„Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist Wasser, das durch elektrischen Strom zerlegt worden ist. Die so zerlegten Elemente des Wassers, Wasserstoff und Stauerstoff, werden auf unabsehbare Zeit hinaus die Energieversorgung der Erde sichern.“ (Jules Verne)
Die Wasserkraft wird auch als Hydroenergie bezeichnet und zähle neben der Nutzung von Wind- und Sonnenenergie zu den regenerativen Energien. Mittels der Wasserkraft wird die kinetische Energie des Wassers physikalisch mittels einer Wasserkraftmaschine in mechanische Arbeit umgewandelt.
Bis weit in das 20. Jahrhundert hinein wurde die Wasserkraft größtenteils in Mühlen genutzt. Heute wird die Wasserkraft nahezu ausschließlich zur Strom- und Energiegewinnung genutzt. Die Wasserkraft ist nach Kohle und Erdgas im Jahr 2014 die 3. bedeutendste Form der weltweiten Energiegewinnung.
Historie der Wasserkraft
Die Historie der Wasserkraft reicht weit bis in die Jahre vor Christus zurück. In Mesopotamien, Indien und China wurden damals Wasserschöpfräder mit Hilfe von Wasserkraft angetrieben. In China sollen Überlieferungen zu Folge schon vor etwa 5.000 Jahren eine Form von Wasserkraft zur Anwendung gekommen sein. In Mesopotamien (dem heutigen Irak) wurden Historikern zu folge vor mehr als 3.500 Jahren die ersten Bewässerungsmaschinen eingesetzt. Die Wasserschöpfräder schöpften mittels einer eigens hergestellten Konstruktion Wasser von einem Fluss ab, um dieses mittels eines Rohrleistungssystems auf die umliegenden landwirtschaftlichen Flächen zu leiten und die Ernte zu bewässern.
Vor allem Römer und Griechen entwickelten die Wasserräder im 3 bis 2. Jahrhundert vor Christus weiter, die es erlaubte mittels der Wasserkraft schwere Mühlräder anzutreiben. Dies was die Geburtsstunde der ersten Mühlen. Mit den Römern gelangte diese Technik rund 800 Jahre später in das heutige Deutschland. Auch heute sind noch vereinzelt Mühlen mit großen Wasserlaufrädern an Flüssen zu sehen. Damals wie heute funktionieren die Mühlen nach dem gleichen technischen System. Teilweise wird dieses Mahlverfahren in den alten Mühlen mit direkter Übertragung der Wasserkraft heute noch genutzt.
Etwa im 2. Jahrhundert vor Christus wurde die archimedische Schraube erfunden. Die Erfindung der Schraube wird dem Namen nach dem Griechen Archidemes zugeschrieben. Vor dem meisten Anwendern, Technikern und Herstellern ist die archimedische Schreibe unter der Bezeichnung Schneckenschraube weitaus besser bekannt und geläufiger. Hauptanwendung der Schraube ist der Transport von Wasser auf ein höheres Niveau zum Zweck der Bewässerung von Feldern. Neben Wasser können auch weitere Gegenstände mit dieser Technick über verschiedene Höhen transportiert werden.
Schneckenschrauben sind äußerst zuverlässig und wartungsarm und werden auch heute noch vor allem in Kläranlagen eingesetzt. Vor allem für den Rückschlamm oder in Abwasserpumpen im Zulauf der Kläranlagen verrichten die archimedischen Schrauben gute Dienste. Weitere heutige Anwendungsgebiete der Schrauben sind zum Beispiel bei der Feldernte in Mähdreschern oder nicht ganz so bekannt in Tonern von Laserdruckern.
Die Daumenwelle revolutionierte im 8. Jahrhundert die Einsatzmöglichkeiten der Wasserkraft. Die Daumenwelle ermöglichte es den Anwendern die Drehbewegung des Wasserrades in eine „Hin- und Herbewegung“ umzuwandeln. Durch diesen Fortschritt war es möglich viele mechanische Werkzeuge, z.B. in mechanische Webstühle, Sägen in Sägewerken oder Schmiedehämmer mit Wasserkraft zu betreiben. Als Antriebsquelle für mechanische Tätigkeiten war die Wasserkraft und Wasserräder bis weit in das 19. Jahrhundert nicht mehr wegzudenken.
Mit eine Grundlage der industriellen Revolution war die Erfindung des ersten gusseiserenen Wasserrades vom englischen Bauingenieur John Smeaton im Jahr 1767. Da das gusseiseren Wasserrad weit höheren Belastungen als die bisherigen Rädern standhielt, konnten mit dem neuen Rad weitaus höhere Leistungen generiert werden. Es war durch die höhere Leistung nun möglich nicht nur ein oder zwei Maschinen gleichzeitig zu betreiben, sondern ein vielfaches davon. Der Grundstein zur Massenfertigung von Waren war gelegt.
Der französische Ingenieur Benoît Fourneyron entwickelte den Vorläufer einer Francis-Wasserturbine 1842. Mit der Turbine war es nun möglich größere Gefälle der Wasserkraft mit einem größeren Wassermenge zu nutzen. Dies führte zu einer weiteren deutlichen Leistungszunahme der Leistung, welche aus der Kraft des Wassers gewonnen werden konnte.
Die Umwandlung von Wasserkraft in elektrischen Strom war im Jahr 1866 durch die Erfindung des elektrischen Generators durch Werner von Siemens möglich. Nach dieser Erfindung von Werner von Siemens dauerte es nur wenige Jahre, bis die ersten Wasserkraftwerke zur Erzeugung elektrischen Strom in Betrieb gingen. Im englischen Northumberland wird 1880 das erste Wasserkraftwerk in Betrieb genommen. An den Niagarafällen entstand 1896 des erste wasserbetriebene Großkraftwerk der Vereinigten Staaten von Amerika.
In Deutschland, genauer gesagt in Bayern, wurde das erste Wasserkraftwerk Deutschlands am 15. Mai 1890 in Betrieb genommen. Es wurde vom Holzstofffabrikant Konrad Fischer in Bad Reichenhall als erstes Wechselstromkraftwerk gebaut.
Heutige Herstellung von elektrischem Strom
Es werden aktuell (Zahlen der Weltbank von 2014) weltweit ca. 23.864 Mrd. kWh an Strom pro Jahr verbraucht und das mit einer weiter ansteigenden Tendenz.
Der weltweite Stromverbrauch wird durch nachfolgende Energieträger gedeckt:
- Kohle 40,7%
- Erdgas 21,6%
- Öl 4,1%
- Wasserkraft 16,2%
- Atomstrom 10,6%
- Erneuerbare Energien (ex. Wasserkraft) 6,0%
- Sonstiges 0,8%
In Deutschland wird der Stromverbrauch durch folgende Energieträge gedeckt:
- Kohle 45,8%
- Erdgas 10%
- Öl 0,9%
- Wasserkraft 3,1%
- Atomstrom 15,6%
- Erneuerbare Energien (ex. Wasserkraft) 23,0%
- Sonstiges 1,6%
Die chinisische Stromproduktion setzt sich wie folgt zusammen:
- Kohle 72,6%
- Erdgas 2%
- Öl 0,2%
- Wasserkraft 18,6%
- Atomstrom 2,3%
- Erneuerbare Energien (ex. Wasserkraft) 4,1%
- Sonstiges 0,2%
Amerika produziert seinen Benötigten Strom wie folgt:
- Kohle 39,7%
- Erdgas 26,9%
- Öl 0,9%
- Wasserkraft 6,1%
- Atomstrom 19,2%
- Erneuerbare Energien (ex. Wasserkraft) 6,9%
- Sonstiges 0,3%
Deutlich zu sehen ist, dass auch heute über 50% des weltweiten Stromverbrauchs durch fossile Brennstoffe erzeugt wird. Durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe wird der CO2 – Ausstoß erhöht, was zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre führt. Zur Einhaltung der Klimaschutzziele sind die größten Energieverbrauchenden Länder einig, dass es notwendig ist, den CO2 – Ausstoß kurz und langfristig zu senken und auf regenerative Energien umzusteigen.
Heutige Nutzung der Wasserkraft
Heute wird die Wasserkraft nahezu ausschließlich zur Stromerzeugung genutzt. das länderspezifische Potential zur Nutzung von Wasserkraft richtet sich natürlich an topographische Gegebenheiten der Region, sowie die Niederschlagsmenge im Jahr. Auch gibt es einen Unterschied zwischen der technisch möglichen Installation und Potential von Wasserkraft (ca. 26.000 TWh p.a.) zur Leistung, welche ökonomisch sinnvoll genutzt werden könnte (ca. 21.000 TWh p.a.). Das tatsächlich erschließbare Potential der Stromerzeugung durch Wasserkraft liegt bei ca. 16.000 TWh im Jahr, was dem Stromverbrauch aus dem Jahr 2005 entspricht.
Im Jahr 2014 wurden weltweit ca.3.866 Mrd. kWh Strom durch Wasserkraft erzeugt. Der gesamte weltweite Stromverbrauch 2014 hingegen lag bei ca. 23.864 Mrd. kWh.
Aus diesen zahlenvergleichen wird ersichtlich, dass ein Großteil des Weltweiten Stromverbrauchs durch Wasserkraft gedeckt werden könnte.
Die Möglichkeiten zum Bau von Wasserkraftwerken sind je nach topographischer Lage des Landes sehr unterschiedlich. Während in Norwegen beispielsweise nahezu 100% des Stroms aus Wasserkraft gewonnen werden kann, sind es in Deutschland in etwa 4%. Durch die Alpenlage ist es der Schweiz zu ca. 60% oder Österreich zu ca. 70% den Stromverbrauch des Landes über Wasserkraftwerke zu decken.
Funktionsweise von Wasserkraftwerken
Die Funktionsweise eines Wasserkraftwerks ist in all ihren verschiedenen Arten die selbe. Das Wasser fließt über Turbinen und gibt seine Energie an die Turbinen ab, welche in Bewegung (i.d.R. Drehung) versetzt werden. Durch diese Drehbewegung der Turbinen wird über eine Welle ein Generator angetrieben, welcher elektrischen Strom erzeugt. In großen Kraftwerken wird nicht nur ein Generator zur Stromerzeugung durch die Wasserkraft angetrieben sondern mehrere. Die Wasserkraft des Hoover-Dam beispielsweise trifft auf insgesamt 17 Generatoren, welche ca. 2080 Megawatt an Strom produzieren können. Der Hoover-Dam erzeugt jährlich ca. 4 Milliarden kWh Strom, welcher zu 80% nach Süd-Kalifornien geliefert wird.
Arten von Wasserkraftwerken
Für jede topographische Anforderung und Anforderung an die Stromproduktion gibt es eine unterschiedliche Art von Wasserkraftwerk, die zum Einsatz kommen können.
Laufwasserkraftwerk
Die Laufwasserkraftwerke nutzen die Energie des Wassers von Flüssen.
Meist ist die Stauhöhe an den Flüssen für die Laufkraftwasserwerke relativ gering und liegt i.d.R. unter 10 Metern. Diese Wasserkraftwerke können permanent Strom in das Stromnetz einspeisen, da hauptsächlich das im Fluss fließende Wasser genutzt wird und normalerweise relativ wenig Wasser für die Stromproduktion angestaut wird. Zum Einsatz in den Kraftwerken komm meist Kaplanturbinen, welche für geringe Fallhöhen und hohe Durchflussmengen konzipiert sind. Auch hier ist die Kaplanturbine über eine Welle mit einem Stromgenerator verbunden.
In dem Generator wir die Rotationsenergie des Wassers in elektrische Energie umgewandelt. Diese Art von Kraftwerken kommt vor allem an großen Flüssen zum Einsatz (Rhein, Donau usw.) Auch an kleiner Flüssen kann ein Laufwasserkraftwerk als Ergänzung zum Einsatz kommen. Zum Spitzenausgleich des Stromverbrauchs sind diese Anlagen meist nicht geeignet.
Laufkraftwasserwerke sind normalerweise Mehrzweckanlagen welche als
- Stromerzeugungsanlagen,
- Grundwassersicherung,
- Schiffbarmachung von Flüssen
- und Hochwasserschutz
dienen können.
Pumpspeicherkraftwerke
Das Pumpspeicherkraftwerk ist ein besonderes Wasserkraftwerk. Es kann zum einen Strom durch Umwandlung speichern und zum anderen diesen Strom zu Spitzenauslastungszeiten, wie z.B. zum Mittag, in das öffentliche Stromnetz einspeisen.
Das Pumpspeicherkraftwerk arbeitet nach folgenden Prinzipien:
- Ist ein erhöhter Bedarf von Strom festzustellen wird das Wasser vom oberen Staubereich über Turbinen in den einen unteren Staubereich abgelassen. Die Turbine ist auch hier über ein Welle mit einem Generator verbunden, welcher Strom erzeugt.
- Herrscht ein Überschuss an Energie im Stromnetz wird diese von Pumpspeicherkraftwerken aufgenommen, in dem das Wasser vom zuvor „abgelassenen“ Wasser im unteren Staubecken wieder in ein höher gelegenes Staubecken gepumpt wird. Der aktuelle Stromüberschuss, z.B. in der Nacht wird für Spitzenzeiten gespeichert.
Ein Pumpspeicherkraftwerk verbraucht mehr Energie beim Hochpumpen des Wassers in ein höher gelegenes Staubecken, als dieses Wasser zu Spitzenzeiten an Energie abgibt. Der Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks liegt in etwa bei 75 bis 80%. Allerdings ist es für manche Kraftwerkstypen nicht ganz so einfach die erzeugte Strommenge schnell und beliebig hoch und runter zu fahren, so dass Pumpspeicherkraftwerke eine ideale Ergänzung für die Stromproduktion zu Spitzenzeiten sind. Das Pumpspeicherkraftwerk kommt in der Regel innerhalb weniger Minuten auf seine volle Leistungsfähigkeit und kann somit den produzierten Strom ach sehr schnell dem Stromnetz und den Verbrauchern zur Verfügung stellen.
Gezeitenkraftwerke
Gezeitenkraftwerke machen sich, wie es der Name schon verspricht, die Veränderung der Höhe des Meeresspiegels bei Ebbe und Flut zu Nutze.
Das Wasser strömt bei Flut über Röhrenturbinen in eine mit einer Staumauer abgetrennte Bucht. Haben sich die Wasserspiegel von Bucht und Meer angeglichen werden die Schleusen geschlossen. Bei Ebbe wiederholt sich der Vorgang in die entgegengesetzte Richtung, die Schleusen werden geöffnet, das Wasser strömt über die Röhrenturbinen zurück in das Meer.
Das weltweit größte Gezeitenkraftwerk Sihwa befindet sich aktuell vor der Küste Südkoreas und bringt eine Leistung von 254 Megawatt zustande. In Europa liegt das größte Gezeitenkraftwerk vor Frankreich bei St. Malo. Dieses Gezeitenkraftwerk erzeugt ca. 240 Megawatt Strom.
Das größte Problem von Gezeitenkraftwerken ist die Korrosionsanfälligkeit der Kraftwerke, da das Salzwasser den Anlagen sehr stark zusetzt. Ebenfalls nachteilig bei einer Weiterentwicklung dieses Kraftwerktyps ist die weltweit sehr begrenzte Möglichkeit von Standorten, an welchem der Einsatz überhaupt in Frage kommen könnte. Der größte Nachteil der Gezeitenkraftwerke sind jedoch die enorme Leistungsschwankungen bei der Stromproduktion durch das sich ständig ändernde Gefälle, welches durch einen sich ständig sich veränderten Wasserstand hervorgerufen wird.
Strömungskraftwerke
Ein neuer technologischer Ansatz sind Strömungskraftwerke in den weltweiten Ozeanen. Ein Pilotprojekt befindet sich m Bristol Channel an der Küste Cornwalls. Es handelt sich hierbei um das „Seaflow“ Projekt.
Die Anlage nutzt die ständig auftretende Meeresströmung, welche durch den regelmäßigen Gezeitenwechsel verursacht wird. Der Standort des Strömungskraftwerks ist direkt in der Meeresströmung, welche von Ebbe und Flut verursacht wird. Durch die permanente Meeresströmung kann konstant Strom mit dieser Anlage produziert werden.
Von der Funktionsweise ähneln die Strömungskraftwerke einer Windkraftanlage. An statt mehrere Meter über dem Boden wir bei einer Windkraftanlage, „steht“ die Strömungskraftanlage mehrere Meter unter dem Meeresspiegel. Der Turm der Anlage wird in den Meeresboden einbetoniert. An den Turm wird, je nach Strömung und Tiefe, ein Rotor mit einem Durchmesser von bis zu 15 Metern oder zwei Rotoren mit bis zu 10 Metern Durchmesser angebracht. Für einen optimalen Einsatz und Wirkungsgrad müssen sich die Rotoren permanent im Wasser befinden.
Die technologische Transformation der Windkraft in die Wasserkraft kann die Wirkungsgrade dieser Anlagen weiter verbessern.
Da im Vergleich zur Luft Wasser eine viel viel größere Dichte hat, ist schon bei relativ geringen Fließgeschwindigkeiten des Wassers ein wirtschaftlicher Einsatz dieser Art von Wasserkraftwerken möglich.
Die Internationale Energieagentur (IEA) hat allein in Europa insgesamt über 100 Standorte identifiziert, an welchen diese Technologie zum Einsatz kommen könnte. Perfekte Einsatzmöglichkeiten sind z.B. Meerengen zwischen den Britischen Inseln oder griechischen Inseln, die Straße von Messina oder der Kvalsund vor Norwegen.
Fazit für ein Investment in Wasseraktien mit Schwerpunkt Wasserkraft
Reine Wasseraktien, welche nur Wasserkraftwerke in Ihrem Portfolio haben sind auf dem Markt nicht verfügbar, bzw. wenn doch so klein in ihrer Marktkapitalisierung, das eine Investition fast schon als Liebhaberei angesehen werden muss. Die großen Energieversorger welche mehrere Wasserkraftwerke in ihrem Portfolio haben scheiden auf Grund ihrer übrigen Stromaktivitäten durch die Erzeugung über Atomkraft oder Kohle als nachhaltige Wasseraktien unter Umständen auch unter der Berücksichtigung von ESG Kriterien als Investment aus.
Technologisch sind Wasserkraftwerke schon auf einem sehr hohen Stand, was auch die Wirkungsgrade von teilweise deutlich über 90% verdeutlichen. Neue technologische Innovationen zur Verbesserung und technologischer Fortschritt wird hier vor allem bei bestehenden Wasserkraftwerken nicht gesehen. Wie wir jedoch gesehen haben besteht noch viel Potential der Stromgewinnung über Wasserkraftwerke, an aktuell vermeidlich weniger lukrativen Standorten. Hier könnte ein technologischer Fortschritt diese Standorte ökonomisch und wirtschaftlich attraktiver machen, wenn diese mit dem vorhandenen ökologischen System in Einklang gebracht werden können.
Die Voith GmbH mit Ihrer tochter Voith Hydro als einer der großen Hersteller für Wasserkraft Pumpen und Turbinen sowie Antriebswellen ist in dem Bereich Wasserkraft sicherlich eine der interessantesten Anlagemöglichkeiten. Leider gibt es von der GmbH nur eine Anleihe, welche am 21.06.2017 fällig war. Eine weitere Emission ist derzeit nicht bekannt. Durch die firmierung als GmbH ist für externe Kleinanleger eine Beteiligung am Eigenkapital ebenfalls nicht möglich.
Die österreichische Verbund AG (WKN 877 738) gewinnt über 95% ihrer Stomerzeugung aus Wasserkraft. Die verbund AG ist somit einer der größten Stromerzeuger aus Wasserkraft in Europa. Die Privathaushalte können zu 100% mit erzeugtem Strom aus Wasserkraftwerken beliefert werden. Beim CSR-Rating der Lieferantenbewertungsplattform EcoVadis hat VERBUND den GOLD-Status erreicht und gehört zu den besten 5% von mehr als 20.000 bewerteten Unternehmen. Weitere informationen über die Verbund AG und den Strom aus Wasserkraft erhalten Sie HIER.
