Wasserwirtschaft 7-8 / 2012


Pumpspeichertechnologien im Vergleich
Jörg-Peter Albrecht
Nach heutigem Stand der Technik stellen Pumpspeicherkraftwerke die einzig zuverl√§ssige, wirtschaftlich tragf√§hige und √∂kologisch sinnvolle Speicherm√∂glichkeit f√ľr elektrischen Strom dar. Die unterschiedlichen technischen L√∂sungen, die jeweils besten Anwendungsm√∂glichkeiten und neusten Forschungsergebnisse f√ľr Pumpspeicherkraftwerke werden in diesem Fachbeitrag vorgestellt. Potenziale f√ľr den Bau von Pumpspeicherkraftwerken gibt es weltweit zahlreich. In Europa, wo diese Technologie zur Stromerzeugung aus Wasserkraft seit langem angewendet wird, existieren neue Standorte mit vorwiegend besonderen technischen Anforderungen. Bestehende Pumpspeicherkraftwerke stehen zur Modernisierung, zur Leistungserh√∂hung und teilweise zum Ausbau an. Der Bedarf f√ľr zuverl√§ssige Stromspeicherung durch Pumpspeicherkraftwerke ist hoch. Die Bereitschaft, in den Ausbau zu investieren, jedoch verhalten, da sich die √∂konomischen Rahmenbedingungen durch die verringerte Preisdifferenz zwischen Grundlast- und Spitzenlastbereitstellung zwischenzeitlich deutlich verschlechtert haben.
Wasser als Energiespeicher ‚Äď neue Ideen und Konzepte
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Aufleger, Dipl.-Ing. Dr.techn. Barbara Brinkmeier, Dipl.-Ing. Robert Klar, Valerie Neisch
Die Speicherung elektrischer Energie hat gro√üe Bedeutung f√ľr den Ausgleich der Schwankungen zwischen Strombedarf und Stromproduktion. Infolge der in Mitteleuropa massiv zunehmenden Einspeisungen von Strom aus erneuerbaren Energien und dem politischen Entschluss Deutschlands, aus der Atomkraft bis zum Jahre 2022 vollst√§ndig auszusteigen, steigt der Speicherbedarf weiter an. Die wichtigste Technologie f√ľr die gro√ütechnische Speicherung elektrischer Energie ist die Pumpspeicherung. Andere Speichermethoden weisen im Vergleich erhebliche Nachteile auf. Eine Reihe von neuen Ideen und Konzepte zur Nutzung von Wasser als Energiespeicher jenseits konventioneller Pumpspeicher liegt bereits vor. Gegenw√§rtig werden z. B. an der Universit√§t Innsbruck hydraulische Gro√üenergiespeicher nach den Power-Tower- und Buoyant-Energy-Konzepten entwickelt.
Wasserkraft als Netzdienstleister am Beispiel der E.ON Wasserkraft GmbH
Michael Brucker
Wasserkraftanlagen erbringen umfassende Netzdienstleistungen sowohl f√ľr das √∂ffentliche 50-Hz-Drehstromnetz als auch fur das 16,7-Hz-Netz der Deutschen Bahn. Innerhalb des Erzeugungsportfolios der E.ON in Deutschland erwirtschaften Wasserkraftanlagen den gr√∂√üten Anteil an Erl√∂sen aus Systemdienstleistungen (Prim√§rregelung, Sekund√§rregelung und Minutenreserve). Trotz des naturgem√§√ü begrenzten Ausbaupotenzials der Wasserkraft in Deutschland sind Erweiterungen im Bereich der Netzdienstleistungen m√∂glich. Dieser Beitrag erl√§utert die verschiedenen Aspekte der Netzdienstleistungen, die die Wasserkraft erbringt.
Entwicklungen in der Energiepolitik ‚Äď Auswirkungen auf die Wasserkraft
Dr. Hans B√ľnting
Durch die Energiewende, die von der deutschen Bundesregierung im Sommer 2011 eingeleitet worden ist, ist erstmalig ein langfristiger Fahrplan f√ľr Eckpunkte einer Energielandschaft 2050 ver√∂ffentlicht worden. Durch die zunehmende Fokussierung auf Energieeffizienz, den Ausbau erneuerbarer Erzeugungskapazit√§ten und der Ausweitung der Energieimporte wird sich die Struktur des Strommarktes deutlich √§ndern. Die Wasserkraft spielt gem√§√ü den Energieszenarien der Bundesregierung dabei nur eine untergeordnete Rolle, die sich weitgehend auf den Zubau von Pumpspeicherkraftwerken im In- und Ausland konzentrieren wird, um das volatile Stromaufkommen aus Wind- und Sonnenenergie auszugleichen.
Herausforderungen des heutigen wasserbaulichen Versuchswesens mit drei Beispielen
Dr. Giovanni De Cesare, Dr. Michael Pfister, Milad Daneshvari, Dr. Martin Bieri
Die meisten technischen Universit√§ten oder Hochschulen, welche Bauingenieure ausbilden, verf√ľgen seit ann√§hernd 100 Jahren √ľber wasserbauliche Laboratorien. Darin werden mittels physikalischer Modellierung Elemente von Talsperren, Wasserkraftwerken oder Hochwasserschutz-Ma√ünahmen √ľberpr√ľft und optimiert. Mehrmals wurde dieser klassischen Methode bereits das Ende vorausgesagt, trotzdem sind die Versuchsanstalten ausgebucht. Die Autorenumrei√üen den Wandel der Branche und geben drei Beispiele dazu.
Fischabstiegs- und Fischschutzanlagen an der Wasserkraftanlage ECI-Centrale in Roermond/Niederlande
Dipl.-Ing. Ulrich Dumont, Dipl.-Ing. Gereon Hermens
Die Wasserkraftanlage ECI-Centrale und deren Stauwehr sind das unterste Wanderhindernis in der Eifel-Rur, in der auf niederländischer und deutscher Seite die Wiederansiedlung von Lachs und Meerforelle betrieben wird. Zum Schutz der abwandernden Fische an diesem strategisch wichtigen Standort wurde ein 10-mm-Feinrechen mit einem Durchfluss von 16 m³/s sowie ein oberflächennaher und ein sohlennaher Bypass errichtet. Die bisherigen Ergebnisse des Monitorings zeigen, dass eine große Zahl von Fischen und Fischarten die Abstiegseinrichtungen nutzt. Der Betrieb der Wasserkraftanlage wird durch den Fischschutzrechen nicht beeinträchtigt.
Das Wasserkraftpotenzial √Ėsterreichs im Spannungsfeld von Umweltpolitik und Klimawandel
Dipl.-Ing. Dr. Martin Fuchs, Dipl.-Ing. Ernst Zeller, Dipl.-Ing. Dr. Anne Joeppen, Dr. Herbert Weilguni, Dipl.-Ing. Dr. Harald Kling
Das theoretische Wasserkraftpotenzial √Ėsterreichs wird auf mindestens 75 000 GWh/a gesch√§tzt, wovon bereits 35 300 GWh/a ausgebaut sind. Vom verbleibenden Potenzial k√∂nnten ca. 18 000 GWh/a technisch und wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. L√§sst man die Potenziale in hochsensiblen Gebieten (Nationalparks, Welterbest√§tten) unber√ľcksichtigt, reduziert sich dieser Wert auf ca. 13 000 GWh/a. Gem√§√ü der √∂sterreichischen Energiestrategie sollen von diesem Potenzial bis 2015 insgesamt 3 500 GWh/a durch Optimierung bestehender Anlagen oder Errichtung neuer Kraftwerke gehoben werden, was teilweise im Konflikt mit den Anforderungen der europ√§ischen Wasserrahmenrichtlinie steht. Erzeugungseinbu√üen ergeben sich zuk√ľnftig m√∂glicherweise aus Umweltauflagen und Folgen des Klimawandels.
Herstellung der Durchg√§ngigkeit des M√ľndungsdeltas der Rur in die Maas
Dipl.-Ing. Gereon Hermens, Dipl.-Ing. Rita Keuneke
Das M√ľndungsdelta der Eifel-Rur in die Maas befindet sich in der niederl√§ndischen Stadt Roermond und besteht heute aus zwei Gew√§sserarmen. W√§hrend die Stadtrur durch die Wasserkraftanlage ECI-Centrale genutzt wird, dient der Hambeek im Wesentlichen der Hochwasserabfuhr. Bis zum Jahr 2007 bestand nur im Hambeek eine Fischaufstiegsanlage, deren Einstieg jedoch schlecht auffindbar war. Weiterhin zeigten fischereibiologische Untersuchungen eine eingeschr√§nkte Passierbarkeit. An der Wasserkraftanlage, die w√§hrend der √ľberwiegenden Zeit des Jahres den gr√∂√üten Abflussanteil des Deltas aufweist, bestand keine Fischaufstiegsanlage. Wegen der Bedeutung der Eifel-Rur als wichtiges Nebengew√§sser der Maas wurden beide Gew√§sserarme in einem gemeinsamen Projekt mit gro√üz√ľgig dimensionierten Fischaufstiegsanlagen entsprechend den aktuellen niederl√§ndischen Standards ausger√ľstet, so dass heute die Durchg√§ngigkeit des gesamten M√ľndungsdeltas gegeben ist.
Umfassende L√∂sungen f√ľr Kleinwasserkraftwerke ‚Äď Siemens-Kompetenzzentrum Salzburg
Dipl.-Ing. Thomas Lemmerer
Der Siemens-Konzern steuert seit zwei Jahren sein Kleinwasserkraftgesch√§ft aus Salzburg. Das dortige Kompetenzzentrum wurde zur Drehscheibe im weltweiten Wasserkraftgesch√§ft bei Siemens. Der Standort Salzburg versteht sich neben seiner Rolle als technischer Kompetenzdienstleister als Gesch√§ftsentwickler, mit dem klaren Ziel, das Gesch√§ft ‚Äď eingebettet in die weltweite Siemens-Struktur ‚Äď auszubauen. Siemens Small Hydro ist Gesamtausr√ľster f√ľr Kleinwasserkraftwerke, der turbinenunabh√§ngig agiert, d. h. dass f√ľr jede spezifische Anwendung ein ma√ügeschneidertes Konzept aus einer Hand erstellt wird. Siemens kann in diesem Gesch√§ftsbereich auf eine langj√§hrige Erfahrung zur√ľckgreifen, die anhand der Anlagen Dientenbach und Almbach vorgestellt werden soll.
Kraftwerk Koralpe ‚Äď Upgrading zum Pumpspeicherkraftwerk
Dipl.-Ing. Karl Nackler
m√∂gDas Speicherkraftwerk Koralpe wurde erfolgreich zu einem Pumpspeicherkraftwerk umgebaut, wobei mit 25 % der urspr√ľnglichen Errichtungskosten die Erzeugung verdoppelt wurde. Unter Nutzung bestehender Anlagen, wie Speicher, Triebwasserweg und Turbine, wurde weltweit erstmalig eine 3-stufige Pumpe mit Anfahrtechnik im ausgeblasenen Zustand eingesetzt. Die Abdichtung der Baugrube f√ľr den 35 m tiefen Schacht war ebenfalls eine Herausforderung.
Ausbau der Wasserkraft in der T√ľrkei
Asst. Prof. Dr. Ahmet Alkan, Dr.-Ing. Yal√ßńĪn √Ėzdemir
Die hydroelektrische Energieerzeugung der T√ľrkei lag 1960 bei 1 TWh/a. Bis 2011 stieg die Erzeugungskapazit√§t auf rund 52 TWh/a. Das wirtschaftlich nutzbare Wasserkraftpotenzial des Landes liegt bei ca. 150 TWh/a, und als Ziel wird der Ausbau des gr√∂√üten Teils davon bei 2023 angestrebt. Die Ausnutzung der Wasserkr√§fte beruht in der T√ľrkei auf Talsperren- und Umleitungskraftwerken. Die Staud√§mme dominieren als Talsperrentyp, wobei auch interessante Staumauertypen vorkommen. Die Atat√ľrk-Wasserkraftanlage stellt mit 2 400 MW Leistung das gr√∂√üte Wasserkraftwerk dar.
Wasserkraftpotenzial der Schweiz ‚Äď M√∂glichkeiten und Grenzen
Roger Pfammatter
Die Wasserkraft ist das R√ľckgrat der schweizerischen Stromversorgung. Mit der postulierten Energiewende und dem mittelfristigem Ausstieg aus der Kernenergie werden insbesondere die Regel- und Speicherkapazit√§ten weiter an Bedeutung gewinnen. Es stellt sich aber auch die Frage, wie viel zus√§tzliche Produktion realisiert werden kann. Der vorliegende Beitrag bezweckt eine sachliche Auslegeordnung, die in den letzten Monaten Eingang in die Diskussionen gefunden hat.
Kraftwerk Sohlstufe Lehen ‚Äď Wasserkraftwerke im urbanen Gebiet
Dipl.-Ing. Martin Pfisterer
Die Schere zwischen Stromaufbringung und Stromverbrauch, die seit dem Jahr 2001 in √Ėsterreich immer weiter aufgeht, erfordert neue L√∂sungsans√§tze, damit die Versorgungssicherheit in √Ėsterreich auch weithin gew√§hrleistet bleibt. Gerade im urbanen Gebiet k√∂nnen Wasserkraftwerksprojekte eine wichtigen positiven Beitrag zur L√∂sung dieses Problems beitragen, da hier der gro√üe Vorteil der Wasserkraft, n√§mlich ihre Multifunktionalit√§t, langfristig gesehen ganz besonders gut zum Tragen kommt. Das Wasserkraftwerksprojekt Sohlstufe Lehen der Salzburg AG im Stadtgebiet von Salzburg ist ein Musterbeispiel daf√ľr, wie man mit einem solchen Projekt die vielf√§ltigen Vorteile dieser ausgereiften und h√∂chst effizienten Technologie darstellen kann.
Hochwasserbewusstsein 10 Jahre nach dem ‚ÄěJahrhundertereignis‚Äú im Osterzgebirge und an der Elbe
Dr.-Ing. Antje Bornschein, Prof. Dr.-Ing. habil. Reinhard Pohl
In den 10 Jahren, die seit dem Extremhochwasser in Sachsen vergangen sind, wurde viel f√ľr den Hochwasserschutz getan: die Vorhersage, die Kommunikation sowie die Hochwasserschutzanlagen wurden verbessert und es wurden neue Deiche sowie Hochwasserr√ľckhaltebecken errichtet oder angepasst. Eine wichtige Frage ist aber, wie sich das Hochwasserbewusstsein der potenziell betroffenen Bev√∂lkerung entwickelt hat. Im Beitrag wird der Frage nachgegangen, ob die Lehren von 2002 in Erinnerung sind und weitergegeben wurden oder ob das Hochwasserbewusstsein nachgelassen hat und man sich angesichts besseren Schutzes in Sicherheit wiegt.
Die Renaissance der Pumpspeicher- und Speicherkraftwerke
Dipl.-Ing. Dr. Ernst P√ľrer
Speicher- und Pumpspeicheranlagen haben nach wie vor eine hohe Aktualität und eine unangefochtene Position im Versorgungssystem elektrischer Energie. Den schwierigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zufolge liegt das Hauptaugenmerk bei der Planung und Errichtung neuer Pumpspeicheranlagen auf der Nutzung bewährter, besonders aber der neuesten Entwicklungen im bautechnischen, maschinenbaulichen und elektrotechnischen Bereich. Die immer öfter geforderte hohe Regelfähigkeit der Kraftwerksanlagen auch im Pumpbetrieb kann durch die Anwendung des Prinzips des hydraulischen Kurzschlusses oder den Einsatz von Asynchrongeneratoren erreicht werden. Begrenzte räumliche Verhältnisse verlangen nach neuen Speicherkonzepten.
Mobile Desinfektion mit Chlordioxid
Dipl.-Ing. Bent Regulla, Dr.-Ing. Marcel Stangl, Dr.-Ing. Marcel Stangl
Die Berliner Wasserbetriebe verf√ľgen √ľber ein Desinfektionsfahrzeug nach dem neuesten Stand der Technik und den aktuellen Normen der neuen Trinkwasserverordnung. Mit der vorhandenen Ausr√ľstung k√∂nnen verschiedenste Desinfektionsma√ünahmen durchgef√ľhrt werden. Die Einsatzorte des Fahrzeuges umfassen neben dem Gro√üraum Berlin auch andere Regionen in Deutschland, in denen die Berliner Wasserbetriebe im Auftrag lokaler Wasserversorger t√§tig werden.
Potenziale der Wasserkraft im Einzugsgebiet des Neckars
Dipl.-Biochem. Johannes Reiss, Dipl.-Biol. Uwe Dußling, Prof. Dr.-Ing. Stephan Heimerl
Um die derzeitige und m√∂gliche k√ľnftige Wasserkraftnutzung im Neckar-Einzugsgebiet unter Ber√ľcksichtigung von √∂kologischen Gesichtspunkten systematisch zu untersuchen, hat das Land Baden-W√ľrttemberg eine entsprechende Potenzialstudie beauftragt. Im Rahmen dieser Studie wurden die Ziele der WRRL ebenso wie eine Vielzahl von √∂kologischen, hydrologischen und technischen Daten ber√ľcksichtigt, um alle Potenziale √ľber 8 kW zu identifizieren. Hierbei wurde auch eine vereinfachte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unter Ber√ľcksichtigung der jeweils relevanten EEG-Verg√ľtung durchgef√ľhrt, um die Realisierbarkeit der Potenziale absch√§tzen zu k√∂nnen. Im Ergebnis konnten f√ľr zwei Szenarien ein zus√§tzliches technisch-√∂konomisch-√∂kologisches Potenzial von 27 bzw. 25 MW entsprechend eines Regelarbeitsverm√∂gens von 121 bzw. 103 GWh/a ermittelt werden, wobei jeweils ca. 10 % wirtschaftlich realisierbar sein d√ľrften.
Karte der Fließgewässerzonierung Deutschlands
Dr. Ulrich Schwevers, Dipl.-Geogr. Katharina Schmidt, Dipl.-Geogr. Oliver Engler
Zur Beschreibung der gew√§ssertypspezifischen Fischartengemeinschaften bedient sich die Fischereibiologie traditionell der Flie√ügew√§sserzonierung. Hierbei wird ein Gew√§sserlauf in Regionen unterteilt, die jeweils durch eine Leitfischart sowie ein typisches Spektrum von Begleitfischarten charakterisiert werden. Im Auftrag des Bundesamtes f√ľr Naturschutz wurde die Flie√ügew√§sserzonierung Deutschlands nun erstmals nach bundesweit einheitlichen, naturwissenschaftlichen Kriterien ermittelt und in einer Karte dargestellt.
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