Wasserkraftanlagen stabilisieren mit Momentanreserve das Netz

Studie der RWTH Aachen untermauert Bedeutung von Wasserkraftanlagen für künftige Versorgungssicherheit ++ Wasserkraftwerke tragen auch nach Rückbau der Kern- und Kohlekraftwerke mit ihren Schwungmassen zur Netzstabilisierung bei ++ Lehrstuhl von Professor Albert Moser an der RWTH Aachen quantifiziert Momentanreserve

Düsseldorf, 13. August 2021 - Wenn im kommenden Jahr die letzten Kernkraftwerke in Deutschland vom Netz gehen, fällt damit dem Stromversorgungssystem auch Momentanreserve weg. Diese Systemdienstleistung sichert – neben der Regelleistung - die Stabilität der Netze im Falle von Störungen. Wie eine Studie der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen nun ergeben hat, können die Wasserkraftwerke in Deutschland eine Störung, zum Beispiel durch einen ungeplanten Kraftwerksausfall von bis zu 500 Megawatt (MW), hinsichtlich der Momentanreserve ausgleichen. Das entspricht der Leistung eines mittelgroßen Kohlekraftwerkes. Damit leisten sie einen relevanten Beitrag zur künftigen Netzstabilität und Versorgungssicherheit.

Als Momentanreserve wird die unverzögert verfügbare Leistungsreserve in einem Energieübertragungssystem bezeichnet. Sie entsteht aus der Trägheit der rotierenden Schwungmassen der Synchrongeneratoren konventioneller Kraftwerke. Kommt es in einem Stromnetz zu einem abrupten Lastwechsel, kann das Leistungsdefizit nicht unmittelbar durch Regelkraftwerksleistung ausgeglichen werden. Denn diese ist immer mit einer gewissen Verzögerungszeit verbunden. Daher muss, um Instabilitäten und Unterbrechungen zu verhindern, unmittelbar nach dem Störungsfall genügend kinetische Energie aus rotierenden Schwungmassen von Kraftwerken im Versorgungssystem vorhanden sein.

Wasserkraftanlagen als Ausgleich zu volatilen Energieerzeugern

Windenergie- und Photovoltaikanlagen sind hinsichtlich der Erzeugungsmengen die Hauptsäulen der künftigen regenerativen Energieproduktion. Diese üblicherweise leistungselektronisch angebundenen Anlagen liefern jedoch nach derzeitigem Stand der Technik noch keine Momentanreserve. Wasserkraftwerke hingegen sind dazu in der Lage.

Ein Team von Professor Albert Moser, Lehrstuhlinhaber Übertragungsnetze und Energiewirtschaft am Institut für elektrische Anlagen und Netze, Digitalisierung und Energiewirtschaft (IAEW) an der RWTH Aachen, hat nun die Momentanreserve der Wasserkraftanlagen in Deutschland ermittelt und quantifiziert. Die Berechnungen basieren auf 7.988 Wasserkraftanlagen mit insgesamt 6,28 Gigawatt Nettonennleistung, die im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur erfasst sind. Die Wissenschaftler ermittelten unter anderem die gespeicherte kinetische Energie der Wasserkraftanlagen, die sich aus der Trägheitskonstante und der Nennleistung der Generatoren bestimmen lässt.

Den Berechnungen zufolge ist eine kinetische Energie von rund 10,32 Gigawattsekunden (GWs) in den rotierenden Massen der Wasserkraftanlagen in Deutschland gespeichert. Zum Vergleich: Das Braunkohlekraftwerk Weisweiler Block H weist eine kinetische Energie von 2,4 GWs auf, das Kernkraftwerk Isar/Ohu 2 kommt auf 8,88 GWs. Die bereitgestellte kinetische Energie der Wasserkraftanlagen entspricht damit der Momentanreserve eines Kernkraftwerkes.

Die Studie zeigt weiterhin, dass ein Störereignis von 462,5 MW unter Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit der Netzlasten allein durch die Wasserkraftanlagen hinsichtlich der Momentanreserve aufgefangen werden könnte. Ihre vorgehaltene Momentanreserve reicht aus, um die daraus resultierende Frequenzänderungsrate und -abweichung ausreichend zu begrenzen. „Die deutschen Wasserkraftwerke tragen in dieser Höhe auch zur Beherrschung von größeren Leistungsdefiziten, zum Beispiel Netzauftrennungen, bei. Weitere Beiträge zur Beherrschung müssen dann aus anderen Anlagen noch bereitgestellt werden.“, fasst Martin Knechtges, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IAEW, zusammen.

Kleine dezentrale Wasserkraftanlagen stabilisieren Stromnetze

Darüber hinaus weisen die Forscher darauf hin, dass in Bezug auf zukünftige Netzstrukturen und die autarke Versorgung kleiner zellularer Netze die dezentral vorhandenen Wasserkraftwerke zu einem stabilen Netzbetrieb beitragen können.

„Die Studie zeigt einmal mehr, dass Wasserkraftanlagen gerade vor dem Hintergrund der Abschaltung der Kern- und Kohlekraftwerke wichtige Systemdienstleistungen zur Netzstabilisierung erfüllen. Neben der Momentanreserve ist diesbezüglich beispielsweise auch die Schwarzstartfähigkeit zu nennen“, kommentiert Dr. Michael Detering, Vorsitzender der Interessengemeinschaft Wassernutzung NRW die Studienergebnisse. Das heißt, nach einem großflächigen Stromausfall ist die Wasserkraft technisch in der Lage, den Wiederaufbau der Stromversorgung zu unterstützen.

„Die Studie zeigt aber auch auf, dass die bestehende Wasserkraft alleine nicht die notwendige Momentanreserve im Stromversorgungssystem bereitstellen kann. Mit dem Ausbau der Stromerzeugung aus Wasserkraft hätte man schon heute einen effizienten Lösungsbaustein dafür“, stellt Dr. Detering fest.

Die Studie „Ermittlung der Momentanreserve von Wasserkraftanlagen in Deutschland“ am Institut für Elektrische Anlagen und Netze, Digitalisierung und Energiewirtschaft an der RWTH Aachen wurde im Auftrag des Bundesverbandes Deutscher Wasserkraftwerke (BDW) e.V., der Initiative „Wasserkraft Ja bitte!“ im Verband der Bayerischen Energie- und Wasserwirtschaft (VBEW) e.V. sowie der Interessengemeinschaft Wassernutzung NRW durchgeführt.

 

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Studie: Ermittlung der Momentanreserve von Wasserkraftanlagen in Deutschland
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Energie aus Wasserkraft ist im öffentlichen Interesse

Das neue Landeswassergesetz in NRW betont das öffentliche Interesse am Erhalt und Ausbau der Wasserkraft. Zudem vereinfacht und beschleunigt es die Verwaltungsverfahren. So muss die zuständige Behörde zukünftig innerhalb bestimmter Fristen über die Genehmigung einer Wasserkraftanlage entscheiden. Die NRW-Wasserkraftverbände begrüßen die Beschlüsse der Landesregierung und fordern nun von den Genehmigungsbehörden eine Aufwertung der Wasserkraft im wasserrechtlichen Vollzug.

Düsseldorf, 30. April 2021 - "Die Wasserkraft ist wichtig für Klimaschutz und Energiewende und hat auch eine Bedeutung beim Blick auf die Versorgungssicherheit. Wir begrüßen, dass der Gesetzgeber dies bei der Überarbeitung des Landeswassergesetz berücksichtigt hat, und die Nutzung und der Ausbau der Wasserkraft zukünftig als öffentliches Interesse verankert ist", erläutert Philipp Hawlitzky, Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft Wasserkraftwerke NRW und der Interessengemeinschaft Wassernutzung NRW die jüngsten Beschlüsse, die der Landtag NRW in seiner gestrigen Beratung zum Gesetz zur Änderung des Landeswasserrechts (LWG) gefasst hat.

 

Bei der Zulassung von Wasserkraftanlagen sind nach der LWG-Novellierung nun neben dem Klimaschutz zukünftig auch das öffentliche Interesse am Erhalt und Ausbau der Erneuerbaren Energien zu berücksichtigen. Damit wird die Wasserkraft als wichtiger Baustein der notwendigen und dringlichen Energiewende gestärkt. Die Behörden müssen also in Zukunft den Belangen der klimafreundlichen, dezentralen und stetigen Energieerzeugung aus Wasserkraft angemessen Rechnung tragen.

 

Mit einer weiteren Änderung setzt das LWG neue Anforderungen aus der europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie um. Die neuen Regelungen beinhalten u.a., dass Genehmigungsverfahren für Wasserkraftanlagen innerhalb einer bestimmten Frist durchgeführt werden müssen. Für kleine Anlagen muss die zuständige Behörde innerhalb von einem Jahr und bei größeren Anlagen innerhalb von zwei Jahren entscheiden.

 

"Aufwendige und langwierige Verwaltungsverfahren führen dazu, dass selbst die Genehmigung von kleinen Wasserkraftanlagen und -mühlen oftmals viele Jahre dauert. Hierdurch werden Investitionen gehemmt und Klimaschutzprojekte unnötig verzögert. Auch dem Gewässerschutz ist dadurch nicht geholfen. Daher ist es zielführend, wenn die Genehmigungsverfahren vereinfacht und beschleunigt werden" betont Philipp Hawlitzky.

 

Die beiden Wasserkraftverbände aus NRW machen deutlich, dass die zuständigen Behörden nun angehalten sind, das öffentliche Interesse an der Wasserkraft bei ihren Abwägungen und Entscheidungen vermehrt zu berücksichtigen. In der Vergangenheit haben ökologische Optimierungsinteressen an den Gewässern oftmals überwogen. Die Ziele für den Klimaschutz und die Energiewende machen es jedoch erforderlich, dass in Zukunft der Klimaschutz und die regenerative Energieerzeugung bei der Genehmigung von Wasserkraftanlagen im Rahmen der Verhältnismäßigkeit vermehrt in den Blick genommen werden und die Zulassung innerhalb einer angemessenen Frist erteilt wird.

 

Gleichzeitig weisen die Verbände darauf hin, dass in NRW rund 13.000 Querbauwerke und Staustufen in den Gewässern stehen, aber nur knapp 450 Wasserkraftanlagen betrieben werden. Die Wasserkraft und die nun beschlossenen Änderungen im LWG haben daher keinen erheblichen Einfluss auf die Gewässerökologie und die Erreichung der Ziele der europäischen Wasserrahmenrichtlinie. Vielmehr kann die Wasserkraft zur Renaturierung der Flussläufe beitragen: Fischtreppen oder naturnahe Umgehungsgewässer machen Staustufen für Fische durchgängig. Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen bieten Fischen einen effektiven Schutz und die Möglichkeit der Abwärts-Passage. Und Mühlengräben bieten wertvolle Biotope für die Flussfauna und -flora und verbessern dadurch die Artenvielfalt.