Wasserwirtschaft 7-8 / 2012
| Pumpspeichertechnologien im Vergleich Jörg-Peter Albrecht Nach heutigem Stand der Technik stellen Pumpspeicherkraftwerke die einzig zuverlässige, wirtschaftlich tragfähige und ökologisch sinnvolle Speichermöglichkeit für elektrischen Strom dar. Die unterschiedlichen technischen Lösungen, die jeweils besten Anwendungsmöglichkeiten und neusten Forschungsergebnisse für Pumpspeicherkraftwerke werden in diesem Fachbeitrag vorgestellt. Potenziale für 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 Leistungserhöhung und teilweise zum Ausbau an. Der Bedarf für zuverlässige Stromspeicherung durch Pumpspeicherkraftwerke ist hoch. Die Bereitschaft, in den Ausbau zu investieren, jedoch verhalten, da sich die ökonomischen Rahmenbedingungen durch die verringerte Preisdifferenz zwischen Grundlast- und Spitzenlastbereitstellung zwischenzeitlich deutlich verschlechtert haben. |
| Wasser als Energiespeicher – 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 große Bedeutung für 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 vollständig auszusteigen, steigt der Speicherbedarf weiter an. Die wichtigste Technologie für die großtechnische 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. Gegenwärtig werden z. B. an der Universität Innsbruck hydraulische Großenergiespeicher 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 für das öffentliche 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 größten Anteil an Erlösen aus Systemdienstleistungen (Primärregelung, Sekundärregelung und Minutenreserve). Trotz des naturgemäß begrenzten Ausbaupotenzials der Wasserkraft in Deutschland sind Erweiterungen im Bereich der Netzdienstleistungen möglich. Dieser Beitrag erläutert die verschiedenen Aspekte der Netzdienstleistungen, die die Wasserkraft erbringt. |
| Entwicklungen in der Energiepolitik – Auswirkungen auf die Wasserkraft Dr. Hans Bünting Durch die Energiewende, die von der deutschen Bundesregierung im Sommer 2011 eingeleitet worden ist, ist erstmalig ein langfristiger Fahrplan für Eckpunkte einer Energielandschaft 2050 veröffentlicht worden. Durch die zunehmende Fokussierung auf Energieeffizienz, den Ausbau erneuerbarer Erzeugungskapazitäten und der Ausweitung der Energieimporte wird sich die Struktur des Strommarktes deutlich ändern. Die Wasserkraft spielt gemäß 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 Universitäten oder Hochschulen, welche Bauingenieure ausbilden, verfügen seit annähernd 100 Jahren über wasserbauliche Laboratorien. Darin werden mittels physikalischer Modellierung Elemente von Talsperren, Wasserkraftwerken oder Hochwasserschutz-Maßnahmen überprüft und optimiert. Mehrmals wurde dieser klassischen Methode bereits das Ende vorausgesagt, trotzdem sind die Versuchsanstalten ausgebucht. Die Autorenumreißen 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 Österreichs 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 Österreichs wird auf mindestens 75 000 GWh/a geschätzt, wovon bereits 35 300 GWh/a ausgebaut sind. Vom verbleibenden Potenzial könnten ca. 18 000 GWh/a technisch und wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Lässt man die Potenziale in hochsensiblen Gebieten (Nationalparks, Welterbestätten) unberücksichtigt, reduziert sich dieser Wert auf ca. 13 000 GWh/a. Gemäß der österreichischen 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 europäischen Wasserrahmenrichtlinie steht. Erzeugungseinbußen ergeben sich zukünftig möglicherweise aus Umweltauflagen und Folgen des Klimawandels. |
| Herstellung der Durchgängigkeit des Mündungsdeltas der Rur in die Maas Dipl.-Ing. Gereon Hermens, Dipl.-Ing. Rita Keuneke Das Mündungsdelta der Eifel-Rur in die Maas befindet sich in der niederländischen Stadt Roermond und besteht heute aus zwei Gewässerarmen. Während 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 eingeschränkte Passierbarkeit. An der Wasserkraftanlage, die während der überwiegenden Zeit des Jahres den größten Abflussanteil des Deltas aufweist, bestand keine Fischaufstiegsanlage. Wegen der Bedeutung der Eifel-Rur als wichtiges Nebengewässer der Maas wurden beide Gewässerarme in einem gemeinsamen Projekt mit großzügig dimensionierten Fischaufstiegsanlagen entsprechend den aktuellen niederländischen Standards ausgerüstet, so dass heute die Durchgängigkeit des gesamten Mündungsdeltas gegeben ist. |
| Umfassende Lösungen für Kleinwasserkraftwerke – Siemens-Kompetenzzentrum Salzburg Dipl.-Ing. Thomas Lemmerer Der Siemens-Konzern steuert seit zwei Jahren sein Kleinwasserkraftgeschäft aus Salzburg. Das dortige Kompetenzzentrum wurde zur Drehscheibe im weltweiten Wasserkraftgeschäft bei Siemens. Der Standort Salzburg versteht sich neben seiner Rolle als technischer Kompetenzdienstleister als Geschäftsentwickler, mit dem klaren Ziel, das Geschäft – eingebettet in die weltweite Siemens-Struktur – auszubauen. Siemens Small Hydro ist Gesamtausrüster für Kleinwasserkraftwerke, der turbinenunabhängig agiert, d. h. dass für jede spezifische Anwendung ein maßgeschneidertes Konzept aus einer Hand erstellt wird. Siemens kann in diesem Geschäftsbereich auf eine langjährige Erfahrung zurückgreifen, die anhand der Anlagen Dientenbach und Almbach vorgestellt werden soll. |
| Kraftwerk Koralpe – Upgrading zum Pumpspeicherkraftwerk Dipl.-Ing. Karl Nackler mögDas Speicherkraftwerk Koralpe wurde erfolgreich zu einem Pumpspeicherkraftwerk umgebaut, wobei mit 25 % der ursprünglichen 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 für den 35 m tiefen Schacht war ebenfalls eine Herausforderung. |
| Ausbau der Wasserkraft in der Türkei Asst. Prof. Dr. Ahmet Alkan, Dr.-Ing. Yalçın Özdemir Die hydroelektrische Energieerzeugung der Türkei lag 1960 bei 1 TWh/a. Bis 2011 stieg die Erzeugungskapazität auf rund 52 TWh/a. Das wirtschaftlich nutzbare Wasserkraftpotenzial des Landes liegt bei ca. 150 TWh/a, und als Ziel wird der Ausbau des größten Teils davon bei 2023 angestrebt. Die Ausnutzung der Wasserkräfte beruht in der Türkei auf Talsperren- und Umleitungskraftwerken. Die Staudämme dominieren als Talsperrentyp, wobei auch interessante Staumauertypen vorkommen. Die Atatürk-Wasserkraftanlage stellt mit 2 400 MW Leistung das größte Wasserkraftwerk dar. |
| Wasserkraftpotenzial der Schweiz – Möglichkeiten und Grenzen Roger Pfammatter Die Wasserkraft ist das Rückgrat der schweizerischen Stromversorgung. Mit der postulierten Energiewende und dem mittelfristigem Ausstieg aus der Kernenergie werden insbesondere die Regel- und Speicherkapazitäten weiter an Bedeutung gewinnen. Es stellt sich aber auch die Frage, wie viel zusätzliche 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 – Wasserkraftwerke im urbanen Gebiet Dipl.-Ing. Martin Pfisterer Die Schere zwischen Stromaufbringung und Stromverbrauch, die seit dem Jahr 2001 in Österreich immer weiter aufgeht, erfordert neue Lösungsansätze, damit die Versorgungssicherheit in Österreich auch weithin gewährleistet bleibt. Gerade im urbanen Gebiet können Wasserkraftwerksprojekte eine wichtigen positiven Beitrag zur Lösung dieses Problems beitragen, da hier der große Vorteil der Wasserkraft, nämlich ihre Multifunktionalität, langfristig gesehen ganz besonders gut zum Tragen kommt. Das Wasserkraftwerksprojekt Sohlstufe Lehen der Salzburg AG im Stadtgebiet von Salzburg ist ein Musterbeispiel dafür, wie man mit einem solchen Projekt die vielfältigen Vorteile dieser ausgereiften und höchst effizienten Technologie darstellen kann. |
| Hochwasserbewusstsein 10 Jahre nach dem „Jahrhundertereignis“ 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 für den Hochwasserschutz getan: die Vorhersage, die Kommunikation sowie die Hochwasserschutzanlagen wurden verbessert und es wurden neue Deiche sowie Hochwasserrückhaltebecken errichtet oder angepasst. Eine wichtige Frage ist aber, wie sich das Hochwasserbewusstsein der potenziell betroffenen Bevölkerung 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 Pürer 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 verfügen über ein Desinfektionsfahrzeug nach dem neuesten Stand der Technik und den aktuellen Normen der neuen Trinkwasserverordnung. Mit der vorhandenen Ausrüstung können verschiedenste Desinfektionsmaßnahmen durchgeführt werden. Die Einsatzorte des Fahrzeuges umfassen neben dem Großraum Berlin auch andere Regionen in Deutschland, in denen die Berliner Wasserbetriebe im Auftrag lokaler Wasserversorger tätig 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 mögliche künftige Wasserkraftnutzung im Neckar-Einzugsgebiet unter Berücksichtigung von ökologischen Gesichtspunkten systematisch zu untersuchen, hat das Land Baden-Württemberg eine entsprechende Potenzialstudie beauftragt. Im Rahmen dieser Studie wurden die Ziele der WRRL ebenso wie eine Vielzahl von ökologischen, hydrologischen und technischen Daten berücksichtigt, um alle Potenziale über 8 kW zu identifizieren. Hierbei wurde auch eine vereinfachte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unter Berücksichtigung der jeweils relevanten EEG-Vergütung durchgeführt, um die Realisierbarkeit der Potenziale abschätzen zu können. Im Ergebnis konnten für zwei Szenarien ein zusätzliches technisch-ökonomisch-ökologisches Potenzial von 27 bzw. 25 MW entsprechend eines Regelarbeitsvermögens von 121 bzw. 103 GWh/a ermittelt werden, wobei jeweils ca. 10 % wirtschaftlich realisierbar sein dürften. |
| Karte der Fließgewässerzonierung Deutschlands Dr. Ulrich Schwevers, Dipl.-Geogr. Katharina Schmidt, Dipl.-Geogr. Oliver Engler Zur Beschreibung der gewässertypspezifischen Fischartengemeinschaften bedient sich die Fischereibiologie traditionell der Fließgewässerzonierung. Hierbei wird ein Gewässerlauf in Regionen unterteilt, die jeweils durch eine Leitfischart sowie ein typisches Spektrum von Begleitfischarten charakterisiert werden. Im Auftrag des Bundesamtes für Naturschutz wurde die Fließgewässerzonierung Deutschlands nun erstmals nach bundesweit einheitlichen, naturwissenschaftlichen Kriterien ermittelt und in einer Karte dargestellt. |
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