Fachartikel Wasserkraftnutzung

Bauwerkshydraulik und Standortoptimierung für Kleinwasserkraftwerke in China
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (6/2019)
Die Optimierung von Kleinwasserkraftstandorten bildet eine herausfordernde Aufgabe. Moderne Methoden, wie numerische Modellierungen zur Strömungsanalyse und weitergehende Werkzeuge zur Standortanalyse und -optimierung, werden genutzt, um ausgewählte energetische, gewässerökologische und wirtschaftliche Aspekte zu verbessern. Am Beispiel von Anlagen aus China werden Einsatzmöglichkeiten dieser Methoden hinsichtlich der örtlichen Verhältnisse gezeigt. Die verwendeten Verfahren sind in praxisorientierten Leitfäden ausführlich beschrieben.

Nachhaltigkeitsbewertung für Kleinwasserkraftwerke in China
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In China besteht ein hohes hydroenergetisches Potenzial an dezentralen emissionsarmen Lösungen in Form von Kleinwasserkraftwerken. Deren Nutzung kann helfen, soziale Ungleichgewichte abzubauen, gleichzeitig resultieren daraus international kontrovers diskutierte deutliche Eingriffe in Natur und Landschaft und damit in die Gesellschaft. Zur Erfassung und Bewertung der systemischen Auswirkungen der Nutzung von Wasserkraft wurde ein multikriterieller Ansatz erarbeitet, mit dessen Hilfe Planungsprozesse unterstützt und innovative Finanzmittel mobilisiert werden können.

Bewertung und Verbesserung von Kleinwasserkraftwerken in China
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Die chinesische Regierung hat 2003 damit begonnen, Kleinwasserkraftwerke (KWK) schwerpunktmäßig in ländlichen Gebieten aufzubauen. Bis heute wurden dabei mehr als 1 000 KWK errichtet. Vor diesem Hintergrund wurde das Deutsch-Chinesische Forschungsprojekt HAPPI durchgeführt. Ziel des Projekts war es, die Planung, den Bau sowie den Betrieb von KWK in China zu analysieren und durch innovative Technologien effizienter zu gestalten. Dabei wurden ökologische und sozioökonomische Aspekte verstärkt berücksichtigt.

Hydrologische Modellierung für die Optimierung von Kleinwasserkraftwerkskaskaden
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Der hydrologischen Modellierung des Wasserdargebotes im Flusseinzugsgebiet kommt bei Planung und Optimierung von Wasserkraftwerken, die häufig in komplexe Kraftwerkskaskaden eingebunden sind, eine große Bedeutung zu. In vielen Regionen der Welt fehlen jedoch oft die entsprechenden Eingangsdaten. Die zentrale Fragestellung dieser Arbeit lautet daher, ob es möglich ist, auf Basis öffentlich verfügbarer Datenquellen das Abflussregime eines Einzugsgebiets abzubilden, um Standortbewertung und energieoptimierte Nutzung der Wasserkraftanlagen zu gewährleisten.

Optimale Betriebsführung von Kleinwasserkraftwerks-Gruppen
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Flussläufe mit Talsperren und Laufwasserkraftwerke stellen große Herausforderungen an die Betriebsführung, insbesondere wenn eine Mehrfachnutzung vorliegt und verschiedenartige Zielstellungen erfüllt werden sollen. Deshalb wurden Verfahren zum optimalen Betrieb von Kaskaden von Kleinwasserkraftwerken entwickelt. Das Energiemanagement für die optimale Netzanbindung der Wasserkraftwerke und die Zusammenführung von mehreren Kraftwerken zu virtuellen Kraftwerken waren auch Inhalt der Arbeit.

Konstruktive und geotechnische Aspekte kleiner Wasserkraftwerke in China
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Die GUB AG brachte ihr Wissen in Geotechnik und konstruktivem Wasserbau in das Forschungsprojekt HAPPI zur Entwicklung von Leitlinien für Planung und Bau kleiner Wasserkraftanlagen in China ein. Die Planungsphasen für Anlagen zwischen ein und zehn MW installierter Leistung wurden hinsichtlich einer angepassten Vorgehensweise sowie der dafür erforderlichen Planungswerkzeuge untersucht und beschrieben.

Ansatz zur Wirtschaftlichkeitsbewertung von Kleinwasserkraftanlagen in China
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Um die finanzielle Tragfähigkeit der Umsetzung eines verbesserten Kleinwasserkraftanlagendesigns hinsichtlich des chinesischen Elektrizitätsmarkts abzuschätzen zu können, wurde ein einfach umzusetzender Bewertungsansatz erstellt.

Digitales Bauen mit Building Information Modeling - der digitale Zwilling
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Building Information Modeling ist eine Arbeitsmethode, die es ermöglicht, Planungsprozesse von Bauwerken hinsichtlich Qualität und Effizienz zu optimieren. Alle relevanten Informationen eines Bauwerkes werden über den Lebenszyklus in einem digitalen Bauwerksmodell, meist dreidimensional und objektorientiert, erfasst und verwaltet. Dabei gilt der Grundsatz, dass erst digital und anschließend real gebaut wird. Am Ende besteht neben dem realen Bauwerk auch ein digitaler Zwilling.

Erhöhung der nutzbaren Arbeitswassermenge am PSW Hohenwarte II
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Das Pumpspeicherwerk (PSW) Hohenwarte II ist Teil der Saalekaskade in Thüringen. Der Betreiber des PSW plante die Erhöhung der energetisch nutzbaren Arbeitswassermenge im Oberbecken des PSW, um eine Befreiung von Netznutzungsentgelten zu erreichen. Die Erhöhung der Arbeitswassermenge sollte durch die Herabsetzung des unteren Betriebsstauzieles und damit die Erweiterung des Betriebsstauraums erfolgen. Dazu waren bauliche Veränderungen der Beckensohle erforderlich, die zunächst in einem hydraulischen 2-D-Modell dimensioniert wurden.

Quo vadis - Wasserkraftnutzung in Deutschland?
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Es ist erfreulich und wichtig, dass sich das DTK im diesjährigen Talsperrensymposium auch Fragestellungen zuwendet, die kleine Staudämme und Deiche betrifft. Damit wird insbesondere die Nutzung der Wasserkraft angesprochen, vor allem die sog. 'Kleine Wasserkraft'. Diese wird häufig eher als Problem denn als Chance gesehen. Gewässerbezogene Beeinträchtigungen stünden in keinem angemessenen Verhältnis zum Beitrag kleinerer Wasserkraftanlagen am Klimaschutz. Die an den Betrieb solcher Anlagen gestellten Voraussetzungen sind hoch.

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Literaturtip:
 
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Tagungsband vom 12. Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke 2009 / OTTI e.V.