Welche Zukunft für die Kleinwasserkraft in der Schweiz?

Februar 2017 - von Cécile Alligné-Münch

Die Kleinwasserkraft erzeugt derzeit 5 % unserer in der Schweiz produzierten Elektrizität und birgt ein grosses Steigerungspotenzial. Ihre Wiederbelebung und Weiterentwicklung seit den 90er Jahren verdankt sie vor allem den Unterstützungsprogrammen des Bundes. Sind diese heute noch ausreichend, um der Kleinwasserkraft einen Platz im zukünftigen Energiemix zu sichern? Und welche Rolle kann die Forschung dabei spielen? 

Ein Blick hinter die Kulissen unserer Kleinwasserkraftwerke

Die Geschichte der Kleinwasserkraftwerke geht weit zurück und ist oft verbunden mit der Elektrifizierung von ländlichen Gegenden. Nach und nach wurden damalige Mühlen durch herkömmliche Turbinen ersetzt, und das Bild der Kleinwasserkraft wandelte sich. Auch heute noch werden Turbinen von Flusswasser angetrieben, hinzugekommen sind aber auch Trinkwasser, Abwasser, Bewässerungswasser oder Wasser zur Erzeugung von Kunstschnee. So produzieren Kleinkraftwerke mit einer Leistung von unter 10 MW jährlich mehr als 3'600 GWh in der Schweiz. Zum Vergleich: das Grosskraftwerk von Bieudron (VS) hält den Weltrekord der leistungsstärksten Peltonturbinen und erzielt mit jeder seiner drei Maschinen 423 MW, und der gesamte Stromverbrauch der Schweiz belief sich im Jahr 2015 auf 58'000 GWh.

Kleinwasserkraftwerke lassen sich in drei grosse Familien unterteilen:

  • Es gibt Kraftwerke, die in bestehenden Infrastrukturen integriert sind und von lokalen Unternehmen betrieben werden. Die Vorteile dieser Kraftwerke sind ihre geringen Auswirkungen auf die Umwelt und die niedrigen Installationskosten, da das Wasser bereits kanalisiert ist. Beispielsweise kann eine Trinkwasseranlage ein interessantes Potenzial bieten, wenn Wasser in der Höhe aufgefangen und weiter unten im Tal konsumiert wird. Die Kleinwasserkraftwerke können den überschüssigen Druck nutzen, um Elektrizität zu produzieren. Die installierten Leistungen betragen einige zehn bis hundert Kilowatt. Auch wenn diese Leistung auf Landesebene vernachlässigbar scheint, ist sie es nicht für die Grössenordnung eines Dorfes.
  • Am anderen Ende des Leistungsspektrums gibt es Kraftwerke, die das Potenzial von Flüssen nutzen. Ihre Technik ist der von Grosskraftwerken sehr ähnlich, und sie sind oft mit Turbinen ausgestattet, die von Herstellern aus der Grosswasserkraft stammen. Auch die Eigentümer und Betreiber sind meist dieselben der Grosskraftwerke. Knackpunkt dieser Kleinkraftwerke sind ihre Auswirkungen auf die Umwelt. Es bedarf stets einer Abwägung zwischen der Möglichkeit, einige GWh zu produzieren und dem Risiko, unsere natürliche Umwelt zu beeinflussen. Die Entscheidung fällt nicht immer eindeutig aus und es müssen Kompromisse gefunden werden.
  • Neben diesen beiden grossen Familien gibt es Kraftwerke, die von Liebhabern gebaut und betrieben werden, wie beispielsweise im Falle des Mini-Kraftwerks der Familie Estier in der Versoix (GE).

Mit einer Leistung von wenigen Kilowatt bis einigen Megawatt sind Kleinwasserkraftwerke sehr unterschiedlich, aber eine Sache verbindet sie: die Schwierigkeit, Elektrizität gewinnbringend zu produzieren.

 

Wie wird die Kleinwasserkraft heute unterstützt?

Zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen (Wasserkraft, Solarenergie, Windkraft, Biomasse und Geothermie) hat der Bund im Jahr 2008 die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) eingeführt. Die von einem Kleinwasserkraftwerk produzierte Kilowattstunde wird dadurch mit durchschnittlich 16 Rappen vergütet, was deutlich über dem aktuellen Marktpreis von 3 Rappen liegt. Ohne dieses Programm wären zahlreiche Kleinkraftwerke nicht zustande gekommen. Denn egal ob für Private, Gemeinden oder Unternehmen, die Rentabilität der Anlagen bleibt eine notwendige Bedingung, und die KEV ermöglicht eine Rendite innerhalb eines angemessenen Zeitraums.

Derzeit profitieren 534 Kleinwasserkraftwerke von dieser Unterstützung und produzieren insgesamt mehr als 1'300 GWh. Zusätzliche 277 Kleinkraftwerke haben ebenfalls eine Zusage erhalten und werden, sobald sie in Betreib sind, 1'000 GWh produzieren können. Mehr als 500 Projekte stehen auf der Warteliste und bieten insgesamt ein Potenzial von mehr als 2'000 GWh. Diese Vorhersage ist allerdings mit Vorsicht zu geniessen, da aufgrund von Umweltauswirkungen und Konzessionsrechten nicht alle Projekte realisierbar sind.

Seit dem 1. Januar 2017 wurde die KEV für Kleinwasserkraftwerke nach unten revidiert (siehe Newsletter Nr. 30 von EnergieSchweiz, Programm Kleinwasserkraftwerke). Es bleibt abzuwarten, inwiefern diese Veränderung die Entwicklung der Kleinwasserkraftwerke beeinflussen wird.

Welche Rolle kann die Forschung spielen, um der Kleinwasserkraft neuen Schwung zu verleihen?

Im Rahmen des SCCER-SoE laufen mehrere Projekte, um neue Technologien zu entwickeln, mit deren Hilfe das Potenzial von Kleinwasserkraftwerken voll ausgeschöpft werden kann.  

In einem ersten Schritt wurde der Schwerpunkt auf den Ausbau existierender Infrastrukturen gelegt:

  • Eine kleine Turbine zur Rückgewinnung von Energie aus Trinkwasseranlagen (CTI DUO Turbo, siehe Foto) befindet sich gerade in der Industrialisierungsphase. Ihr Potenzial wird auf 60 GWh geschätzt.
  • Zur Nutzung der kinetischen Energie in Kanälen wurde ein erster Prototyp einer Turbine realisiert, welcher derzeit im Unterwasserkanal des Kraftwerks in Lavey (VD) getestet wird (siehe Foto).

Zusätzlich zu diesen Technologien befasst sich das SCCER-SoE mit der „Intelligenz“ unserer Versorgungsnetze. Bei Anlagen, die Teil bestehender Infrastrukturen sind, liegt die Priorität nicht auf der Produktion von Strom, sondern auf der Versorgung mit Trinkwasser, der Förderung des Tourismus oder dem Bewässern von Feldern und manchmal sogar auf allem gleichzeitig! Wäre eine Wasserbewirtschaftung denkbar, die auf der Ebene einiger Dörfer oder Quartiere optimal ausgestaltet ist? Es würde nur so viel Wasser wie nötig verbraucht und, wenn möglich, gleichzeitig Strom produziert sowie Energie in Form von Wasser während einiger Stunden gespeichert. Dazu werden in Zusammenarbeit mit dem SCCER-FURIES kleine Pumpspeicherwerke untersucht (siehe Abbildung), um Energie dezentral speichern zu können.

All diese Projekte haben zum Ziel, der Kleinwasserkraft neuen Auftrieb zu verleihen und ihren Platz im Schweizer Energiemix zu stärken.


Autorin

Dr. Cécile Alligné-Münch ist verantwortlich für das SCCER-SoE Work Package 3 für innovative Technologien, Professorin für Wasserkraft und Leiterin der Gruppe Wasserkraft der HES-SO Valais-Wallis.