Untersuchung von dynamischer Stauzielregelung hinsichtlich der Stauwurzelentwicklung

In Zeiten der Energiewende und dem intensivierten Ausbau von erneuerbaren Energiesystemen
stellt dieser Artikel einen Optimierungsansatz für die Laufwasserkraft vor - die dynamische Stauzielregelung.
Deren Grundidee ist es, staubeeinflusste Fließgewässerabschnitte über das Betriebsregime
einer Wasserkraftanlage gleichmäßiger zu nutzen. Anders als bei der herkömmlichen Stauzielregelung
wird die Stauwurzel bei steigenden Abflüssen nicht an das Querbauwerk herangedrückt, sondern wird durch das temporäre Anheben des Stauziels in seiner Lage gehalten. Daraus wird für die höheren Durchflüsse eines Betriebsregimes eine größere Fallhöhe generiert. Dies wirkt sich, wie an einem Beispiel gezeigt werden kann, direkt auf die Leistung und in Zusammenspiel mit der Abflussdauerlinie auf die Jahresarbeit der Anlage aus. Somit stellt die dynamische Stauzielregelung eine umweltverträgliche, energiewirtschaftliche Optimierung für Laufwasserkraftanlagen dar.


1 Einleitung und Motivation

Der Begriff der Effizienz von Wasserkraftanlagen besitzt für deren Betreiber in Zeiten der Energiewende eine hohe Relevanz. Da der Ausbaugrad der Wasserkraft an großen Fließgewässern in Deutschland bereits auf einem hohen Niveau liegt, die Wasserkraft an kleinen Fließgewässern seit Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) in den Fokus rückt und der Neubau von Querbauwerken für die Wasserkraftnutzung genehmigungstechnisch nahezu unmöglich erscheint, ist die bestmögliche Nutzung von Anlagen in den standortspezifischen Rahmenbedingungen anzustreben. Dafür werden bestehende Anlagen effizienzsteigernd umgebaut, Wehrstandorte ohne bisherige wasserkraftliche Nutzung als Anlagenstandorte neu erschlossen und Standorte mit ruhenden Wassernutzungsrechten wieder in Betrieb genommen. Im Rahmen einer steuerungstechnischen Optimierung kann eine dynamische Stauzielregelung gleichermaßen für geplante oder bestehende Anlagen eine effizienzsteigernde Maßnahme darstellen.

2 Dynamische Stauzielregelung

Grundidee der dynamischen Stauzielregelung ist es, mit Hilfe eines abflussabhängigen Stauziels eine größere Fallhöhe der Energieerzeugung zuzuführen. Dadurch können die Ausbauleistung sowie die Jahresarbeit Ea einer Anlage erhöht werden. Zwingende bauliche Voraussetzung für die dynamische Stauzielregelung ist die Ausrüstung der Wehranlage mit beweglichen Stauelementen [1].

Für die dynamische Stauzielregelung ist die durch den Aufstau des Fließgewässers beeinflusste Fließstrecke planerische Randbedingung. Diese ist mit den Regelorganen für das Betriebsregime der Wasserkraftanlage konstant zu halten. Im Gegensatz zur bisherigen, statischen Stauzielregelung wird die Stauwurzel bei größeren Abflussereignissen nicht mehr an das Querbauwerk herangedrückt, sondern im Oberwasser am Beginn der staubeeinflussten Fließstrecke gehalten (Bild 1). Dies führt dazu, dass das zugehörige Stauziel höher liegt als im statischen Stau und eine größere Fallhöhe mit dem Turbinendurchfluss kombiniert wird.
Zur Berechnung der



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 05 (Mai 2020)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Niklas Schwiersch

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