(Dr. Torsten Frank, Wupperverband) 4,1 MB pdf

Stand und Potenziale zurEnergieerzeugung ausWasserkraftEnergietag Wasserwirtschaft16. Mai 2013Dr. Torsten Frankwww.WUPPERVERBAND.de

Stellenwert der Wasserkraft Wasserkraft hat im Vergleich zu anderen Verfahren der regenerativenEnergiegewinnung die Vorteile der Grundlastfähigkeit und ist führend inWirkungsgrad und AnlagenLebensdauer. Ausgereifte Technologie. Durch Bewirtschaftung von Stauräumen und durch Pumpspeicherkraftwerke trägtdie Wasserkraft wesentlich zur Stabilisierung des elektrischen Netzes bei. Zuverlässige Energiequelle mit hoher Vorhersagbarkeit. Vorteil Mehrfachnutzung in Form von Trink u. Brauchwasserbereitstellung,Hochwasserschutz, Schiffahrt, Kulturstaue etc. Nutzung als Energiespeicher (Pumpspeicher) sehr gut möglich. Langlebige Technik, daher effizienter Einsatz von Ressourcen Erschließbares Wasserkraftpotenzial nicht nur in Form von Neubauten, sondern insbesondere an existierenden Anlagen (Modernisierungsmaßnahmenund Nachrüstungen). Weiterhin große Anzahl existierender Querbauwerke in NRW ohneWasserkraftnutzung. optimierte Kleinwasserkraftkonzepte oder Neuentwicklungen von Turbinentypenzur Nutzung besonders geringer Fallhöhen.www.WUPPERVERBAND.de

Stellenwert der Wasserkraft Wie bei jeder Technik müssen aber auch bei der Wasserkraft Zielkonflikte gelöstwerden. Sie bestehen zwischen der klimafreundlichen und nachhaltigenEnergieerzeugung einerseits und dem Erhalt von freien Fließgewässernandererseits. Es gilt, die Nutzung der Wasserkraft mit dem geforderten Ziel eines gutenökologischen Zustands der Bäche und Flüsse in Einklang zu bringen. Und Wasserkraft auch dort zu nutzen, wo in oder an technischenInfrastruktureinrichtungen keinerlei / bzw. keine neuen Eingriffe in natürliche Systemerforderlich sind: Speicher / Stauanlagen Kläranlagenausläufe Abwassersysteme Trinkwassersystemewww.WUPPERVERBAND.de

Stellenwert der WasserkraftHeute besteht vielerorts wieder mehr denn je berechtigtes Interesse, umweltfreundliche,regenerative Energie durch Wasserkraftnutzung zu erzeugen und beispielsweise imRahmen des ErneuerbareEnergienGesetz in das Netz einzuspeisen bzw. für denEigenbedarf zu nutzen.Anzahl, installierte Leistung und Jahresarbeit deutscher Wasserkraftanlagen (Floecksmühle et al. 2010)www.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in Bauwww.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlagewww.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlageWKA Dritterwww.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlageWKA DritterMühlen in Denkmalsbetriebwww.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlageWKA DritterMühlen in Denkmalsbetrieb22 stromerzeugende Anlagenrd. 5300 kW Ausbauleistung (2295 kW WV)rd. 17,7 Mio kWh/a durchschnittliche Erzeugung (8,2 Mio kWh/a WV)www.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlageWKA DritterMühlen in DenkmalsbetriebNeubau WKA GDT+280 kW +1,3 Mio kWh/a23 stromerzeugende Anlagenrd. 5580 kW Ausbauleistung (2575 kW WV)rd. 19 Mio kWh/a durchschnittliche Erzeugung (9,5 Mio kWh/a WV)www.WUPPERVERBAND.de

Wasserkraftstandorte im WupperverbandsgebietWKA WupperverbandWKA Wupperverband in BauWKA Dritter an WVAnlageWKA DritterMühlen in DenkmalsbetriebFischaufstiegsanlagenHeute: 26 Anlagen mit 5,3 MWErhebung 1914: 45 Anlagen mit 6,9 MW(Preußenstudie Keller et al. 1914 nach Floecksmühle et al. 2010)www.WUPPERVERBAND.de

Anlagenbeispielewww.WUPPERVERBAND.de

WKA Klärwerk BuchenhofenWKA am Klärwerk BuchenhofenLaufwasserkraftanlageKaplan –RohrturbineBaujahr 1965 / Inbetriebnahme 19662006 und 2011 Ertüchtigung Elektrotechniksowie Teilen der Maschinentechnik &Modernisierung der SteuerungFallhöhe: 7 mSchluckvermögen: 10 m³/sNennleistung: 560 kWJahreserzeugung ca. 2,2 Mio. kWhEigenverbrauchwww.WUPPERVERBAND.de

WKA Wupper7TalsperreSpeicherwasserkraftanlageKaplanTurbineInbetriebnahme 1987Fallhöhe: 25 m (in Abhängigkeit Stauhöhe)Schluckvermögen: 4,4 m³/sNennleistung: 1,25 MWJahreserzeugung ca. 5 7 Mio. kWhEEGEinspeisungwww.WUPPERVERBAND.de

WKA Bever7TalsperreWKA am Klärwerk BuchenhofenSpeicherwasserkraftanlage2 DurchströmturbinenInbetriebnahme 2005Fallhöhe: 32 m (in Abhängigkeit Stauhöhe)Schluckvermögen: 1,9 m³/sNennleistung: 400 + 40 kWJahreserzeugung ca. 2,0 Mio. kWhEEGEinspeisungwww.WUPPERVERBAND.de

Bau Wasserkaftanlage – Große Dhünn7Talsperre2 DurchströmTurbinen mit je 140 kWLeistungzu erwartende Jahresstromerzeugungrd. 1,3 Mio kWhgleichzeitige ökologischer Verbesserung derDhünn durch Temperaturerhöhungwww.WUPPERVERBAND.de

Potenzialkategorien Neustandort Reaktivierung Altstandort Nutzung von bestehenden Querbauwerken Nutzung von bestehenden Stauanlagen / Talsperren Effizienz / Verfügbarkeitssteigerung bestehender Anlagen Wasserkraft in / im Auslauf von technischen Systemen Kläranlagenausläufe Trinkwassersystem Abwassersystem Pumpspeicherpotenzialewww.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Neustandort keine neuen Querbauwerke Verschlechterungsverbot EUWRRL Nur bei sehr speziellen / vorteilshaften Rahmenbedingungen und ohneBehinderung der Gewässerdurchgängigkeit denkbar Konzepte zur Nutzung der „fließenden Welle“ / der kinetischen Energieohne Fallhöhe Nutzungsmöglichkeit äußerst beschränkt, da entweder großeAbmessungen und somit große Wassertiefe und zusätzlich sehr hoheFließgeschwindigkeiten benötigt werdenwww.WUPPERVERBAND.de

Potenzialermittlung für WKA im VerbandsgebietAbfluss, GeländeHöhendifferenz und spezifischeLinienleistung (pro 10 km Fließlänge) ermitteltaus Rasterdaten, Floecksmühle 2010 *)www.WUPPERVERBAND.de*) Floecksmühle 2010: Schlussbericht „Potentialermittlung für den Ausbau der Wasserkraftnutzungin Deutschland als Grundlage für die Entwicklung einer geeigneten Ausbaustrategie“

Potenzialermittlung für WKA im VerbandsgebietLinienpotenzial Wupper „Preußenstudie (KELLER et al. 1914): 20,4 MW(bis km 109) Floecksmühle 2010: 22 MW technisches Potenzial vor ökologischen und anderen Restriktionen EinzelstandortAnalyse notwendigBerechnete Linienleistungen, aggregiert für 10 km Abschnitte;Abstufung von gelb nach rot: Zunahme der Linienleistung,Floecksmühle 2010 *)www.WUPPERVERBAND.de*) Floecksmühle 2010: Schlussbericht „Potentialermittlung für den Ausbau der Wasserkraftnutzungin Deutschland als Grundlage für die Entwicklung einer geeigneten Ausbaustrategie“

Potenziale Reaktivierung von AltstandortenPotenziale Nutzung von bestehenden Querbauwerken Recherche noch vorhandener Querbauwerke bzw. alter Obergräben oder RestenDieser. Potentialabschätzung in Verbindung mit ökologischer Verbesserung desFließgewässers unter Beachtung der Durchgängigkeit. Die Herausforderung besteht allerdings in der Anpassung an oftmals geänderteRahmenbedingungen des Gewässers, an der baulichen Situation vorhandenerAnlagen wie Obergraben, Wehre etc. sowie an den aktuellen Auflagen und Vorgabender Genehmigungsbehörden im Sinne der ökologischen Verträglichkeit.www.WUPPERVERBAND.de

Querbauwerke und FischaufstiegeHerstellung der Durchgängigkeit für Fische1212 34 5www.WUPPERVERBAND.de367645a578910 1112XXXX45127389101112 1314 15Fischaufstiege in derDhünn1 Absturz Haberlandstadion2 Pegel Manfort3 Pegel Schlebusch4 Wehr Auermühle5 Wehr Freudenthal6 Wehr Osenau7 Wehr Burscheider Talsperre161720 2118 19zurück gebaut / vollständig durchgängigFischaufstieg gebautnoch zu bearbeitenFischaufstiege in der UnterenWupper:1 Wehrschwelle Dhünnmündung2 Wehr Reuschenberg3 Wehr Auer Kotten4 Wehr Glüder5 Wehr Schaltkotten5a Einstieg Morsbach6 Wehr Jagenberg7 Wehr Buchenhofen8 Wehr Heizkraftwerk Barmen9 Wehr Pfälzer Steg10 Wehr Akzo11 Wehr Vorwerk12 Wehr ErfurtFischaufstiege in der OberenWupper:1 Wehr Beyenburger Stausee2 Wehr Oedeschlenke3 Grundwehr Dahlerau4 Wehr Vogelsmühle 15 Wehr Vogelsmühle 28 Wehr Neuhückeswagen9 Wehr Schlossfabrik10 Wehr Wipperhof11 Wehr Radium12 Wehr Leiersmühle13 Wehr Klaswipper/Böswipper14 Wehr Kerspe15 Wehr Krommenohl16 Wehr Tannenbaum17 Wehr Oberwipper18 Wehr Wirth19 Wehr Köser20 Wehr Gebske21 Stauweiher Holzwipper

Potenziale bestehender Stauanlagen / TalsperrenTalsperrenpotenziale / Vorsperrenpotenziale Energieerzeugung als Nebenprodukt der Trink und Brauchwasserbevorratung Potenziale (teilweise bereits gehoben) durch Verbundsystem der Talsperren imVerbandsgebietIn Zukunft mehr und mehr erforderlich: Steuerung auf Basis eines Entscheidungs/Unterstützungssystems zu berücksichtigende Aspekte: Trinkwasserversorgung Hochwasserschutz Wasserrahmenrichtlinie – Ökologie Gewässergüte Energiegewinnung Freizeit und Erholung Badegewässerwww.WUPPERVERBAND.de

15 Talsperren• BeverTalsperre• BrucherTalsperre• EschbachTalsperre• Große DhünnTalsperre• Herbringhauser Talsperre• KerspeTalsperre• LingeseTalsperre• NeyeTalsperre• Panzer Talsperre• Ronsdorfer Talsperre• Schevelinger Talsperre• Sengbach Talsperre• Stauanlage Dahlhausen• Stausee Beyenburg• WupperTalsperreEschbach / NeyeEigentümer:Energie und Wasser RemscheidGmbH (ewr)Betreiber: WupperverbandKerspe / HerbringhauserEigentümer / Betreiber:WSW AGSengbachEigentümerin / Betreiber:Stadtwerke Solingenwww.WUPPERVERBAND.de

15 Talsperren• Bever7Talsperre• Brucher7Talsperre• Eschbach7Talsperre• Große DhünnTalsperre (WKA in Bau)• Herbringhauser Talsperre• Kerspe7Talsperre• Lingese7Talsperre• NeyeTalsperre• Panzer Talsperre• Ronsdorfer Talsperre• Schevelinger Talsperre• Sengbach Talsperre• Stauanlage Dahlhausen (priv. Betreib.)• Stausee Beyenburg (priv. Betreiber)• Wupper7TalsperreTalsperren mitWasserkraftanlagenwww.WUPPERVERBAND.de

15 Talsperren• Bever7Talsperre• Brucher7Talsperre• Eschbach7Talsperre• Große Dhünn7Talsperre(Vorsperre und Hauptsperre)• Herbringhauser Talsperre• Kerspe7Talsperre• Lingese7Talsperre• Neye7Talsperre• Panzer Talsperre• Ronsdorfer Talsperre• Schevelinger Talsperre• Sengbach Talsperre• Stauanlage Dahlhausen• Stausee Beyenburg• Wupper7Talsperre (Vorsperre)Talsperren mitgeplantenWasserkraftanlagenwww.WUPPERVERBAND.de

Potenziale durch Effizienz7 / Verfügbarkeitssteigerungbestehender AnlagenAusfall von leistungsstarken Anlagen kostet Geld / ist entgangener Gewinn• Beispiel Wuppertalsperre: 53 Ausfalltage (Stillstand, Wartung, Reparatur) ineinem Jahr = 1.272 Stunden• Bei einer Durchschnittsleistung von ca. 400 kW: ca. 500.000 kWh• 4fache der mittlere Jahresproduktion der WKA LingeseTalsperre Verfügbarkeit weiter verbessernDes Weiteren ungenutzte Potenziale nicht nur bei Stillstand, sondern auch beiT• Abgaben oberhalb Schluckvermögen der vorhandenen Turbine• Sauerstoffanreicherung (RKV 0,2 bis 1 m³/s)• Kleine Abgabemengen unter 1,7 m³/s Potenzialstudie Einbau einer zusätzlichen Maschinewww.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Wasserkraft in technischen Systemen Trinkwassersystem / Kläranlagenausläufe / Abwassersystem Keine Anforderungen hinsichtlich Durchgängigkeit Möglichkeit ungenutzter Potenziale (Fallhöhe, Druckminderungen etc.) Potenzialanalyse zur WK an Kläranlagenausläufen (BAArbeit 2013)liefert Leistungsabschätzungen zwischen meist 4 – 8 kW bis 24 kW (je nachKlärwerk)www.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Wasserkraft in technischen Systemen Beantragtes Verbundforschungsvorhaben ENERWA 12 Verbundpartner (+3 im Unterauftrag) Energetische Optimierung des wasserwirtschaftlichen Gesamtsystems Talsperren/Fließgewässer Trinkwasseraufbereitung TransportSpeicherungVerteilung unter technischen, organisatorischen, betrieblichen, ökonomischen,gesellschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten.www.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Pumpspeicherwerke Wasserverbände in NRW mit Brauchwassertalsperren geben einegemeinsame vom Land geförderte Potenzialstudie in Auftrag. Der Wupperverband prüft zunächst die Topografie der Verbandstalsperrenund priorisiert die WupperTalsperre als untersuchenswert. Endbericht der Studie liegt seit Spätsommer 2012 vor.www.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Pumpspeicherwerkewww.WUPPERVERBAND.de

Potenziale Pumpspeicherwerke Äußerst komplexe Rahmenbedingungen Raumordnung, Schutzgebiete, Wasserrecht, Wasserwirtschaft, Geologie undTopographie Marktverhalten für Regelenergie Vermarktungsstrategie im Kontext Energiepolitik, derzeitigen Stand undzukünftigen Entwicklung des Energiemarktes Fazit für die WupperTalsperre:„Die technische Umsetzung eines Pumpspeicherwerkes am untersuchtenStandort an der WupperTalsperre ist grundsätzlich machbar. Die projektiertePendelwassermenge von 1,11 Mio. m³ sowie die verfügbare Fallhöhe von 83,7m ermöglichen eine Ausbauleistung von 55 MW.“ Die vorliegenden Ergebnisse zur ersten indikativen Bewertung der Wirtschaftlichkeitweisen unter aktuellen Gegebenheiten für die WupperTalsperre jedoch einenKostendeckungsgrad von deutlich unter 50 % aus. In Bezug auf alternative Speichermöglichkeiten im Vergleich zu Pumpspeicherwerkenist festzuhalten, dass derzeit weltweit keine Technologie auf ähnlich hohemEntwicklungsstand für den großtechnischen Einsatz verfügbar ist.www.WUPPERVERBAND.de

Zusammenfassung Strategie WupperverbandAusbau der Wasserkraftpotenziale an TalsperrenReengineering WasserkraftanlagenPriorisierung von Maßnahmen anhand hebbarer PotenzialeEinbindung in ganzheitliche Energiestrategie Verfolgen, Nutzen und Fördern von Innovationen in der WasserkraftEffizienz in der Wasserkraftnutzunggewässerökologisch verträglichere Techniken (Fischschutz, Durchgängigkeit)Mess & RegeltechnikBegleiten von Aktivitäten wie:runder Tische „Regenerative Energien im Bergischen Land“Klimaarbeitskreisen100prozentig.Erneuerbarwww.WUPPERVERBAND.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!www.WUPPERVERBAND.de