Wasserkraft – noch immer eine innovationsfähige Technologie! | 5 |
Faszination Wasserkraft | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 9 |
Wasserkraftwerke und Architektur | 12 |
Wasserkraftwerke und Architektur | 13 |
1 Wasser und Architektur – eine mehrfache Wechselbezüglichkeit | 13 |
2 Wasser – formoffen und Gestaltvielfalt | 13 |
3 Kontextbeispiele | 16 |
4 Zusammenfassung | 19 |
Kaplan-Turbine | 21 |
Viktor Kaplan und seine bahn brechenden Erfindungen – Zum Andenken an das 100-jährige Jubiläum der Patent einreichung | 22 |
1 Einleitung | 22 |
2 Die Bedeutung der Kaplan-Turbine | 23 |
3 Die Entdeckung und Erforschung der Kavitation | 25 |
4 Numerische Simulation der Kavitation in Kaplan-Turbinen | 26 |
5 Grenzen der numerischen Berechnung | 27 |
6 Das Kaplan‘sche Konstruktionsverfahren | 29 |
Viktor Kaplan – Höhen und Tiefen eines Erfinderlebens | 32 |
1 Persönliches | 32 |
2 Familiäre Wurzeln und Heranwachsen | 33 |
3 Studien und Militärzeit | 34 |
4 Beruflicher Erfolg und privates Glück | 37 |
5 Entscheidende Entwicklungen | 40 |
6 Schwere Zeiten und der Erfolg | 42 |
7 Viel in Bewegung | 44 |
8 Schwere Schicksalsschläge | 45 |
9 Ende des Kampfes | 46 |
10 Die Zeit der Anerkennung | 48 |
11 Leben auf Rochuspoint | 49 |
12 Abschied von dieser Welt | 50 |
Die Entwicklung der Kaplan-Turbine | 53 |
1 Der Erfinder Viktor Kaplan | 53 |
2 Die Erhöhung der spezifischen Drehzahl | 54 |
3 Die Entwicklungsschritte von der Francis-zur Kaplan-Turbine | 56 |
4 Erweiterung des Betriebsbereiches durch im Betrieb verstellbare Laufradschaufeln | 57 |
5 Die Bedeutung des Saugrohres für die Kaplan-Turbine | 58 |
6 Die Kaplan-Turbine, eine herausragende Erfindung ihrer Zeit | 60 |
Viktor Kaplan und seine Turbine bei Voith | 63 |
1 Der Wasserturbinenbau bei Voith in der Ära Friedrich Voith 1867 bis 1913 | 63 |
2 Das Jahr 1913 | 63 |
3 Die erste Modellmessung 1916 bei Voith in Hermaringen | 65 |
4 Stillstand, Unfrieden, Neuanfang und die erste Voith-Kaplan-Turbine | 66 |
5 Das Verhältnis Viktor Kaplan zur Kaplan-Vereinigung | 69 |
7 Die Kaplan-Turbine bei Voith heute | 71 |
6 Die weitere Entwicklung bei Voith | 71 |
1 Die Anfänge | 74 |
Gegenwart und Zukunft der Kaplan-Turbine bei Andritz Hydro | 74 |
2 Die Gegenwart | 75 |
3 Die Zukunft | 77 |
2 Prof. Ing. Leopold Grimm (1862 bis 1939) | 81 |
Viktor Kaplan und sein in Brünn geschaffenes Werk | 81 |
1 Einleitung | 81 |
3 Prof. Dr.-Ing. Viktor Kaplan (1876 bis 1934) | 82 |
4 Abteilung für Fluid-Engineering Viktor Kaplan an der Technischen Universität Brünn | 84 |
Potenziale | 86 |
Wasserkraft in Baden-Württemberg – Stand und technische Entwicklungen | 87 |
1 Stand und Ausbaupotenzial der Wasserkraft in Baden-Württemberg | 87 |
2 Technische Entwicklungen | 88 |
3 Zusammenfassung und Ausblick | 91 |
Simulation von Gezeitenströmungen zur Standortanalyse und Bestimmung vorhandener Potenziale | 93 |
1 Einleitung | 93 |
2 Die Simulation | 94 |
3 Zusammenfassung | 97 |
Die Bundeswasserstraßen als Energiespeicher – Potenzial und Herausforderungen | 99 |
1 Notwendigkeit von Energiespeichern | 99 |
2 Die Bundeswasserstraßen und ihr Potenzial als Energiespeicher | 99 |
3 Vorteile und Herausforderungen | 100 |
4 Anwendungsbeispiel | 102 |
Umnutzung von Talsperren für die Energiewende | 105 |
1 Vorbemerkungen | 105 |
2 Rahmenbedingungen für den Betrieb von Talsperren | 105 |
3 Einbeziehung vorhandener Talsperren als Unterbecken | 106 |
4 Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser | 107 |
Ausnutzung des Wasserkraftpotenzials des Talsperrenbetriebes Sachsen-Anhalt unter Beachtung der hoheitlichen „Tätigkeit als Anstalt des öffentlichen Rechts" | 111 |
1 Geschichtlicher Rückblick bis 1990 | 111 |
2 Geschichtlicher Rückblick ab 1990 | 112 |
3 Aufbau und Umsetzung | 114 |
4 Ausblicke | 115 |
5 Fazit | 116 |
Potenzialstudie für Pumpspeicherkraftwerke in Baden-Württemberg | 118 |
1 Einleitung und Zielstellung der Studie für Baden-Württemberg | 118 |
2 Systematik der Potenzialstudie | 118 |
3 Fazit | 124 |
GIS-basierte Standortsuche für Pumpspeicherwerke in Norwegen | 126 |
1 Einleitung | 126 |
2 Zielsetzung | 126 |
3 Methodik | 126 |
4 Pumpspeicherpotenzial in Norwegen | 129 |
Entwicklungen | 132 |
Numerische Untersuchungen mit Telemac bei Wasserkraftanlagen – zwei Fallstudien | 133 |
1 Fallstudie 1: Strömungssimulationen in einem Stauraum | 133 |
2 Fallstudie 2: Strömungssimulationen in einem Entsander | 136 |
3 Resümee | 141 |
Wasserkraftpotential einfach und effizient nutzen: StreamDiver®Technologie von Voith | 143 |
1 Motivation | 143 |
2 Technischer Aufbau und Pilotanlage | 143 |
3 Hydraulische Entwicklung | 145 |
4 Zusammenfassung | 148 |
Nutzung kleiner Fallhöhen – ein Beitrag aus Forschung und Entwicklung | 150 |
1 Motivation | 150 |
2 Ansätze zur ökologischen Optimierung des Wasserrades nach Zuppinger | 151 |
4 Zusammenfassung und Ausblick | 153 |
3 Nutzung des Dethridge Wheels in Bewässerungskanälen | 153 |
Strömungsverhalten in wassergeschmierten Axialund Radialgleitlagern | 156 |
1 Motivation | 156 |
2 Einführung | 156 |
3 Numerische Strömungsanalyse von radialen Gleitlagern | 157 |
4 Numerische Strömungsanalyse und experimentelle Unter suchung eines vereinfachten hydrostatischen Axiallagers | 158 |
4 Zusammenfassung und Ausblick | 161 |
Betriebsbereiche und Wirkungsgrade der Wasserkraftschnecke | 163 |
1 Hintergrund und Konzept | 163 |
2 Methodik | 164 |
3 Ergebnisse | 166 |
4 Zusammenfassung und Interpretation | 169 |
5 Ausblick | 170 |
Betriebsarten von Wasserkraftschnecken | 173 |
1 Einführung | 173 |
2 Zusammenhang zwischen Durchfluss und Drehzahl | 174 |
3 Wirkungsgradmessungen | 175 |
4 Verluste | 178 |
5 Zusammenfassung | 179 |
Experimentelle Untersuchungen an einem Wasserwirbel-Kraftwerk | 181 |
1 Einleitung | 181 |
2 Modell (Konstruktion) | 181 |
3 Physikalisches Modell | 184 |
4 Ergebnisse | 185 |
5 Zusammenfassung und Ausblick | 189 |
Entwicklung kleiner Pumpturbinen – Vorteile eines modularen Ansatzes | 191 |
1 Einleitung | 191 |
2 Die 20-20-20-Ziele der EU und die Rolle der Pumpspeicherung | 192 |
3 Pumpspeicheranlagen mit kleinen Leistungen in den internationalen Statistiken | 194 |
4 Pumpturbinenkonzept für kleine bis mittlere Leistungen | 194 |
5 Zusammenfassung | 196 |
Ride the Tide – Tidenturbinen forschung an der TU Berlin | 198 |
1 Einleitung | 198 |
2 Stand der Technik | 198 |
3 Forschung an Tidenturbinen | 199 |
4 Auslegungsverfahren von Tidenturbinen | 201 |
5 Tidenturbinen im Labor gegen über der Hochseeaufstellung | 202 |
Projekte | 204 |
Die Wasserkraftanlage Leerstetten am Main-Donau-Kanal | 205 |
1 Zwei Systeme – drei Aufgaben | 205 |
2 Die Wasserkraftanlage Leerstetten | 206 |
Ausgangslage am neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden | 212 |
1 Das alte Kraftwerk | 212 |
2 Neue Konzessionen und Baugenehmigung | 213 |
3 Hydraulische Modellversuche Gesamtanlage | 215 |
4 Strommarktliberalisierung bedingt Projektänderungen | 216 |
Neubau des Stauwehrs in Rheinfelden | 220 |
1 Planungsauftrag und vorbereitende Maßnahmen | 220 |
2 Neue Grobrechenanlage | 220 |
3 Abbruch alter Grobrechen am Kanaleinlauf | 220 |
4 Sicherung Kanalmauer | 221 |
5 Verlegung 20/110-kV-Leitungen | 221 |
6 Erste Baugrube | 221 |
7 Zweite Baugrube | 223 |
8 Rückbau des alten Stauwehrs | 225 |
Rohbau des Maschinenhauses Rheinfelden | 227 |
1 Deponierung des Aushubmaterials | 227 |
2 Dritte Baugrube | 227 |
Turbinen, Generatoren und Stahlwasserbau des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden | 236 |
1 Turbinen und Generatoren | 236 |
2 Stahlwasserbau | 243 |
Elektround Leittechnik des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden | 246 |
1 Elektrotechnik | 246 |
2 Leittechnik | 249 |
Nebenanlagen des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden | 254 |
1 Heizung/Klima/Lüftung (HKL) | 254 |
2 Brandschutz | 254 |
3 Kleinbootsübersetzeinrichtung | 255 |
4 Sicherheitsund Gesundheitsschutz | 255 |
Inbetriebsetzung und Betrieb des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden | 258 |
1 Inbetriebsetzung | 258 |
2 Betrieb | 260 |
Rückbau der Altanlage Kraftwerk Rheinfelden | 263 |
1 Genehmigungsrechtliche Voraussetzungen | 263 |
2 Anforderungen an den Rückbau | 263 |
3 Übersicht der rückzubauenden Anlagenteile | 266 |
4 Vorbereitungsphase Rückbau | 266 |
5 Start des Rückbaus, Vorgehensweise | 268 |
6 Massen und Mengen | 269 |
Bauperipherie beim neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden | 271 |
1 Einleitung | 271 |
2 Sicherung Schloss Beuggen | 271 |
3 Evonik Rheinfelden | 276 |
4 Aluminium Rheinfelden | 276 |
5 Weitere Anlagen im Höherstaubereich | 277 |
Entwurf des Pumpspeicherkraftwerks Lagobianco | 280 |
1 Einleitung | 280 |
2 Bauliche Anlagen des Projekts Lagobianco | 280 |
3 Maschinelle Ausrüstung | 283 |
4 Weitere Aspekte für die Planung des Projekts Lagobianco | 284 |
Pumpspeicherkraftwerke | 286 |
Pumpspeicherkraftwerke zwischen politischem Wunsch und ökonomi scher Realität | 287 |
1 Das Erneuerbare-EnergienGesetz und seine Konsequenzen | 287 |
2 Marktmechanismen | 289 |
3 Speicherbedarf | 291 |
4 Potenziale der Pumpspeichertechnologie | 291 |
Potenziale für Pumpspeicherkraft werke: Studien für Thüringen und BadenWürttemberg | 293 |
1 Einleitung | 293 |
2 Methodik | 294 |
3 Ergebnisse | 298 |
4 Fazit | 298 |
Das Rudolf-Fettweis-Werk in Forbach – Ein Pumpspeicherwerk auf dem Weg in die Zukunft | 300 |
1 Historie Rudolf-Fettweis-Werk | 300 |
2 „Werdegang” der Planungen | 300 |
3 Oberstufe aktuell im Entwurf | 302 |
4 Unterstufe mit Kavernenwasserspeicher | 304 |
5 Ausblick | 305 |
Ein Beitrag zur Druckstoßberechnung von Pumpspeicheranlagen | 307 |
1 Einleitung | 307 |
2 Modellierung einer Pumpturbine zur Druckstoßberechnung | 309 |
3 Benchmarking | 313 |
4 Vergleich der Berechnungsergebnisse | 315 |
5 Zusammenfassung | 316 |
Alternatives Pumpspeicherkonzept in Form eines Unterflur-Lageenergiespeichers mit Sekundärspeicher | 319 |
1 Aufbau und Funktion der Anlage | 319 |
2 Errichtung der Anlage | 322 |
4 Ausblick | 327 |
3 Wartung und Reparatur von Anlageteilen | 327 |
Pumpspeicheranlagen – Entwicklungsschritte im Rückblick und Ausblick | 330 |
1 Einführung | 330 |
2 Stationen der Entwicklung | 330 |
3 Möglicher Ausblick | 336 |
Chancen und Risiken untertägiger Pumpspeicherwerke in Steinkohlebergwerken im Ruhrrevier | 339 |
1 Ausgangssituation und Vorarbeiten | 339 |
2 Nutzung bestehender Infrastrukturkomponenten des Steinkohlebergbaus | 340 |
3 Systemkonfigurationen für untertägige Pumpspeicher | 342 |
4 Energetische Potenziale am Beispiel des Bergwerkes Prosper-Haniel | 342 |
5 Laufendes Verbundvorhaben | 343 |
Unterirdische Pumpspeicherwerke – eine Alternative? | 345 |
1 Einleitung | 345 |
2 Bisherige Konzepte | 345 |
3 Hydraulische Machbarkeit | 346 |
4 Schlussfolgerungen | 347 |
Wirtschaftlichkeit von Pumpspeicherwerken am Spotmarkt | 350 |
1 Einleitung | 350 |
2 Rahmenbedingungen und Parameter | 351 |
3 Deterministisches Modell | 351 |
4 Stochastisches Modell | 352 |
5 Bewertung der Wirtschaftlichkeit am Spotmarkt | 353 |
6 Zusammenfassung | 354 |
Tiefspeicherdimensionierung unterirdischer Pumpspeicherwerke – Numerische Modellierung | 356 |
1 Einleitung | 356 |
2 Entwicklung des numerischen 3-D-Modells | 357 |
3 Validierung | 359 |
4 Variantenstudie | 361 |
5 Zusammenfassung und Ausblick | 361 |
Ökologie und Rahmenbedingungen | 364 |
Hochwasserschutz contra Wasserkraft – ein unlösbarer Konflikt? | 365 |
1 Vorplanungsphase des Rückhaltebeckens | 365 |
2 Öffentliche Planungsvariante 3b für das Rückhaltebecken | 365 |
3 Private Planungsvariante 3K | 366 |
4 Hochwasserrückhaltebecken an der Breg | 368 |
5 Zusammenfassung | 369 |
Neubau der Wasserkraftanlage Willstätt mit Fischschutz und vollständiger Fischwechselanlage | 371 |
1 Einleitung | 371 |
2 Beschreibung der Anlage | 372 |
3 Zusammenfassung | 376 |
Die fischfreundliche Turbine – ein innovativer Lösungsansatz | 378 |
1 Modellbetrachtung | 378 |
2 Umsetzung der theoretischen Zusammenhänge in ein fischfreundliches Hydraulikdesign | 379 |
3 Leistungsmessungen an einer fischfreundlichen Turbine | 381 |
4 Feld-Tests zur Bestimmung der Mortalitätsrate | 382 |
5 Zusammenfassung und Schlussfolgerung | 383 |
Wasserkraft und/oder Naturschutz? – Variantenuntersuchung zur Sanierung der Unteren Salzach | 385 |
1 Einführung | 385 |
2 Variantenuntersuchung | 386 |
3 Stand der Bearbeitung und Ausblick | 391 |
Bewirtschaftung alpiner Speicherkraftwerke unter Berücksichtigung klimatischer und wirtschaftlicher Veränderungen | 394 |
1 Einleitung | 394 |
2 Fallstudie | 394 |
3 Methode | 394 |
4 Ergebnisse | 398 |
5 Diskussion | 399 |
Lenkungswirkung der ErneuerbareEnergien-Gesetze (EEG 2004 und 2009) für die ökologische Modernisierung von Wasserkraftanlagen – | 401 |
1 Einleitung | 401 |
2 Gewässerökologische Maßnahmen nach EEG 2009 | 402 |
3 Die Umfrage | 402 |
4 Fazit | 407 |
Energieeffizienz in der Fernwasserversorgung am Beispiel der Landeswasserversorgung | 409 |
1 Einleitung | 409 |
2 Die Energiebilanz der Landeswasserversorgung | 409 |
3 Optimierung des Pumpenbetriebs | 410 |
4 Optimierung des Wassergewinnungsbetriebs | 412 |
5 Energieoptimierter Betrieb regelbarer Trinkwasserturbinen | 414 |
7 Fazit und Ausblick | 416 |
6 Trinkwasserkleinturbinen | 416 |
Geschichte und Hintergrund des Protokolls zur Evaluierung der Nachhaltigkeit von Wasserkraftprojekten | 421 |
1 Anfängliche Entwicklung in den Jahren 2000 bis 2008 | 421 |
2 Forum zur Evaluierung der Nachhaltigkeit von Wasserkraftprojekten (2008 bis 2010) | 421 |
3 Erste Einführung (2011 bis 2013) | 423 |
4 Weiterentwicklung (2013/2014) | 427 |
5 Zusammenfassung | 428 |
Wozu ein freiwilliges Protokoll für Wasserkraft wenn es doch Standards gibt? | 430 |
1 Einleitung | 430 |
2 Gegenüberstellung des Protokolls mit existierenden Instrumenten | 430 |
4 Ausblick | 435 |
Das Nachhaltigkeitsprotokoll für Wasserkraft aus Sicht des WWF | 438 |
1 Umweltschutz und Wasserkraft – Konflikte, Chancen und Visionen | 438 |
2 Was das Protokoll leisten kann | 440 |
3 Ein vorläufiges Fazit | 441 |
Motivation eines Lieferunternehmens zur Unterstützung und Messung von Nachhaltigkeit bei der Planung und Umsetzung von Wasserkra | 443 |
1 Nachhaltigkeit als Konzernphilosophie bei Voith | 443 |
2 Aspekte der Nachhaltigkeit und Verantwortlichkeiten bei Voith und Voith Hydro | 443 |
3 Nachhaltigkeitsansätze in der Wasserkraftindustrie | 445 |
5 Fazit | 447 |
Anwendbarkeit des Protokolls zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Wasserkraftwerken bei staatlichen Exportkreditgarantien | 451 |
1 Hermesdeckungen | 451 |
2 Umwelt-und Sozialverträglichkeitsprüfung | 451 |
3 Angewandte Prüfstandards | 452 |
4 Das Hydropower Sustainability Assessment Protocol | 453 |
5 Herausforderungen | 454 |
Erkenntnisse aus der ersten praktischen HSAP-Anwendung in Europa aus Sicht von E.ON | 456 |
1 Einführung | 456 |
2 Das HSA-Protokoll in der Praxis | 457 |
3 Erkenntnisse aus der Sicht eines Energieversorgungsunternehmens | 461 |
4 Schlussfolgerungen | 463 |
Fischschutz und Fischabstieg im Dialog – Forum „Fischschutz und Fischabstieg“ | 465 |
1 Einleitung | 465 |
2 Das Forum „Fischschutz und Fischabstieg“ | 466 |
3 Umweltpolitische Rahmenbedingungen | 467 |
4 Strategische, flussgebietsbezogene und populationsbiologische Aspekte | 469 |
5 Erfahrungen mit der Umsetzung von Fischschutz und Fischabstiegsmaßnahmen und ihrer Funktionskontrolle | 470 |
6 Umgang mit Kenntnislücken und Forschungsbedarf | 471 |
7 Zusammenfassung und Ausblick | 472 |
Fischschutz und Fischabstieg: Erfordernisse aus dem Blickwinkel eines Fischereiund Naturschutzverbandes | 474 |
1 „Durch diese hohle Gasse muss er kommen!“ | 474 |
2 Fischschäden: In der Summe oft mehr als die einzelnen Teile | 474 |
3 Früher war alles besser?! | 475 |
4 Wasserkraft maßgeblicher Einflussfaktor bei Fischpopulation | 475 |
5 Fischschutz im öffentlichen Interesse | 477 |
6 Forum Fischschutz | 478 |
7 Vorwärts Fischschutz! | 478 |
8 Wissensbedarf für Fischschutz an Wasserkraftanlagen ist enorm | 478 |
9 Rückbau von Kleinwasserkraftanlagen | 480 |
10 Schutz der Fischpopulation durch Steigerung des natürlichen Fischbestands? | 480 |
11 Konstruktiver Dialog ohne Druck | 480 |
Vorgehensweise zur Entwicklung von populationsunterstützenden Maßnahmen für die Fischarten am Inn in Oberbayern | 483 |
1 Veranlassung | 483 |
2 Zusammenarbeit mit allen Beteiligten | 483 |
3 Wasserwirtschaftliche Verhältnisse am Inn | 484 |
4 Defizitanalyse | 486 |
5 Vorstellung der allgemeinen Herangehensweise zur Konzeptentwicklung von Maßnahmen | 491 |
6 Beurteilung der Staustufen nach der ersten Umsetzungswelle bis Frühjahr 2014 | 493 |
Maßnahmen zur Förderung von Populationen bedrohter Fischarten am Inn (Oberbayern) im Rahmen des Gewässerunterhaltes | 496 |
1 Veranlassung | 496 |
2 Zusammenarbeit mit allen Beteiligten | 496 |
3 Vorstellung der allgemeinen Herangehensweise zur Maßnahmenumsetzung und konkreter Maßnahmen | 497 |
4 Beurteilung der Staustufen nach der ersten Umsetzungs welle bis Frühjahr 2014 | 505 |
5 Zusammenfassung der unterschiedlichen Gestaltungs möglichkeiten und Ausblick auf das anstehende Monitoring mit dortiger Zielrichtung | 506 |
Maßnahmen zur Förderung von Fischpopulationen in Schwaben | 509 |
1 Ausgangslage und Maßnahmenkonzept | 509 |
2 Ausgewählte Maßnahmen | 511 |
3 Ausblick | 515 |
Funktionskontrolle der Fischwechselanlagen am Main-Kraftwerk Kostheim | 518 |
1 Untersuchungsgegenstand und Methoden | 518 |
2 Ergebnisse der Funktionskontrolle | 522 |
3 Schlussfolgerungen | 526 |
Durchgängigkeitskonzept Unstrut | 529 |
1 Einleitung | 529 |
2 Untersuchungsgebiet und Untersuchungsumfang | 529 |
3 Durchgängigkeit | 530 |
4 Standortkonzepte | 532 |
5 Kosten | 532 |
6 Auswirkungen der ökologischen Maßnahmen auf die Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftanlagen | 534 |
7 Zusätzlich ausbaubares Wasserkraftpotenzial | 535 |
8 Lebensraumveränderung durch Stau und Ausleitung | 535 |
9 Fazit | 535 |
Autorenverzeichnis | 538 |