Wettbewerbsfähigkeit steigern bei Kleinwasserkraftanlagen

Das Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz erklärt wichtige Ansätze mit hohem Potential

Sinkende Strompreise und die Anforderungen durch die EU-Wasserrahmenrichtlinie führen zu einer erschwerten Wettbewerbskompatibilität von Kleinwasserkraftanlagen. Viele der Anlagen sind mit veralteten Regeleinrichtungen ausgestattet, zudem handelt es sich aufgrund der Betreiberstruktur bei der jeweiligen Steuerung meist um Insellösungen. Deshalb besteht in der Vernetzung von Kleinwasserkraftwerken ein erhebliches Potential. Leider fand es bisher wenig Beachtung.

Wichtig ist außerdem die Suche nach innovativen Alternativen zur Nutzung des erzeugten Stroms aus Kleinwasserkraftanlagen, um die Wertschöpfung vor Ort halten zu können. Man könnte die erzeugte erneuerbare Energie vorrangig zur Deckung des Energiebedarfs der Gemeindeinfrastruktur nutzen und die überschüssige Energie vermarkten. Dazu bedarf es jedoch Speicher, die diese Schwankungen sowohl auf lokaler also auch auf regionaler und überregionaler Ebene flexibel ausgleichen und neben der zeitlichen Entkopplung zusätzlich netzentlastend wirken.

Sowohl die in Österreich seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz befindlichen Pumpspeicherkraftwerke als auch die zunehmend wirtschaftlich attraktiver werdenden Batteriespeicher werden vor allem als Kurzfristspeicher zum Ausgleich der Erzeugungs- und Verbrauchsschwankungen zwischen Tag und Nacht eingesetzt. Der Einsatz als Wochen- oder Monatsspeicher oder zur saisonalen Umlagerung der Erzeugungsmengen ist nicht zuletzt wegen der vergleichsweise geringen Energiedichte und damit geringen Speicherkapazitäten von Pump- als auch Batteriespeichern wirtschaftlich jedoch nicht darstellbar. Eine technische Option stellt dagegen die chemische Speicherung des Stroms aus erneuerbaren Energien in Form von synthetischem Methan dar.

Intelligente Vernetzung von Kleinwasserkraft

Im Projekt „Connect Hydro“ wurde ein Konzept für ein intelligentes Informationssystem erarbeitet, das es ermöglicht, aktuelle Daten einer Kraftwerkskette in Echtzeit an zentraler Stelle zu sammeln, auszuwerten und in geeigneter Form zur Verfügung zu stellen. Das Projekt wurde von österreichischen Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen der zweiten Ausschreibung des Programms „Energieforschung“ durchgeführt.

Ohne in das Ökosystem einzugreifen kann man demnach zum einen die Energieproduktion steigern sowie die wirtschaftliche Situation der Anlagen verbessern. Zudem kann durch die Optimierung der Prognosegenauigkeit ein zusätzlicher systemdienstlicher Nutzen generiert werden. Die Entwicklung des Vernetzungskonzepts erfolgte am Beispiel des oberösterreichischen Flusses Alm, an dem an ausgewählten Kraftwerksstandorten spezifische Daten aufgezeichnet und analysiert wurden. Infolge der Datenerfassung und Datenanalyse der Alm-Anlagen wurde eine Steigerung der Energieproduktion von etwa drei Prozent abgeschätzt. Begleitend dazu erfolgte eine Potentialanalyse der Vernetzung an österreichischen Fließgewässern. Demnach wäre in rund 2.200 Kleinwasserkraftanlagen eine Vernetzung möglich.

Speicherung von Strom aus Kleinwasserkraft durch Power-to-Gas

Ein weiterer innovativer Ansatz der Vermarktung von Kleinwasserkraft stellt die chemische Speicherung des Stroms in Form von Wasserstoff beziehungsweise aus Wasserstoff erzeugten synthetischen Methan (SNG) dar. Der überschüssige Strom wird dabei elektrochemisch in Wasserstoff umgewandelt (Power-to-Gas, PtG). Dieser kann direkt verwendet oder zusammen mit Kohlendioxid nach einem weiteren chemischen Prozessschritt umgewandelt und als „erneuerbares“ oder synthetisches Erdgas zu einem späteren Zeitpunkt in den gleichen Anwendungsbereichen wie fossiles Erdgas eingesetzt werden.

Wesentliche Vorteile der beiden Energieträger sind die hohe Energiedichte sowie die universellen Anwendungsmöglichkeiten. Allerdings befindet sich die PtG-Technologie noch in einer Demonstrationsphase. Auch wenn eine kommerzielle Nutzung von PtG-Systemlösungen kurzfristig schwierig darstellbar ist, wird die Technologie mit einem grundsätzlich hohen Zukunftspotenzial bewertet. Der Grund: Sie kann vergleichsweise große Energiemengen für einen langen Zeitraum speichern und eine sektorübergreifende Nutzung des „erneuerbaren Erdgases“ im Wärmebereich oder in der Industrie ist möglich. PtG-Systemlösungen kann man nicht nur in die bestehende Erdgasinfrastruktur einbinden. Es ist auch die Entwicklung lokaler Lösungen möglich, um beispielsweise den Überschussstrom aus erneuerbaren Energien in synthetisches Erdgas umzuwandeln und für eine spätere Nutzung vor Ort zu speichern. Eine solche Option kann vor allem dort interessant sein, wo bisher kein Erdgasnetz vorhanden ist und damit PtG-Systemlösungen zu einer Entwicklung des lokalen Energieträgermixes beitragen können.

Sowohl eine intelligente Vernetzung von Kleinwasserkraftanlagen als auch die chemische Speicherung des erzeugten Stroms aus diesen Anlagen mittels Power-to-Gas kann zu einer gesteigerten Wettbewerbsfähigkeit von Kleinwasserkraftanlagen führen. Beide Ansätze haben ein hohes Potential und bilden jeweils ein innovatives Geschäftsmodell für Kleinwasserkraftanlagen. Während die Vernetzung darauf abzielt, die bestehende Wasserkrafterzeugung entlang eines Flusses zu vernetzen und zu optimieren, geht es bei der Speicherung des Wasserkraftstroms darum, die erzeugte Energie lokal zu verwenden und somit auch die lokale Wertschöpfung vor Ort zu behalten.