Strom aus unseren Fließgewässern

Strom aus Fließgewässern – der vergessene Schatz.

Grundlagen.
Unsere Sonne liefert einen konstanten, bekannten Strom an Energie auf die Erde; ein bekannter Teil davon trifft auf den Teil der Erdoberfläche, den wir Deutschland nennen. Diese Energie ist von uns technisch nutzbar, in der Form von
• Windkraft,
• Strahlungsenergie (Licht),
• Wasser.
Die Kraft des Wassers können wir als Lageenergie (Höhenunterschied, Wasserfall) sowie der Bewegungsenergie nutzen. Die Wasserkraft wird seit vielen Jahrhunderten mit Hilfe von Wasserrädern genutzt. Je nach dem, auf welchen Punkt des Wasserrades der Wasserstrom auftrifft, spricht man von
• oberschlächtigem Wasserrad (Wasser trifft oberhalb des höchsten Punktes des Rades auf);
• mittelschlächtigem Wasserrad (Wasser trifft in Höhe der Achse auf das Rad auf);
• unterschlächtigem Wasserrad (Wasser strömt lediglich unten gegen die Schaufeln des Wasserrades); von dieser letzten Form des unterschlächtigem Wasserrades ist hier die Rede.
Die Menge der Energie im fließenden Wasser bestimmt sich unter anderem
• aus der Wassermenge (genauer: Masse des Wassers), gemessen in Kubikmeter pro Sekunde (m^3/s), sowie
• der Fließgeschwindigkeit, gemessen in Meter pro Sekunde (m/s).
Die vielen Ruinen alter Wassermühlen im norddeutschen Flachland zeigen, dass auch kleine Wiesenbäche, kaum einen Meter breit und kaum knietief, zum Antrieb einer Mühle ausreichen, also mehrere kW liefern. In den größeren Fließgewässern (Flüssen) arbeiteten nach dem gleichen Prinzip Schiffsmühlen sehr erfolgreich.

Technik.
Ich gehe für meine Rechnung von 1 kW installierter Leistung aus (zum Vergleich: rund 10 m^2 Fotovoltaikmodul). Ein Fließgewässer fließt 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr; die auf einem Fließgewässer ruhende Stromerzeugung ist daher ohne Speichertechnik grundlastfähig. 1 kW installierte Leistung ergibt daher pro Tag (1*24=) 24 kW/h pro Tag; und (24*365=) 8.760 kW/h im Jahr (wieder zum Vergleich: 10 m^2 Fotovoltaikmodul liefern im besten Fall unter 1.000 kW/h jährlich).
Bei meinen Wanderungen durch Deutschland traf ich im Osten von Brandenburg auf eine alte Wassermühle, Wasserlauf ca. 1,5 m breit, knietief, von der mir die Bewohner sagten, es sei ein moderner (von draußen nicht sichtbarer) Stromgenerator mit einer Leistung von 7 kW eingebaut, der jederzeit gestartet werden könne, wenn die Behörden dies nur zuließen. Allein dieser eine Generator würde (7*24*365=) 61.320 kW/h jährlich an Strom liefern.
Fließwassergeneratoren können mit einem Abstand von nur 50 m kaskadiert werden, auf 1 km Fließwasser können also 20 derartige Generatoren in das Fließgewässer eingebaut werden. Bei weiter angenommener Leistung von 1 kW/h ergibt das (20*8.760=) 175.200 kWh an Strom jährlich.

Entwicklungsarbeit.
Unsere Technischen Hochschulen und Universitäten erhalten den Auftrag, binnen eines Jahres die kaskadierbaren, für unterschiedliche Leistungen, Wassermengen und Fließgeschwindigkeiten geeignete Generatoren zu entwickeln und binnen eines weiteren Jahres die in Serie baubaren Geräte vorzulegen. Die Geräte dürfen nicht über das Stromnetz oder das Internet in ihrer Funktion beeinflusst (gehackt) werden können („Inselanlage“).
So wie zur Stromversorgung auf der Straße ein Versorgungskabel liegt, von dem die einzelnen Hausanschlüsse abzweigen, so liegt im Fließgewässer ein Sammelkabel, in das alle Generatoren ihren Strom abgeben. Diese Sammelkabel werden jeweils baldmöglichst, spätestens in der nächsten Siedlung, an das allgemeine Stromnetz angeschlossen. So werden kurze Leitungswege von der Stromerzeugung bis zum Verbrauch ermöglicht und die hohen Leitungsverluste (zur Zeit bis zu 7 Prozent) vermieden.
Die Geräte sollen nicht für maximal erzeugte Strommenge konstruiert werden, sondern müssen einen hinreichenden Spielraum für die Umwelt lassen (z.B. wandernde Fische).

Grundstücke.
Grundsatz: Alle in ihrem jeweiligen Gebiet liegenden Grundstücke werden von der Kommune beschafft und in ihr alleiniges, unbeschränktes Eigentum gebracht; dabei haben die Gemeinden Vorrang vor den Landkreisen. Die Kommunen geben einmal erworbene Grundstücke nie wieder ab.
Daraus folgt für unseren Fall: alle erforderlichen Grundstücke werden von der Kommune, Landkreis bzw. Gemeinde, angekauft.
Die Kommunen haben sofort mit der Grundstücksbeschaffung zu beginnen. Damit entstehen auf jeden Fall naturnahe Gebiete (Naturschutz).
Grundstücke im Eigentum der Kommune werden:
1. für den eigenen Bedarf verwendet. Zum eigenen Bedarf gehört auch die Nutzung als naturnahes Gebiet (Naturschutz).
2. zur Nutzung durch Dritte an diese abgegeben. Die Abgabe zur Nutzung erfolgt über das Erbbaurecht (Gesetz über das Erbbaurecht; [Erbbaurechtsgesetz – ErbBauRG] oder – wenn das nicht möglich ist – durch (langfristige) Verpachtung.
3. Es ist durchaus möglich, dass sich die Nutzung zum Eigenbedarf (naturnahes Gebiet) und durch Dritte überlappen.
Um der Klagelust der Berufskläger vorzubeugen:
• „Fließgewässer“ ist ein Gewässer vom Quellgebiet bis zur Mündung.
• „Gewässer“ ist eine natürliche Rinne auch wenn hier Wasser im Jahr nur gelegentlich fließt oder steht.
• „Quellgebiet“ ist eine Fläche von 100 Meter Durchmesser um den Wasseraustrittspunkt (Quelle).
• Wird über die Eigenschaft „Gewässer“ oder „Fließgewässer“ oder Quellgebiet“ zu sein, gestritten, so ist es allein schon wegen des Streites ein „Gewässer“ oder „Fließgewässer“ oder ein „Quellgebiet“.
• Die Kommunen können, aber müssen nicht, Gewässergrundstücke ankaufen.
• Duldet der Grundstückseigentümer den Bau der Wasserkraftanlage ist es auch gut.

Investor, Betreiber, Stadtwerke.
Die Stadtwerke bekommen ab sofort die neue Aufgabe zugeteilt, als Investor und Betreiber in ihren Kommunen und darüber hinaus in ihrem Gebiet als Grundversorger von Strom für jede Art von Stromerzeugung aus Windkraft, Licht (Fotovoltaik), Wasser aufzutreten und zu wirken, so weit sich für die gleiche Aufgabe nicht ein anderer Investor und Betreiber anbietet.
Die Stadtwerke haben sich ab sofort auf diese (neue) Aufgabe vorzubereiten; sie müssen einerseits die erforderliche Technik, zum anderen das erforderliche Personal beschaffen. Die Stadtwerke müssen weiter so bald die Mindestanforderungen bekannt sind, die erforderlichen Bestellungen für Material und Maschinen vorbereiten und an die potentiellen Lieferanten herausgeben, damit auch die ihre Vorbereitungen treffen können.

Finanzierung.
Definition: Zinsdarlehen (Zinskredit): Auf den Kredit werden nur (jährliche) Zinsen jedoch keine Tilgungen gezahlt. Diese Kreditform ist für Kommunen ungeeignet.
Definition: Annuitätendarlehen: Auf den Kredit werden jährliche konstante Annuitäten gezahlt; der Kredit wird damit in einer definierten Laufzeit getilgt.
Definition: Annuität: Annuität ist die Summe aus den jährlichen Zinsen und den um durch die bisherige Tilgung ersparten Zinsen erhöhten Tilgungen. A=Z+T; dabei ist A die jährliche Annuität, Z der jährliche Zinsanteil, T der jährliche Tilgungsanteil. Am Anfang ist Z der vereinbarte nominelle Zinssatz; T der vereinbarte nominelle Tilgungssatz.
Einige Beispiele für verschiedene Zinssätze und Tilgungssätze:
A Z T Laufzeit in Jahren
1 1 0 ewig, keine Tilgung, Zinsdarlehen
1 0 1 100
2 0 2 50
2 1 1 70
3 1 2 41
3 2 1 56
4 2 2 35
5 2 3 26
5 3 2 31
Für den Grundstücksankauf der Kommunen nehme ich die Kombination 1 Prozent Zinsen und 2 Prozent Tilgung, also (1+2=) 3 Prozent Annuität, Laufzeit 41 Jahre; (diese Laufzeit hat etwas mit der Abschreibungszeit und damit mit der Finanzierung im Wohnungsbau zu tun).
Für die Finanzierung der erforderlichen Baumaßnahmen nehme ich ein Darlehen mit der Kombination 1 Prozent Zinsen und 10 Prozent Tilgung, also (1+10=) 11 Prozent Annuität, Laufzeit 10 Jahre, an.
Ich gehe aus, von Darlehen der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau), der Förderbank des Bundes, falls es im Einzelfall nicht von anderen Kreditgebern gerade bessere Kreditbedingungen gibt.
Ich rechne pro Generator mit 50 m Fließwasserlauf und mit einem Seitenstreifen von jeweils 10 m; das ergibt eine Fläche von (2*10*50=) 1.000 m^2. Ich rechne weiter mit einem Quadratmeterpreis von 5,00 Euro; macht (1.000*5=) 5.000 Euro. Als Zuschlag, weil manche Ecke mit erworben werden muss, verdoppele ich den Betrag auf 10.000 Euro. Das ergibt jährliche Darlehenskosten von 3 Prozent von 10.000 (0,03*10.000=) 300 Euro.
Als Kosten für einen 1 kW-Fließwassergenerator einschließlich der Elektrik und Kabelführung zum nächsten kaskadierten Fließwassergenerator nehme ich 10.000 Euro an. Das ergibt jährliche Darlehenskosten von 11 Prozent von 10.000 (0,11*10.000=) 1.100 Euro.

Rentabilität.
Ich rechne: 300 Euro Grundstück (längstens 41 Jahre), plus 1.100 Euro Generator, plus 100 Euro für Wartung: (300+1.100+100=) 1.500 Euro. Dem stehen, wie oben gezeigt, 8.760 kW7h , zu einem Preis von 0,20 Euro pro kWh, gleich (8.760*0,20=) 1.752 Euro als Ertrag gegenüber; der Ertrag übersteigt mithin die laufenden Kreditkosten (1.752-1.500=) um 252 Euro. Die Gemeinde als örtlicher Stromversorger verkauft diesen Strom an die Kunden in ihrem Bereich für 0,30 Euro pro kWh, dem üblichen Haushaltstarif; der Ertrag ist mithin eigentlich noch höher.
Dieses Rechenbeispiel geht von einem Generator von 1 kW aus und der Annahme, dass die Kosten (und Einnamen) linear mit höheren Generatorleistungen steigen.

Kommunalhaushalte.
Mein Grundsatz: Kommunalhaushalte müssen ausgeglichen sein!
Da Kommunalhaushalte, insbesondere bezüglich der Kreditaufnahme, der Genehmigung durch die jeweilige Kommunalaufsicht unterliegen, müssen diese die Aufsicht ausübenden Stellen (für die Landkreis abhängigen Gemeinden die Landkreise, für die anderen das Land) die genehmigten und damit als sinnvoll und erforderlich gehaltenen Kredite sofort durch Zuschüsse abdecken.
Grundstücksankäufe, insbesondere wie hier für den Bau von Wasserkraftanlagen, sollen Erträge abwerfen, und zwar mindestens in der Höhe, dass die Ankäufe auch durch Kredite finanziert werden können; der Finanzierungsaufwand ist dann ja lediglich ein durchlaufender Posten im Kommunalhaushalt.
Nach der Tilgung dieses einmaligen durch den Grundstückserwerb auftretenden Aufwandes – in meinem Finanzierungsbeispiel also nach 41 Jahren – kostet dieses Grundstück nie wieder der Kommune auch nur einen Cent, aber es wirft in der einen oder anderen Weise und oft in barem Geld nach der Tilgung nur noch in alle Ewigkeit Erträge ab.

Umwelt.
Gewässer fließen naturgegeben gegenüber dem Umland in einer Rinne. Ich erwarte, dass die zu entwickelnden Bauelemente nicht oder nur kaum aus dieser Rinne herausragen; sie sollten mithin über das Land gesehen, kaum sichtbar sein (historische Fließwassermühlen hatten Wasserräder mit Durchmesser von über drei Metern und waren damit weit sichtbar).
Die Anlagen müssen so gebaut sein, dass sie nicht nur selbst das Hochwasser (Überspülungen) schadlos überstehen, sondern eben auch das Hochwasser selbst nicht behindern.
Die Anlagen sind keine Bauten zur Regulierung des Wasserstandes, sie können es aber als Nebenzweck sein.

Wirkungsgrad.
Die Ruinen von Wassermühlen direkt am Gewässer sowie Schiffsmühlen beweisen, dass diese Gewässer und diese Technik nutzbare Energie liefert, denn wenn das schwere Mühlenwerk angetrieben werden kann, dann kann auch ein Generator angetrieben werden und Strom erzeugen.
Für eine Abschätzung nehme ich an:
• Deutschland misst in West-Ost-Richtung rund 500 km.
• Deutschland misst in Nord-Süd-Richtung rund 800 km.
• Ich nehme an, dass es in diesem Gebiet (wenigstens) 1.000 km verwendbares Fließgewässer gibt.
• Ich nehme an, dass in diesen Fließgewässern im Abstand von 100 m Generatoren eingebaut werden können, das ergibt dann je 1 km Fließgewässer 10 Generatoren.
• Ich nehme an, dass im Mittel ein Generator eine Leistung von 10 kW hat.
• Ich gehe davon aus, dass der Tag 24 Stunden hat.
• Ich gehe davon aus, dass das Jahr 365 Tage hat.
Unter diesen Annahmen ergibt das eine installierte Leistung von (1.000*10*10=) 100.000 kW.
Unter diesen Annahmen ergibt das eine jährlich erzeugte Strommenge von (100.000*24*365=) 876.000.000 kW/h oder 876.000 MW/h.
Zeitrahmen.
Die Grundstücksgeschäfte sollten in ein bis drei Jahren im Wesentlichen abgeschlossen sein.
Die Bauarbeiten für die Generatoren werden sich über zehn bis zwanzig Jahre hinziehen.
24.07.2022
Hermann Müller
Bentierode
Bentieröder Bruch 8
D-37574 Einbeck