Regenerative Energie
Entwurf und Ausführung der Steinschüttdämme und der Schlitzwand des Merowe-Projektes
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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.
Grundlegende Aspekte für den Entwurf des Krafthauses und der Hochwasserentlastungsanlage des Merowe-Staudammes
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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 wirtschaftlichen 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.
Besondere logistische Herausforderungen beim Bau des Merowe-Staudammes
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Die Anforderungen an die Realisierung eines Infrastrukturprojektes wie des Merowe-Staudammes im Sudan unterschieden sich erheblich von denen eines Großprojektes in Europa. Die Entfernungen im Lande, Kommunikationsmittel, rechtzeitige Beschaffung von Material und Ausrüstung, der Mangel an Fachkräften sowie Unterbringung und Versorgung von bis zu 6 500 Personen waren von den beteiligten Unternehmen während der Bauzeit stets zu bedenken.
Lahmeyer International (LI) wurde vom Bauherrn DIU als Ingenieur unter anderem für die Erstellung des Projektentwurfs, die vertragliche Abwicklung und Bauüberwachung beauftragt - Ingenieuraufgaben, die sich am Merowe-Staudamm deutlich von vergleichbaren Tätigkeiten in Europa unterschieden, nicht nur in Bezug auf die vertraglichen Aufgaben,
sondern auch im Hinblick auf die Qualitätssicherung im Bereich Betonbau
und Dammschüttung.
Hydrologie, Sedimentation und Stauraumbewirtschaftung des Merowe-Projektes
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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 Dammes 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.
Der Merowe-Staudamm und dessen Wasserkraftwerk im Sudan
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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 Stromverbrauchs 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.
Vom Linienpotenzial zum technischen Wasserkraftpotenzial - Methode
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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.
Stream map - wie es mit der Wasserkraft in Europa weitergehen soll
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Im Rahmen des Projektes 'Stream Map' wird ein mögliches Konzept für die zukünftige Entwicklung des Kleinwasserkraftsektors unter Berücksichtigung der 20-%-Ziele, wie sie im Energie- und Klimapaket der EU festgeschrieben sind, erstellt. Aufbauend auf den jeweils länderspezifisch vorhandenen Informationen werden Empfehlungen sowie nationale Aktionspläne erarbeitet, die die zukünftige Entwicklung dieses Sektors darstellen.
Einfluss der Klimaveränderung auf die Wasserkraftnutzung in Deutschland
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Im Teilprojekt 'Klima und Wasserkraft' des BMU-Projektes 'Wasserkraftpotenzial in Deutschland' sowie in der Studie für das Umweltbundesamt 'Effiziente Maßnahmen und Kriterien zur Verbesserung des ökologischen Zustands an Wasserkraftanlagen' wurde die Entwicklung der Energiegewinnung aus Wasserkraft durch die zu erwartenden Klimaveränderungen untersucht. Im Vordergrund stand die Fragestellung, ob die Energieausbeute aus der Wasserkraft zu- oder abnimmt und inwieweit die Energieerzeugung an deutschen Gewässern in Zukunft verlässlich, planbar und ausfallsicher sein wird. Untersucht wurden v. a. Laufwasserkraftwerke in den südlichen Bundesländern.
Ermittlung des Wasserkraftpotenzials an Wasserkraftanlagenstandorten mit einer Leistung über 1 MW in Deutschland
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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.
Das Wasserkraftpotenzial in Deutschland
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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.
