Multifunktionale und synergetische Pumpspeicherkraftwerke
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
