Regenerative Energie
Kleinwasserkraftwerke im Inselbetrieb
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2015)
Viele kritische Verbraucher, z. B. Wasserversorgungen oder Krankenhäuser, aber auch spezielle Industrieunternehmen, z. B. Aluminiumschmelzen, benötigen eine sichere Stromversorgung, da es sonst bei einem längeren Ausfall zu immensen Schäden kommen kann. Wasserkraft ist eine zuverlässige Energiequelle. Sie kann deshalb den 'Notstrom" für solche Anlagen im Netz-Störungsfall zur Verfügung stellen. Dazu ist es erforderlich, dass die Anlagen entsprechend ausgestattet sind und über geeignete Regler verfügen, die einen stabilen Inselbetrieb erlauben. An einem Beispiel werden verschiedene Randbedingungen und Anforderungen diskutiert.
Herausforderungen und Chancen für die Kleinwasserkraft
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Durch die Energiewende und durch die Zunahme an ökologischen Auflagen ergeben sich neue Herausforderungen, aber auch Chancen für die Wasserkraft. Dies führt zum einen zu neuen Entwicklungen an Turbinen und an Peripherie-Einrichtungen. Beispielhaft seien hier neue standardisierte Turbinen sowie Fischschleusen und Fischaufzüge genannt. Aber auch in der Betriebsführung ergeben sich neue Möglichkeiten, z. B. Vermarktung von Regelenergie beim Zusammenschluss mehrerer Kraftwerke zu einem virtuellen Kraftwerk und Bereitstellung von Notstromeigenschaften durch den Inselbetrieb einzelner Anlagen. Dies kann zu einer besseren Vermarktung und damit zu einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der Anlagen führen.
Entwicklung einer modularen axialen Entspannungsturbine zur Energierückgewinnung
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In vielen industriellen Prozessen bleibt die Druckenergie ungenutzt. Die Umwandlung von Druckenergie in elektrische Energie erhöht die Energieeffizienz der Anlagen. Aus dem modularen Aufbau der Entspannungsturbine und dem Vorteil von Axialturbinen hinsichtlich der Vermeidung von Druckstößen resultiert das hohe Potenzial der Turbine für den Einsatz in industriellen Prozessen. Variable Rad- und Stufenabstände erlauben detaillierte Untersuchungen auftretender Rotor-Stator-Interaktionen. Die optische Zugänglichkeit ermöglicht umfassende Kavitationsuntersuchungen.
Entwicklung eines verlustarmen Stabprofils für Rechen mit kleiner lichter Weite
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In Wasserkraftwerken werden Rechen zum Schutz der Turbine vor Schmutz und zur Abweisung von Fischen eingesetzt. Aus Fischschutzgründen ist es von Vorteil, Rechen mit kleinen lichten Weiten zu verwenden. Die Verringerung der lichten Weite führt jedoch zu höheren Verlusten. Deshalb ist es notwendig, die Profilgeometrie auf die Erfordernisse bei Rechen mit kleinen lichten Weiten anzupassen. Dieser Beitrag zeigt die Entwicklung eines verlustarmen Stabprofils für Rechen mit kleiner lichter Weite.
Hydraulische Entwicklung einer Axialmaschine - Vergleich zwischen Simulation und Messung
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Die Leistungsfähigkeit von Niedergefällsmaschinen hängt stark von der Saugrohrströmung ab. Um das Betriebsverhalten solcher Turbinen besser zu verstehen, wird eine Propellerturbine mit 4 Laufradschaufeln mit zwei Turbulenzmodellen simuliert und die Ergebnisse anschließend mit experimentellen Messergebnissen verglichen. Die instationären Simulationen eines Volllastbetriebspunktes werden mit einem RANS-Turbulenzmodell und mit einem hybriden RANS-LES-Modell durchgeführt. Außerdem wird für beide Turbulenzmodelle ein Vergleich des Strömungsfeldes im Saugrohr durchgeführt.
Zeitgemäßer Fischschutz an bestehenden Anlagen - ein Beispiel
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Die Anpassung bestehender Wasserkraftwerke an den jeweiligen anerkannten Stand der Technik beim Fischschutz gestaltet sich oft sehr schwierig bis unmöglich. Anhand eines Beispiels aus dem oberbayerischen Voralpenraum soll gezeigt werden, wie dies unter Umständen gelingen kann. Dabei wurde der Einlauf einer im Jahr 1963 errichteten Wasserkraftanlage neu gestaltet und mit flachen Rechen (35° Neigung) mit 20 mm lichten Stababstand, neuen Rechenreinigungsmaschinen und einer 52 m langen Abschwemmrinne ausgerüstet.
Betriebserfahrungen im Wasserkraftwerk Hemelingen
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Am Standort Bremen-Hemelingen wird seit 2011 wieder ein Wasserkraftwerk betrieben. Durch den Tidenhub am Weserwehr musste die Turbinentechnik auf eine permanente Fallhöhenänderung und Anpassung von großen Volumenstromänderungen im Jahresverlauf ausgelegt werden. Dieser Beitrag soll die Besonderheiten des Standortes und die Betriebserfahrungen aufzeigen, die seit der Inbetriebnahme mit den Prototypen der ENERCON-S-Rohrturbine gesammelt wurden.
Ejektorwirkung bei Überwasser mit Vertikaler Kaplan-Turbine
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Der besondere Ejektorkraftwerkstyp ist mit einer vertikalen Kaplan-Turbine und einem im Grundriss gekrümmten, seitlich versetzten Saugrohr ausgestattet. Dieses mündet unterhalb einer speziellen Schussrinne, der sogenannte Ejektorrampe ins Unterwasser. Bei Überwasser wird diese aktiviert und eine markante Leistungssteigerung erreicht.
Optimierung der Druckkammerfischschleuse mit energetischer Nutzung
an der Talsperre Höllenstein
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Talsperren und Flusskraftwerke ökologisch durchgängig zu gestalten, ist ein Entwicklungsziel der Wasserrahmenrichtlinie für die Flusssysteme. Diese mit konventionellen Fischaufstiegsanlagen zu realisieren, geht zu Lasten der regenerativen Energieerzeugung. Die patentierte Druckkammerfischschleuse mit energetischer Nutzung an der Talsperre Höllenstein am Fluss Schwarzer Regen im Bayerischen Wald konnte mit den ersten Betriebserfahrungen und den Ergebnissen aus dem fischökologischen Monitoring optimiert werden. Damit sind beide Ziele sowohl der ökologischen Verbesserung der Flusssysteme als auch des Erhalts bzw. des Ausbaus der regenerativen Energieerzeugung vereinbar.
Wasserkraft im Wohngebiet - Unterschreitung der geforderten Schallemissionsgrenzwerte
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Die Ermittlung und Beurteilung der Lärmimmissionen werden in Deutschland in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) geregelt. Der Betreiber ist für die Einhaltung der Immissionsrichtwerte seines Wasserkraftwerkes verantwortlich.
