Ulrike Zankel-Pichler, Josef Bärnthaler und Matthias Theissing, Lehrende des Instituts Energie-, Verkehrs- und Umweltmanagement, über das wertvolle, aber auch knappe Gut.
Wasser wird im Alpenraum schon seit Jahrhunderten zur Energiebereitstellung genutzt. Vor allem durch die günstige Kombination von Wassermengen (Durchfluss) mit großen Höhendifferenzen konnten Mühlen, Sägewerke, der Pumpbedarf im Bergbau, aber auch mechanische Prozesse in der beginnenden industriellen Fertigung schon seit Jahrhunderten ausreichend versorgt werden. Ohne diese günstigen Rahmenbedingungen musste andernorts schon frühzeitig auf fossile Energieträger zurückgegriffen werden, was zur Entwicklung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert führte. Es war im wasserreichen Alpenraum nur eine logische Entwicklung, die Energieressource Wasser mit Ende des 19. Jahrhunderts auch für die Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen. Mit der bahnbrechenden Erfindung der schnelllaufenden Turbine durch den (Alt-)Österreicher Viktor Kaplan konnten erstmals auch große Wasserdurchflüsse bei relativ niedrigen Fallhöhen effizient genutzt werden, was die Errichtung von Wasserkraftwerken an Flüssen ermöglichte.
Die Entwicklung von Wasserkraft und Stromversorgung in Österreich
Parallel zum Ausbau der Wasserkraft an den österreichischen Flüssen erfolgte die Errichtung von Speicherkraftwerken im Gebirge. Durch die Kombination der unterschiedlichen Charakteristiken – Laufwasserkraftwerk: hoher Durchfluss, niedrige Fallhöhe, geringe Regelbarkeit versus Speicherkraftwerk: niedriger Durchfluss, große Fallhöhe, hohe Regelbarkeit – wurde die Elektrizitätsversorgung in Österreich aufgebaut. Als Folge der nicht kontinuierlichen Wasserführung der Flüsse konnte im Frühjahr und Sommer der gesamte österreichische Strombedarf gedeckt werden beziehungsweise wurden Überschüsse ins Ausland exportiert. Im Winterhalbjahr kann die Wasserkraft als Folge der klimatisch bedingten niedrigen Wassermengen eine vollständige Stromversorgung nicht gewährleisten. Zur Kompensation dieses Erzeugungsdefizits erfolgte die Errichtung fossil befeuerter kalorischer Kraftwerke, die vornehmlich in urbaner Nähe als Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen ausgeführt wurden und gleichzeitig den Aufbau der Fernwärme in Österreich ermöglichten. Mit diesem hydrothermischen Kraftwerksverbund wird, ergänzt um Stromimporte aus dem Ausland, die Stromversorgung Österreichs garantiert.
Im Laufe der Jahre kam es allerdings zu einer Verschiebung der Anteile der unterschiedlichen Kraftwerke an der Gesamtstromaufbringung. Bestand die Aufteilung im Jahr 1950 noch zu 78 Prozent aus Wasserkraft und zu 22 Prozent aus kalorischer Erzeugung bei 0 Prozent Stromimporten, so standen im Jahr 2000 einem Wasserkraftanteil von knapp 58 Prozent eine kalorische Erzeugung von 24 Prozent sowie 18 Prozent Stromimporte gegenüber. Ab dem Jahr 2000 spielt die Stromerzeugung in Ökostromanlagen (unter anderem Biomasse/Biogas, Windkraft, Photovoltaik und Kleinwasserkraft) eine zunehmende Rolle. Im Jahr 2017 beträgt die Verteilung gemäß Daten der E-Control: 42 Prozent Wasserkraft, 21 Prozent kalorische Erzeugung, 7,5 Prozent Ökostrom und 29,5 Prozent Stromimporte. Im selben Zeitraum ist der Strombedarf um 32 Prozent gestiegen. Als Grund für die Reduktion des Wasserkraftanteils an der österreichischen Stromversorgung bei gleichzeitigem Anstieg der Stromimporte ist in erster Linie der steigende Strombedarf bei einem begrenzten Wasserkraftpotenzial zu nennen. Lapidar gesagt: Wir haben in Österreich nur eine Donau und die lässt sich nun einmal nicht beliebig vervielfachen.
Grundsätzlich ist der Strombedarf großen zeitlichen Schwankungen unterworfen, die sich sowohl im Tagesverlauf (Morgenspitze, Mittagsspitze, Abendspitze, Minimum in der Nacht) als auch saisonal (Winter: hoher Verbrauch; Sommer: niedrigerer Verbrauch) manifestieren. Diesem verbraucherseitigen Lastgang steht eine nicht kontinuierliche Stromerzeugung in den Wasserkraftwerken durch die veränderliche Wasserführung gegenüber. Der Ausgleich zwischen Wasserkrafterzeugung und Strombedarf wird primär in den kalorischen Kraftwerken und über den Stromimport geschaffen. Innerhalb des Systems Wasserkraft konnte durch die (Um-)Gestaltung von Speicherkraftwerken in Pumpspeicherkraftwerke eine Möglichkeit zum Lastausgleich beziehungsweise zur Stromspeicherung in größerem Umfang geschaffen werden. Hierbei wird verfügbarer Strom in Schwachlastzeiten dazu benützt, Wasser in die Speicherbecken hinaufzupumpen, das dann bei Bedarf kurzfristig wieder zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Trends in der Energieversorgung
Wenn man die Stromerzeugung aus Wasserkraft über die Jahre hinweg analysiert, so fällt auf, dass seit dem Jahr 2000 die Gesamtstrommenge aus Wasserkraft in Österreich in etwa konstant bleibt (jährliche Abweichungen als Folge meteorologischer Schwankungen sind allerdings erkennbar). Das ist insofern interessant, als praktisch laufend noch neue Wasserkraftwerke errichtet werden und man somit eigentlich eine Zunahme der Wasserkrafterzeugung erwarten könnte. Für diesen Trend – gleichbleibende Erzeugung trotz Zunahme der installierten Kraftwerkskapazität – gibt es zwei Gründe. Zum einen führen ökologische Maßnahmen an bestehenden Wasserkraftwerken (Erhöhung der Restwassermengen, Fischaufstiegshilfen, …) zu einer Reduktion der elektrischen Erzeugung. Zum anderen beeinflussen Starkniederschlagsereignisse und ausgedehnte Trockenperioden die Wasserführung der Fließgewässer nachhaltig. Sowohl Hochwasser als auch Niedrigwasser führen zu einer Reduktion der elektrischen Erzeugung in den Laufwasserkraftwerken. Kurz zusammengefasst: Je ungleichmäßiger die Wasserführung, desto niedriger ist der Stromertrag pro installierter Kraftwerksleistung. Eine ungleichmäßige Wasserführung führt durch die zwangsweise ungleichmäßige Stromerzeugung zu einem erhöhten Bedarf an Reservestromlieferung (aus kalorischer Erzeugung, Speicherkraftwerken und aus Stromimporten).
Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraft
In Österreich werden sich die Auswirkungen des Klimawandels besonders stark bemerkbar machen. Durch die starke Erwärmung der Landmassen und Gesteinsformationen wird sogar ein Temperaturanstieg von vier bis fünf Grad Celsius prognostiziert. Das stellt auch für die Wasserkraftnutzung eine neue Herausforderung dar. Einerseits führt das klimabedingte Abschmelzen der Alpengletscher momentan noch zu einer erhöhten Wasserführung der Flüsse in den Sommermonaten. Auf der anderen Seite ermöglichen die Gletscher und vor allem (auch sommerliche) Niederschläge als Schnee eine Speicherung von Wasser in den Bergen. Ohne Gletscher vermindert sich das Rückhaltevermögen des Hochgebirges, wodurch es zu einer direkten Beeinflussung der Wasserführung mit starken Schwankungen in den Flüssen kommt, die sich wiederum negativ auf die Wasserkraftnutzung auswirken. Weiters führt eine zunehmende Ungleichverteilung der Niederschläge (Starkniederschlagsereignisse, längere Trockenphasen, …), so wie sie sich als Folgen des Klimawandels bereits verstärkt manifestieren, zu einer Reduktion der Stromerzeugung aus Wasserkraft.
Perspektiven für die Wasserkraft
Die Wasserkraft ist nach wie vor die bedeutendste Quelle für die Stromversorgung in Österreich. Durch den insgesamt steigenden Strombedarf reduziert sich allerdings ihr Anteil kontinuierlich. Weiters führen klimabedingte Änderungen an der Wasserführung der Gewässer zu einem verminderten Stromoutput bei immer noch leicht steigender Kraftwerkskapazität. Der Bedarf für kurzfristigen Lastausgleich wird in der (nahen) Zukunft weiter ansteigen. Ebenso ist mit einem erhöhten Bedarf an Stromspeichern zum Ausgleich der instationären Ökostromerzeugung (Windstrom, Photovoltaik, …) zu rechnen. Hier kann der Sektor Wasserkraft mit seiner bewährten Technologie der Pumpspeicherkraftwerke einen wichtigen Beitrag für das Energiesystem der Zukunft leisten. Allerdings sind hierbei die ökologischen Auswirkungen geeignet zu berücksichtigen.
Die Herausforderung in Zukunft wird es sein, den erhöhten Strombedarf auf ökologisch verträgliche Weise abzudecken, wobei die Bedingungen dafür durch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraftnutzung zunehmend schwieriger werden. Der notwendige Ausstieg aus den fossilen Energieträgern macht dieses Unterfangen noch komplexer. Ohne signifikante Energieeinsparung werden wir dieses Ziel trotz zunehmender Nutzung weiterer regenerativer Energiequellen wohl eher nicht erreichen können.