Regenerative Energie
Untersuchung von dynamischer Stauzielregelung hinsichtlich der Stauwurzelentwicklung
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2020)
In Zeiten der Energiewende und dem intensivierten Ausbau von erneuerbaren Energiesystemen
stellt dieser Artikel einen Optimierungsansatz für die Laufwasserkraft vor - die dynamische Stauzielregelung.
Deren Grundidee ist es, staubeeinflusste Fließgewässerabschnitte über das Betriebsregime
einer Wasserkraftanlage gleichmäßiger zu nutzen. Anders als bei der herkömmlichen Stauzielregelung
wird die Stauwurzel bei steigenden Abflüssen nicht an das Querbauwerk herangedrückt, sondern wird durch das temporäre Anheben des Stauziels in seiner Lage gehalten. Daraus wird für die höheren Durchflüsse eines Betriebsregimes eine größere Fallhöhe generiert. Dies wirkt sich, wie an einem Beispiel gezeigt werden kann, direkt auf die Leistung und in Zusammenspiel mit der Abflussdauerlinie auf die Jahresarbeit der Anlage aus. Somit stellt die dynamische Stauzielregelung eine umweltverträgliche, energiewirtschaftliche Optimierung für Laufwasserkraftanlagen dar.
Hybride Modellierung der hydrodynamischen Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherreservoirs - Kurzfassung und Folgeentwicklungen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2020)
Dieser Fachaufsatz stellt eine Kurzfassung und Informationen zu Folgeentwicklungen der Dissertation 'Hybride Modellierung der hydrodynamischen Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherreservoirs' dar. Der Fokus liegt auf der Analyse der grundlegenden hydrodynamischen Prozesse sowie auf den für potenzielle unterirdische Pumpspeicherreservoirs entwickelten Bemessungsansätzen. Deren Kenntnis stellt die Grundlage für eine erfolgreiche Realisierung der Speicherkraftwerke dar und muss in deren zukünftige Planung und Projektierung miteinbezogen werden.
Treibhausgasemissionen von Strom aus Wasserkraft
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2020)
Für die klimaseitige Bewertung einer Strombereitstellung aus Wasserkraft müssen direkte und indirekte Treibhausgasemissionen (u. a. aus Bau, Instandhaltung, Rückbau) berücksichtigt werden. Mithilfe der Methode der Ökobilanzierung werden diese nachfolgend in Bezug auf 1 kWh erzeugten Strom ermittelt. Dazu wurden modellhaft Materialverbrauch, Stoff- und Energieflüsse sowie direkte und indirekte Emissionen verschieden großer deutscher Laufwasserkraftwerke quantifiziert.
Laboruntersuchungen zum Fischabstieg über ein Wasserwirbelkraftwerk
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Am 1:1-Modell eines Wasserwirbelkraftwerks erfolgten ethohydraulische Untersuchungen zur Passierbarkeit und dem passagebedingten Verletzungsrisiko typischer Fischarten der Äschenregion. Die Kombination von RFID-Telemetrie und Videoaufzeichnung ermöglichte eine qualitative und quantitative Analyse des Verhaltens der Fische sowie die statistische Absicherung der Ergebnisse. Meidungsverhalten im Einlaufbereich und Verzögerungen des Abstiegs waren nachweisbar, signifikante Beeinträchtigungen der Fische durch passagebedingte Schädigungen traten jedoch nicht auf.
Multifunktionale und synergetische Pumpspeicherkraftwerke
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Pumpspeicherkraftwerke sind ein effizientes und langlebiges Nonplusultra für ausgeglichene und stabile elektrische Energiesysteme. Unterirdische Pumpspeicherkraftwerke werden zum vielversprechenden Ansatz zur Bewältigung verschiedener Herausforderungen und ermöglichen zudem vollkommen neue und in mehrfacher Weise einsetzbare Anlagenkonzepte. Thermische Pumpspeicherkraftwerke als mechanisch und thermisch kombinierte Energiespeicher bilden die innovative technologische Evolution für eine universelle und ressourceneffiziente, regenerative Energieversorgung.
Analyse der Strömung in einem Wasserwirbelkraftwerk hinsichtlich
des Fischabstiegs
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Im Rahmen eines BMBF-geförderten Forschungsprojektes wurden Strömungsmessungen in einem 1:1-Labormodell eines Wasserwirbelkraftwerks (WWK) sowie dessen hydronumerische Simulation durchgeführt. Die Analyse der Ergebnisse untermauert die Beobachtungen während der in diesem Labormodell erfolgten Fischversuche: Bei der Passage des WWK sind die Fische aufgrund der verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke sowie einer geringen turbulenten kinetischen Energie nicht orientierungslos. Kollisionen mit den Turbinenschaufeln traten nicht auf und sind aufgrund der geringen Turbinendrehzahl und Strömungsgeschwindigkeiten nicht zu erwarten.
Hydraulischer Kurzschluss im Kraftwerk Vianden - Anlagendynamik und CFD-Simulationen der Abzweiger
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Für das Pumpspeicherkraftwerk Vianden (Luxemburg) wurde mittels 1-D- und 3-D-Simulation die Möglichkeit des hydraulischen Kurzschlussbetriebs für die Maschinensätze 1-4 und 5-9 untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Maschinenkombinationen auf potenzielle Risiken, wie etwa das Auftreten von Kavitation, Druckstöße, Größe der Leitungsverluste, Druckschwankungen etc., untersucht und bewertet.
Diskussionsbeitrag zur Abströmung einer Wasserkraftanlage und deren Interaktion mit der Leitströmung aus einer Fischaufstiegsanlage
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Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wird auf den Aspekt der Auffindbarkeit des Einstiegs in eine Fischaufstiegsanlage in direkter Nachbarschaft der Turbinenabströmung einer Wasserkraftanlage sowie deren Interaktion eingegangen. Es werden dabei unterschiedliche Möglichkeiten der Anbindung der Fischaufstiegsanlage mit einer durchgehenden Sohle über eine Berme unterschiedlicher Neigung und Ausgestaltung zur Verringerung bzw. Vermeidung eines Sackgasseneffektes diskutiert, deren Einflüsse auf die Leitströmung aufgezeigt und Lösungsmöglichkeiten erörtert.
Saugrohroptimierung zur Leistungssteigerung einer
kleinen S-Turbine
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Das Saugrohr einer Niederdruckanlage verbindet die Turbine mit dem freien Unterwasserspiegel. Gleichzeitig wandelt es einen Teil der hinter dem Laufrad vorherrschenden Strömungsenergie 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 für einen großen Betriebsbereich optimiert. Zugleich werden instationäre Phänomene analysiert, um den Durchfluss betriebssicher zu erhöhen.
Vergleich von Bewertungsverfahren für Pumpspeicherwerke
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Bei der Wirtschaftlichkeitsbewertung von Pumpspeicherwerken kann es zu handwerklichen Fehlern kommen. Schwachstellen sind überschätzte Regelenergieerlöse, veraltete Annahmen zum Marktumfeld sowie stündliche Strompreise, die nicht aus Fundamentmodellen stammen, und einfache Heuristiken zur Ermittlung zukünftiger Erlöse. Gerade die letzten beiden Punkte haben einen großen 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 stündlichen Strompreise hat.
