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Stromproduktion: Dieses Wasserkraftpotenzial steckt in bestehenden Staudämmen
In Tausenden US-Dämmen steckt ungenutztes Strompotenzial, wie eine neue Analyse zeigt. Sie beziffert die technisch nutzbare Leistung von mehr als 2.600 bislang stromlosen Dämmen auf knapp vier Gigawatt und die mögliche Jahresproduktion auf bis zu 15,2 Terawattstunden. Dafür müssten keine neuen Dämme gebaut werden, und besonders groß ist das Potenzial bei bereits bestehenden Bundesanlagen.
Oak Ridge (U.S.A.). Nur ein kleiner Teil der in den USA erfassten Dämme dient heute der Stromerzeugung, denn die meisten Anlagen wurden für andere Aufgaben wie Wasserversorgung, Schifffahrt oder Hochwasserschutz gebaut. Gerade deshalb könnten einige von ihnen zusätzlich mit Turbinen ausgerüstet werden, ohne einen neuen Damm errichten zu müssen.
Wie viel Strom sich auf diese Weise tatsächlich gewinnen lässt, war bislang nur grob bekannt, denn ältere nationale Abschätzungen kamen auf theoretische Leistungen von zwölf bis 30 Gigawatt. Diese Werte berücksichtigten die realen Abflussverhältnisse und betrieblichen Grenzen einzelner Standorte jedoch nur eingeschränkt.
Ein Team des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) mit der Projektleiterin und Erstautorin Carly Hansen hat das technisch nutzbare Potenzial deshalb neu berechnet. In die Analyse gingen 2.616 ausgewählte Dämme im zusammenhängenden Staatsgebiet der USA ein, die bereits in früheren Untersuchungen als grundsätzlich interessant für Wasserkraft galten.
Als Grundlage nutzte das Team historische tägliche Abflussdaten aus den Jahren 1980 bis 2015 sowie Angaben zur Fallhöhe, also zum Höhenunterschied des Wassers am Damm. Ein Rechenmodell bestimmte daraus für jeden Standort einen geeigneten Auslegungsabfluss und passende Turbinentypen und Wirkungsgrade, aus denen die Forscher Nennleistung, tägliche Stromproduktion und Kapazitätsfaktor ableiteten.
„Dieses Projekt war vor allem von dem Bedarf getragen, mehr Sicherheit darüber zu gewinnen, was technisch möglich ist“, sagt Carly Hansen.
Eine zentrale Rolle spielte das am Idaho National Laboratory (INL) entwickelte Open-Source-Werkzeug HydroGenerate, das den verfügbaren Abfluss mit Fallhöhe und Kennwerten verschiedener Turbinen kombiniert. So lässt sich für jeden Standort eine technische Auslegung bestimmen, die näher an den realen Bedingungen liegt als eine rein theoretische Leistungsabschätzung.
„Mit HydroGenerate berücksichtigen wir verschiedene Turbinentypen, die zu den Bedingungen von Durchfluss und Fallhöhe an jedem Standort passen. Das Werkzeug wird außerdem als Open-Source-Paket angeboten, damit Akteure wie Forscher und Projektentwickler damit ihre eigenen Machbarkeitsbewertungen überprüfen können“, erklärt Juan Gallego-Calderon vom Idaho National Laboratory (INL).
Das Ergebnis fällt deutlich niedriger aus als die älteren theoretischen Schätzungen, ist aber weiterhin beträchtlich. Für die 2.616 untersuchten Dämme ergibt sich zusammen eine mögliche Leistung von knapp vier Gigawatt, im Mittel rund 1,5 Megawatt je Standort. Die modellierte jährliche Stromproduktion liegt bei bis zu 15,2 Terawattstunden und würde rechnerisch für mehr als 1,4 Millionen US-Haushalte reichen.
Das Potenzial ist allerdings sehr ungleich verteilt, denn rund 86 Prozent der gesamten möglichen Leistung entfallen auf Dämme in Bundesbesitz. Besonders viele leistungsstarke Kandidaten liegen den Forschern zufolge am oberen Mississippi sowie im Gebiet der Großen Seen, wo sich damit ein großer Teil der aussichtsreichsten Standorte konzentriert.