Die Energiewende verändert nicht nur, woher unser Strom kommt, sondern auch, wie das Stromnetz funktioniert. Während große Kohle- und Kernkraftwerke nach und nach vom Netz gehen, übernehmen Wind- und Solaranlagen zunehmend die Stromerzeugung. Allerdings haben diese nicht die Eigenschaften, die Stromnetze benötigen, um stabil funktionieren zu können.

Dazu gehören die Bereitstellung von Schwungmasse zur Frequenzstützung, Blindleistung zur Spannungshaltung und Kurzschlussstrom für den Netzschutz. „Außerdem gewinnt auch die Blackout-Vorsorge immer weiter an Bedeutung. Damit stellt sich die Frage, wer diese Aufgaben künftig vor Ort im Verteilnetz übernimmt. Kleinwasserkraftwerke könnten hier Teil der Lösung sein“, so Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek, Inhaber des Lehrstuhls für Elektrische Energieversorgungstechnik an der Bergischen Universität.

Was Kleinwasserkraftwerke heute schon leisten können

Welchen Beitrag Kleinwasserkraftwerke wie beispielsweise die des Wupperverbandes heute bereits leisten und welche Potenziale nach technischer Erweiterung möglich sind, hat das Team um Prof. Zdrallek im Auftrag des Bundesverbands Deutscher Wasserkraftwerke (BDW) e. V. untersucht. Dafür analysierten die Forschenden das Potenzial von Anlagen mit einer Leistung von bis zu einem Megawatt. Im Mittelpunkt der Untersuchung standen ihre Beiträge zu Systemdienstleistungen, Netzresilienz und Wirtschaftlichkeit.

Die Ergebnisse zeigen: Kleinwasserkraftwerke können weit mehr als Strom erzeugen. Viele der Anlagen sind bereits heute ans Verteilnetz angeschlossen und verfügen über Eigenschaften, die für einen sicheren Netzbetrieb zunehmend an Bedeutung gewinnen. Durch ihre kontinuierliche Einspeisung und ihre technischen Möglichkeiten können sie zur Stabilisierung der Stromversorgung beitragen – direkt vor Ort und ohne aufwendige neue Infrastruktur.

132 Haushalte mit einem Kraftwerk versorgen

Für ihr Gutachten betrachteten die Wissenschaftler*innen Literatur- und Normenauswertungen, Betriebsdaten realer Anlagen und Netzsimulationen. „Besonders anschaulich ist die Inselnetz-Simulation eines realen Kleinwasserkraftwerks mit 177 Kilowatt: Die Anlage kann 132 Haushalte ganzjährig versorgen, ganz ohne Batteriespeicher. Photovoltaik- und Windanlagen gleicher Leistung schaffen das selbst mit großen Speichern nicht“, so Prof. Zdrallek.

Die Erkenntnisse im Überblick

1. Kleinwasserkraftwerke erbringen bereits heute Systemdienstleistungen, die mit dem Rückbau der Großkraftwerke knapper werden.
2. Kleinwasserkraftwerke ermöglichen verlässliche lokale Inselnetze und stärken die Blackout-Vorsorge, da sie im Zweifelsfall beim Wiederaufbau der Stromversorgung helfen und lokale Versorgungsstrukturen stärken können.
3. Kleinwasserkraftwerke stützen mit ihrer rotierenden Masse die Netzfrequenz, wenn diese etwa nach einem Kraftwerksausfall sinkt.
4. Kleinwasserkraftwerke können durch die gezielte Bereitstellung von Blindleistung dazu beitragen, die Spannung im lokalen Stromnetz stabil zu halten.
5. Kleinwasserkraftwerke liefern im Fehlerfall die Kurzschlussleistung für bestehende Schutzkonzepte.
6. Ein Wegfall der Kleinwasserkraftwerke in den Verteilnetzen würde dort zusätzliche Netzausbaukosten von rund 1,5 Milliarden Euro auslösen.
7. Kleinwasserkraftwerke wirken durch hohe Volllaststunden und verbrauchsnahe Einspeisung strukturell gegen die größten Kostentreiber des sogenannten Redispatch, bei dem Strom nicht unbedingt dort produziert wird, wo er gebraucht wird und daher teuer umverteilt werden muss.