25.05.2023 | Sauber, effizient und wichtig für die Versorgungssicherheit
Die sechs wichtigsten Basics zur Wasserkraft
Wasser ist die sauberste und effizienteste Energiequelle zur Stromproduktion. Nicht ohne Grund bildet die Wasserkraft mit einem Anteil von fast 60 Prozent am Schweizer Strommix das Rückgrat der Schweizer Stromversorgung. Mit diesen sechs Basics machen wir Sie zum Wasserkraft-Experten/zur Wasserkraft-Expertin.
Basic No. 1 – Bandenergie vs. Spitzenenergie
Unzählige Geräte und Anlagen benötigen täglich und rund um die Uhr Strom. Bandenergie ist konstant produzierter Strom, der den Grundbedarf an Elektrizität deckt. In der Schweiz stellen Laufwasserkraftwerke sowie die Kernenergie diese wichtige Grundabdeckung sicher.
Spitzenenergie ist die Strommenge, die über den Grundbedarf hinaus produziert wird. Flexible Speicher- und Pumpspeicherwerke stellen sicher, dass die Frisur am Morgen sitzt, der Kaffee heiss ist und abends der TV-Krimi ohne Unterbruch endet. Diese Kraftwerke können rasch zugeschaltet werden und produzieren auch nach Sonnenuntergang und bei Windflaute Strom.
Basic No. 2 – Laufwasserkraft: höchste Effizienz
Laufwasserkraftwerke spielen in der Topliga der effizientesten Stromquellen, stossen (wie alle Wasserkraftwerke) kein CO2 aus und sind damit ausgezeichnete Klimaschoner. Der Wirkungsgrad liegt bei fantastischen 94 Prozent. Dieser gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie bei einer Umwandlung in die gewünschte Energieform (=Strom) umgewandelt wird. Handelsübliche Solarenergiezellen erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent, bei Windkraft liegt er bei knapp 50 Prozent und bei einem Gaskombikraftwerk bei bis zu 58 Prozent.
Insgesamt stehen in Schweizer Laufwasserkraftwerken 4132 MW Leistung bereit und produzieren pro Jahr rund 17'800 Gigawattstunden (GWh) Strom. Damit decken alle Schweizer Laufwasserkraftwerke fast einen Drittel des Schweizer Strombedarfs (2021: 58'100 GWh).
Allein am Hochrhein zwischen Schaffhausen und Birsfelden (BL) produzieren elf Laufwasserkraftwerke mit einer installierten Leistung von rund 830 Megawatt (MW) im Schnitt rund 5 Terawattstunden (TWh) Strom im Jahr.
Basic No. 3 – Pumpspeicherwerke: Wirksamer Schutz vor einem Blackout
Pumpspeicherwerke (PSW) können gigantische Bauwerke sein wie das PSW Limmern (GL) oder eher unscheinbar wirken wie das Kraftwerk Wägital (SZ). Sie haben drei wichtige Aufgaben:
a) Netzstabilisierung: Das Stromnetz darf die Frequenz von 50 Hertz nicht unter- oder überschreiten. Wird von unberechenbaren Energiequellen wie zum Beispiel Sonne und Wind überdurchschnittlich viel Strom ins Netz gespeist oder wenn die Nachfrage plötzlich stark sinkt, werfen die Pumpspeicherwerke ihre Pumpen an. Das Hochpumpen von Wasser in einen höhergelegenen See verbraucht Strom. In dem sie dem Netz den überschüssigen Strom entziehen, wirken sie als Netzstabilisator. Dieses Gleichgewicht zu managen, ist die Aufgabe von Netzleitstellen und der Übertragungsnetzbetreiberin Swissgrid.
b) Batteriefunktion: Das Hochpumpen von Wasser hält aber nicht nur das Stromnetz stabil. Das Wasser wird im höher gelegenen Stausee für eine spätere Verwendung zur Stromproduktion gespeichert. So agieren Pumpspeicherwerke (PSW) als riesige Batterien.
c) Absicherung von Verbrauchsspitzen: Steigt der Strombedarf während den Mahlzeiten oder spätestens zum Anpfiff der Fussball-Champions League an, lässt das Pumpspeicherwerk das gespeicherte Wasser über steile Druckleitungen auf seine Turbinen und produziert damit Strom. So leistet das Werk einen wichtigen Anteil zur sicheren Stromproduktion bei Verbrauchsspitzen.
Das gigantische Pumpspeicherwerk Limmern zeichnet sich durch grosse Flexibilität aus. Die vier hochmodernen Maschinen in Innern der Glarner Alpen sind einzeln regelbar und in der Lage, innerhalb von sechs Minuten vom Pumpen zur Stromproduktion zu wechseln.
Basic No. 4 – Speicherkraftwerke: Winterreserve gegen eine Strommangellage
Insgesamt über 80 grosse Speicherkraftwerke sammeln in den Schweizer Alpentälern Niederschläge und Schmelzwasser für die Stromproduktion. Den höchsten Füllstand erreichen die Speicherseen im Spätherbst, bevor kürzere und kühle Wintertage den Stromverbrauch stark ansteigen lassen. Vor der Schneeschmelze im Frühling verzeichnen die Wasserreservoire ihren Minimalstand.
Das Risiko einer Strommangellage im Winter nimmt in der Schweiz künftig zu. Zur Risikominderung soll darum der Ausbau erneuerbarer Energien beschleunigt werden. Wasserkraft kann dabei einen wichtigen Anteil leisten. Kann die Schweiz künftig mehr Wasser speichern, kann sie einer drohenden Strommangellage im Winter aus eigenen Kräften besser entgegenwirken. Unter Federführung des Bunds sollen bestehende Staumauern - wo immer möglich - erhöht werden. Axpo unterstützt diesen Ausbau aktiv.
Basic No. 5 – Axpo: Grösste Schweizer Wasserkraftproduzentin
Kein anderes Stromunternehmen der Schweiz produziert mehr Strom aus der erneuerbaren und CO2-freien Ressource Wasser. Heute gehören Axpo in der Schweiz rund 60 Wasserkraftanlagen mit über 4000 MW Leistung ganz- oder teilweise. Damit produziert sie (inkl. CKW) jährlich rund acht Terawattstunden Strom aus Wasserkraft.
Insgesamt produzieren die Schweizer Wasserkraftwerke pro Jahr durchschnittlich rund 37'172 Gigawattstunden (GWh) Strom, fast 60 Prozent der gesamten Schweizer Stromproduktion. Die Wasserkraft bildet das Rückgrat der Schweizer Stromversorgung.
Aber Achtung: Die Substanz und damit die Produktion der Wasserkraft kann langfristig nur dann erhalten werden, wenn genügend investiert wird. Der Bund rechnet zwischen 2010 und 2050 gesamtschweizerisch mit Aufwendungen von rund 30 Mrd. Franken für die Erneuerung und Instandhaltung von Wasserkraftwerken. Und: Durch strengere Restwasserbestimmungen wird die Wasserkraft geschwächt. Der Schweizerische Wasserwirtschaftsverband geht davon aus, dass bis 2050 rund 10 Prozent der heutigen Wasserkraftproduktion verloren gehen.
Basic No. 6 – Wasserkraft goes digital
Wasserkraft funktioniert denkbar einfach: Gesammeltes Wasser treibt eine Turbine an, die über einen Generator Strom produziert. Am Vorgehen und der «Hardware» hat sich seit den ersten Kraftwerken vor über 100 Jahren wenig verändert.
Die digitale Entwicklung aber erlaubt heute eine leistungsfähige «Software». Ein modernes Datenmanagement erlaubt Berechnungen und Trendanalysen zur Optimierung der Stromproduktion. Eckpunkte gibt es in Echtzeit per Web-App auf das Mobiltelefon. Nicht zuletzt erlauben digitale Tools eine punktgenaue Planung von Wartungsintervallen der Wasserkraftwerke.
Drohnen und Roboter kommen dort zum Einsatz, wo Menschen im Aktionsradius limitiert sind. Unverzichtbar: Eine krisensichere Infrastruktur auf Mobilfunkbasis als stabile Plattform für den digitalen Ausbau. Der Transformationsprozess bei Axpo ist mit «Hydro 4.0» in vollem Gang.
