Wasserkraftprojekte

Jahrtausende erfolgte die Nutzung der Kraft des Wassers mit direkter Kraftkopplung und ca. 70 000 Wasserkraftwerke verrichteten in Deutschland um 1850 ihren Dienst. Mit der Möglichkeit der Fernübertragung des Stromes ab der vorigen Jahrhundertwende ergaben sich enorme Möglichkeiten für die Wasserkraft. In diesem Beitrag wird exemplarisch die Situation in Bayern beleuchtet und die Entwicklung in den letzten 100 Jahre aufgezeigt, die vom Kampf um gerechte Strompreise geprägt ist. Ferner wird auf die derzeitige Nutzung und das noch mögliche Ausbaupotenzial in Bayern eingegangen. Nicht unmaßgeblich an der Entwicklung waren auch die Wasserkraftzeitschriften beteiligt, darunter die „WasserWirtschaft“ sowie das „wassertriebwerk“ und ihre jeweiligen Vorläufer, welche das Gedankengut der Wasserkraft verbreiteten.

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 Figure 1.2 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.

Die durch das Bundesumweltministerium beauftragte Ermittlung des Wasserkraftpotenzials erfolgte auf der Grundlage des theoretischen Linienpotenzials. Dabei wurden digital vorliegende Daten zur Geländemorphologie und zu den Abflüssen in einem Geografischen Informationssystem (GIS) verarbeitet. Aus dem Linienpotenzial der deutschen Gewässer wurde mit Hilfe von Fallhöhennutzungsgrad und Anlagenwirkungsgrad das technische Wasserkraftpotenzial ermittelt. Die Studie zeigt, dass für große Gewässer maximal etwa 60 %, für mittelgroße und kleine Gewässer dagegen nur etwa 20 % des Linienpotenzials technisch genutzt werden können. Nach Abzug des bereits genutzten Potenzials ergibt sich das unter bestimmten Rahmenbedingungen zusätzlich ausbaubare Potenzial.

Die Wasserkraft gilt in der Bundesrepublik Deutschland als relativ gut ausgebaut, da an den meisten potenziellen Standorten mit einer Leistung >1 MW bereits Wasserkraftwerke installiert sind. Die vorliegende Untersuchung zeigt jedoch, dass alleine an den bestehenden Laufwasserkraftwerken dieser Leistungsgruppe noch ein bedeutendes Ausbaupotenzial vorhanden ist. Dieses Potenzial kann insbesondere durch Modernisierung und Ausbau dieser bestehenden Kraftwerksstandorte genutzt werden.

Die EU-Staaten haben sich verpflichtet, gemeinsam bis zum Jahr 2020 den Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch von derzeit 10 auf 20% zu erhöhen. Die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen wird dazu einen wesentlichen Beitrag leisten. Obschon der Ausbau der Wasserkraftnutzung in einigen europäischen Ländern relativ weit fortgeschritten ist, sind nennenswerte, zusätzlich ausbaubare Potenziale vorhanden. Bei der zukünftigen Stromversorgung wird die Wasserkraft darüber hinaus wegen ihrer Grundlast- und Speicherfähigkeit eine wichtige Rolle spielen.

Im Rahmen des EU-Projektes SHARE wurde ein GIS-Tool entwickelt, adaptiert und getestet, um schnell und strukturiert das Wasserkraftpotenzial einer Region erheben zu können. Dafür kam die von der italienischen Firma RSE entwickelte Software Vapidro-Aste zum Einsatz. Im getesteten Einzugsbiet der Mürz, einem Zubringer der Mur, konnte das Wasserkraftpotenzial damit ermittelt werden. Der erfolgreiche Vergleich von möglichen Wasserkraftstandorten mit bereits bestehenden Anlagen zeigte, dass die Software sehr gut für die Bestimmung des Wasserkraftpotenzials geeignet ist.

Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, 2030 einen Deckungsanteil der erneuerbaren Energien am gesamten Stromverbrauch von 45 % zu erreichen. Derzeit stellen sie insgesamt einen Anteil von etwa 14 % bereit, die Wasserkraft hat daran einen Anteil von etwa 25 %. Im Auftrag des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) wurde auf der Grundlage einer für ganz Deutschland einheitlichen Methode mit Hilfe des Linienpotenzials das zusätzlich ausbaubare Wasserkraftpotenzial als Ausgangsbasis für eine deutsche Ausbaustrategie ermittelt.

Baden-Württemberg möchte einzugsgebietsbezogen mit standortscharfen Potenzialstudien den Weg bereiten für die Erschließung bisher ungenutzter Wasserkraftpotenziale. Integriert werden ökologische Kriterien und Abschätzungen zur Wirtschaftlichkeit. Bei der Vielzahl bestehender Anlagen kommt der Modernisierung eine Schlüsselrolle zu. Mit der Potenzialerschließung sollen gleichzeitig die ökologischen Defizite beseitigt werden.

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.

Auf Basis von aktuellen Informationen zu den Querbauwerken und Wasserkraftanlagen an den hessischen Fließgewässern wurde eine standortbezogene Ermittlung des Wasserkraftpotenzials in Hessen durchgeführt. Dieses berücksichtigt neben technischen auch ökologische Anforderungen und ökonomische Aspekte.

Im Auftrag der hessischen Umweltverwaltung wurde eine standortbezogene Analyse der Wasserkraftnutzung in Hessen durchgeführt. Diese beinhaltet Untersuchungen sowohl zur energetischen Leistungsfähigkeit im Ist-Zustand als auch verschiedene Variantenbetrachtungen. Darüber hinaus werden Informationen zur Beeinflussung der gewässermorphologischen Situation durch die jeweiligen Wasserkraftanlagen zusammengestellt.

In Deutschland ist die Grenze zwischen sogenannten großen und kleinen Wasserkraftanlagen (WKA) bei einer Generator-Leistung von 1 MW festgelegt. Die vorliegende Untersuchung stellt den aktuellen Stand der großen WKA im deutschen Elbe-Einzugsgebiet dar. An der Elbe selbst bestehen heute keine Voraussetzungen (Staustufen) für die Nutzung der erheblichen Wasserkräfte (etwa 1 TWh/a). Die 32 an den Nebenflüssen der Elbe arbeitenden WKA haben eine Leistung von insgesamt etwa 60 MW, wovon 52 MW etwa zu gleichen Teilen auf die Flussgebiete der Saale und der Mulde entfallen. Neubaumöglichkeiten für weitere WKA an bestehenden Stauanlagen mit einer Leistung von 16 bis 18 MW werden derzeit untersucht.

Das theoretische Wasserkraftpotenzial Österreichs wird auf mindestens 75000GWh/a geschätzt, wovon bereits 35300GWh/a ausgebaut sind. Vom verbleibenden Potenzial könnten ca. 18000GWh/a technisch und wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Lässt man die Potenziale in hochsensiblen Gebieten (Nationalparks, Welterbestätten) unberücksichtigt, reduziert sich dieser Wert auf ca. 13000GWh/a. Gemäß der österreichischen Energiestrategie sollen von diesem Potenzial bis 2015 insgesamt 3500GWh/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.

Durch Revitalisierungsmaßnahmen, einen zeitgemäßen Ausbau und eine Anbindung an das öffentliche Stromnetz ließe sich im Bundesland Salzburg eine Steigerung der Erzeugung um rd. 85 % (450 GWh/a) aus 442 bestehenden Wasserkraftanlagen <5 MW erzielen. Durch die multifunktionale Nutzung von Quellen als Trinkwasserkraftanlagen wären bei einem Ausbau auf die genehmigten Abflüsse 13,4 GWh/a hebbar. Würden Beschneiungsteiche multifunktional für die Pumpspeicherung genutzt, so wäre die zusätzliche Bereitstellung von 1 400 GWh/a an Spitzen- und Regelenergie möglich.

Mit GIS-gestützten Analysen und verfügbaren Geodaten wurde das theoretische Linienpotenzial aller natürlichen Fliessgewässer der Schweiz mit einer Länge > 500 m detailliert berechnet. Die Berücksichtigung der Potenzialanteile bereits genutzter oder unter Schutz stehender Gewässerstrecken ergibt ein noch verfügbares theoretisches Potenzial von ca. 6 739 MW. Mit geeigneten Methoden und unter Berücksichtigung ökologischer, technischer und wirtschaftlicher Faktoren gilt es nun, das für die Kleinwasserkraft noch ausbaubare Potenzial zu ermitteln.

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.

Wasserkraftanlagen erbringen umfassende Netzdienstleistungen sowohl für das öffentliche 50-Hz-Drehstromnetz als auch für 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.

Die Schere zwischen Stromaufbringung und Stromverbrauch, die seit dem Jahr 2001 in Österreich immer weiter aufgeht, erfordert neue Lösungsansätze, damit die Versorgungssicherhit 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.

Das Kraftwerk Bruckhäusl ersetzt die beiden ca. 100 Jahre alten Kraftwerksstufen Einöden und Söll / Leukental am Eingang zum Brixental in Tirol. Die Ausbauwassermenge wurde von 5 auf 12 m

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/s erhöht. Über die 2,2 km lange Druckrohrleitung gelangt das Triebwasser zur Kaplan- S-Turbine und wird über einen großzügig dimensionierten Unterwasserkanal der Ache zurückgegeben. Das Restwasser wird über eine drehzahlgeregelte Tauchturbine am Wehr abgegeben.

Im Sommersemester 2010 wurden an der Technischen Universität München mehrere Abschlussarbeiten verfasst, die die infrastrukturelle Entwicklung einer Gemeinde im Regenwald Ecuadors zum Thema hatten. Neben der Erstellung eines Entwässerungsplanes und der Konzeption der Trinkwasserversorgung wurde die Elektrifizierung des Dorfes mittels Kleinstwasserkraft untersucht. Technische Realisierbarkeit und sozialer Einfluss der Maßnahme wurden während einer dreiwöchigen Reise nach Ecuador erfasst. Es konnten zwei Alternativen ausgearbeitet werden, bei denen der ökologische Eingriff minimal ist und sich deren Umsetzung unter Einbeziehung der Einheimischen durchweg positiv auf die Gemeinschaft auswirkt.

2008 konnte sich die Wien-Energie-Tochter Wienstrom GmbH bei der Versteigerung von Kleinwasserkraftwerken der Hidroelectrica S. A. erfolgreich gegen nationale und internationale Konkurrenz durchsetzen sowie gemeinsam mit strategischen Partnern 31 Kleinwasserkraftwerke mit einer installierten Leistung von rund 20 MW erwerben. Die Anlagen wurden in die neu gegründete Wienstrom-Tochter Vienna Energy Forta Naturala Srl. eingegliedert und werden derzeit einem umfassenden Sanierungsprogramm unterzogen. Wien Energie ist damit bereits der drittgrÖßte Betreiber von Kleinwasserkraftwerken in Rumänien

Zur Beurteilung möglicher Auswirkungen des Kleinwasserkraftausbaus im Flusseinzugsgebiet des Aragvi in Georgien wurde eine Strategische Umweltprüfung durchgeführt. Das Projekt umfasst technische, umweltbezogene und sozioökonomische Aspekte sowie ein Programm zur Öffentlichkeitsbeteiligung. Besonders sensible Ökologische Zonen finden sich in den abgelegenen Regionen. Daher wird empfohlen, den Ausbau der Kleinwasserkraft auf die bereits gut mit Straßen und Leitungen erschlossenen Haupttäler zu konzentrieren. Dort finden sich auch die größten Wasserkraftpotenziale.

In der Türkei wird die Wasserkraft seit einigen Jahren aufgrund eines sehr stark steigenden Energiebedarfs in großem Umfang ausgebaut. Insbesondere Wasserkraftanlagen mit geringer bis mittlerer Leistung bis ca. 50 MW sind hierbei von Bedeutung. Die besonderen türkischen Gegebenheiten beim Genehmigungsverfahren und dem gesamten Planungsablauf spielen eine entscheidende Rolle beim Einstieg in den türkischenWasserkraftmarkt.

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.

Das Kraftwerk Ermenek liegt im Süden der Türkei und ist mit einer installierten Leistung von 300 MW für eine Jahreserzeugung von 1 000 GWh ausgebaut. Es wird von einem türkisch-Österreichischen Konsortium errichtet. Auftraggeber ist die türkische Wasserbaubehörde DSI. Die doppelt gekrümmte Bogenstaumauer hat eine Höhe von 218 m. Das Reservoir mit 4 600 Mio. m

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Speicherinhalt ist über einen 8,0 km langen Druckstollen und einen 1,1 km langen Schrägschacht mit dem Krafthaus verbunden. Die Betonierarbeiten an der Sperre wurden im Oktober 2009 fertig gestellt. Im August 2009 wurde mit dem Einstau der Sperre begonnen. Das überwachungskonzept für das Bauwerk wird zusammenfassend dargestellt.

Das Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern der gleichnamigen Aktiengesellschaft (RADAG) ist ursprünglich ein Kanalkraftwerk und liegt am Hochrhein nach der Aaremündung bei Waldshut. Es wurde von Februar 2007 bis Dezember 2009 durch ein Wehrkraftwerk um 28 MW auf 108 MW installierte Gesamtleistung erweitert. Mit dem Wehrkraftwerk werden 200 bis 300 m

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/s in die 3,8 km lange Ausleitungsstrecke eingeleitet, was die Energieerzeugung um 122 GWh auf 650 GWh Jahresarbeitsvermögen ansteigen lässt. Die klassische Rohrturbine wird im Verbund mit der Altanlage automatisch und unbesetzt betrieben. Die hohe Restwassermenge bewirkt eine große gewässerbiologische Aufwertung durch die Wasserabgabe in der Ausleitungsstrecke. Ergänzend wurden in der ca. 12 km langen Konzessionsstrecke eine Reihe von Aufwertungsmaßnahmen und der Bau eines naturnahen Umgehungsgewässers am Wehrkraftwerk umgesetzt. Die Gesamtkosten betrugen rund 68 Mio. Euro inklusive 4 Mio. Euro für die Aufwertungsmaßnahmen

Das neue Kraftwerk wurde am linken, Schweizer Ufer des Rheins errichtet. Energieableitung,Transformator und die Anbindung an das Netz befinden sich jedoch auf der deutschen Seite. Der Untergrund war hinreichend bekannt aus der Bauzeit des Stauwehrs in den 30er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Das Maschinenhaus ist im sogenannten Wellenkalk gegründet, einer Form des Dolomits. Spezielle Untersuchungen der möglichen Kontamination des Untergrundes zeigten lokale Verunreinigungen mit Chromat, die aus der Bauzeit des Stauwehres stammen dürften. 3 000 m

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verunreinigten Materiales wurden auf Sondermülldeponien verbracht. Insgesamt wurden 210 000 m

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Aushub bewegt, 93 000 m

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davon konnten wieder eingebaut werden. Der Rohbau wurde in ca. 500 Betonierabschnitten erstellt, wobei 39 000 m

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Beton und 3 800 t Bewehrungseisen verarbeitet wurden.

Das Wehrkraftwerk (WKW) der Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern AG (RADAG) speist über die Altanlage der RADAG und eine der 3 bestehenden 110-kV-Freileitungen RADAG – Umspannwerk Tiengen in das Verbundnetz ein. Hierzu wurde in der 110-kV-Hilfsschiene RADAG ein Kabelabgriff zu einer neuen ca. 100 m entfernten übergabestation eingebaut. Als übergabestation dient eine 110-kV-Freiluftschaltanlage mit Leistungsschalter,Trenner und Wandlern sowie einer Kleinwarte, in welche neben einer Ortsteuerstelle auch der 110-kV-Netz- und -Kabelschutz eingebaut ist.

Bei der im neuen Wehrkraftwerk (WKW) der Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern AG (RADAG) eingesetzten Maschine handelt es sich um einen klassischen Rohrturbinensatz mit direkt gekuppeltem Synchrongenerator, Leitapparat und verstellbaren Laufrad. Dieser Maschinensatz weist aufgrund der besonderen Anordnung dennoch einigeBesonderheiten auf.

Die Auslegung des Wehrkraftwerkes (WKW) der Rheinkraftwerk Albbruck-Dogern AG (RADAG) auf 300 m

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/s mit der gleichzeitigen Forderung nachStrÖmungsgeschwindigkeitenvon nicht mehr als 1 m/s im Zulaufbereich bestimmten die Dimensionen des Einlaufes.Als Einlaufrechen wurde ein diagonal versteifter Rechen eingebaut. Das Unterwasser-Rollschütz ist mit einem hydraulischen Antrieb ausgestattet und kann den Wasserstrom im Notfall bei Volllast unterbrechen. Das Rollschütz befindet sich ganz am Ende des Saugrohres, um die AbstrÖmung im Saugrohr und damit den Turbinenwirkungsgrad nicht zu beeinträchtigen

Der Merowe-Staudamm und das dazugehörige Wasserkraftwerk liegen am Nil, ca. 350 km nördlich von Khartum und ca. 550 km stromaufwärts vom Assuan Staudamm in Ägypten. Die Mehrzweckanlage dient der Stromerzeugung durch die zehn Maschinensätze der 1 250 MW Wasserkraftanlage, der Bewässerung von landwirtschaftlichen Ackerflächen (ca. 380 000 ha) und dem Hochwasserschutz. Im Jahr 2010 erzeugte das Merowe-Wasserkraftwerk mehr als 60 % des Strom verbrauchs im Sudan. Weiterhin wird der Merowe-Staudamm die Sedimentablagerung im Assuan-Stausee erheblich reduzieren. Da mehr als 90 % des Stausees Wüstengebiete überschwemmen, gingen „nur“ ca. 6 000 ha landwirtschaftliche Flächen verloren. Die dadurch resultierende geringe Menge an Biomasse im Speicherraum reduziert die CO2-Emission aus dem Speichersee auf ein Minimum.

Der vorliegende Artikel gibt am Beispiel des Merowe-Staudammes einen Einblick in die hydraulischen Berechnungen, die für ein Wasserkraftprojekt mit einer installierten Leistung von 1 250 MW und einem Mehrzweckspeicher an einem Fluss wie dem Nil erforderlich werden. Er beleuchtet die baubegleitende Entwurfsplanung und spannt den Bogen von der hydraulischen Auslegung über die hydraulischen Modellversuche bis hin zu der Umsetzung in der baureifen Planung. Ziel der hydraulischen Berechnungen ist es, einen sicheren und wirtschaft lichen Entwurf für alle möglichen Betriebszustände zu gewährleisten, der die Gefahr von Schäden am Bauwerk und für die Bevölkerung vermeidet. Bei allen Sicherheitsaspekten, die bei der Planung mit höchster Priorität berücksichtigt wurden, mussten zusätzlich der wirtschaftliche Betrieb der Anlage und die Baukosten Berücksichtigung finden. Dies schließt auch die konstruktive Umsetzbarkeit der aus hydraulischen Gesichtspunkten erforderlichen Entwurfskriterien ein. Die Rückmeldung der Versuchsergebnisse, die Berücksichtigung der tatsächlich angetroffenen geologischen Gegebenheiten sowie die Entwürfe der unterschiedlichen Lieferanten der maschinen- und elektrotechnischen Ausrüstung fließen letztendlich in der baureifen Planung zusammen.

Dieser Beitrag beschreibt die Herausforderungen beim Bau der 9,7 km langen Steinschüttdämme des Merowe-Projektes. Im Flussbett mit teilweise sehr mächtigen und durchlässigen Sand- und Kiesablagerungen kam ein 880 m langer und bis zu 74 m hoher Steinschüttdamm mit Erdkerndichtung zur Ausführung, der im Untergrund durch eine Schlitzwand abgedichtet wurde. Außerhalb des Flussbettes steht der Fels oberflächennah an. In diesen Bereichen wurde links und rechts ein Steinschüttdamm mit Betonoberflächendichtung errichtet. Diese Dämme haben eine Länge von insgesamt fast 6 km und eine maximale Höhe von 56 m. Den Abschluss bilden zwei 18 m hohe Steinschüttdämme mit Erdkerndichtung.

Mit dem Merowe-Mehrzweckprojekt wurde 2009 am Nil eine Wasserkraftanlage in Betrieb genommen, die in ihrer Komplexität einen Meilenstein für das flächengrößte Land Afrikas darstellt. Der Damm deckt seit der Inbetriebnahme im Jahre 2009 mehr als 60 % des Gesamtstrombedarfs und trägt so maßgeblich zur wirtschaftlichen Entwicklung des Landes bei. Der Betrieb und die Wartung der Anlage sowie die Bewirtschaftung des Speichersystems haben eine besondere Bedeutung, um die Wasserressourcen auch zukünftig optimal, zuverlässig und nachhaltig zu nutzen. Es bestehen hohe Anforderungen, um diese Ziele in der weit abgelegenen Wüstenregion von Merowe dauerhaft zu realisieren. Der Beitrag stellt ein Projekt vor, das neben dem notwendigen Knowhow-Transfer auch das Ziel verfolgt, die besondere Bedeutung nachhaltigen Wirtschaftens mit der hochkomplexen Wasserkraftanlage zu fördern. Im Folgenden werden einzelne Elemente des Betriebs, der Speicherbewirtschaftung, der Anlagenüberwachung, der Wartung, der Unterhaltung und der Ausbildung vorgestellt.

Der Nil ist nicht nur einer der längsten Flüsse der Welt, sondern zählt auch zu den Flüssen mit den höchsten Sedimentfrachten. Neben der Analyse der Abflusscharakteristik, die sich aufgrund der drei maßgebenden Hauptarme des Nils sehr differenziert darstellt, stellte die Erhebung und Modellierung der Sedimentationsvorgänge ober- und unterstrom des Dam mes eine wichtige Basis für die Aufstellung der Regeln zur Stauraumbewirtschaftung dar. Der Artikel gibt einen kurzen Überblick über die wesentlichen Aspekte und Herausforderungen dieser Aufgaben.

Die erfolgreiche Netzintegration der Wasserkraftanlage Merowe markiert eine neue Ära in der sudanesischen Elektroenergieversorgung. Mit 1 400 MVA installierter Leistung stellt die Anlage die zentrale Erzeugungseinheit innerhalb des neuen 500-kVÜbertragungsnetzes dar. Die Notwendigkeit der zeitgleichen Inbetriebnahme der Maschinensätze sowie des Höchstspannungsnetzes erforderte eine strategische Zeitplanung sowie das Management komplexer technisch-organisatorischer Zusammenhänge.

Mit konventioneller Technik kann in Mitteleuropa bei heutigen Anforderungen die Wirtschaft lichkeit und Genehmigungsfähigkeit von neuen Wasserkraftanlagen kaum gewährleistet werden, so dass im Fokus von Neuentwicklungen effizientere Technologien mit ökologischem Anspruch stehen müssen. An der TU München wird derzeit im Rahmen einer Grundlagen forschung ein neues Wasserkraftkonzept untersucht, das vollständig unter Wasser angeordnet werden kann. Durch eine horizontale Einlaufebene mit Aufstellung der Maschineneinheit in einem Schacht sowie einem stirnseitig positioniertem Verschluss lässt sich das Bauvolumen erheblich reduzieren sowie die Rechenreinigung, der Fischabstieg und die Hochwassersicherheit bewerkstelligen. Die Untersuchungen in einem physikalischen Modell haben gezeigt, dass die Erwartungen voll erfüllt werden können.

Bei Wasserkraftanlagen, die mit Pelton-Turbinen im Gegendruck betrieben werden, ist die Kenntnis der erforderlichen Länge des Unterwasserkanals zur vollständigen Ausgasung der in das Unterwasser eingetragenen Luft für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage von entscheidender Bedeutung. Die Eingangsrandbedingung der Zweiphasenströmung „Wasser-Luft“ im Unterwasserkanal stellt die Eintragsmenge der Luft in das Unterwasser dar. Der Beitrag be schreibt für eine 6-düsige Pelton-Turbine die Ergebnisse von Messungen an einer Großanlage zur Verteilung von Geschwindigkeiten, Tropfendurchmesser und Lufteintrag des ab strömen den Wassers unmittelbar oberhalb des Unterwasserspiegels. Die Messungen wurden mit einer neuen Messtechnik mittels Drucksensoren durchgeführt.

Im Trinkwasser schlummert Ökostrom. Bisher wurden zu dessen energetischer Nutzung klassische Peltonturbinen oder kostengünstigere rückwärtslaufende Standardpumpen (PAT) eingesetzt. Beide Technologien weisen Nachteile bzw. Einschränkungen hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten auf, was eine optimale Umsetzung der vorhandenen Potenziale oftmals nicht gänzlich ermöglicht. Die neue Gegendruck-Peltonturbine vereint die Vorteile der beiden Technologien und ist dadurch in vielen Fällen die „effizienteste Lösung“.

Wasserkraftschnecken werden seit einem Jahrzehnt zur Stromerzeugung verwendet. Diese vergleichsweise neue Niederdrucktechnologie wird noch als Nischenprodukt gehandelt. Die vorliegende Arbeit fasst auf Basis einer Standorterhebung, einer Betreiberbefragung, umfang reichen Feldmessungen und einer Literaturrecherche zur Fischverträglichkeit den aktuellen Entwicklungsstand dieser Wasserkraftmaschine zusammen. Damit bietet sie eine zusätzliche Entscheidungsgrundlage für die Turbinenwahl bei neuen Kleinwasserkraftstandorten.

Mit der Steffturbine wird in diesem Artikel eine technische Weiterentwicklung des Prinzips des oberschlächtigen Wasserrads vorgestellt. Mit hohem Wirkungsgrad ist sie geländeanpassungsfähig, wesentlich raumsparender und ohne große Infrastrukturanpassungen einfach einzubauen. Damit ist sie die einzige Turbine, welche in sehr kompakter Bauweise im Betrieb bei variablen Fallhöhen und veränderlichen Wasserständen direkt angepasst werden kann.

Die Bezeichnung „VLH“ steht für „Very Low Head“ und so bezieht sich die „VLH-Turbine“ auf Anwendungen bei sehr kleinen Fallhöhen. Bisher stand bei Turbinen für Gefälle im Bereich von 1,4 bis 3,2 m im Focus, durch die Verkleinerung der Laufraddurchmesser, die Verminderung der Laufschaufelzahl und die damit verbundene Erhöhung des spezifischen Durchflusses, die Leistungsdichte zu erhöhen. Diese Entwicklung macht zwar die Turbine klein, jedoch Zu- und Ableitungsbauwerke mit immensen Ausmaßen notwendig. Damit ist eine wirtschaftliche Umsetzung nur in den wenigsten Fällen möglich. Die Grundidee des VLH-Konzeptes steht in unmittelbarem Widerspruch zu dieser Tendenz und hat zum Ziel, durch große Laufraddurchmesser und ein geringer spezifischer Durchfluss die Größe der Bauwerke und damit die Kosten wesentlich zu reduzieren. Im Beitrag wird auf die technischen Besonderheiten der VLH-Turbine näher eingegangen und über die Betriebserfahrung der letzten vier Jahre berichtet.

Zur Ausnutzung der Wasserkraft in ökologisch sensiblen Gebieten, in denen kein Aufstau zulässig ist, wird eine kinetische Strömungsturbine entwickelt. Die Turbine besteht aus einem Leitrad, einem Laufrad mit einem Ringgenerator und einem entsprechenden ausgelegten Saugmantel. Ein Prototyp der Anlage ist im St.-Lorenz-Strom in Montreal installiert, liefert ca. 100 kW Strom ins elektrische Netz und arbeitet seit der Installation im August 2010 störungsfrei.

Batterien, Pump- und Druckluftspeicher können schnell Leistung bereitstellen und verfügen über ein breites Regelband. Die überbrückung von Flauten, der Ausgleich von Residuallastgradienten oder die Bereitstellung von Regelleistung führen zu unterschiedlichen Zahlen für den Bedarf an Leistung, Kapazität oder Speicherarbeit. Im Westen und Südwesten Deutschlands können etwa 3,5 GW Pumpspeicher mit einer Kapazität von rund 14 GWh ökologisch verträglich zugebaut werden.

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.

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.

Das 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.

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 Großenergie speicher nach den Power-Tower- und Buoyant-Energy-Konzepten entwickelt.

Die Donaukraftwerk Jochenstein AG (DKJ) plant beim Laufwasserkraftwerk Jochenstein an der Donau im Landkreis Passau die Errichtung eines modernen Pumpspeicherkraftwerkes mit einer Leistung von 300 Megawatt, genannt Energiespeicher Riedl. Bei der geplanten Anlage handelt es sich um ein raumbedeutsames Vorhaben nach dem Raumordnungs gesetz. Daher reichte die DKJ als Antragstellerin die Unterlagen zum Raumordnungsver fahren bei der Regierung von Niederbayern ein, welche das Verfahren mit der positiven landesplanerischen Beurteilung am 01.08.2011 unter Maßgaben abschloss, die zu einer Optimierung der Projektauslegung führten.

Um das von der Bundesregierung beschlossene Ziel beim Klimaschutz zu erreichen, ist ein umfangreicher Ausbau der regenerativen Energieerzeugung dringend notwendig. Da die Erneuerbaren Energien zumeist starken natürlichen Schwankungen unterliegen sind zum Ausgleich Speicher wie das Pumpspeicherwerk Atdorf unbedingt erforderlich. Mit dem Neubauprojekt Atdorf investiert die Schluchseewerk AG deshalb in den Klimaschutz und die Versorgungssicherheit.

Zur Deckung der zunehmenden Nachfrage nach flexibel einsetzbarer Kraftwerksleistung wird die Société Electrique de l’Our (SEO) als Betreiber des bestehenden Pumpspeicherkraftwerkes Vianden die Anlage mit einer zusätzlichen Pumpturbine von 200 MW Leistung erweitern.

Präventionsmaßnahmen zur Arbeitssicherheit und zum Gesundheitsschutz in Wasserkraftwerken stellen komplexe Anforderungen an die Anlagenbetreiber. Gerade in der Vielfältigkeit der einzelnen Anlagen mit ihren unterschiedlichen baulichen und technischen Einrichtungen sowie stark differierenden Leistungen sind z. T. voneinander abweichende sicherheits- und verhaltenstechnische Anforderungen begründet. Der berufsgenossen schaftliche Fachausschuss „Elektrotechnik“ legte zum Jahresbeginn 2011 erstmals eine umfangreiche BG-Information mit dem Titel „Sicherheit beim Betreiben von Wasserkraft werken“ [1] vor. Der vorliegende Beitrag gibt eine Einführung in das Konzept und die wesentlichen Regelungsinhalte dieser BG-Information.

Die Wasserrahmenrichtlinie hat das Ziel, den „guten ökologischen Zustand“ in einem Wasserkörper zu erreichen. Hierzu wird die Qualität des Lebensraums für Tiere und Pflanzen bewertet. Am Beispiel der Wiederansiedlung der Wanderfische im Rhein zeigt sich, dass der Erfolg einzelner Maßnahmen, wie Fischauf- und -abstiegsanlagen, wesentlich davon abhängt, ob man das Gesamtsystem des Gewässers berücksichtigt hat.

Im Zuge der vorliegenden Studie wurden 148 potenzielle Wasserkraftstandorte identifiziert, die nicht nur mit geringstmöglicher zusätzlicher Beeinflussung des Ökosystems Fließgewässer auskommen, sondern sogar einen Beitrag zur Sanierung von hydromorphologischen Belastungen leisten können. Durch die integrale Betrachtung von Zustandsverbesserung und Wasserkraftpotenzial eines Standortes können Synergien genutzt werden. Die entstandene Datenbank unterstützt die Entscheidungsfindung und kann für zahlreiche Projekte im Rahmen gewässerökologischer und wasserwirtschaftlicher Fragestellungen verwendet werden.

On behalf of the Hessian environmental administration a location-related analysis of the hydropower use was carried out in Hesse. One objective of this project was the development of a decision support system to account the energetic and economi cal impacts of measures, with which the hydromorphological or technical situation at the hydropower plant could be optimized. Furthermore, this tool p rovides detailed data and information of all 624 hydropower plants which are placed in Hesse. Therefore this tool could support the conception of consensual solutions between the different demands and respective win-win situations.

Unregulated stream sections in the Alpine foothills usually undergo substantial bed erosion, calling for remedial action in the form of river-engineering measures such as gently inclined ramps. Against a background of a growing need for renewable energy, it is only natural that attempts should be made to provide well-adapted hydro power facilities at such structures, even in stream sections of highly sensitive ecology, while preserving the river character of the stream section concerned. The idea of the river flow power plant allows for the difficult water management parameters as well as for the great ecological sensitivity. kann insbesondere durch den Parameter Fließgesc

In Germany market-based instruments for water resources management like the Federal waste water charge and the water extraction charges of the Federal states are well established. The EU Water Framework Directive, in particular the mandate codified in Article 9 to take into account a recovery of costs for water services including environmental and resource costs requires an adequate contribution of the different water uses to the recovery of the costs of water services. Thus, additional charges for other water services have to be considered in order to fulfil the framework’s objectives in an efficient way. This article analyses possible water charges for hydro power from an economic and also a legal point of view. It can be shown that charges do not always appear to be a superior instrumental solution especially when taking into account conflicts with climate protection policies procured by the German feed-in tariffs for renewable hydro energy (German Renewable Energy Law).

After a long discussion around and following the recommendations of the World Commission on Dams (WCD), large dams are back on the agenda of International Finance Institutions und developing countries with high hydropower potential. German Development Cooperation endorsed and implements the guidelines of the WCD. The objective of the article is to illustrate the role German Development Cooperation play within the dam debate 10 years after WCD. On the basis of two examples, the Ghana Dam Dialogue (GDD) and the contribution to the Hydropower Sustainable Assessment Forum (HSAF), the objectives and motivations are shown.

The energy state of North-Rhine Westphalia (NRW) is one of the most modern and important energy regions in the world and the use of hydroelectric power has a long tradition. It contributes both to the supply of electrical energy and to climate protection. The technically usable potential of hydroelectric power is currently estimated in NRW at 800 GWh/a electricity, of which approx. 200 GWh/a has not been exploited to date. The Office for Hydroelectric Power was created within the framework of the Energy Agency.NRW in 2001. Its functions include the networking of information and available facilities, as well as the establishment of short lines of communication between specialists from water authorities, environmental and nature conservation associations, fisheries and angling clubs and the operators of hydroelectric power plants. It is often faced with the task of moderation to transparency and acceptance of a sustainable use of hydropower to contribute. Against the backdrop of the EC Water Resources Framework Directive, NRW is engaged in expanding hydropower in a way that is harmless to the ecology of waterways, and to do this by reactivating and optimizing active hydropower plants and by using hydropower technology at existing dams and infrastructural facilities.

Die Wasserkraft hat im Freistaat Bayern mit einem Anteil von 16 % an der Stromerzeugung eine hohe energiepolitische Bedeutung. Die großen Wasserkraftbetreiber haben in einer Untersuchung ein mögliches Ausbaupotenzial von weiteren zehn Prozent ermittelt. Zur Lösung des Zielkonflikts – Ausbau der regenerativen Stromerzeugung einerseits und Anforderungen aus EG-Wasserrahmenrichtlinie, neues WHG und diverse Biodiversitätsstrategien andererseits – ist ein hohes Maß an Kompromissbereitschaft und neue Formen der Zusammenarbeit aller Beteiligten notwendig.