Wasserkraftprojekte Band II: Ausgewählte Beiträge aus der Fachzeitschrift WasserWirtschaft

539 Pages·2015·32.76 MB·German

by  Stephan Heimerl (eds.)

Stephan Heimerl Hrsg.
Wasserkraftprojekte
Band II
Ausgewählte Beiträge aus
der Fachzeitschrift WasserWirtschaft
Wasserkraftprojekte Band II
Stephan Heimerl
Herausgeber
Wasserkraftprojekte Band II
Ausgewählte Beiträge aus der
Fachzeitschrift WasserWirtschaft
Herausgeber
StephanHeimerl
Leinfelden-Echterdingen,Deutschland
ISBN978-3-658-07728-0 ISBN978-3-658-07729-7(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-07729-7
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VORWORT
Dr.-Ing. Stephan Heimerl
Chefredakteur der Fachzeitschrift WasserWirtschaft,
Stuttgart
Wasserkraft – noch immer eine
innovationsfähige Technologie!
In zahlreichen aktuellen Studien zur künftigen reich und der Schweiz sowie darüber hinaus opti-
Entwicklung in der Energieversorgung ergibt mal zu erschließen.
sich für die Wasserkraft vielfach folgendes Bild: Dabei gibt es sowohl beim Bau als auch dem Be-
Bei der Wasserkraft handelt es sich zum einen trieb von Wasserkraftanlagen eine Reihe von
um eine ausgereifte Technologie, mit der seit Hemmnissen nicht zuletzt auch infolge des kom-
langem wirtschaftlich Strom erzeugt wird. plexen Rechtsrahmens: Neben den üblichen Fest-
Gleichzeitig ist aber zum anderen das Potenzial legungen und wasserrechtlichen Auflagen haben
dieses Energieträgers in den deutschsprachigen Wasserkraftanlagenbetreiber vielfach noch weite-
Ländern bereits weitestgehend ausgeschöpft. re öffentlich-rechtliche Aufgaben zu erfüllen, die
Zur Zukunft der Wasserkraft werden dabei in häufig einen spürbaren Wettbewerbsnachteil ge-
der Regel die derzeit genutzten Potenziale und genüber anderen Energieträgern bedeuten und
die unter gewissen Randbedingungen noch wei- der die Wirtschaftlichkeit der Standorte belastet.
ter nutzbaren Wasserkräfte unter Bezugnahme Hinzu kommen zahlreiche Restriktionen aus der
auf die wesentlichen bekannten Ausarbeitungen in nationalstaatliches Recht umgesetzten Europä-
aufgeführt. ischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) und der
Die Realität bei der Nutzung der Wasserkraft daraus abgeleiteten Maßnahmenprogramme,
zur Stromerzeugung ist jedoch weitaus differen- dem Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutsch-
zierter, so dass ihr eine derartig vereinfachte Dar- land und den parallelen Einspeisegesetzen in an-
stellung sicherlich nicht gerecht werden kann. deren Staaten sowie mannigfaltigen anderen Re-
Diese Anlagen haben bemerkenswerte und wich- gularien.
tige Vorzüge, die innerhalb des Verbundnetzes Doch ist die Wasserkraft tatschlich schon „am
von großer Bedeutung sind. Somit ist notwendig, Ende des Machbaren“ angelangt? - Die Antwort ist
die derzeitige Nutzung ohne wesentliche Ein- eigentlich eindeutig: Sicherlich nicht!
schränkungen zu erhalten und die durchaus noch Wenngleich die Wasserkraft eine der ältesten
vorhandenen Potenziale und Entwicklungsmög- Techniken zur Gewinnung von mechanischer und
lichkeiten der Wasserkraft in Deutschland, Öster- auch elektrischer Energie in größerem Stil dar-
I
VORWORT
stellt, so waren immer wieder findige Geister zur zeugen die zahlreichen Beiträge der jüngsten Ver-
Stelle, um diese Energieerzeugungsform mit neu- gangenheit in diesem Buch.
en Ideen voranzubringen. Um diese und andere Fragestellungen sowie
Ein Beispiel, von dem in diesem vorliegenden Entwicklungen voranzutreiben, waren und sind
Buch ausgiebig mit mehreren Beiträgen berichtet bis heute unabhängige Informations- und Wis-
wird, ist Viktor Kaplan, der 1913 sein wichtiges sensplattformen notwendig, über die neue Er-
Patent für die nach ihm benannte Kaplan-Turbine kenntnisse an die Fachkreise in Wissenschaft und
eingereicht hat, um die Nutzung der Wasserkräfte Praxis dauerhaft weitergegeben und vom Jungin-
voranzutreiben. Über sein Schaffen und Wirken genieur bis hin zum erfahrenen Senioringenieur
auf dem Weg zur Umsetzung seiner ersten Ideen reflektiert und aufgenommen werden.
bis hin zu deren Nutzung in der Gegenwart be- Seit über 100 Jahren leistet dabei die Fachzeit-
richten einige Beiträge in einem separaten Kapitel. schrift WasserWirtschaft einen wichtigen Beitrag
Hierbei wird deutlich, welch innovativer Geist zum fachlichen Austausch und Diskurs, indem
diesem Ingenieur inne wohnte, der heute mit sei- seit jeher in dieser unabhängigen Fachzeitschrift
ner Beharrlichkeit und Standfestigkeit doch da- innovative, zukunftsorientierte sowie qualitativ
hingehend als Vorbild dienen kann, dass man ei- hochwertige Beiträge wiedergegeben werden, die
ne gute Idee trotz mancher Rückschläge weiter die Fachkreise zu Diskussionen anregen sollen,
verfolgen sollte. Als Ansporn kann dabei auch mit dem Ziel, heute und morgen die jeweils beste
dienen, dass man kritischen Anregungen offen Lösung finden zu können.
bleibt und mit Gesprächspartnern das Erreichte Nachdem der erste Band mit verschiedenarti-
diskutiert, um zu weiteren Entwicklungsstufen zu gen Beiträgen zum Themenkomplex der Wasser-
gelangen. kraft aus der Fachzeitschrift WasserWirtschaft auf
In ähnlicher Weise ist die Wasserkraft-Branche großes Interesse gestoßen ist, soll mit diesem
heute mit anderen Themen konfrontiert, bei de- Band II erneut ein Einblick in die Themenvielfalt
nen sie Lösungen suchen muss und sicherlich in diesem Bereich gegeben werden, die in den
auch noch weiter finden wird. Hierfür können un- letzten Jahren durch Veröffentlichungen ange-
ter anderem exemplarisch die Themenkomplexe sprochen wurde. Abermals soll diese Zusammen-
des Fischaufstiegs, des Fischschutzes und Fischab- stellung sowohl der Information dienen als auch
stieges sowie der Nutzung der Wasserkraft ohne den fachlichen Diskurs über die Wasserkraft und
durchgehende Querverbauungen genannt wer- des zugehörenden Umfeldes anregen.
den. Zu manchen Themen existieren bereits etli-
che Lösungen, zu anderen sind diese erst in An-
sätzen vorhanden, da auch nicht immer das kom-
plette Systemverständnis vorhanden ist und man-
ches erst noch erforscht werden muss. Hiervon
II
GELEITWORT
Dipl.-Ing. Peter Molinari
Vorstandsvorsitzender der Arbeitsgemeinschaft
Alpine Wasserkraft (AGAW), Zernez, Schweiz
Arbeitsgemeinschaft Alpine Wasserkraft - AGAW
Faszination Wasserkraft
Die Strommarktpreise tendieren seit geraumer ke in den Alpen gebaut. Mit dem Aufkommen der
Zeit nur noch nach unten. An einem durchschnitt- Nuklearenergie geriet die Wasserkraft aus dem
lichen Tag wird an der Strombörse in Leipzig eine Fokus des Interesses, ja es wurde sogar prophezeit,
Kilowattstunde noch für vier Euro-Cents oder we- dass mit der Kernenergie keine weiteren Flüsse für
niger gehandelt und in Extremfällen geht der Preis die Wasserkraft mehr verbaut werden müssten
in den Minusbereich. Das liegt deutlich unter den und viele sagten das Ende dieser Technologie vor-
Gestehungskosten von so manchem bewährtem aus. Mit den ersten Reaktorunfällen kamen die
Wasserkraftwerk nicht nur in den Alpen. Kein Atomkraftwerke vermehrt in die Kritik und die
Wunder, werden bereits begonnene Großprojekte, Wasserkraft erlebte eine erneute Blütezeit. In den
wie z. B. Lindt-Limmern oder Nant de Drance in Neunzigerjahren des letzten Jahrhunderts ging
der Schweiz, ohne viel Begeisterung und unter die Angst um, dass die auf lange Sicht getätigten
drastischen Sparmaßnahmen fertig gebaut und Investitionen in Wasserkraft wegen der bevorste-
neue, baureife Projekte auf Eis gelegt. Für die Was- henden Strommarktöffnung nicht mehr abge-
serkraft stehen karge Jahre bevor und die bei Was- schrieben werden könnten – man sprach von
serkraft-Sympathisanten für Besuche beliebten „nicht abschreibbaren Investitionen“ oder NAI
Großbaustellen dürften in Zukunft spärlich ge- und kaum jemand war bereit, weiterhin in die
streut sein. Wasserkraft zu investieren. Mit dem Vollzug der
Dass der Marktwert und die soziale Akzeptanz ersten Marktöffnungen in Europa verflog die
der Wasserkraft sich in den vergangenen Jahr- Angst vor deren Auswirkungen und die rekordho-
zehnten jedoch nicht linear auf dieses aktuelle Tief hen Preise an den europäischen Strombörsen im
hin zu bewegt haben, sondern dass deren Ent- ersten Jahrzehnt des laufenden Jahrhunderts ver-
wicklung einer Berg- und Talfahrt gleicht, zeigt ursachten einen neuen Höhepunkt für die Was-
folgende Betrachtung: serkraft. In diese Periode fielen die Bauentscheide
Bis zur Mitte des letzten Jahrhunderts herrschte und z. T. Realisierungen großer Pumpspeicher-
der große Wasserkraft-Boom. In dieser Periode werke in den Alpen, so wie z. B. Kopswerk 2,
wurden die meisten der großen Speicherkraftwer- Lindt-Limmern und Nant de Drance. Es können
III
GELEITWORT
mithin seit dem Bau des ersten Wasserkraftwerks weitaus zuversichtlicher als das passive Warten auf
vor ca. 130 Jahren bis heute mindestens je drei ein nächstes Hoch.
Wasserkraft-Hochs und -Tiefs gezählt werden. Der vorliegende Band ist lebendiger Zeuge für
Diese zyklische Entwicklung gibt Anlass zu diese Faszination, die auch in der AGAW besteht
Hoffnung: nach dem aktuellen Tief wird mit Be- und gefördert wird. Es ist mir deshalb ein Anlie-
stimmtheit wieder einmal ein Hoch folgen. gen, den Initianten dieses zweiten Bandes „Was-
Neben dem Feuer gehört die Wasserkraft zur äl- serkraftprojekte“ sowie den Autoren dafür zu dan-
testen vom Menschen zur Energieumwandlung ken, dass sie sich für den Erhalt und das Schüren
angewendeten Technologie. Trotzdem wage ich dieser Faszination engagieren und dazu beitragen,
die Behauptung, dass die zur Stromgewinnung dass das Know-how über die Wasserkraft erhalten
aus Wasserkraft notwendigen Technologien zu je- und weiter entwickelt wird. Mit solchen Verbün-
nen gehören, über welche bereits am meisten Lite- deten hat die Wasserkraft noch lange nicht ihr
ratur existiert und weiterhin produziert wird. letztes Wort gesprochen!
Unabhängig von wirtschaftlichen Überlegun-
gen stimmt aber die Tatsache, dass die Wasser-
kraft trotz ihrer Jahrhunderte alten Tradition nach
wie vor so viel ungetrübte sowohl technische als
auch emotionale Faszination auszuüben vermag,
IV
INHALTSVERZEICHNIS
Inhaltsverzeichnis
Wasserkraft – noch immer eine innovationsfähige Technologie! ................................................ V
Faszination Wasserkraft ............................................................................................................................... VII
Wasserkraftwerke und Architektur ........................................................................................................ 1
Wasserkraftwerke und Architektur ............................................................................................................. 2
Kaplan-Turbine.............................................................................................................................................. 11
Viktor Kaplan und seine bahn brechen den Erfindungen –
Zum Andenken an das 100-jährige Jubiläum der Patent ein reichung ................................. 12
Viktor Kaplan – Höhen und Tiefen eines Erfinderlebens ................................................................. 22
Die Entwicklung der Kaplan-Turbine ...................................................................................................... 43
Viktor Kaplan und seine Turbine bei Voith ............................................................................................ 53
Gegenwart und Zukunft der Kaplan-Turbine bei Andritz Hydro .................................................. 64
Viktor Kaplan und sein in Brünn geschaffenes Werk ........................................................................ 71
Potenziale ........................................................................................................................................................ 77
Wasserkraft in Baden-Württemberg – Stand und technische Entwicklungen ........................ 78
Simulation von Gezeitenströmungen zur Standortanalyse
und Bestimmung vorhandener Potenziale .................................................................................... 84
Die Bundeswasserstraßen als Energiespeicher –
Potenzial und Herausforderungen .................................................................................................... 90
Umnutzung von Talsperren für die Energiewende ............................................................................ 96
Ausnutzung des Wasserkraftpotenzials des Talsperrenbetriebes Sachsen-Anhalt
unter Beachtung der hoheitlichen „Tätig keit als Anstalt des öffentlichen Rechts“ ........ 102
Potenzialstudie für Pumpspeicherkraftwerke in Baden-Württemberg .................................... 109
GIS-basierte Standortsuche für Pumpspeicherwerke in Norwegen ......................................... 117
Entwicklungen ............................................................................................................................................ 123
Numerische Untersuchungen mit Telemac bei Wasserkraftanlagen – 
zwei Fallstudien ...................................................................................................................................... 124
Wasserkraftpotential einfach und effizient nutzen:
StreamDiver®-Technologie von Voith ............................................................................................. 134
Nutzung kleiner Fallhöhen – ein Beitrag aus Forschung und Entwicklung ............................ 141
Strömungsverhalten in wasser geschmier ten Axial- und Radial gleitlagern ........................... 147
Betriebsbereiche und Wirkungsgrade der Wasserkraftschnecke ............................................... 154
V
INHALTSVERZEICHNIS
Betriebsarten von Wasserkraftschnecken ........................................................................................... 164
Experimentelle Untersuchungen an einem Wasserwirbel-Kraftwerk ....................................... 172
Entwicklung kleiner Pumpturbinen – Vorteile eines modularen Ansatzes ............................. 182
Ride the Tide – Tidenturbinen forschung an der TU Berlin ............................................................ 189
Projekte .......................................................................................................................................................... 195
Die Wasserkraftanlage Leerstetten
am Main-Donau-Kanal ......................................................................................................................... 196
Ausgangslage am neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden ............................................................... 203
Neubau des Stauwehrs in Rheinfelden ................................................................................................ 211
Rohbau des Maschinenhauses Rheinfelden ....................................................................................... 218
Turbinen, Generatoren und Stahlwasserbau
des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden ................................................................................... 227
Elektro- und Leittechnik des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden ......................................... 237
Nebenanlagen des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden............................................................ 245
Inbetriebsetzung und Betrieb des neuen Wasserkraftwerks Rheinfelden .............................. 249
Rückbau der Altanlage Kraftwerk Rheinfelden ................................................................................. 254
Bauperipherie beim neuen Wasserkraftwerk Rheinfelden ........................................................... 262
Entwurf des Pumpspeicher kraftwerks Lagobianco ......................................................................... 271
Pumpspeicherkraftwerke ...................................................................................................................... 277
Pumpspeicherkraftwerke zwischen politischem Wunsch
und ökonomi scher Realität ................................................................................................................ 278
Potenziale für Pumpspeicherkraft werke: Studien für Thüringen
und Baden- Württemberg ................................................................................................................... 284
Das Rudolf-Fettweis-Werk in Forbach – Ein Pumpspeicherwerk auf dem Weg
in die Zukunft .......................................................................................................................................... 291
Ein Beitrag zur Druckstoßberechnung von Pumpspeicheranlagen .......................................... 298
Alternatives Pumpspeicherkonzept in Form eines Unterflur-Lageenergiespeichers
mit Sekundärspeicher .......................................................................................................................... 310
Pumpspeicheranlagen – Entwicklungs schritte im Rückblick und Ausblick ........................... 321
Chancen und Risiken untertägiger Pumpspeicherwerke in Steinkohle bergwerken
im Ruhrrevier ........................................................................................................................................... 330
Unterirdische Pumpspeicherwerke – eine Alternative? ................................................................. 336
Wirtschaftlichkeit von Pumpspeicher werken am Spotmarkt ...................................................... 341
Tiefspeicherdimensionierung unterirdi scher Pumpspeicherwerke –
Numerische Modellierung ................................................................................................................. 347
VI