alden-Turbine nur drei Rotorblätter und ähnelt damit ein wenig einem Korkenzieher. Außerdem gibt es keine Lücken zwischen den Flügeln und der Turbinennabe, in denen sich die Fische verfangen könnten. Zudem dreht sich die Alden-Turbine langsamer.

Daniel Hull, ein australischer Industriedesigner mit Sitz in Melbourne, präsentiert im August 2010 eine tragbare Wasserturbine mit dem Namen Vena Microhydro System.

Das System verfügt über Anker, Turbine, Generator und Akku-Pack für die Speicherung der gewonnenen Energie, wobei alle Komponenten in einer Art Rucksack untergebracht sind. Die von Drachen und Windrädern inspiriere Turbine hat flexible Rotorblätter, die aufgerollt werden können um das System zu transportieren. Das ideale Gerät zum campen am Fluß.

Kommen wir nun zu den Laufwasserkraftwerken, die zumeist ohne aufwendige Dammkonstruktionen errichtet werden.

Laufwasserkraftwerke

 

Laufwasserkrafwerk Säckingen

Laufwasserkraftwerk Säckingen

Es scheint die Grand Rapids Electric Light and Power Co. in den USA gewesen zu sein, die 22.03.1880 das erste ‚hydroelektrische’ Kraftwerk installierte. Die Anlage wurde in der Fabrik der Wolverine Chair Company errichtet und versorgte ein Theater und die Schaufenster von Geschäften mit elektrischem Licht. Die erste ‚kommerzielle’ Anlage wurde zweieinhalb Jahre danach, am 30.09.1882 in Appleton, Wisconsin, am Fox River installiert. Die später Appleton Edison Light Company genannte Anlage war von dem Papierfabrikanten H. F. Rogers in Auftrag gegeben worden, der sich von Thomas Edison hatte inspirieren lassen. Die Anlage war mit einer 107 cm durchmessenden Wasserturbine ausgerüstet und lieferte 25 kW. Ab diesem Zeitpunkt begann man überall auf der Welt mit dem Bau von Wasserkraftwerken.

Ein klares Unterscheidungsmerkmal gegenüber anderen hydroelektrischen Anlagen ist, daß bei Fluß- oder Laufwasserkraftwerken höchstens Wehre, nicht jedoch Dämme errichtet werden. Man bemüht sich hier, das freie Fließen des Flusses möglichst wenig einzuschränken.

Besonders ‚Unterwasserkraftwerke’ mit Kaplan-Rohrturbinen erzielen mit einem Mindestmaß an Material, Bauzeit und Kosten ein Höchstmaß an Nutzwirkung. Das erste dieser besonderen Laufwasserkraftwerke wurde 1936 an der Persante in Pommern gebaut, ein erst in jüngerer Zeit gebautes Kraftwerk an der Iller (oder richtig ‚in’ der Iller) leistet 25 · 106 kWh im Jahr.

Die stark gefallenen Kosten für Wasserturbinen und Generatoren lassen inzwischen wieder den ehemals vorhandenen und dann durch die billigen Kohle- und Ölpreise aufgegebenen Einsatz von ‚Mini-Stationen’ an kleineren Flüssen und größeren Bächen sinnvoll erscheinen – hier liegt sogar im mitteleuropäischen Raum ein recht großes Potential brach.

Um 1900 waren in Deutschland noch etwa 70.000 vorwiegend kleine Wasserkraftwerke in Betrieb – heute, rund 100 Jahre später, existieren höchstens noch 10 % davon. Bei einer Erhebung in Bayern im Jahr 1983 wurden exakt 4.054 Kleinanlagen unter 1 MW gezählt. Und als 1987 die Landwirtschaftskammer Westfalen-Lippe damit begann, ein Kataster anzulegen, um die vorhandenen Laufkraftwerke zu erfassen, stellte sie fest, daß in ihrem Bezirk noch 850 alte Wasserkraftanlagen mit einem nutzbaren Energiepotential von rund 100 MW existieren, während die Fließgewässer des Gebiets eine kinetische Energie von etwa 290 MW aufbringen könnten.

Aus ökologischer Sicht werden Laufkraftwerke dann bedenklich, wenn mit ihrer Installation auch der Bau von Staustufen einhergeht, durch die ein Verlust des Fließcharakters resultiert, mit allen seinen (zumeist negativen) Folgen für Gewässergüte, Fischfauna und Flußauen. Dafür haben sie aber sehr lange Nutzungszeiten zwischen 40 und 80 Jahren!

Pico Hydro-Turbine

Pico Hydro-Turbine

Unter dem Namen Small Hydro erfuhr diese Technologie inzwischen besonders in Kanada einen enormen Auftrieb. Man kann per Katalog eine ganze Bandbreite an entsprechenden Anlagen bestellen, deren Montage und Installation im do-it-yourself Verfahren erfolgt.

Bereits 1998 gründete sich auf Initiative der Europäischen Kommission die ESHA (European Small Hydropower Association), eine non-profit Vereinigung, die seit 2000 ebenso wie die anderen Mitglieder des EREC (European Renewable Energy Council) ihren Sitz in Brüssel hat. Die Ziele dieser Vereinigung sind die Schaffung einer Plattform auf europäischer Ebene, die Förderung des Informations- und Technologieaustausches sowie die Durchführung von Analysen und Studien zu juristischen, technischen und wirtschaftlichen Faktoren die mit dem Bereich ‚small hydropower’ zu tun haben.

Für die Dritte Welt ist jedoch sogar diese relativ kleine Anlagengröße oftmals noch zu groß. Aus diesem Grund wurde eine weitere Unterteilung in Micro Hydro (bis 100 kW) und Pico Hydro (bis 5 kW) vorgenommen. Dabei werden diese Anlagen zwei verschiedenen Segmenten zugeordnet – entweder den Batterie-basierenden Systemen oder den direkt angeschlossenen Gleichstromsystemen.

Da es sich bei der Wasserenergie um die weltweit größte und sauberste Quelle erneuerbarer Energie handelt – und da es im Sinne einer weltweiten dezentralen Nutzung der Wasserenergie in erster Linie um besonders kleine Wasserkraftwerke geht, werde ich die aktuelle Entwicklung in diesem Bereich hier näher beleuchten.

Unverständlich ist es, daß man Informationen über von Wasserkraft betriebene Kleinstanlagen erst mit großem Aufwand suchen muß, da diese Technologie auf internationaler Ebene so gut wie nicht kommuniziert wird.

Trotzdem gibt es weltweit bereits eine große Anzahl von Micro Hydro-Systemen mit Leistungen bis zu 100 kW. Eingesetzt werden primär kleine Pelton-Turbinen, die inzwischen auch in Schwellenländern selbst hergestellt werden – wie beispielsweise seit 2003 von dem türkischen Unternehmen Electromechanics Industry (TEMSAN), wo man von ‚Mikro Türbinler’ spricht. Die hier gefertigten Turbinen reichen im Durchschnitt aus um zwei Haushalte zu versorgen – und amortisieren tun sich die Anlagen in zwei Jahren. Bis Ende 2007 hatte das Unternehmen bereits acht erfolgreiche Umsetzungen vorzuweisen.

Schon 1975 gab es in der VR China zum Beispiel rund 60.000 solcher Kleinanlagen, die zwischen 0,6 und etwa 100 kW leisten. Man schätzte damals, daß rund 70 % aller chinesischen Kommunen ihre Elektrizität mittels kleiner Wasserkraftanlagen produzieren. Zumeist handelte es sich um Anlagen mit hölzernen Schaufelrädern von Durchmessern bis zu 5 m und einer Generatorleistung von ca. 5 kW.

Dies ist insbesondere für Afrika interessant, wo es zwar viele Flüsse, aber noch viel zu wenig Energieerzeugung gibt, denn die von den Chinesen beherrschte Technologie winziger und billiger Mikro-Hydro-Dämme ermöglicht es, aus kaum mehr als ein paar Wassertropfen schon kleinste Mengen an Elektrizität herstellen zu können. In Ländern wie Zimbabwe, Kenia, Uganda und Südafrika haben bereits diverse Kleinanlagen ihren Betrieb aufgenommen.

Mehr Pico Hydro Anlagen gibt es in Vietnam. Hier rechnet man inzwischen mit über 100.000 Stück, die sich landesweit im Einsatz befinden, wobei ein Generator mit einer Leistung von 300 W nicht mehr als 20 $ kostet und den Stromverbrauch einer ganzen Familie decken kann. Da diese Leistung auch über 365 Tage im Jahr und 24 Stunden am Tag geliefert wird, erübrigt sich eine teure Batteriespeicherung. Selbst das komplette System inklusive aller Rohre, Kabel, Montagekosten usw. kostet selten mehr als 200 oder 300 $ und ist damit auch für einen großen Teil der Bevölkerung erschwinglich.

Mikro-Hydro Turbinen aus Vietnam

Mikro-Hydro Turbinen
(Vietnam)

Die in Vietnam hergestellten Turbinen und Generatoren werden vom Center for Sustainable Energy Development (VSED)  inzwischen auch im Internet angeboten, es gibt sie als 200, 500 und 1.000 Watt Generatoren, je nach Netz entweder in der 110 oder der 220 Volt Ausführung.

Besonders für Haushalte mit geringem Einkommen in Equador wurde mit Unterstützung der Weltbank eine Pico Hydro Technik entwickelt, die sich leicht auch auf andere Entwicklungsländer übertragen ließe. Dabei handelt es sich um kleine, im Grunde fast tragbare Mini-Wasserkraftwerke, deren Ausbeute aber trotzdem den Großteil des Bedarfs eines Einzelhaushalts decken kann.

Es gibt inzwischen weltweit diverse Projekte, in denen sich NGOs mit der Verbreitung und dem Technologietransfer von Kleinstturbinen beschäftigen.

Doch selbst in den (hochentwickelten) Vereinigten Staaten werden zwischen 1978 und 1988 etwa 50.000 neue dezentrale Kleinkraftwerke installiert – dieser Zuwachs kam allerdings durch produzentenfreundliche Einspeisegebühren zustande, wie sie in Deutschland damals noch nicht einmal angedacht waren. Die Gesamtausbeute dieser neuen US-Anlagen wurde Ende der 1980er Jahre mit rund 850 MW angegeben.

Als einfachste Form überhaupt gilt die sogenannte Harris-Turbine, bei der ein Peltonrad gleichzeitig von mehreren Düsen beaufschlagt wird. Hierbei wird keine spezielle und teure Peripherie benutzt, sondern ganz einfache Wasserrohre. Als Generatoren werden umgebaute Lichtmaschinen aus Kraftfahrzeugen eingesetzt, da deren Verbrauchsmaterialien wie Kohlebürsten z.B. sehr günstig und auch überall erhältlich sind. Typische Einsatzgrößen für diese Turbinen liegen zwischen 1 kWh und 30 kWh pro Tag.

Banki-Turbine

Banki-Turbine

Für Gebiete mit geringerer Fallhöhe eignen sich dagegen mehr die Banki-Turbinen (Durchströmturbinen), die zwar weniger effizient sind, sich jedoch durch einfachere Strukturen und auch wesentlich günstigere Herstellungskosten auszeichnen.

Ein weiteres neues Konzept stammt von dem britischen Erfinder Ken Upton, es wird in der Sommerausgabe 2002 des Catalyst magazine vorgestellt. Bei dieser Innovation wird die Strömungsenergie des Wassers über eine Art Laufband umgewandelt, bei dem Schaufeln unter Wasser senkrecht stehen, während sie sich – sozusagen auf dem Rückweg – an der Oberseite der schwimmfähigen Konstruktion niederlegen.

Der in Spanien lebende Upton soll sich auch schon früh mit oszillierenden Tragflächen-Systemen beschäftigt haben, es scheint aber bei kleinen Funktionsmodellen geblieben zu sein. Ähnliche Systeme hat er auch auch für den Bereich der Windkraftnutzung vorgeschlagen.

Im Juni 2004 startet in Augsburg in einem Seitenkanal des Lech das Projekt Hubflügelgenerator HFG3 der Firma Aniprop GbR aus Göttingen/Berlin. Das von Felix Scharstein konstruierte 1 kW Kleinstkraftwerk besitzt einen Tragflügel wie im Flugzeugbau, der sich – quer im Fluß liegend – auf und ab bewegt und einen Teil der Fließenergie in elektrische Energie umwandelt.

Das physikalische Wirkungsprinzip ist schon 1924 in Göttingen entdeckt worden – und gilt unter dem Namen ‚Flugzeugflattern’ als Erzfeind einer jeden neuen Flugzeugkonstruktion.

Die Konstruktion (Patentnummer DE 101.09.475) soll sich im praktischen Betrieb bewähren und die im Labormaßstab vielversprechenden Versuche bestätigen, denen zufolge die gekoppelte Schlag- und Drehbewegung des schwingenden Hubflügels aus physikalischen Gründen im Wirkungsgrad jedem Wasserrad überlegen ist. Die 20.000 € Sachkosten, die das Projekt kostet, werden von der kleinen Firma mit Krediten und privaten Einlagen selbst aufgebracht. Der Feldversuch der Aniprop endet im Juni 2006 wegen des Ablaufs der auf zwei Jahre begrenzten Betriebszeit. Die weitere Entwicklung ist in der Schwebe, 2010 bemüht man sich um Finanzmittel für die Entwicklung einer marktfähigen Kleinanlage.

Aniprop System Grafik

Aniprop System (Grafik)

Technisch besteht eine Ähnlichkeit mit dem Projekt Stingray der englischen Firma Engineering Business Ltd., das weiter unter unter Strömungsenergie präsentiert wird.

Als Beispiele der diversen individuellen Initiativen, die es inzwischen auf diesem Sektor gibt, möchte ich hier einmal die Erfindung der beiden britischen Pensionäre Ian Gilmartin und Bob Cattley erwähnen, bei der es sich um eine modernisierte – und im Grunde umgedrehte – Form der Noria von Philon handelt (s.o.). Bei dem 2 kW System, an dem die beiden seit 2004 arbeiten, wird eine Reihe von Trögen eingesetzt, die an einer Kette in Umlauf sind. Doch anstatt wie bei der Noria das Wasser hinauf zu fördern wird hier das Gewicht des Wassers dazu genutzt, einen kleinen Generator anzutreiben. Die Abbildung zeigt eine Zeichnung aus dem Patent der beiden (WO 2006082403).

Gilmartin und Cattley haben inzwischen vom Lake District National Park eine Förderung im Umfang von 15.000 englischen Pfund bekommen, um in der Nähe von Windermere einen funktionierenden Prototypen zu errichten. Sie hoffen, ihre Anlagen, die schon einen Höhenunterschied von nur 20 cm effektiv ausnutzen können, bereits Ende 2007 in Verkauf gehen zu lassen, und wollen ein Komplett-Set für ungefähr 2.000 Englische Pfund anbieten.

Ein weiteres System, das keinesfalls unerwähnt bleiben darf, ist das bereits 1990 patentierte Compression Tube System von Joe Holden, dem Erfinder der Nachbrenner für RollsRoyce-Turbinen und ehemaliger Testpilot der Concorde. Diese Innovation zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß hier zwei verschiedene Turbinenprinzipien miteinander kombiniert werden. Außerdem läßt sich das System ohne Umbauten auch zur Erzeugung von Luftdruck nutzen.

Prototyp des Optimset Turbo Kraftwerks

Optimset Turbo

Ebenfalls recht interessant ist das 2006 patentierte Optimset Turbo System (WO 108264), bei dem es sich um einen in Toronto entwickelten schwimmenden Laufwasser-Generator mit senkrechter Achse handelt, der sich in einer Ummantelung befindet, vor der ein trichterförmiger Zufluß angebracht ist. Das System ähnelt damit den frühen Windmühlen im Orient bzw. späteren Umsetzungen der Windenergienutzung, die ich an entsprechender Stelle noch ausführlich darstellen werde.

Die vielleicht kleinste jemals gebaute hydroenergetische Anlage wird 2007 vorgestellt: Die computergesteuerten Toiletten des japanischen Herstellers TOTO Ltd. aus Fukuoka können seit neuestem für ihre eigene Stromversorgung sorgen, denn jedes mal, wenn die Spülung läuft, wird die Energie des ablaufenden Wassers genutzt um einen Akkumulator aufzuladen.

Mit einem ähnlichen System beteiligt sich 2007 Leo Yip von der Queensland University of Technology am australischen Dyson Design Award. Das Eco-electric genannte Gerät soll Strom aus dem sogenannten Grauwasser von Haushalten erzeugen – und gleichzeitig das Bewußtsein für den Wasserverbrauch schärfen. Außerdem trennt ein Filter Schmutzpartikel ab, die in einem angeschlossenen Behälter gesammelt werden.

Auf der japanischen Leitmesse für erneuerbare Energien im Oktober 2007 wird ferner eine Mikro-Wasserkraftanlage der Firma Tepsco gezeigt, mit der man Strom aus dem Wasser in Abflussrohren gewinnen kann. Das Unternehmen verspricht, bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,05 bis 0,2 m/s zwischen 10 und 30 kW Leistung erzeugen zu können.

Für die gleiche Idee erhält im März 2008 die 12-jährige Schülerin Nina Yadlowsky aus Irvine, Kalifornien, einen Preis in Höhe von 25.000 $. Sie nennt ihre Erfindung Drain Wheel. Und im Juli 2010 stellt Tom Broadbent, Student der Leicester De Montfort University einen weiteren Abwasser-Generator vor, den er HighDro Power nennt, und der in einem 7-stöckigen Haus jährlich bis zu 1.400 $ Stromkosten sparen soll.

Eine sehr interessantes schwimmendes Flußkraftwerk wurde bereits 1978 von dem zwischenzeitlich verstorbenen Hamburger Jens Hoppe entwickelt. Die P.E.A.C.E Schraube (Provide Energy As Clean Energy) besteht aus einem hohlen Kegel mit 2 bis 5 Flügeln. Die Anlage ist so austariert und montiert, daß sie im Flußwasser schweben kann. Mehrere Schrauben können hintereinander geschaltet werden, bei richtigem Abstand der Schrauben und abnehmendem Durchmesser ergibt sich eine Energiekaskade. Die Kegel selbst können geflutet und verschlossen werden, was dazu dient, ihnen das spezifische Gewicht des Wassers zu geben. Eine Einzelschraube mit einem Schraubendurchmesser von 1 m erzielt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s eine Leistung von 1 kW.

P.E.A.C.E.-Schraube als CAD-Grafik

P.E.A.C.E.-Schraube (CAD)

Ein Prototyp mit den Maßen  8 m Länge und 4 m Breite entstand 1997/1998 auf der Binger Schiffswerft und wurde auch eine Zeitlang bei Bingen im Rhein getestet.

Jens Hoppe verstirbt Ende 2005, nachdem das Patent wegen Nichtzahlung des Jahresbeitrages schon 2001 erloschen war. Burkhard Schmidt in Falkensee will diese Schraube in seiner Firma Hydropower-BB noch einmal nachbauen (Stand Mitte 2007).

Anfang 2008 arbeitet die International River Energy Gmbh aus Naumburg an der Errichtung eines Kraftwerks in Naumburg-Almrich in Sachsen-Anhalt. Das F-LWK 5-300 kW ist eine Weiterentwicklung der Stömungswandler-Schraube oder Kegelturbine und soll das erste fischökologische Laufwasserkraftwerk der Welt werden. An der ursprünglichen Form sind einige Dinge verändert worden, und gemeinsam mit dem Unternehmen Aupro arbeitet man an einer Trinkwasseraufbereitung.

Ebenfalls aktiv ist die P.E.A.C.E-Power Water and Wastewater GmbH in Leipzig. Es scheinen sich allerdings Differenzen um Hoppes Patent ergeben zu haben, die o.g. Firmen sind inzwischen nicht mehr erreichbar, und auch die Staatsanwaltschaft Leipzig soll Ermittlungen eingeleitet haben. Aufklärende Informationen werden daher gerne entgegengenommen.

Die langgestreckte Schraubung erinnert ein wenig an das schwimmende Kleinkraftwerk eines Farmers in Arizona, das es 1932 sogar in die Presse schaffte. Unter dem Ponton-Floß sind vier spiralförmige Rotoren mit einem Durchmesser von jeweils knapp 30 cm angebracht, von denen sich zwei links- und zwei rechtsherum drehen – vermutlich aus Gründen der Stabilität. Jede Achse ist mit einem 32 V Generator verbunden, was genügend Strom für die gesamte Ranch liefert.

Schwimmende Tyson-Turbine

Tyson-Turbine

Ein Vorläufer ist auch die schwimmende Fluß-Turbine von Peter Garman, die auf Initiative der Intermediate Technology Development Group (ITDG) im Jahr 1978 zur Entwicklung der sogenannten Garman Turbine führte, die speziell für Wasserpumpen und Bewässerungsanlagen genutzt wird. Innerhalb von vier Jahren werden am Weißen Nil in Juba, Sudan, insgesamt neun Prototypen gebaut und getestet. Der Gesamtwirkungsgrad des Low-Cost-Gerätes beträgt allerdings nur 7 %.

Ein weiteres ähnliches Modell bildet die sogenannte Tyson-Turbine der Gruppe Alternative Way, Nimbin, bei der es sich ebenfalls um einen konischen Rotor mit horizontaler Achse handelt, der unterhalb einer schwimmenden Konstruktion angebracht ist. Das Modell aus Australien soll 3 kW leisten.

Die belgische Rutten Company aus Herstal experimentiert wiederum in Zaire mit einer Ponton-Turbine, die aus einem doppelten Wasserrad besteht. Weitere Tests werden im Amazonasgebiet von Brasilien durchgeführt. Genauere technische Informationen über diese Entwürfe und ihre Leistungen sind leider nicht mehr verfügbar.

Eine weitere neue Methode, die Fließgeschwindigkeit des Flusses energetisch zu nutzen, hat der deutsche Ingenieur  Lutz Kroeber entwickelt. Sein Transverpello besteht lediglich aus einem Flügelelement, das wie eine Fahne am Mast an einer vertikalen Achse im Wasser hängt und sich mit der Strömung hin und her bewegt. Diese Pendelbewegung wird am freien Ende des Flügels abgenommen. Eine Pleuelstange überträgt die Kraft der Pendelbewegung über eine drehende Schwungmasse auf den Generator an Land. Jedes mal dann, wenn der Flügel seine äußerste seitliche Auslenkung erreicht hat, kehrt sich die Flügelwölbung durch die Kraft der Strömung um.

Transverpello Funktionskizze

Transverpello Funktion

Das Wasser eines 2 m tiefen Flachlandflusses erzeugt an einem zwanzig Meter langen Flügel eine enorme Zugkraft. Sie entspricht ca. 10 t und wächst mit wachsender Flügellänge. Wird nun in einem gemächlich fließenden Flachlandfluß ein nur relativ kleiner Fleck Sohle von beispielsweise 50 x 15 m betoniert, so fließt über dieser Platte das Wasser doppelt so schnell. Die erhöhte Fließgeschwindigkeit bringt an dieser Stelle die mehrfache Energie, sie liegt zwischen dem Vier- und dem Achtfachen.

Sehr einfach ist das System des pakistanischen Erfinders Sarfraz Ahmad Khan, das 2007 in einem Fachblog präsentiert wird. Mehrere in den Flußlauf eingetauchte ‚Wasserräder’ übertragen ihre Drehenergie auf eine Hydraulikanlage, die wiederum die Stromgeneratoren antreibt. Allerdings gibt es bislang erst einige Zeichnungen des Konzepts.

Im Jahr 2006 erhält die VLH Turbine der Firma MJ2 technologies S.A.R.L aus Frankreich, ein internationales Patent, das bereits 2003 beantragt worden ist. Schon im April 2004 stellt MJ2 ein weiterentwickeltes Konzept vor, doch es dauert noch bis zum März 2007, als diese äußerst solide Turbine erstmals im französischen Troussy (Millau) installiert wird. Ihr Wirkungsgrad soll rund 90 % betragen.

Die VLH Turbine hat eine sehr niedrige Kopfhöhe und wird schräg abwärts zum Wasserfluß montiert. Sie ist auch bei Fallhöhen unter 3,2 m einsetzbar. Die Rotorblätter ähnelt denen einer Kaplanturbine. Durch ihren großen Durchmesser und die langsame Drehzahl gilt die VLH-Turnine mit unter 5 % Sterblichkeit als sehr fischfreundlich.

VLH Turbine

VLH Turbine

Ein ganz aktuelles und sehr durchdachtes schwimmendes Kleinkraftwerk kommt aus Österreich: die Strom-Boje der Firma Aqua Libre Energieentwicklungs-GmbH in Munderfing. Hier dreht sich der Rotor in einem an Seilen befestigten, frei schwebenden Strömungskanal, der sich in Höhe und Fließrichtung selbst reguliert und ohne jeden Eingriff oder jede bauliche Maßnahme im Fluß auskommt. Wirtschaftlich einsetzbar ist die Strom-Boje in Flüssen ab einer durchschnittlichen Fließgeschwindigkeit von 2 m/sec, gut geeignet sind mittlere bis große Flüsse mit einer Mindestbreite von 4 m und einer Mindesttiefe von 2 m.

Das Unternehmen plant, Strom-Bojen als einzelne Module mit verschiedenen Leistungen bis ca. 140 kW und mit Rotordurchmessern bis ca. 4 m zu entwickeln. Mehrere Module können dann zusammengehängt werden, wodurch ‚Wasserparks’ mit einer Gesamtleistung von je 1.000 – 2.000 kW und einem jährlichen Ertrag von bis zu 10 Millionen kWh entstehen.

Das erste 1:1-Modell wird 2006 in den Fluß Wachau eingehängt und erfüllt die Hoffnungen des Entwicklerteams in vollem Maße. 2008 wird an der Optimierung der Leistung anhand von Modellen im Schleppkanal der SVA Potsdam, sowie an der Fertigungstechnik gearbeitet. Dieses Projekt wird im Rahmen des Ziel 2-Programms aus Mitteln des EFRE (Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung) sowie aus Landesmitteln der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) gefördert.

Die neuesten Entwicklungen der Jahre 2009 und 2010 beweisen, daß diese Technologie einerseits noch weiter optimierbar ist, und andererseits, daß es in Österreich für kleinere und mittlere Unternehmen wesentlich einfacher ist als in Deutschland, für ihre innovativen Projekte öffentliche Unterstützung zu erhalten. Außerdem zeigt sich, daß die Strom-Boje das Donau-Hochwasser schadlos überstanden hat.

Ab Oktober 2009 schwimmt der zweite, schon seriennahe Prototyp Strom-Boje 2 – ebenfalls mit einem 150 cm Rotor – in der Donau. Bis Juni 2010 wird er getestet, verbessert und zur Serienreife entwickelt. Diese Baugröße mit 15 kW Nenn- und 30 kW Engpaßleistung wird dann einen Jahresertrag von etwa 100.000 kWh erbringen. Am 1. Juni wird sogar ein neuer Weltrekord für Strömungskraftwerke aufgestellt – bei einer Fließgeschwindigkeit von 3 m/s: Das Kraftwerk leistet bis zu 10 kW pro Quadratmeter Rotorfläche!

Ab dem Herbst 2010 wird die nächste Baugröße mit einem 250 cm Rotor und einer Leistung von 40 – 80 kW und ca. 250.000 kWha gebaut, eingehängt und getestet. Der Start einer Kleinserienproduktion soll dann 2011 erfolgen.

Im Februar 2008 erscheint erstmals eine Meldung über die Firma Bourne Energy aus dem kalifornischen Malibu, die mit grafischen Konzepten für eine ganze Reihe von Wasserkraftwerken aufwarten, an deren Anfang das RiverStar Kinetic Energy Module steht. Bei diesem System hängt ein 6,7 m durchmessender Strömungsrotor an einem bootsähnlichen Schwimmkörper, es soll bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 Knoten bis zu 50 kW leisten und etwa 20.000 $ kosten. Eine Version mit Doppelrotor läuft unter dem Namen TidalStar, für Meeresströmungen sollen wesentlich größere Systeme namens CurrentStar bzw. OceanStar entwickelt werden. Die limitierte Produktion dieser Modelle ist für 2011 angedacht.

RiverStar Grafik

RiverStar (Grafik)

Außerdem entwickelt das Unternehmen eine 15 kg schwere portable und zusammenklappbare Kleinversion für Camper und das Militär, sie kann in jedem Fluss installiert werden, der tiefer als ein Meter ist. Das Modell Backpack Power Plant-Type 2 (BPP-2) soll 500 W – 600 W leisten, erste Prototypen werden 2010 vorgestellt, der Preis wird 3.000 $ betragen. Um mit der Produktion beginnen zu können sucht das Unternehmen allerdings noch 4 Mio. $ Investitionskapital.

Turbinen, die dem Geröll in Flüssen und Kanälen besonders gut widerstehen, sind eine Spezialität der 2006 in Seattle gegründeten Firma Hydrovolts Inc., die davor unter dem Namen Puget Sound Tidal Power LLC bekannt war.

Als 2005 die Stadt Tacoma, Washington, den Bau eines 16 MW Gezeitenkraftwerks im Puget Sound vorschlägt, beauftragt Tacoma Power, der städtische Energieversorger, Hydrovolts Gründer Burton Hamner und seine damalige Firma Puget Sound Tidal Power im Februar 2007 eine Machbarkeitsstudie zu erstellen. Die im Dezember 2007 vorgelegte Studie ergibt, daß das Projekt eines kommerziellen Gezeitenkraftwerks am Standort Tacoma technisch sehr anspruchsvoll und wirtschaftlich nicht wettbewerbsfähig ist (s.u. Gezeitenenergie).

Hydrovolts setzt ihre Erfahrungen nun für den Einsatz in Wasserläufen um und entwirft gleich drei Arten spezieller Turbinen, die jeweils genug Strom für bis zu drei durchschnittliche amerikanische Haushalte erzeugen können. Auch bei dieser Flipwing Turbine genannten Technologie handelt es sich um einen Querläufer mit Klappflügeln – diesemal vier Stück, die sich um eine horizontale Ache drehen.

Im Februar 2008 ist eine erste Anlage in der Region Seattle im Bau, im Dezember folgt ein größerer Prototyp, der von der Firma Everett Engineering Inc. hergestellt wird. 2009 werden einige Preise gewonnen und das Unternehmen erhält Unterstützung durch die Woods Hole Oceanographic Institution um seine Turbine zu bauen und zu testen. Außerdem wird versucht, eine F & E-Vereinbarung mit der US-Navy abzuschließen.

Mitte 2010 laufen die ersten Tests im Roza Kanal. Daneben arbeitet die Firma auch an einer Kombination von Wind- und Wellenkraftwerk für den Offshore-Einsatz. Der eigentlich für 2010 geplante Produktionsstart wird jedoch auf Mitte 2011 verschoben. Aus Wettbewerbsgründen werden die Produktspezifikationen und erwarteten Preise noch nicht öffentlich bekanntgegeben.

Im Mai 2009 vergibt die Zino Society eine Green Fund Startinvestition von50.000 $ an Hydrovolts.

Hydrovolts-Test im Roza Kanal

Im Juli 2010 setzt Hydrovolts die Flipwing floating turbine in den Roza Kanal ein, wo sie auch erfolgreich arbeitet. Die Installation dauert nur eine Stunde.

DLZ Corp., ein US-amerikanisches Tiefbauunternehmen, investiert im September 2010 einen Betrag von 0,25 Mio. $ in Hydrovolts, um den Prototyp einer produktreifen 25 kW Kanal-Turbine zu entwickeln. DLZ arbeitet an mehreren Wasserkraft-Projekten in Indien, so an einem 10 MW Kraftwerk-Projekt im 14 km langen Chilla Kanal im Norden Indiens, der gegenwärtig Wasser für ein konventionelles Wasserkraftwerk am Ganges heranführt.

Arbeitet die Hydrovolts-Turbine zufriedenstellend, will DLZ 400 Turbinen ordern und in dem Kanal installieren. Das Auftragsvolumen würde rund 20 Mio. $ betragen.

Im April 2008 legt die Startup-Firma Free Flow Power aus Gloucester, Massachusetts, den Plan vor, entlang des Mississippi bis zu 160.000 (!) Unterwasserturbinen zu installieren, die weder den Schiffsverkehr noch die lokalen Ökosysteme stören sollen. Die ummantelten Unterwasserturbinen können z.B. an Stützpfeilern von Brücken angebracht werden. Mit dem 3 Mrd. $ teuren Programm würden 1.600 MW Strom in die Netze geleitet werden können, um damit etwa 1,5 Mio. Haushalte zu versorgen.

Das Unternehmen erhält die Genehmigung der Federal Energy Regulatory Commission, um innerhalb von 3 Jahren 55 Standorte zwischen St. Louis und dem Golf von Mexiko zu untersuchen. Bei positiven Ergebnissen könnte die erste Umsetzungsphase 2012 starten.

Der 20 kW Turbinenprototyp wird durch ein Team aus eigenen und externen Ingenieuren konzipiert und hergestellt, darunter Experten der Sigma Design Co. aus Springfield, New Jersey, Advanced Energy Conversion aus Malta, New York, und Turbo Solutions Engineering aus Norwich, Vermont. Die Turbine besitzt einen Riemen-angetrieben Generator, wobei dieser und der Rotor magnetisch gelagert sind, während sich die Generatorspulen im Außenring befinden. Zum Anlaufen verfügt der Generator zudem über ein hydrodynamisches Lager.

Free Flow Power plant nun, 6 bis 12 Turbinen herzustellen, die 7,5 m über dem Grund des Flusses und mindestens 12 m unter der Oberfläche installiert werden sollen. Hierfür wird ein Standort in Iberville Parish, Louisiana, genehmigt. Die Kapazität vor Ort liegt dem Unternehmen zufolge bei 1.100 Turbinen mit zusammen 22 MW Leistung.

HydroCoil Turbine

HydroCoil Turbine

Im Juni 2008 präsentiert die 2006 gegründete HydroCoil Power Inc. aus Wynnewood, Pennsylvania, eine patentierte kleine Wasserturbine, deren Schneckenrotor in Richtung Ablaufseite einen abnehmenden Anstellwinkel aufweist (im Unterschied zur archimedischen Spirale). Die mitsamt verkapseltem Generator 18 kg schwere HydroCoil Turbine ist 85 cm lang, hat einen Durchmesser von 15 cm und soll bis 1,5 kW leisten. Für größere Anlagen kann man die Rohrturbinen bündeln.

Das Unternehmen benötigt nun 350.000 $, um weitere Prototypen herzustellen und an fünf Standorten zu testen. Bei einer Serienproduktion soll die Turbine 1.500 $ kosten.

Die Technologie dieses Schneckenrotors ist bei der im Jahr 2000 gegründeten und ebenfalls in Wynnewood ansässigen Firma FLUIDmotive Inc. entwickelt worden, allerdings als Antriebs- bzw. Pumpsystem. Die Firma gehört auch dem Besitzer der HydroCoil Power. Der sogenannte Ribbon Drive erhält im 2001 und 2002 mehrere Patente, 2003 ist der erste Edelstahl-Prototyp fertig. Vermutlich ist die mangelnde Resonanz der Grund dafür, die Technologie für die Energieerzeugung zu adaptieren.

Die Firma Freeflow69 (s.u. Gezeitenenergie) arbeitet mit der neu gegründeten The Archimedes Screw Company (TASC) ihrerseits an einer Wasserkraft-Turbine, die exakt auf dem Prinzip der archimedischen Schraube basiert. Im Gegensatz zu den sonst auf dem Markt verfügbaren Systemen ist die TASC-Turbine aus verstärktem Kunststoff und besonders für kleinere Standorte mit weniger als 15 kW geeignet. Spätere Anlagen sollen bis zu 50 kW  erwirtschaften.

TASC-Turbine

TASC-Turbine

In England wird die erste Turbine mit archimedischer Schraube 2008 im River Dart Country Park nahe Ashburton installiert, sie hat einen Durchsatz von 1,5 m3/s.

Im Juni 2008 beginnt das österreichische E-Werk Kindberg an der Mürz, das mit zwei Francis-Turbinen ausgerüstet ist, mit der Einspeisung von zusätzlicher elektrischer Energie, die durch eine Restwassermaschine gewonnen wird. Die wirtschaftlichste Lösung, die innerhalb von nur 7 Monaten umgesetzt werden kann, ist eine Wasserkraftschnecke, die zu diesem Zeitpunkt als die weltweit größte gilt. Dabei handelt es sich um eine Umkehrung des Prinzips der Archimedischen Schraube (s.o.)

Das jahrelang ungenutzte Restwasser der bereits 1905 errichteten Wehranlage liefert nun jährlich rund 500.000 kWh Strom. Bei einer Auslegung auf 5 m3/s und einer Fallhöhe von 3,7 m hat die Maschine einen Durchmesser von 3,6 m bei einer Länge von 19 m. Die 24 Tonnen schwere Anlage der BEA Electrics GmbH aus Wien erreicht bei einer Nenndrehzahl von 21 U/min eine Maximalleistung von 142 kW, angeschlossen ist ein 160 kW Generator.

Der Wirkungsgrad liegt zwischen 80 % und 90 %, die Anlage ist robust, verschleiß- und störungsarm, benötigt keine Reinigung und nur wenig Wartung. Im Vergleich zu Turbinenanlagen sind auch nur geringe Tiefbauarbeiten erforderlich. Neben Kindberg sind Wasserkraftschnecken in Österreich auch Niklasdorf bei Brigl & Bergmeister, in Lunz NÖ sowie in Salzburg-Stadt verbaut worden.

Im Juli 2008 geht die erste patentierte Lamellen Turbine der 2002 gegründeten Firma BEW Betrieb und Entwicklung von Wasserkraftanlagen GmbH, Wien, in Betrieb. Der 10 kW Prototyp wird im Wiener Neustädter Kanal installiert und soll einen Wirkungsgrad von bis zu 70 % erreichen. Aufgrund der soliden Rotoren und stabilen Schaufeln verursacht das Wasserrad nur geringe Wartungs- und Reparaturkosten. Der Einsatzbereich dieser Turbinenform beginnt bei Fallhöhen von 0,8 m aufwärts und einem Wasservolumen von mehr als 1 m3.

Lamellenturbine

Lamellenturbine

Im August 2008 unterzeichnen die Firmen Plutonic Power Corporation und GE Energy Financial Services ein Memorandum of Understanding, um an den Mündungen der Flüsse Toba und Bute entlang der südwestlichen Küste von British Columbia ein Laufwasserkraftwerksprojekt mit rund 1.000 MW zu entwickeln. Bei Kapitalkosten in Höhe von ca. 4 Mrd. $ wäre dies die bislang größte privatwirtschaftliche Investitionen in die Wasserkraft-Stromerzeugung in Kanada.

Bei dem Upper Toba Valley Project geht es um eine Serie von drei Standorten mit einer Kapazität von ca. 120 MW, während das Bute Inlet Project 18 Standorte mit einer Kapazität von rund 900 MW umfaßt. Die Projekte befinden sich bereits in der Genehmigungsphase.

Ebenfalls im August 2008 arbeiten Forscher der University of Pittsburgh daran, mit sogenannten ionischen Polymer-Folien Strom für die Stadt Vandergrift in Pennsylvania zu generieren. Der piezoelektrische Materialstreifen besteht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), das durch die Strömungen und Strudel im Fluß Kiskiminetas hin und her bewegt wird und dadurch elektrischen Strom erzeugt. Mit einer 1,6 km langen Reihe kleiner Plastikwedel ließen sich 20 % bis 40 % des städtischen Strombedarfs decken.

Im Oktober 2008 berichtet die Presse, daß die British Waterways das 2.200 Meilen lange Kanal- und Flußnetz des Königreichs zukünftig als Energiequelle nutzen wollen. Dabei sollen diverse kleine Wasserkraft-Systeme in den Kanälen installiert werden, die gemeinsam mit 50 Windenergieanlagen 100 MW für 45.000 Haushalte erwirtschaften werden. Einen Zeitplan für die Umsetzung gibt es noch nicht.

Einen patentierten Rotor, der sich besonders gut für relativ langsame und flache Flüsse eignet, stellt der slowenische Erfinder Vladimir Markovic aus Ljubljana im Oktober 2008 vor. Technisch entspricht das mit selbständig umklappenden Blättern versehene System dem Hammurabi-Rotor, der im Kapitel Windenergie vorgestellt wird. Die dort genutzen Quellen sprechen allerdings davon, daß das erste Patent bereits aus dem Jahr 1994 stammt.

Einsetzen will Markovic seine sechsblättrigen Rotoren als innovative Pumpensysteme für die landwirtschaftliche Bewässerung, um Luft in das Wasser von Flüssen zu pumpen und diese mit Sauerstoff anzureichern, sowie als hydraulische Antriebe elektrischer Generatoren.

Im März 2009 gibt seine Firma Izumi bekannt, daß man 5 Baugrößen herstellen will (1,6 m /  2,4 m / 3,5 m / 5,5 m / 7 m Durchmesser), deren Preise zwischen 3.500 $ (1,6 m – mit 3 Kolbenpumpen) und 21.000 $ (7 m – mit 3 Lienargeneratoren) liegen sollen.

In der Dezemberausgabe 2008 des Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering veröffentlicht die 2004 gegründete Vortex Hydro Energy, ein damaliges Startup der University of Michigan, den Bericht ihrer Untersuchungen, die natürlichen Schwingungen von fließendem Wasser zur Energieerzeugung zu nutzen. Als Inspirationsquelle werden Fische genannt.

Das mit 2 Mio. $ aus Mitteln des US-Department of Energy und des Office of Naval Research geförderte Ergebnis ist ein stationäres Unterwasser-Gerät, das Elektrizität aus einer Strömunggeschwindigkeit von weniger als 3,2 km/h generieren kann. Dabei werden querliegende Rohre zwischen seitlichen Führungsschienen auf und ab bewegt (s.u. Strömungsenergie).

Ebenfalls im Dezember 2008 stimmt die US Federal Energy Regulatory Commission (FERC) für die Genehmigung und Installation eines kommerziellen Flußkraftwerks im Mississippi, das auf der patentierten Technologie der 2002 gegründeten Firma Hydro Green Energy LLC aus Houston, Texas, beruht. Die US-weit erste Anlage, die ohne jegliche Dammbauten ihre Energie direkt aus dem stömenden Wasser gewinnt, wird umgehend installiert, im April 2009 folgt die zweite der beiden 35 kW Einheiten, die ihren sauberen Strom in das Netz der Stadt Hastings, Minnesota, liefern.

Technisch handelt es sich um ummantelte Rotoren konventioneller Bauart, die von Schwimmkörpern herabhängen und daher schnell und einfach eingesetzt werden können.

Turbine der Hydro Green Energy

Turbine der
Hydro Green Energy

Das vom Quercus Trust finanzierte Unternehmen hat mittel- bis langfristig den Plan, 5 GW Energie aus zwei in den Golf von Mexiko mündenden Flüssen zu gewinnen. Weitere Projekte sind in Alaska, Maine, Minnesota und New York in Vorbereitung, außerdem will die Firma ihre Systeme auch im Bereich der Meeresstömungen und Gezeitenenergie einsetzen.

Im Bereich der Designs erscheint Ende 2008 eine weitere Winzturbine, die speziell für den Wasserkreislauf von Schwimmbecken gedacht ist. Das Ecolights genannte Konzept des Designers Lysandre Follet nutzt die Strömung der Filter-Pumpe um eine kleine Turbine anzutreiben, die wiederum eine Reihe von LEDs zum Erleuchten bringt. Diese Lösung ist auf jeden Fall weitaus sicherer als 500 W Unterwasser-Strahler…

Um eine Fußgängerbrücke im irischen Ballybofey, Donegal County, zu beleuchten, wird im Frühjahr 2009 unter dieser eine Mikro-Hydro-Turbine installiert, die mit dem Wasser des Flusses Finn betrieben wird. Die 110 W ‚hydro light’ Turbine von LH Ecotech (Preis: 3.000 €) soll eine Batterie aufladen, die nachts eine 30 W LED-Straßenlampe versorgt. Zwei weitere Lampen werden von einem Solarpaneel mit Strom gespeist.

Die weltweit erste bewegliche, über- und unterströmbare Wasserkraftanlage der Firma Hydro-Energie Rohr GmbH aus Karlsruhe wird Mitte 2009 für den Anlagenstandort Sophienwehr/Ilm in Bad Sulza gebaut. Die Anlage, die sich automatisch dem Wasserstand anpaßt, erzeugt 60 kW elektrische Leistung, was pro Jahr etwa 400.000 kWh Strom entspricht.

Das Krafthaus, welches die Turbine und den Generator enthält, besteht aus einem 18 m langen und 5 m breiten Stahlkörper, der komplett unter der Wasseroberfläche liegt. Er ist in einen nach oben offenen Betontrog eingebettet und an seinem oberen Ende drehbar gelagert. Bei niedrigem Wasserstand liegt das Krafthaus mit seinem unteren Ende auf dem Boden des Betontrogs auf. Führt der Fluß viel Wasser, wird es automatisch über Hydraulikzylinder bis zu 2,5 m nach oben geschwenkt, sodaß der Stahlkörper oben und unten vom Fluß umströmt wird. Dadurch entsteht am Ende des Krafthauses ein starker Sog, der die Druckunterschiede in der Turbine erhöht und rund 10 % mehr Strom gewinnt als ein herkömmliches Kraftwerk gleicher Größe.

Das System ist besonders umweltschonend, da Fische, Geröll und Treibgut die Anlage darüber und darunter passieren können. Ebenso ist die Wanderung von Fischen gegen den Strom möglich. Die DBU fördert die Pilotanlage und Studie mit 285.000 €. Eine größere Unterwasser-Kraftanlage ist bereits im Bau, die geplante Inbetriebnahme ist 2010.

Push Plates Grafik

Push Plates (Grafik)

Im August 2009 präsentiert Sarfraz Ahmad Khan aus Islamabad, Pakistan, der uns schon zuvor begegnet ist (s.o.) das Konzept eines weiteren Wandlers für Strömungsenergie, der aus zwei umlaufenden, stufenförmigen Schaufeln besteht (Push Plates). Bislang existieren allerdings erst einige Graphiken, von einer Umsetzung ist mir nichts bekannt.

Demgegenüber sinnvoller und auch viel leichter zu installieren ist die Entwicklung von Mike Lowery und Paul Price, die ebenfalls im August 2009 unter dem Namen Hydro-Electric-Barrel Generator (HEB) vorgestellt wird. Das System ist in so ziemlich jeder Art von Fluß einsetzbar, unabhängig von der Wassertiefe oder Strömungsgeschwindigkeit. Das kleine Strom-Faß aus einem, im Stück geformten und profilierten Kunstoffmaterial besitzt zwei integrierte Planetengetriebe an den Seiten, welche die ebenfalls installierten und mit stationären Spulen versehenen Permanentmagnet-Generatoren antreiben.

Eine weitere – hier abgebildete – Bauversion kann zusätzlich zur Strömung auch die Wellenenergie nutzen um Strom zu erzeugen. Dabei steigt und fällt das ‚rollende Faß’ und bewegt damit einen linearen Generator. Im November 2009 startet das Team, das inzwischen von einer (ungenannten) Technologie- und Entwicklungsfirma unterstützt wird, mit dem Bau von 2 kW Prototypen mit einer Faßbreite von 1,5 m, und schon im Mai 2010 wird ein Standort für die Testläufe gesucht.

Im November 2009 meldet die N-ERGIE AG aus Nürnberg, daß ein zwischen Juni und Oktober in der Kernmühle bei Roßtal, Mittelfranken, getesteter 10 k W Prototyp eines Stromrichters für Kleinstwasserkraftwerke mit Asynchrongeneratoren eine um 12 % höhere Stromproduktion bewirkt hat. Das Projektteam schätzt das Steigerungspotential sogar auf 20 %.

Der am Institut für Leistungselektronische Systeme (ELSYS) der Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg entwickelte Maschinenumrichter entkoppelt die Drehzahl des Generators vom Stromnetz. Seine Elektronik erlaubt bei niedrigen Wasserständen eine wesentlich längere Nutzungszeit und selbst bei Niedrigstständen muß der Generator nicht abgeschaltet werden, sondern speist weiter in das Stromnetz ein. Bei einer zügigen Weiterentwicklung bis zur Serienreife könnte das Produkt 2011 auf den Markt kommen.

Nach zwei Jahren Bauzeit nimmt im März 2010 der auf erneuerbare Energien und Bioarchitektur spezialisierte und 35.000 m2 große ‚Envipark’ (Environmental Park) in Torino, Italien, ein besonders kostengünstiges Mini-Wasserkraftwerk in Betrieb, dessen Kernstück ein von der Officine Impianti Meregalli Srl aus Monza gelieferte 2 m hohe Turbine ist, deren Schaufeln sich automatisch an die Fließgeschwindigkeit des Wassers anpassen. Bei 250 U/min kommt sie auf eine Nennleistung von 670 kW und eine Jahresproduktion von 3,8 Mio. kWh und ist damit in der Lage, bis zu 80 % des Energiebedarfs des Envipark zu decken, in dem 20 auf nachhaltige Technologien spezialisierte Start-ups untergebracht sind.

Es ist die weltweit erste Anlage ihrer Art, die in einer städtischen Umgebung installiert wird. Angesichts des staatlich garantierten Vergütungstarifs von 22 Cents je kWh soll sich die 3,5 Mio. € Investition in dreieinhalb bis vier Jahren bezahlt machen.

Mitte 2010 bekommt das abgelegene Örtchen Eagle (68 Einwohner) in Alaska von der Alaska Power & Telephone ein Flußkraftwerk mit einer langsamdrehenden 25 kW Turbine der Firma New Energy Corp. installiert, die ohne Dammbau auskommt. Der Ort wird dadurch zu dem US-weit einzigen, der ausschließlich durch ein Fluß-Generator versorgt wird.

EnCurrent Power Generation System

EnCurrent Power
Generation System (Grafik)

Die in Calgary, Alberta, beheimatete New Energy ist 2003 gegründet worden und liefert ihre EnCurrent Power Generation Systeme bereits in den Baugrößen von 5 kW, 10 kW und 25 kW, außerdem wird die Entwicklung von größeren Anlagen mit 125 kW und 250 kW Leistung vorangetrieben.

Das interessante ist, daß es sich bei den Turbinen des Unternehmes um Senkrechtachser des Darrieus-Typs handelt, die sonst nur selten ihren Weg in das flüssige Medium finden.

Doch nicht nur in weit entfernten Ländern, sondern auch in der unmittelbaren Nachbarschaft wird die Nutzung der Fließenergie des Wassers angestrebt. Im Juni 2010 kündigt Paris den Plan an, acht Wasserturbinen in der Seine zu installieren. Eine stadtökologische Studie der Verwaltung der Französischen Wasserstraßen hat bereits vier potentielle Standorte unterhalb von Brücken entlang des Flusses ermittelt, nun werden von Unternehmen Vorschläge für mögliche Lösungen und Technologien eingeholt.

An den Brücken Pont du Garigliano, Pont de la Tournelle, Pont Marie und Pont au Change sollen jeweils 2 Turbinen angebracht werden, da sich die Strömung dort besonders stark beschleunigt. Die Stadt hofft, die Wasserturbinen bereits im Frühjahr 2011 in Betrieb nehmen zu können.

Im Juli 2010 stellen Studenten der Cambridge University einen kleinen, transportablen 1 kW Laufwasser-Generator vor, der wie ein umgekipptes Windrad wirkt. Das Modell wird unter dem Namen FloDrive Turbine auf der Cambridge Manufacturing Engineering Design Show gezeigt und zeichnet sich duch eine besonders leichte Installation aus, da es vom Ufer aus mittels eines Auslegers einfach ins Wasser gehängt wird.

Ebenfalls im Juli 2010 wird auf der Elbe in Magdeburg eine neuartige, auf dem Wasser schwimmende Wasserkraftanlage getestet, die weder die Schiffahrt auf der Elbe behindert, noch in die umliegende Vegetation eingreift. Initiiert wird das Pilotprojekt durch die 1992 gegründete EHG Energie Handel GmbH mit Sitz in Hannover.

Testanlage bei Magdeburg

Die 16 m lange und 6 m breite Wasserkraftanlage Anlage am Petriförder, Magdeburgs Elb-Promenade, verfügt über eine Leistung von 130 kW und erinnert optisch an einen Katamaran, in dessen Mitte ein Schaufelrad befestigt ist. Der Ertrag reicht aus um 300 Haushalte zu versorgen. Bei der gegenwärtigung Auslegung des Schaufelrades benötigt die Anlage eine Eintauchtiefe von 1,20 m um gute Leistungen zu erzielen. Das Foto hat mir dankenswerterweise Flo aus dem Fachforum dasWindrad.de zugesandt. Die Leistungszahlen sind allerdings nicht nachvollziehbar und sollten mit Vorsicht genossen werden.

Die in Magdeburg neu gegründete EHG-Tochterfirma NEW erneuerbare energien GmbH soll diese Flußkraftwerke nun in Deutschland und weltweit bekannt machen. Die Anschaffungskosten werden auf 200.000 € beziffert, inklusive aller Genehmigungen und Standortsbefestigungen an Land. Beim Update dieser Seite Mitte 2011 sind leider keine verifizierbare Informationen erhältlich.

Ähnliche Systeme, die allerdings wesentlich transparenter gehandhabt werden, sind am Ende des vorangegangenen Kapitelteils aufgeführt.

Gravitationswasserwirbelkraftwerk (GWWK)

Abschließen möchte ich das Thema Laufwasserkraftwerke mit dem Hinweis auf eine weitere österreichische Innovation: Das geniale Gravitationswasserwirbelkraftwerk (GWWK) von Franz Zotlöterer, der seinen ersten, auf Anhieb erfolgreichen Prototypen bereits 2006 baut.

Zotlöterer Gravitationswasserwirbelkraftwerk

Gravitationswasser-
wirbelkraftwerk

Im Archiv befindet sich eine Präsentation des Erfinders, die ich sehr empfehlen möchte (pdf).

Die Technik und ihre Entwicklung beschreibe ich ausführlich im Kapitel Wirbelströmung III (Teil D) – und ich empfehle dringlichst eine genaue Lektüre dieser begeisternden Technologieumsetzung.

2009 wird in der Schweiz eine Genossenschaft gegeründet, die in nur wenigen Monaten im Kanton Aargau das erste eidgenössische Wasserwirbelkraftwerk ans Netz bringt!

Der Kanton Aargau, die EKZ Elektrizitätswerke des Kantons Zürich und der Technopark Windisch unterstützen die Genossenschaft Wasserwirbelkraftwerke Schweiz im Bereich Forschung & Entwicklung. Im Technopark entsteht hierfür eine 1:5-Testanlage am Fluss Reuss.

Von April bis Oktober 2010 läuft eine Fischdurchgängigkeits-Studie an dem Wasserwirbelkraftwerk, und am 25. September 2010 erhält dieses den Namen ,Dr. Bertrand Piccard’ – der es in seiner Rolle als Initiant der Solarflugzeug-Projektes ‚Solar Impuls’ (s.d.) höchstpersönlich tauft. Da auch ich inzwischen Mitglied der Genossenschaft bin, werde ich die weitere Entwicklung der GWWK-Technologie aus nächster Nähe mitverfolgen. Zu gegeben Zeit wird dann ein eigenes Kapitelteil darüber verfaßt werden.

Die Technik der Nutzung von Temperaturdifferenzen zwischen verschiedenen Flüssen zur Energieerzeugung behandle ich übrigens im Rahmen der Meereskraftwerke unter dem Begriff Temperaturgradient.

…und am letzten Sonntag im September eines jeden Jahres können wir der Energie unser Flüsse gedenken, nachdem am 25.09.2005 erstmals der World Rivers Day gefeiert wurde! (2010 fällt der Gedenktag auf den 26. September) Grundlage ist der seit 30 Jahren zelebrierte Rivers Day in Kanada.

Wasserfall

 

Eine energetische Ausnutzung natürlicher Wasserfälle, d.h. ohne den Bau von Staumauern, findet meines Wissens nicht statt.

Ein Beispiel hierfür sind die Niagara-Fälle: Nur 25 – 50 % des Wassers stürzt touristenanziehend in die Tiefe, während die Kraft der größeren Wassermenge mittels entsprechender Wehre und Staustufen gemeinsam von den USA und Kanada zur Stromerzeugung genutzt wird. In Stichworten:

Und um die Dimension der Wasserkraft etwas griffiger darzustellen sei erwähnt, daß schon ein bescheidener Bach bei einer Falltiefe von wenigen Metern eine Leistung 20 kW erbringt. Ein kleines Wasserwirbel-Kraftwerk – wie oben erwähnt -, ermöglicht sogar schon bei Falltiefen um nur einem Meter eine Leistung von rund 8 kW!

Zu den überhaupt größten Kraftwerken der Welt gehören daher auch die Staudämme, mit denen wir uns als nächstes beschäftigen werden.

Staudämme

Die heutzutage meist angewandte Methode der Wasserkraftnutzung ist mittels eines Staudammes ein großes Gefälle zu erzielen, wobei die Turbinen und Generatoren innerhalb des Dammes Platz finden. Staudämme gibt es fast in allen Ländern und, in sehr unterschiedlichen Dimensionen. Ein Großteil der weltweit vorhandenen Dämme wird jedoch nur zur Speicherung von Nutz- und Regenwasser für die Landwirtschaft und als Trinkwasserspeicher genutzt, und nur die größten Staudämme gelten der Stromversorgung – wobei hier mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von rund 85 % gerechnet wird.

Der älteste Staudamm der Welt scheint im heutigen Jemen gestanden zu haben – bei Marib. Im Laufe seiner langen Geschichte, die bis ins 3. Jahrtausend v. Chr. zurückreicht, waren zyklische Zusammenbrüche mehrfach Grund für große Flüchtlingswellen, die bis hinauf nach Mesopotamien reichten und dort jedes Mal zu heftigen Kämpfen und einer sich daran anschließenden kulturellen Erneuerung führten.

Der erste Damm, der nachweislich aus hydroelektrischen Erwägungen gebaut wurde, wurde 1894 am Willamette River bei Oregon City, Oregon, errichtet.

Im Jahr 1997 werden weltweit rund 36.000 Staudämme gezählt, davon befinden sich alleine in China etwa 18.000. Die Wasserkraft-Reservoire bedecken insgesamt eine Fläche von einer halben Million Quadratkilometern – was etwa der Größe Frankreichs entspricht. Die Stauseen mit dem größten Fassungsvermögen weltweit sind (Stand 1995):

Name Land Kapazität
Owen Falls Uganda
204.800 Mio. m3
Bratsk Rußland
169.000 Mio. m3
Assuan Ägypten
162.000 Mio. m3
Kariba Simbabwe/Sambia
160.368 Mio. m3
Akosombo Ghana
147.960 Mio. m3
Daniel Johnson Kanada
141.851 Mio. m3
Guri Venezuela
135.000 Mio. m3
Krasnojarsk Rußland
73.300 Mio. m3
W.A.C. Bennett Kanada
70.309 Mio. m3
Seja Rußland
68.400 Mio. m3

Einer anderen Zählung zufolge gibt es 2005 mehr als 45.000 Staudämme mit einer Staumauer über 15 m Länge, während über 300 Staudämme als ‚Großstaudämme’ bezeichnet werden, weil sie entweder eine Mauer von über 150 m aufweisen oder mehr als 15 Mio. m3 Wasser fassen können. Die weltweite Planung sieht zu diesem Zeitpunkt noch 46 große Staudämme vor: in China am Jangtsekiang, in Südamerika am Rio de la Plata, im Mittleren Osten am Euphrat-Tigris und in Indien am Gangessystem.

Tatsächlich drainieren 292 Flüsse mit Staudämmen 54 % der Erdefläche. Die größte Flußregulation wurde am Volta-System Afrikas gefunden, und sie beträgt 428 %. Das bedeutet, daß die Speicherkapazität mehr als das Dreifache des jährlichen Durchflusses ausmacht. In Nordamerika sind der kanadische Manicougan-Fluß und in den USA der Colorado mit mehr als 250 % die großen Speicher, in Südamerika der Rio Negro in Argentinien (140 %). Im Mittleren Osten wird der Euphrat-Tigris (124 %) und in Asien der Mekong (130 %) als Speicher benutzt.

Vor einer Übersicht der aktuellen Projekte und Entwicklungen werde ich als nächstes einige besonders signifikante Staudämme genauer betrachten.

Der Assuan-Damm

Die Aufstauung und Umleitung fließender Gewässer zugunsten der Landwirtschaft und besonders der Stromproduktion kann in Bezug auf Natur und Umwelt sehr nachteilige Folgen haben, die vorher meist nicht erfaßbar sind. Ein trauriges Paradebeispiel hierfür ist der Assuan-Staudamm in Ägypten, der im Nahen Osten als ‚Jahrhundertprojekt’ gefeiert worden war und über den ich hier etwas detaillierter berichten werde.

Zwischen 1892 und 1902 hat der britische Ingenieur Sir William Willcocks etwa 6 km südlich von Assuan einen Staudamm gebaut, um die Wassermassen des Nils vor allem beim jährlichen Hochwasser regulieren zu können. Der Damm besteht aus Granitblöcken, ist an der Sohle 35 m und an der Krone 12 m breit und ist etwa 2100 m lang. In den Jahren 1907 – 1912 bzw. 1929 – 1933 wurde er bis auf 54 m erhöht. Durch 180 Schleusentore konnte der Wasserstand reguliert werden und auch der für die ägyptische Landwirtschaft sehr wichtige, weil so fruchtbare Nilschlamm konnte den Staudamm passieren.

Zwischen 1960 und 1970 wurde dann rund 7 km südlich des alten Dammes mit sowjetischer Hilfe der neue, inzwischen international als Assuan-Staudamm bekannte Damm erbaut. Zunächst war er von Ingenieuren der deutschen Firma Hochtief geplant worden. Nachdem die USA und die Weltbank ihre Zusage, den Dammbau mitzufinanzieren, zurückgezogen hatten, betrachtete die ägyptische Regierung unter dem damaligen Staatspräsidenten Gamal Abdel Nasser das Ganze als Prestigeprojekt, und bald darauf bauten 2.000 sowjetische Ingenieure und 30.000 Arbeiter an dem Projekt, das umgerechnet etwa 2,2 Mrd. Euro kostete. Das Wehr besteht aus einer gewaltigen Schotteraufschüttung mit einem Lehmdichtungskern und einem Betonmantel. Die Staumauer ist mehr als 3.600 m lang und 111 m hoch, an der Sohle 960 m und an der Krone etwa 100 m breit. Etwa 100.000 Menschen, hauptsächlich Nubier, mussten für das Projekt umgesiedelt werden. Die Füllung des Stausees begann schon im Jahr 1964, also noch während der Bauarbeiten, und war erst 1976 beendet.

Assuan-Staudamm

Assuan-Staudamm

Zwar verhindert der Staudamm – neben seiner Funktion als Elektrizitätserzeuger – die seit alters her berühmten jährlichen Nil-Überschwemmungen, jedoch zeigt der inzwischen dadurch aufgetretene Mangel an ehemals mitgeschwemmtem Lehm als natürlicher Dünger, daß derartige Industrie- und Entwicklungsprojekte besonders in Ländern der 3. Welt ein zweischneidiges Schwert sind. Der Mangel an Dünger ist einer der wichtigsten Gründe für die Krisen, die seit Bau des Staudamms das nördliche Nilgebiet, das ehemals als das fruchtbarste überhaupt galt, betroffen haben. Einmal muß dort nun teuer importierter und ökologisch gefährdender Kunstdünger benutzt werden, zum anderen haben die Töpfer- und Ziegelindustrien in jener Gegend ihren Grundrohstoff verloren. Ebenso wird den Fischen an der Flußmündung nun die Nahrung entzogen, was wiederum die Existenz der Fischer dort infrage stellt.

Das ‚klare Wasser’ hinter dem Damm bewirkt außerdem eine starke Ufererosion – demgegenüber vermehren sich die Schädlinge wie Ratten u.ä. in extremer Weise, da sie nicht mehr durch die ehemals jährlich stattfindenden Überschwemmungen dezimiert werden. Die Rattenplage hat sich sogar schon bis nach Kairo hinein fortgesetzt, auf den Dörfern werden Kleinkinder angefallen, außerdem fressen die Nager mit Vorliebe Baumwollblüten, was zu extrem hohen wirtschaftlichen Schäden führt. 1984 wurde daraufhin eine Großoffensive mit Flammenwerfern gestartet, bei der 50.000 Mann unter der Leitung von 600 Experten im Einsatz waren. Es wurden dabei 56 Mio. Ratten getötet!

Doch auch die Stromproduktion, wegen der dieser Damm ursprünglich geplant wurde, funktioniert nicht so wie erwartet: Eigentlich sollten jährlich 10 Milliarden kWh erzeugt werden, was ca. 70 % des damaligen ägyptischen Elektrizitätsverbrauchs ausgemacht hätte, doch schon bald zeigte sich, daß statt dessen nur 6 bis 8 Mrd. kWh erreicht wurden. Die ursprüngliche Nennleistung von 2.100 MW wurde denn auch bald auf 1.750 MW nach unten korrigiert – was max. 30 % des Stromverbrauchs deckt.

Auch die hohe und vorher nicht exakt erfaßte Verdunstungsrate des gestauten Nilwassers führte zu Problemen, insbesondere zur Versalzung des ehemaligen Nildeltas am Mittelmeer und zur daraus resultierenden Abwanderung großer Volksmassen von Nord nach Süd. Ein vorher ebenso wenig erfaßtes extrem schnelles Verschlammen des Stausees (etwa 90 Mio. t pro Jahr), das mit nur sehr hohen Kosten und großem Aufwand behoben werden konnte und kann bildet ein weiteres Manko. Hinzu kamen das Verströmen von Wasser in unterirdischen Kavernen, eine explosionsartige Vermehrung bestimmter, die Fischzucht behindernder Wasserpflanzen und das Auftreten von Malaria in den ‚stehenden Gewässern’ des Stausees und der Kanäle. Und ähnlich wie bei dem Karibadamm tauchte auch hier eine ‚neue’ Krankheit auf – die Schistosmiasis (früher als Bilharziose bekannt).

Zu einer der größten ‚Plagen’ wurden die Wasser-Hyazinthen, die ursprünglich für den ersten Herrscher des modernen Ägypten, Mohammed Ali, Anfang des 19. Jahrhunders aus Südamerika verschifft und in einer Gartenteichanlage seiner Residenz angepflanzt wurden. Von dort aus breitete sie sich in ganz Ägypten aus, wurde jedoch bis zum Bau des Dammes von der Natur in Schach gehalten, denn die Nilflut wusch die Kanäle jährlich aus. Als dann der Nil ‚reguliert’ wurde, begann die Pflanze von Assuan im Süden bis zum Nildelta im Norden so wild zu wuchern, daß sie das Wasser des Nils von den Bewässerungskanälen regelrecht abriegelt. Die extrem durstige Pflanze schafft es, einen frisch gesäuberten Kanal innerhalb von zwei bis vier Wochen völlig zu überwuchern. Man sollte allerdings auch nicht die positive Seite der Hyzinthe vergessen: sie reinigt das Wasser. Selbst stark verschmutztes Wasser ist nach hundert Metern auf seinem Weg durch ein Wasser-Hyazinthen-Dickicht wieder glasklar!

In den letzten Jahren ist vermehrt über die Problematik des Assuan-Dammes berichtet worden, z.T. wurde sogar schon der Ruf nach dem Abbau des Dammes laut. Berechnungen ergaben daraufhin, daß sich ein gefahrloses Ablassen des Stausees über einen Zeitraum von etwa 25 Jahren erstrecken würde.

Inzwischen bedroht der steigende salzhaltige Grundwasserspiegel schon die Sphinx und die Pyramiden. Und nicht nur das: Im Jahr 1986 ergab eine zweijährige Untersuchung von US-Geologen, daß von dem Stausee zwar keine akute Gefährdung durch Erdbeben ausgehen würde, daß die Speichermasse aber trotzdem eine ‚Trigger-Funktion’ bei dem kleinen Erdbeben von 1981 gehabt hatte. Mit Beginn des Jahres 1988 erreichte der Wasserspiegel im Stausee ein Rekordtief, das erst mit der Flut aus dem Sudan im August wieder ausgeglichen wurde: Ende Juli war die 150 m Marke erreicht, wobei man wissen muß, daß bei 147 m die Turbinen abgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt hatte auch der Nil selbst seinen tiefsten Stand in Jahrhundertmaßstab erreicht und die Turbinen arbeitete sowieso schon mit nur halber Kapazität. Mitte August stieg durch die Flut dann der Wasserspiegel im Stausee auf 155 m. Trotz alledem werden in Ägypten Pläne für einen weiteren Staudamm bei Al-Raschid gemacht…

Eine ausführlichere Beschreibung der Assuan-Problematik – und besonders auch der Situation vor dem Dammbau, als die jährliche Nilflut durch Intelligenz und Organisation statt durch Beton eingedämmt wurde – findet sich auf meiner persönlichen Homepage: Der Assuan-Damm.

Anfang 1993 begannen mehrere europäische Firmen mit einer Generalüberholung der ältesten der drei Wasserkraft-Anlagen neben dem ersten Damm.

1997 wurde eine weitere Alarmmeldung bekannt: der US-Geologe Robert Johnson befürchte, daß die zunehmende Versalzung des Mittelmeeres durch das zurückgehaltene Nilwasser in etwa 100 Jahren eine neue Eiszeit auf der Nordhalbkugel bewirken wird. Das dichtere Wasser sinkt ab und strömt in der Tiefe durch die Straße von Gibraltar in den salzärmeren Atlantik. Die Folge davon sind möglicherweise umgelenkte Meeresströmungen und wachsende Eiskappen. Als Rettungsvorschlag nennt Johnson einen gigantischen Staudamm, der das Mittelmeer bei Gibraltar zurückhält (!).

Fast zur gleichen Zeit veröffentlicht eine internationale Forschungsgruppe den Nachweis, daß Staudämme nicht nur die Ökosysteme in ihrer unmittelbaren Umgebung beeinflussen, sondern auch in 1.000 km Entfernung: So hält der bereits 1972 an der rumänisch-jugoslawischen Grenze errichtete Donau-Staudamm ‚Die eisernen Tore’ drei wichtige Nährstoffe des Phytoplankton zurück, nämlich Stickstoff-, Phosphor- und Siliziumverbindungen. Während dem Strom durch Düngung und Viehzucht Phosphate und Nitrate zugeführt werden, blieben die Siliziumverbindungen unersetzt, wodurch in den oberen Wasserschichten des Schwarzen Meeres eine um 60 % niedrigere Konzentration an gelöstem Silizium beobachtet wurde als noch 1960. Diese Änderung der Nährstoffzusammensetzung führt zum Schwund von Phytoplankton-Organismen, die Silizium für ihren Skelettbau benötigen. Stickstoffliebende Algenblüten vermehren sich dagegen unkontrolliert und setzen toxische Stoffe frei. Die Beeinflussung des Nährstoffgleichgewichtes wird als gravierend eingestuft, da das Phytoplankton das erste Glied der marinen Nahrungskette ist.

Mubarak Pumpstation Modell

Mubarak Pumpstation (Modell)

Da der Nil zunehmend mehr Wasser führt, muß ab 1995 ein Teil des im Nasser-See aufgestauten Wassers in die benachbarte Toshkasenke umgeleitet werden, um ein Überlaufen des Stausees zu verhindern. Dort verdunstet es jedoch nutzlos. Die Ägyptische Regierung beginnt daher 1997 mit dem Toshka Projekt, benannt nach dem Dorf, das hier früher einmal lag. Kern des Projekts ist die größte Pumpstation der Welt, die – natürlich nach dem Ägyptischen Präsidenten benannt – Mubarak Pumping Station heißt, und 560 Mio. $ kostet.

Das Pumpwerk, eine etwa 30 m breite, 140 m lange und 60 m hohe Beton-Konstruktion, wird von deutschen Ingenieuren entworfen. Sie beinhaltet 24 riesige vertikale Pumpen, von denen 18 ständig arbeiten sollen, während 3 Pumpen gewartet und ebenfalls 3 in Reserve gehalten werden. Die Pumpstation wird im Januar 2003 offiziell eingeweiht, jedoch noch nicht in Betrieb genommen, da der Scheich-Said-Kanal erst Ende 2004 vollendet wird.

Seitdem werden täglich 25 Mio m3 Wasser in den höher gelegenen, ca. 35 m breiten und 8 m tiefen Scheich-Said-Kanal gepumpt (der Scheich steuerte für den Bau des Kanals 100 Mio. $ bei). Der Hauptkanal führt vom Nasser-See zunächst 50 km westwärts in die Wüste, bevor er sich nach Westen und Süden hin in vier ca. 25 m breite Nebenkanäle verzweigt, die jeweils zwischen 40.000 und 80.000 Hektar Land mit Wasser versorgen. Bis zum Jahr 2017 sollen in diesen Gebieten 18 Dörfer und Städte entstehen, mit Wohnungen und Arbeitsplätzen für bis zu fünf Millionen Menschen. Bis Abschluß des Projekts rechnet man mit Gesamtkosten von 60 Mrd. $ (andere Quellen: 60 Mrd. €).

Gefährdungen durch Staudämme

Eine andere ökologische Gefährdung wurde durch den 300 m3 großen Petit-Saut-Stausee in Französisch-Guyana bekannt, dessen Wasserkraftwerk den Strom für den europäischen ‚Raketenbahnhof’ liefert. Der dort unter Wasser gesetzte Regenwald produziert Untersuchungen zufolge, die zwischen 1996 und 1999 seitens des Labors für Atmosphärenbeobachtung in Toulouse durchgeführt wurden, so große Mengen an CO2 und Methan, daß das Land, gemessen am Pro-Kopf-Ausstoß zu einem der weltgrößten Produzenten der Treibhausgase geworden ist. Als das Petit-Saut-Reservoir 1991 geflutet wurde, hatte man den Wald zuvor nicht gerodet. Die Studie zeigt, daß besonders in tropischen Ländern die – an sich ja saubere – Wasserkraft über Jahrzehnte hinweg sogar stärker zum Treibhauseffekt beitragen kann als die Verbrennung fossiler Energieträger!

Erst im Mai 2007 berichteten Wissenschaftler aus Brasilien, daß sie eine Methode gefunden haben, wie man mit dieser Problematik klarkommen kann. Dabei soll das aufgefangene Methan in einem separaten Kraftwerk gleich zur Stromproduktion genutzt werden und die Gesamtleistung der Anlage anheben – bei besonders stark betroffenen Dämmen im Amazonasgebiet sogar um bis zu 50 %!

Die Physiker des Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) trennen in ihrem System das stark methanhaltige Tiefenwasser des Staubeckens mittels einer Folie vom restlichen Wasserkörper. Das zu behandelnde Wasser wird dann an die Oberfläche gepumpt, dort entgast und dem Stausee anschließend an seiner Oberfläche wieder zugeführt.

Es ist also nachvollziehbar, daß Staudämme nicht immer nur erfolgreiche Resultate erbringen. Doch neben diesen, besonders in heißen Gebieten auftretenden Folgeproblemen ist bei Stauwerken in der Hauptsache die Gefahr der Dammbrüche zu erwähnen, die u.a. auf die geophysischen Wirkungen des Gewichtes der gestauten Wassermassen zurückzuführen ist.

Ende 1975 wurde so z.B. die Stadt Oroville, Kalifornien, zum zweiten Mal innerhalb von 6 Wochen von Erdstößen erschüttert. Lokale Wissenschaftler vermuten, daß der Druck der hinter dem Oroville-Damm gestauten Wassermassen der Grund hierfür ist, wobei die daraus resultierenden starken Belastungsänderungen des Bodens Erdbeben auslösen, die ihrerseits wiederum den Staudamm möglicherweise zerstören können (ein sehr gutes Beispiel für einen negativen Regelkreis!).

Es hat bereits mehrere große Überflutungen und Dammbrüche gegeben, von denen ich exemplarisch einige erwähnen werde:

Eine schlimme Dammkatastrophe ereignete sich am 31.05.1889 in Johnstown im US-Bundesstaat Pennsylvania. Nach den stärksten Regenfällen seit Jahrzehnten stieg der Pegel des Stausees um 10 – 15 Zentimeter pro Stunde. Zuerst überspülte das Wasser den South Fork Dam, bevor dieser dann gegen 15:15 Uhr Ortszeit ganz zusammenbrach. Mehr als 2.000 Menschen kamen bei der Katastrophe ums Leben.

Zu den bisher größten Katastrophen gehört auch die Überflutung des norditalienischen Vaiont Damms in den Tiroler Alpen am 09.10.1963. Der 1960 befüllte Damm am Fluß Piave war mit seiner Höhe von 260 m der damals weltweit höchste aus Beton gebaute hydroelektrische Damm. Nach tagelangen Regenfällen rutschen innerhalb von 30 Sekunden rund 240 Mio. m3 Felsen in das Reservoir. Zwar blieb der Damm selbst unversehrt, doch die Hälfte der gespeicherten Wassermassen wurde bis zu 300 m über das Niveau des Speichersees hinaufgeschleudert, zerstörte zwei Ortschaften, überflutete dann die Dammkrone, und stürzte anschließend in Form einer 70 m hohen Welle auf den Ort Longarone. Insgesamt starben bei dieser Katastrophe 2.600 Menschen, die wirtschaftlichen Schäden wurden nie beziffert.

Anfang August 1975 fegte ein pazifischer Hurrikan über die südchinesische Provinz Fujian und brachte tagelange extreme starke Regenfälle mit sich. Am 08.08.1975 brach daraufhin der Shimantan Damm am Fluß Hong, und das Reservoir entleerte seine 120 Mio. m3 innerhalb von fünf Stunden. Dies rief eine Kettenreaktion unter den tiefer liegenden Dämmen hervor – und schon kurze Zeit später brach auch der Banqiao Damm am Fluß Ru. Eine bis zu 6 m hohe Welle fegte mit einer Geschwindigkeit von 14 m pro Sekunde über 50 km weit, gefolgt von insgesamt 600 Mio. m3 Wasser. Insgesamt brachen bei dieser Katastrophe 62 Dämme und überfluteten mehrere Millionen Hektar landwirtschaftlicher Anbaufläche, rund 11 Mio. Menschen waren davon betroffen, etwa 85.000 Menschen starben.

Der bislang jüngste Dammbruch ereignete sich nach tagelangen Regenfällen am 10.02.2005 im Südwesten Pakistans. Es handelt sich um den Shakidor-Damm nahe Pasni. Bei der anschließenden Überschwemmung sind über 100 Menschen ums Leben gekommen, Hunderte wurden vermißt. Häuser, Autos und Menschen sind mit dem Wasser bis in das Arabische Meer gespült worden. Durch die Fluten wurden insgesamt 11 Orte überschwemmt, in denen Zehntausende Menschen lebten. Alle Kommunikations- und Straßenverbindungen wurden unterbrochen, der Flughafen von Pansi überflutet. Der Damm war erst zwei Jahre alt, etwa 300 Meter breit und 35 Meter hoch.

Angesehene Staudammbauer und Geologen warnten im Jahr 2005 vor allem vor dem Damm in Itoiz (Italien). Die Gefahr hat sich hier zugespitzt, seit in der Provinz Navarra Erdbeben auftreten. Diese würden durch die Befüllung des Sees induziert, weil das Gewicht auf Erdfalten im Untergrund drückt. Die Mauer des Staudamms hat eine Höhe von 135 m, der See soll bei völliger Befüllung 1.100 Hektar in den Tälern der Flüsse Irati und Urrobi überfluten und 418 km3 Wasser speichern. Seit mehr als einem Jahr wird der Staudamm  befüllt. Mit dem Anstieg der Wassersäule steigt der Druck im Untergrund. Seit Juli 2004 werden die Bewohner der Gegend sprichwörtlich durchgeschüttelt, unter dem Staudamm begann die Erde zu grummeln. Zwischen September 2004 und März 2005 wurden in der Region mehr als 220 Erdbeben registriert, deren Epizentrum in etwa fünf Kilometer Tiefe unter dem See liegen. Sie erreichen eine Stärke von 4,6 Grad auf der Richterskala.

Bei weiterer Befüllung wächst auch die Gefahr eines Abrutschens der instabilen linken Hangseite, auf die sich der Damm stützt. Ähnliches war 1963 im norditalienischen Vajont geschehen und hatte 2.600 Tote zufolge. Falls sich der Itoiz-Damm durch Dammbruch komplett entleeren sollte, ist mit Wasserströmen von 80.000 m3 bis 100.000 m3 pro Sekunde zu rechnen. Das wäre die bis zu 750fache Menge, wie sie bei Schmelzwasser im Frühjahr als Hochwasser des Irati auftritt. Selbst das Flußbett des weiter unten gelegenen Ebro würde hinweggewischt. Die am Irati und am Ebro liegenden Städte Aoiz, Lumbier, Tudela, Zaragoza würden zum Teil stark betroffen. Auf dem Weg liegt auch der Atommeiler Ascó. Die Bürger von Aoiz hätten 20 Sekunden Zeit, bevor die Flutwelle die Kleinstadt von der Landkarte tilgen würde.

Schließlich muß auch erwähnt werden, daß durch den Rückstau der Wassermassen z.T. große bewohnte und bearbeite Gebiete überflutet werden, Einwohner müssen umgesiedelt und entschädigt, neue Landstriche mühsam kultiviert werden. Beim Bau des Euphrat-Staudammes in Syrien sind 62.000 Bewohner aus 59 Dörfern umgesiedelt worden. Weitere Gefahren und Kosten hängen mit den sogenannten ‚Sinklöchern’ zusammen die am Boden des Staubeckens (z. B. im Tarbela-Staubecken in Pakistan) auftreten, weiterhin die Landversalzung um das Staudammgebiet herum oder auch das nicht selten vorkommende und durch Taifune oder Stürme verursachte lebensbedrohende ‚Überlaufen’ des Stauwassers. Ebenso besteht die Gefahr einer Verlandung (s. Assuandamm) durch Gesteinserosion.

Trotz alledem geht der Bau weiterer Großstaudämme weiter. Von den 1.070 Staudämmen, an denen 1992 weltweit gebaut wurde, entfiel die Hälfte auf Projekte in nur drei Ländern: China, Japan und die Türkei. Die ‚Weltkommission für Staudämme’ (WCD) zählte im Jahr 2000 insgesamt 45 000 Großstaudämme, von denen etwa die Hälfte der Energieerzeugung dienen. Die WCD schätzt, dass für ihren  Bau weltweit 40 bis 80 Millionen Menschen vertrieben oder zwangsumgesiedelt wurden.

NGOs wie das International Rivers Network prangern solches Vorgehen massiv an. Sie setzten die Weltbank so unter öffentlichen Druck, dass diese sich zunehmend aus der Finanzierung großer Projekte in armen Ländern zurückzog. Inzwischen bringen jedoch neue Finanziers wieder Bewegung ins Spiel. China und Indien etwa, die Nummern eins und drei in der Staudamm-Weltrangliste, bieten sich den kapitalarmen und wasserreichen Ländern als Partner an.

Der Drei-Schluchten-Damm

Am größten Wasserkraftwerk der Welt bauen die Chinesen ab 1993. Durch die Aufstauung des Jang-tse-kiang (oder Yangtze) wird ein 663 km langes Binnenmeer entstehen, dem bis Bauende 1,2 Millionen Menschen gewichen sein werden. Insgesamt 20 Landkreise mit 140 Städten, 1.352 Dörfern, 1.600 Fabriken und 32.000 ha Ackerland werden versinken, während der Wasserstand im Laufe der Jahre die geplante Höhe von 175 m erreicht.

Drei-Schluchten-Staudamm

Drei-Schluchten-Staudamm

Dafür wird der VR China nach Fertigstellung des Drei-Schluchten-Dammes mit seiner 185 m hohen und 2.309 m langen Staumauer sowie der Inbetriebnahme aller der insgesamt 26 Riesenturbinen im Jahr 2009 eine elektrische Leistung von 18.200 MW zur Verfügung stehen.

Die Turbinen stammen von dem Konzern Voith Siemens Hydro Power Generation, der im Jahr 2000 aus dem Zusammenschluß der Wasserkraftbereiche des Maschinenbaukonzerns Voith und der Firma Siemens entstanden war, und dessen Partner zusammengenommen für gut ein Drittel aller auf der Erde installierten Wasserkraftkapazität die Turbinen und Generatoren geliefert haben.

Die Turbinen des ‚Drei-Schluchten-Dammes’ haben einen Durchmesser von 10 m, ein Gewicht von 420 Tonnen und erreichen 75 Umdrehungen pro Minute. Nach einem achtzig Meter tiefen Fall schieben sich die mächtigen Wassersäulen mit zwanzig Stundenkilometern in die Turbinen hinein. An den rotierenden Schaufeln beschleunigt das Wasser dann auf etwa 120 Stundenkilometer.

Der Stausee, an dessen Bau bis zu 23.000 Menschen beteiligt sind, soll 2013 den vorgesehenen Wasserspiegel von 175 m erreichen. Offizielle Gesamtkosten des Projekts 50 Milliarden DM (Nennung von 1998). Erwähnt werden sollte aber auch, daß die Idee zu diesem Staudamm nicht neu ist: bereits 1919 schwärmte Sun Yatsen, der Gründer des modernen China, von einem Drei-Schluchten-Damm, und auch Mao Tse-Tung verfaßte nach einem Bad im Jangtse ein Gedicht über das visionäre ‚Wunder von Menschenhand’.

Neben der Staumauer und den Generatoren umfaßt das gigantische Projekt auch einen Schiffsaufzug für Schiffe bis 3.000 t und eine fünfstufige Schleuse für Schiffe bis 10.000 t, die vermutlich von deutschen Unternehmen gebaut werden wird.

Während das Ende der Betonbauarbeiten eigentlich für Frühjahr 2007 vorgesehen war, konnte der Staudamm schon nach zwölf Jahren Bauzeit im Mai 2006 fertiggestellt werden. In zwölf Jahren Bauzeit wurden 28 Mio. m3 Beton und 218.000 t Stahl verbaut.

Mit 192 t Dynamit wird dann im Juni 2006 der 580 m lange und 140 m hohe Behelfsstaudamm gesprengt, der bisher den Fluss Yangtze zurückgehalten hatte. Nun kann das Wasserkraftwerk bereits 2008 und damit ein Jahr früher als geplant in Betrieb gehen.

Dem Staudamm müssen allerdings noch mehr Menschen weichen als bisher geplant. Bis zur Fertigstellung 2008 werden nach Berichten staatlicher chinesischer Medien vom Oktober 2006 insgesamt statt 1,2 sogar 1,4 Millionen Bewohner umgesiedelt.

Differenzen gibt es zwischen Befürwortern und Kritikern des Projekts auch bezüglich der Kosten. Die ausländischen Kostenschätzungen seien nämlich falsch, meinten die Chinesen. Die Baukosten lägen mit 180 Milliarden Yuan (heute 18 Milliarden Euro) deutlich unter den ursprünglich geplanten 203 Milliarden. Niedrige Zinsen und strenge Ausgabenkontrollen hätten das Vorhaben billiger gemacht. Westliche Experten schätzen die wahren Kosten allerdings auf das doppelte der offiziellen Angaben.

Experten warnen vor geologischen Problemen, und Umweltschützer befürchten ein schnelles Verschlammen des Stausees durch die jährlich anfallende Menge an 680 Mio. t. Schlamm und Geröll, die der Jangtse mit sich schwemmt – so viel wie Nil, Mississippi und Amazonas zusammen. Als Beweis führen sie den Fall des kleineren Gezhouba-Dammes an, der sich nur wenige Kilometer flußabwärts vom ‚Drei-Schluchten-Damm’ befindet: Nach nur sieben Betriebsjahren war bereits ein Drittel des Staubeckens versandet, und die Stromproduktion mußte gedrosselt werden.

Und eine ‚Drei-Schluchten-Katastrophe’ taucht bereits in dem SF Accelerando von Charles Stross auf (erschienen 2005).

2006 wird in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters ein Beitrag über den Einfluß des Stausees auf den Niederschlag veröffentlicht. Dem zufolge wird es in den Daba- und Qinling-Bergen im Umland demnach feuchter, während die Niederschlagsmenge in der unmittelbaren Nähe des Dreischluchten-Stausees hingegen abnimmt. Vor allem aber sind die Wissenschaftler überrascht, dass ein zehn Mal so großes Gebiet von den Veränderungen betroffen ist, als man vorher angenommen hatte.

Im September 2007 erkennen sogar die chinesischen Experten die Umweltprobleme an.

Gefahren wie Lawinen, Bodenerosion, Wasserverschmutzung, Land- und Wassermangel und andere auf ‚unvernünftige Entwicklung’ zurückzuführende ökologische Schäden haben sich demzufolge tatsächlich verstärkt und die Wasserqualität der Nebenflüsse sei gesunken. Die durch die Ablagerungen verursachte Verschmutzung bedrohe in einem Landkreis die Trinkwasserversorgung von 50.000 Einwohnern und verstärke in vielen örtlichen Flüssen den Algenbefall. Das gigantische Projekt könnte außerdem zum Aussterben des seltenen Jangtse-Flußdelphins führen.

Chinas Ministerpräsident Wen Jiabao hatte in diesem Jahr während eines Kabinettstreffens das Thema ebenfalls angesprochen und gesagt, die Lösung der durch den Staudamm ausgelösten Umweltprobleme habe für das Land Priorität.

Nur einen Monat später wird bekannt, daß noch einmal bis zu vier Millionen Anwohner des Drei-Schluchten-Staudamms in China zwangsumgesiedelt werden sollen. Manche Familien nun schon zum zweiten Mal. Die neue Massenumsiedlung sei notwendig, um die Umwelt in dem Gebiet um das Wasserreservoir zu schützen. Die Menschen aus nordöstlichen und südwestlichen Regionen von Chongqing entlang des 600 km langen Stausees sollen dazu ermutigt werden, in Vororte der Metropole umzuziehen.

Zur Erinnerung: Der Damm geht auf den früheren Ministerpräsidenten Li Peng zurück, der in den 1950er Jahren in Moskau den Bau von Wasserkraftwerken studiert und das Projekt später trotz massiver Widerstände durchgesetzt hat.

Als Alternative zu derartigen Kollosalprojekten wurde und wird der Bau vieler kleiner dezentraler Wasserkraftwerke empfohlen. Als Modell hierfür gilt beispielsweise das höchstgelegene Kraftwerk der Welt im Nepalesischen Tharmo (3.800 m), das 1995 in Betrieb ging, 6,5 Mio. $ gekostet hat und rund 500 Haushalte in acht Dörfern mit Strom versorgt.

2009 hat der 3-Schluchten-Staudamm allein genug Elektrizität erzeugt, um 8,8 % des Energiebedarfs Chinas zu stillen.

Bis Ende Juni 2009 haben bereits 1,27 Millionen Menschen ihre Häuser verlassen.

Weitere Staudammprojekte

Es macht wenig Sinn und ist auch kaum umsetzbar, alle aktuellen Dammbauprojekte zu verfolgen. Im folgenden werde ich daher die weltweit wichtigsten Entwicklungen nebst einigen Beispielen präsentieren.

In Anatolien entstanden im Rahmen des Güneydogu Anadolu Projesi (GAP, Großes Südanatolien-Projekt) in den vergangenen Jahren mehrere riesige Staudämme, die neben ihren ökologischen Auswirkungen auch eine politische Dimension haben unter dem Motto ‚Wasser als Waffe’ – denn sie sperren den Anrainerstaaten Syrien und Irak möglicherweise das lebenswichtige Flußwasser des Euphrat und Tigris. Der Gesamtplan umfaßt den Bau von 21 Staudämmen und 17 Wasserkraftwerken bis 2001, die Kosten sollen 18 Milliarden Dollar betragen haben.

Atatürk-Staudamm

Atatürk-Staudamm

Nach dem Bau der Staudämme Keban und Karakaya am Euphrat, sowie Menzelet, Altinkava, Kralkizi und Batman am Tigris begann 1981 der Bau des fast 2 km langen und 166 m hohen Atatürk-Staudammes mit 2.400 MW Leistung am Euphrat. Dessen Reservoir ist mit seinem Fassungsvermögen von  48,7 km3 Wasser anderthalb mal so groß wie der Bodensee. Im Januar 1990 wurde der Euphrat für einen Monat fast völlig gestaut, damit sich das Becken des Stausees füllen konnte. Etwa 55.000 Menschen, hauptsächlich Kurden, verloren im Zuge der Baumaßnahme ihre Heimat. Durch die erwartete Verdunstungsrate von 150 m3 Wasser pro Sekunde wurde auch eine dramatische Veränderung des lokalen Klimas erwartet.

In Planung befanden sich 1991 noch der Staudamm Birecik am Euphrat, sowie der Cizre-Staudamm am Tigris, beide unmittelbar nördlich der Türkisch-Syrischen Grenze.

In Indien wird seit 1961 an einem Komplex von rund 30 Dämmen, 135 mittleren und 3.000 kleineren Wehren zur Bewässerung von Dürregebieten und zur Erzeugung von 1.450 MW Elektrizität gearbeitet. Doch schon vor Ende des Jahrtausends wurde starker Widerstand gegen die Fortführung dieser Projekte laut, u.a. durch die deutsche Umweltgruppe ‚Urgewald’ und durch die international bekannte Autorin Arundhati Roy: „Großdämme sind Massenvernichtungswaffen!“.

Brasilien, wo bereits 1883 ein erstes, kleines Wasserkraftwerk zum Betrieb von Pumpen in Diamantenminen installiert wurde, setzt in seiner Energiepolitik fast ausschließlich auf die Wasserkraft: 1991 gibt es dort über 650 Stauwehre, von denen etwa 250 der Stromversorgung dienen – und deren erstes 1912 in Pedra errichtet wurde. Zwischen 1975 und 1982 wird am Rio Paranà, ein Grenzfluß zwischen Brasilien und Paraguay, der bislang weltgrößte hydroelektrische Anlagenkomplex ‚Itaipu Binacional’ errichtet, die 7.760 m lange Dammkrone ist teilweise 196 m hoch.

Itaipu-Staudamm

Itaipu-Staudamm

Bis 2004 beträgt die Nennleistung der 18 Turbinen 12.600 MW, doch Anfang 2004 werden zwei weitere Turbinen installiert, wodurch sich die Gesamtkapazität ab Ende Oktober 2005 auf 14.000 MW erhöht. Die beiden Turbinen dienen in erster Linie dazu, die Menge der erzeugten Energie konstant zu halten, solange andere Turbinen für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden.

Und während mehrere weitere Dämme geplant werden kritisiert das UN-Entwicklungsprogramm (UNDP) die Staudammpolitik im Amazonasgebiet auf das heftigste. Die Weltorganisation geißelt namentlich die großräumige Überflutung von Tropenwäldern und den Einsatz gefährlicher Entlaubungsmittel, um die Biomasse der zu ersäufenden Wälder zu reduzieren.

Und noch weitere Pläne gibt es auf dieser Erde: Amerikaner, Kanadier und Russen wollen gemeinsam die zur Arktis fließenden Ströme Yukon, MacKenzie, Ob und Lena mit titanischen Staumauern bestücken. Es ist allerdings fraglich, ob davon etwas verwirklicht werden wird.

Wesentlich realer sind dagegen die Pläne der Portugiesischen Regierung, die im Oktober 2007 bekannt gegeben werden, und denen zufolge zehn neue Staudämme für die Stromerzeugung gebaut werden sollen, die zusammen eine Staukapazität von 1.267 km3 und eine Leistung von 1.096 MW haben werden.

Währenddessen warnen Ingenieure der US-Armee davor, daß Iraks größter Staudamm jederzeit brechen könnte und malen das Ergebnis in apokalyptischen Farben aus: „Mehr als 500.000 Menschen könnten sterben, Mossul und Teile Bagdads würden unter 20 m bzw. 5 m hohen Flutwellen verschwinden.“ Die Risikoeinschätzung ist bereits im September 2006 erstellt worden.

Im März 2008 berichten Forscher der Nationalen Universität Taiwan, daß der globale Meeresspiegelanstieg in den vergangenen 50 Jahren aufgrund von Stauseen um drei Zentimeter vermindert worden sei. In dieser Zeit sind in den Stauseen der Erde rund 10.800 Kubikkilometer Wasser gespeichert worden, was etwa halb so viel Wasser entspricht, wie die Ostsee enthält.

Um an dem Fluß Kongo einen weiteren ‚weltgrößten’ Damm zu bauen, treffen im April 2008 in London Vertreter von sieben afrikanischen Regierungen und den weltweit größten Banken und Baufirmen zusammen. Der 150 m hohe Grand Inga-Staudamm in der Demokratischen Republik Kongo soll mit 40.000 MW mehr als doppelt so viel Strom wie der Drei-Schluchten Staudamm in China produzieren.

Die über 50 Turbinen des 80 Mrd. $ Wasserkraft-Projekts könnten die auf dem afrikanischen Kontinent produzierte Menge an Elektrizität verdoppeln. Vor Ort, etwa 150 km vor der Flußmündung, existieren mit Inga 1 and Inga 2 bereits zwei kleinere Kraftwerke aus den 1970ern. Sollte der neue Damm gebaut werden, wird mit seiner Fertigstellung im Jahr 2022 gerechnet.

Nach einem verheerenden Erdbeben der Stärke 7,9 im Mai 2008 in China schickt die Regierung Soldaten aus, um einen rissigen Staudamm nahe der Großstadt Dujiangyan in der Provinz Sichuan zu retten. Insgesamt sind 391 Dämme beschädigt worden, darunter zwei größere und rund 30 mittelgroße Dämme. Die Behörden beginnen mit der Evakuierung von etwa 1,3 Millionen Menschen. Heftige Regenfälle im Katastrophengebiet sorgen dafür, daß der Wasserspiegel in Flüssen und Seen gleichzeitig ungewöhnlich hoch ansteigt. Akute Gefahr für mehr als 700.000 Menschen droht außerdem durch 35 natürliche Seen, die sich nach Erdrutschen in Flüssen aufgestaut haben. Anfang Juni erschüttert ein schweres Nachbeben der Stärke 5,0 den Damm von Tangjiashan.

Im Dezember 2008 präsentiert die Columbia University der American Geophysical Union eine Studie, der zufolge die Lasten des Zipingpu Staudamms in Sichuan zumindest mitverantwortlich für das Erdbeben gewesen seien.

Gegen den Bau des Ilisu-Staudamms, den die türkische Regierung und das von ihr beauftragte Konsortium aus deutschen, schweizerischen und österreichischen Firmen vorantreiben, nehmen die Proteste zu. Das Wasser des Tigris, das auf einer Fläche von 300 Quadratkilometer gestaut werden soll, würde die 12.000 Jahre alten Kulturschätze von Hasankeyf sowie rund 300 weiteren archäologische Stätten in den Fluten versinken lassen, daneben noch 190 Siedlungen mit etwa 50.000 Einwohnern.

Der Film des österreichische Filmemachers Christoph Walder ‚Und macht euch die Erde untertan’ dokumentiert die internationalen Proteste gegen den Staudamm im Südosten der Türkei, der bis zum Jahr 2014 gebaut werden soll. Unter dem Namen ,Stop Ilisu’ läuft eine entsprechende Kampagne, auf deren Homepage die weitere Entwicklung dokumentiert wird. Proteste gibt es auch gegenüber anderen Dammbauprojekten in der Türkei, wie z.B. im Macahel-Becken, dem einzigen Bioreservat des Landes. In der Schwarzmeer Region sind um 550 Dammbauten unterschiedlicher Größe in Planung.

Im März 2009 ertrinken nach einem Dammbruch in der Nähe der indonesischen Hauptstadt Jakarta mindestens 50 Menschen. Der zehn Meter hohe Damm im Gebiet von Tangerang, der noch aus der Kolonialzeit stammt, bricht nach stundenlangen heftigen Regenfällen – möglicherweise weil sein Fundament nicht aus Beton besteht.

Die Volksrepublik China gibt im April 2009 Pläne für den Bau von 20 weiteren Wasserkraftwerken am Oberlauf und an Seitenflüssen des Jangtsekiang bekannt, deren Ausbau bis 2020 realisiert werden soll. China nützt gegenwärtig 36 % des Wasserkraftpotenzials am Jangtsekiang, diese Nutzungsquote soll bis 2030 auf 60 % erhöht werden. Mit einem Gesamtpotenzial von 540 Millionen kW verfügt China über das weltweit größte Wasserkraftleistungspotential.

Das im Bau befindliche 3.500 MW Wasserkraftwerk Jinping I in Sichuan wird nach Bauende, voraussichtlich im Jahr 2012, die weltweit größte Staumauer aufweisen. Erhöht werden soll auch die Mauer des Danjiangkou-Stausees in den Regionen Hubei und Henan – was bis 2013 die Umsiedlung von 330.000 Menschen zur Folge haben wird. Bereits 2010 sollen Teile des neuen Umverteilungssystems in Betrieb genommen werden, um bis zu einer Milliarde Kubikmeter Wasser an die Hauptstadt Peking liefern zu können.

Die Pläne für den Bau eines 500 MW Damms im indischen Bundesstaat Maharashtra werden im Juli 2009 bekannt. Das Projekt am Fluß Teesta in der Region Sikkim soll von der Firmen Alstom Hydro und Lanco Infratech Ltd. umgesetzt und bis 2013 beendet sein. Es wird mit vier Stück 125 MW Francisturbinen ausgestattet.

Bei einem Unfall im größten Wasserkraftwerk Rußlands im sibirischen Sajano-Schuschenskaja im August 2009 sterben acht Menschen, als in dem 1978 in Betrieb gegangenen Kraftwerk ein Transformator in einem Maschinenraum explodiert, nachdem aus ungeklärten Gründen Wasser aus dem Stausee eingedrungen sei und die Turbinenhalle überflutet hat. Daraufhin stürzen eine Mauer des Kraftwerks sowie ein Teil der Dachkonstruktion ein.

Im Oktober 2009 und nach neun Jahre langen Verhandlungen vereinbaren die 28 beteiligten Parteien (!) den Abriß der zwischen 1908 und 1962 gebauten vier Staudämme der PacifiCorp am Fluß Klamath, der an der Grenze zwischen Kalifornien und Oregon verläuft. Das bislang weltweit größte Rückbauprojekt soll bis 2020 beendet sein und insbesondere den Laich- und Lebensräumen von Lachsen zugute kommen.

Im Novbember 2009 meldet die Fachpresse, daß das norwegische Energieunternehmen SN Power gemeinsam mit der indischen Tata Power in Indien und Nepal hydroelektrische Projekte im Umfang von 3,2 Mrd. $ plant. Bis 2015 sollen 2.000 MW, und bis 2020 sogar 4.000 MW ans Netz gehen.

Der Energiedienstleister Energie Steiermark AG plant Ende 2009, gemeinsam mit der Österreichischen Elektrizitätswirtschafts AG, die Errichtung fünf neuer Wasserkraftwerke auf einer Strecke von 30 Kilometern. Zwei der geplanten Staustufen an der Mur liegen im Norden der Stadt Graz, zwei im Süden und eine innerhalb des Stadtgebietes.

Das gesamte Investitionsvolumen wird rund 345 Mio. € betragen, wobei die gewonnene elektrische Energie ausreichen soll, um zirka 95.000 Haushalte zu versorgen. Der Bau des ersten Kraftwerks soll bereits 2010 starten.

Zwei Monate später ergeht jedoch eine einstweilige Verfügung, durch welche der Bundesrichter Antonio Carlos de Almeida Campelo das Projekt vorerst stoppt, weil die Gefahr von irreparablen Umweltschäden und einer Beeinträchtigung der Lebensräume der indigenen Bevölkerung bestehen. Durch das Projekt würden 500 km2 Regenwald überflutet und die Wanderung der wichtigsten Fischarten unterbunden werden. Darüber hinaus müßten rund 12.000 Menschen umgesiedelt werden. Im Mai meldet die Presse, daß sich die indigenen Führer auf Krieg vorbereiten, um das Projekt zu stoppen. Zeitgleich ist zu erfahren, daß das Projekt an das Norte Energia Konsortium vergeben worden ist, welches es für weniger als die seitens der Regierung veranschlagten 10,8 Mrd. $ verwirklichen will.

Im März 2010 meldet die Presse, daß der Rohstoffkonzern BHP Billiton für ca. 3,5 Mrd. $ im Kongo ein Wasserkraftwerk mit einer Leistung von 2.500 MW errichten will. Das Inga X Projekt am Fluß Kongo soll eine 150 km entfernte Aluminiumhütte mit Strom versorgen. Die Konstruktion des Kraftwerks soll im Jahr 2014 beginnen, die Stromproduktion im Jahr 2018.

Die Aluminiumhütte könne bis zu 800.000 Tonnen reines Aluminium pro Jahr produzieren. Die Errichtung des Kraftwerks soll als Public-Private-Partnership in Kooperation der kongolesischen Regierung und dem Unternehmen BHP erfolgen.

Im März 2010 lerne ich ein weiteres interessantes Wasserkraftwerkprojekt kennen. Die Stadtwerke München (SWM) und die Green City Energy GmbH haben nach knapp anderthalb Jahren Bauzeit mit Verzögerungen durch Hochwasser und Problemen bei den Aushubarbeiten eine neue Wasserkraftanlage in Betrieb genommen. Für alle Bauwerke – den Triebstollen, das Einlaufbauwerk und das Krafthaus – werden insgesamt 3.500 m3 Stahlbeton verarbeitet.

Praterkraftwerk

Praterkraftwerk
(Einheben der Turbine)

Das 2,5 MW Praterkraftwerk wird unterirdisch unter den Kaskaden der Großen Isar auf Höhe der Praterinsel in München erbaut und ist deshalb nicht zu sehen. Die Fallhöhe beträgt an dieser Stelle rund 9 m. Ab einem Mindestabfluß von 67 m3 pro Sekunde wird dem Fluß Wasser entnommen und in einer Druckleitung der Turbine zugeleitet. Kurz vor der 30 t schweren Turbine wird das Wasser (maximal 34 m3 pro Sekunde) zusätzlich beschleunigt. Pro Jahr soll die Anlage der Praterkraftwerk GmbH 10 GWh – 12 GWh Strom erzeugen und damit den Bedarf von bis zu 5.000 Münchner Haushalten decken.

Ein technisch ähnliches Projekt wird im Juni 2010 in Kanada geplant, dort soll die Forrest Kerr Anlage am Fluß Iskut 195 MW für 70.000 Haushalte in British Columbia erzeugen (Investitionsvolumen 700 Mio. Kanadische $, Inbetriebnahme 2014).

Ein weiteres gigantisches Mega-Staudammprojekt, das möglicherweise die Klimasituation der Anden und ganz Patagonien bis hin nach Chile verändern könnte, wird von ENDESA geplant, Spaniens größtem Stromversorger. Durch den Bau des BíoBío-Staudamms im Flußeinzugsgebiet des Rio Puelo und See-Lago Puelo (Chubut) werden wichtige Naturgebiete vernichtet. Der BíoBío – Fluß ist für die Mapuche in Chile außerdem ein Ort von großer symbolischer Bedeutung, da er vor der endgültigen Unterwerfung der Ureinwohner Chiles der Grenzfluß zwischen dem spanischen Kolonialgebiet und dem freien Mapuche-Territorium war. Nun soll er durch ein System von sechs Staudämmen Chiles wichtigster Stromlieferant werden.

Zwei der Staudämme, Pangue und Ralco, sind bereits fertiggestellt. Der 2004 vollendete Ralco Damm gilt gegenwärtig als drittgrößter weltweit. In seinem Stausee verschwand ein Großteil des angestammten Landes der Pehuenche-Mapuche. Projektträger ENDESA steht im April 2010 in Fusionsverhandlungen mit dem deutschen Energiekonzern E.ON.

Anfang Mai 2010 erstattet das European Center for Constitutional and Human Rights (ECCHR) bei der Staatsanwaltschaft in Frankfurt am Main Strafanzeige gegen den Ingenieurkonzern Lahmeyer International GmbH aus Bad Vilbel. In dem ‚Pilotverfahren’, in dem es unter anderem um Nötigung und Sachbeschädigung geht, wollen die Anwälte erreichen, daß erstmals eine deutsche Firma wegen der Mißachtung wirtschaftlicher und sozialer Menschenrechte in Entwicklungsländern vor einem deutschen Gericht zur Verantwortung gezogen wird.

Die Berliner Menschenrechtsanwälte sagen, daß Lahmeyer die Bauern am Nil 2006 und 2008 nicht davor gewarnt habe, daß der seit 2000 im Bau befindliche Merowe-Staudamm jeweils geschlossen werde, um das Wasser anzustauen. Das bislang größte und 1,5 Mrd. € teure Dammprojekt Afrikas liegt einige hundert Kilometer nördlich der sudanesischen Hauptstadt Khartum.

Im Mai 2010 geht in Australien die erste Wasserkraftanlage ans Netz, die mit dem Abwasser eines Klärwerks betrieben wird. Die Installation erfolgte im Rahmen einer Modernisierung der North Head sewage treatment plant in New South Wales. Das behandelte Abwasser fällt 60 m tief und produziert dabei genug Strom um 1.000 Haushalte zu versorgen.

Im Süden von Äthiopien startet im Juni 2010 der Bau des Gibe III Staudamms am Fluß Omo. Mit seiner 243 m hohen Staumauer soll der Damm das Land und seine Nachbarn mit 1.870 MW versorgen, der 459 Mio. $ Bau erfolgt mittels einesm Darlehens der Chinesischen Regierung.

In einem Report der NGO The Nature Conservancy und Partnern, der im Juni 2010 erscheint, werden erstmals die Auswirkungen von Staudämmen auf die Ernährungssicherheit und andere Lebensgrundlagen umfassend analysiert. Dabei wird festgestellt, daß weltweit bislang mindestens 472 Millionen Menschen durch die veränderten Wasserläufe negativ beeinflußt worden sind. Insgesamt wurden 120 Dammbauten in 70 Ländern untersucht.

Nicht nur atomar, auch hydrotechnisch strebt der Iran voran. Nach Angaben der Gesellschaft für das Management der iranischen Wasserressourcen im Juli 2010 hat der Iran nun auch die Autarkie beim Staudammbau erreicht und würde an dritter Stelle in der Welt stehen.

Drei-Schluchten-Staudamm Flut 2010

Drei-Schluchten-Staudamm
(Flut 2010)

Mitte Juli 2010 kommt wieder der Drei-Schluchten-Damm in China in der Presse, der von einer Megaflut bedroht wird. Er wird dem größten Belastungstest seit seiner Fertigstellung im Jahr 2008 ausgesetzt.

Ein weiteres Problem wird im August 2010 bekannt: Vor dem Wasserkraftwerk hat sich auf einer Gesamtfläche von mehr als 50.000 m2 ein 60 cm dicker Müllteppich gebildet, der die Schleusen verstopfen und die Sicherheit des Staudamms gefährden könnte. Immerhin werfen Millionen Menschen ihren Abfall in den Fluß. Wie die lokale Presse berichtet, ist der Müll an manchen Stellen so dicht, daß die Menschen dort über das Wasser laufen könnten.

Die Regierung Brasiliens gibt im Februar 2010 den Plan für den Bau des drittgrößten Staudamms der Welt bekannt, mitten im Amazonas-Gebiet. Der Belo Monte Damm am Fluß Xingu im Bundesstaat Para soll 11.000 MW Leistung erzielen, die Projektkosten werden ursprünglich auf 17 Mrd. $ veranschlagt, ans Netz gehen soll die Anlage 2015.

Inzwischen wurde der 14. März eines jeden Jahres zum internationalen Aktionstag gegen Staudämme ausgerufen.