Wasserwirtschaft - Heft 09


Neuartige Rohrverlegetechnik f√ľr nachhaltige Versorgungsl√∂sungen
Jörg Zinner
Auf 100 m schiebt sie sich durch den Wald. Trotz ihrer beeindruckenden Dimensionen ist die Verlegeplattform PiPECrawler die umweltfreundliche Alternative zur herkömmlichen Art der Rohrverlegung. Entwickelt hat die mit dem Förderpreis des Verbandes der Baubranche, Umwelt- und Maschinentechnik (VDBUM) ausgezeichnete neuartige Verlegetechnik die Max Bögl Wind AG. Erstmals zum Einsatz kam der PiPECrawler beim Pilotprojekt Naturstromspeicher Gaildorf. Hier entsteht die erste Wasserbatterie, die einen Windpark mit einem Pumpspeicherkraftwerk kombiniert und als Energiespeicher der Zukunft dient.
Zur Effektivität von Einschwimmsperren aus Steinriegeln
Katharina Bensing, Prof. Dr.-Ing. habil. Boris Lehmann
Im Auftrag der Bezirksregierung Arnsberg wurde die Funktionst√ľchtigkeit von Einschwimmsperren aus l√ľckig gesetzten Steinriegeln untersucht, welche Fischen ein Einschwimmen in den Unterwasserkanal von Wasserkraftwerken verwehren sollen. Dabei zeigte sich, dass bisher keine Bemessungsans√§tze f√ľr deren Bau vorhanden sind. Messungen belegen, dass auch bekannte ethohydraulische Grundlagen zum Fischverhalten bei Anlagen im Bestand oft nicht eingehalten werden. Zudem weichen die Bauweisen stark voneinander ab.
√úberpr√ľfung der Wasserrahmenrichtlinie: Abschluss der Konsultationen aus Per-spektive der europ√§ischen Wasserkraft
Michael Fink, Orkan Akpinar
Die Europ√§ische Kommission evaluiert derzeit die Zielerreichung der WRRL und √ľberpr√ľft, ob inhaltliche √Ąnderungen erforderlich sind. Die hierzu seit Mitte 2018 erfolgten, umfangreichen Konsultationen sind jetzt abgeschlossen, und der Abschlussbericht wird mit Spannung erwartet. Er bildet eine wichtige Basis f√ľr die Entscheidungen der k√ľnftigen Kommission √ľber die Weiterentwicklung der WRRL. Dieser Beitrag beleuchtet die vorl√§ufigen Konsultationsergebnisse aus Sicht der europ√§ischen Wasserkraftbranche.
‚ÄěMissing Factfulness‚Äú ‚Äď auch im Gew√§sserschutz
Dr. Matthias Fontin, Bertalan Alapfy
Im Hinblick auf das langwierige Genehmigungsverfahren des Schachtkraftwerks an der Iller sowie einer negativen Haltung gegen weitere Projekte werden die Ursachen f√ľr die Entstehung dieser Situation er√∂rtert. Der Verfahrensablauf sowie die Einfl√ľsse verschiedener Interessensvertreter werden dargestellt und hinsichtlich ihrer ‚Äěfactfulness‚Äú mit Forschungsergebnissen verglichen. Zielsetzung ist es, einerseits einen Eindruck davon zu vermitteln, zu welchen Problemen fehlende Faktenorientierung in derartigen Verfahren f√ľhren kann, andererseits Ans√§tze vorzuschlagen, mithilfe derer diese Probleme in Zukunft vermieden werden k√∂nnen.
Vergleich von Bewertungsverfahren f√ľr Pumpspeicherwerke
Dr. Maik G√ľnther, Dr.-Ing. Christoph Rapp
Bei der Wirtschaftlichkeitsbewertung von Pumpspeicherwerken kann es zu handwerklichen Fehlern kommen. Schwachstellen sind √ľbersch√§tzte Regelenergieerl√∂se, veraltete Annahmen zum Marktumfeld sowie st√ľndliche Strompreise, die nicht aus Fundamentmodellen stammen, und einfache Heuristiken zur Ermittlung zuk√ľnftiger Erl√∂se. Gerade die letzten beiden Punkte haben einen gro√üen Einfluss auf das Ergebnis der Wirtschaftlichkeitsbewertung. Daher wird in dieser Arbeit untersucht, ob einfache Heuristiken oder exakte Verfahren genutzt werden sollten und welche Effekte die Art der Generierung der st√ľndlichen Strompreise hat.
Saugrohroptimierung zur Leistungssteigerung einer kleinen S-Turbine
Fabian Hankeln, Prof. Dr.-Ing. Stefan Riedelbauch
Das Saugrohr einer Niederdruckanlage verbindet die Turbine mit dem freien Unterwasserspiegel. Gleichzeitig wandelt es einen Teil der hinter dem Laufrad vorherrschenden Str√∂mungsenergie in Druckenergie um, wodurch die Leistung der Turbine wesentlich gesteigert wird. Eine Leistungssteigerung erfolgt jedoch nur, wenn alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Das Saugrohr einer kleinen S-Turbine wird dahingehend f√ľr einen gro√üen Betriebsbereich optimiert. Zugleich werden instation√§re Ph√§nomene analysiert, um den Durchfluss betriebssicher zu erh√∂hen.
Vorhersage von stationären Strömungsfeldern mit neuronalen Netzen
Lukas Harsch, Andreas Look, Prof. Dr.-Ing. Stefan Riedelbauch
F√ľr die Auslegung, Analyse und Optimierung von Str√∂mungsmaschinen werden numerische Str√∂mungsfeldsimulationen (CFD) verwendet. Diese Methoden sind oftmals rechenintensiv und zeitaufwendig. Es hat sich gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, physikalische Zusammenh√§nge zu erlernen. In diesem Beitrag wird ein Convolutional-Neural-Network-Modell (CNN-Modell) zur Vorhersage von station√§ren 2-D-Str√∂mungsfeldern vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verarbeitungskette und der Analyse der Testergebnisse.
Finanzierung von √∂kologischen Ma√ü-nahmen an Gew√§ssern durch √Ėkopunkte
Hans-Dieter Heilig, Dr. Stephan Heilig
Die Gr√ľnde f√ľr den schlechten √∂kologischen Zustand unserer Gew√§sser in Europa sind vielschichtig und durch die direkte oder indirekte anthropogene Nutzung verursacht. Um den √∂kologischen Zustand unserer Gew√§sser zu verbessern, schaffte die EU im Jahr 2000 mit der Wasserrahmenrichtlinie f√ľr alle Mitgliedstaaten einen verbindlichen Rechtsrahmen. Die Wasserkraftnutzer tragen hier einen wesentlichen Beitrag vor allem bei der Wiederherstellung der Durchg√§ngigkeit der Gew√§sser. Der fortschreitende Klimawandel fordert gr√∂√üere Anstrengungen f√ľr ein emissionsarmes Wirtschaften, in dem die Wasserkraft einen wichtigen Beitrag leisten kann. Dies erfordert eine gleichrangige Gewichtung von √∂kologischen und √∂konomischen Argumenten bei der Schaffung eines guten √∂kologischen Zustands der Gew√§sser. Mit Hilfe der √Ėkokonto-Verordnung in Baden-W√ľrttemberg i. V. m. ¬ß 16 BNatSchG wird die Finanzierung von freiwilligen Ma√ünahmen zur √∂kologischen Verbesserung durch √Ėkopunkte unterst√ľtzt. Die Nutzung von √Ėkopunkten bietet nun den Wasserkraftbetreibern die M√∂glichkeit, gleichzeitig sowohl √∂kologische als auch √∂konomische Aspekte bei der Umsetzung von Ma√ünahmen zur Verbesserung des √∂kologischen Zustands der Gew√§sser zu ber√ľcksichtigen.
Diskussionsbeitrag zur Abströmung einer Wasserkraftanlage und deren Interaktion mit der Leitströmung aus einer Fischaufstiegsanlage
Prof. Dr.-Ing. Stephan Heimerl, Elena Staber
Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wird auf den Aspekt der Auffindbarkeit des Einstiegs in eine Fischaufstiegsanlage in direkter Nachbarschaft der Turbinenabstr√∂mung einer Wasserkraftanlage sowie deren Interaktion eingegangen. Es werden dabei unterschiedliche M√∂glichkeiten der Anbindung der Fischaufstiegsanlage mit einer durchgehenden Sohle √ľber eine Berme unterschiedlicher Neigung und Ausgestaltung zur Verringerung bzw. Vermeidung eines Sackgasseneffektes diskutiert, deren Einfl√ľsse auf die Leitstr√∂mung aufgezeigt und L√∂sungsm√∂glichkeiten er√∂rtert.
Hydraulischer Kurzschluss im Kraftwerk Vianden - Anlagendynamik und CFD-Simulationen der Abzweiger
Johannes Junginger, Dipl.-Ing. Bernd Junginger, Prof. Dr.-Ing. Stefan Riedelbauch
F√ľr das Pumpspeicherkraftwerk Vianden (Luxemburg) wurde mittels 1-D- und 3-D-Simulation die M√∂glichkeit des hydraulischen Kurzschlussbetriebs f√ľr die Maschinens√§tze 1-4 und 5-9 untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Maschinenkombinationen auf potenzielle Risiken, wie etwa das Auftreten von Kavitation, Druckst√∂√üe, Gr√∂√üe der Leitungsverluste, Druckschwankungen etc., untersucht und bewertet.
Experimentelle und numerische Strömungsanalyse einer Trifurkation eines 150-MW-Kraftwerkes
Dr.-Ing. Oliver Kirschner, Jonas Wack, Dipl.-Ing. Bernd Junginger, Johannes Junginger, Dr.-Ing. Albert Ruprecht
In einem Wasserkraftwerk mit drei Francis-Turbinen traten Leistungsschwankungen von bis zu 25 % in den beiden äußeren Maschinen auf. In diesem Beitrag wird anhand einer experimentellen und numerischen Untersuchung gezeigt, dass diese Schwankungen durch Strömungsinstabilitäten, die in der kugelförmigen Trifurkation entstehen, verursacht werden. Im Rahmen der Untersuchung wird die Geometrie der Trifurkation durch zwei Umlenkplatten so verändert, dass die Druckschwankungen reduziert werden.
Analyse der Strömung in einem Wasserwirbelkraftwerk hinsichtlich des Fischabstiegs
Nadine M√ľller, Christian J√§hnel, Prof. Dr.-Ing. J√ľrgen Stamm, Dr. rer. nat. Falko Wagner
Im Rahmen eines BMBF-gef√∂rderten Forschungsprojektes wurden Str√∂mungsmessungen in einem 1:1-Labormodell eines Wasserwirbelkraftwerks (WWK) sowie dessen hydronumerische Simulation durchgef√ľhrt. Die Analyse der Ergebnisse untermauert die Beobachtungen w√§hrend der in diesem Labormodell erfolgten Fischversuche: Bei der Passage des WWK sind die Fische aufgrund der verh√§ltnism√§√üig geringen Str√∂mungsgeschwindigkeiten und Dr√ľcke sowie einer geringen turbulenten kinetischen Energie nicht orientierungslos. Kollisionen mit den Turbinenschaufeln traten nicht auf und sind aufgrund der geringen Turbinendrehzahl und Str√∂mungsgeschwindigkeiten nicht zu erwarten.
Multifunktionale und synergetische Pumpspeicherkraftwerke
Franz Georg Pikl, Dipl.-Ing. Wolfgang Richter, Prof. Dr. Gerald Zenz
Pumpspeicherkraftwerke sind ein effizientes und langlebiges Nonplusultra f√ľr ausgeglichene und stabile elektrische Energiesysteme. Unterirdische Pumpspeicherkraftwerke werden zum vielversprechenden Ansatz zur Bew√§ltigung verschiedener Herausforderungen und erm√∂glichen zudem vollkommen neue und in mehrfacher Weise einsetzbare Anlagenkonzepte. Thermische Pumpspeicherkraftwerke als mechanisch und thermisch kombinierte Energiespeicher bilden die innovative technologische Evolution f√ľr eine universelle und ressourceneffiziente, regenerative Energieversorgung.
Betriebs√ľberg√§nge von hydraulischen Str√∂mungsmaschinen ‚Äď ein neuer Versuchsstand
Prof. Dr.-Ing. Stefan Riedelbauch, Johannes Junginger, Dr.-Ing. Oliver Kirschner
Durch die Zunahme von fluktuierenden Erzeugern bei der Stromproduktion tritt die Stabilisierung des elektrischen Netzes zunehmend in das Interesse der Forschung. Die Fragestellung, inwieweit die Wasserkrafttechnologie in der Lage ist, Regelenergie in gro√üem Ma√üe in k√ľrzester Zeit bereitzustellen, erfordert die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von hydraulischen Maschinen. F√ľr die Erforschung dieser transienten Betriebs√§nderungen wird ein neuer leistungsstarker und hoch flexibler Versuchsstand im Laboratorium des Institutes f√ľr Str√∂mungsmechanik und Hydraulische Str√∂mungsmaschinen an der Universit√§t Stuttgart aufgebaut.
Laboruntersuchungen zum Fischabstieg √ľber ein Wasserwirbelkraftwerk
Dr. rer. nat. Falko Wagner, Dr. Peter Warth, Mansour Royan, Andreas Lindig, Nadine M√ľller
Am 1:1-Modell eines Wasserwirbelkraftwerks erfolgten ethohydraulische Untersuchungen zur Passierbarkeit und dem passagebedingten Verletzungsrisiko typischer Fischarten der √Ąschenregion. Die Kombination von RFID-Telemetrie und Videoaufzeichnung erm√∂glichte eine qualitative und quantitative Analyse des Verhaltens der Fische sowie die statistische Absicherung der Ergebnisse. Meidungsverhalten im Einlaufbereich und Verz√∂gerungen des Abstiegs waren nachweisbar, signifikante Beeintr√§chtigungen der Fische durch passagebedingte Sch√§digungen traten jedoch nicht auf.
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