Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aufbauend auf den Ergebnissen, die w\u00e4hrend des vorherigen F\u00f6rderprojekt (DBU Az 19267) zur Grundsatzentwicklung und Simulation eines beweglichen, \u00fcber- und unterstr\u00f6mbaren Wasserkraftwerkes gewonnen wurden, sollten im Rahmen dieses Projektes die \u00f6kologischen und \u00f6konomischen Vorz\u00fcge bei einer Versuchsanlage in Bad Sulza an der Ilm im realen Einsatz nachgewiesen werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBasierend auf dem Grunddesign der Voruntersuchungen wurden zun\u00e4chst die hydraulischen Konturen innerhalb des beweglichen Krafthauses, des Trogbauwerkes sowie der Zu- und Ablauftrichter dimensioniert. Unter Ber\u00fccksichtigung der zu erwartenden hydrostatischen und hydrodynamischen Dr\u00fccke wurden die Kr\u00e4fte, die auf das Krafthausgeh\u00e4use wirken, bestimmt. Diese, wie auch die max. auftretenden mechanischen Momente, die im Kurzschlussfall des direkt gekoppelten Permanentmagnet erregten Generators entstehen k\u00f6nnen, wurden zur Dimensionierung des Stahlgeh\u00e4uses, der Geh\u00e4uselagerung und der Kraftansatzpunkte des Schwenkmechanismus herangezogen, um die Konstruktion vor Fertigungsfreigabe einer FEM Analyse zu unterziehen.
\nAus der FEM Analyse ergaben sich dann auch die zu erwartenden statischen und dynamischen Kr\u00e4fte, die bei der Bauwerksstatik des Krafthaustroges zu ber\u00fccksichtigen waren.
\nDie Rechenreinigungsmaschine des Rundbogenrechens am Krafthauseinlauf war neu zu entwickeln, wobei neben der Robustheit und Funktionalit\u00e4t besonderes Augenmerk auf die Reinigungswirkung, den Fischschutz und die str\u00f6mungsg\u00fcnstige Anordnung gelegt wurde.
\nUm aussagef\u00e4hige Betriebserkenntnisse gewinnen zu k\u00f6nnen, musste die Sensorik und deren Positionierung sowie die gesamte Mess-, \u00dcberwachungs- und Steuerungstechnik ausgew\u00e4hlt werden. Hierauf aufbauend erfolgte die Erstellung des Pflichtenheftes f\u00fcr die gesamte Anlagensteuerung unter Ber\u00fccksichtigung der allgemein \u00fcblichen Vorschriften. Wesentlich ist auch die Auswahl s\u00e4mtlicher Energie- und Steuerkabel, sowie der Hydraulik- und Pneumatikleitungen insbesondere deren Verlegung und Robustheit und vor allem deren luftdichte Einf\u00fchrung in das bewegliche, \u00fcber- und unterstr\u00f6mbare Wasserkraftwerk, dessen Innenraum unter leichten \u00dcberdruck mit getrockneter Luft gestellt wird.
\nNach Installation und Inbetriebnahme wurden alle Betriebszust\u00e4nde simuliert und optimiert. Wesentliches Augenmerk wurde auf die Fischpassierbarkeit und die \u00f6kologischen Auswirkungen sowie die erzielbare Leistungssteigerung bei der Umstr\u00f6mung gerichtet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bereits beim Design des Krafthausgeh\u00e4uses dieser kleinen Anlage ergab sich aus hydraulischen Gr\u00fcnden (erforderliche Einlauf\u00fcberdeckung) und vor allem aus den Diskussionen mit den Fischereifachverb\u00e4nden, dass es sinnvoll ist auf dem Kraftwerksr\u00fccken, nach dem Bogenrechen, 2 kleine Klappen aufzusetzen. Durch den Spalt zwischen den beiden Klappen, wird eine bessere Lockstr\u00f6mung f\u00fcr den Fischabstieg erzeugt.
\nInteressant ist auch die Erkenntnis, dass das Krafthaus, trotz des hohen Eigengewichtes \u00d6ffnungstendenz aufweist, sodass auch ohne Energiezufuhr das Kraftwerk, wie ein beweglicher, selbstt\u00e4tiger Wehrverschluss, zur Hochwasserentlastung herangezogen werden kann.
\nBei Vergleich der Messergebnisse mit einer ca. 2 km unterhalb liegenden modernen konventionell errichteten Wasserkraftanlage wird erkennbar, dass aufgrund des Verzichtes einer \u00fcblichen \u00dcbersetzung sich bei Betrieb unterhalb der Ausbauwassermenge ein um knapp ca. 5 % h\u00f6herer Gesamtwirkungsgrad ergibt.
\nBei \u00dcberwasserdargebot und sich einstellendem R\u00fcckstau konnte nachgewiesen werden, dass bei Umstr\u00f6mung des Kraftwerkgeh\u00e4uses, mit bis zur 3-fachen Ausbauwassermenge, durch die entstehenden Ejektoreffekte am Saugrohrende die Leistung bis zu 23 % gesteigert werden konnte.
\nNach Modifikation der Rechenreinigermechanik erwies sich diese als robust und sehr leistungsf\u00e4hig, wobei nur ein Bruchteil des Energiebedarfs und insbesondere der Aufwendungen zur Beseitigung des Rechengutanfalls gegen\u00fcber der Unterliegeranlage erforderlich waren. Auch hat sich gezeigt, dass der Energieeigenbedarf und die \u00fcbrigen Betriebskosten ebenfalls niedriger ausfielen.
\nEs konnte die Passage von Fischen \u00fcber dem Kraftwerk durch die Lockstr\u00f6mung mehrmals beobachtet werden. Der Nachweis der Fischpassage unterhalb des Kraftwerks konnte mit den \u00fcblichen Reusen im Unterwasser wegen des hohen Schwemmgutanteils w\u00e4hrend der Zeitr\u00e4ume von Fischwanderungen nicht durchgef\u00fchrt werden.
\nDie ergriffenen Ma\u00dfnahmen zur Vermeidung von Schwingungen des Gesamtsystems bei der Umstr\u00f6mung haben sich als effektiv erwiesen, denn es konnte in keinem Betriebszustand das System zum Schwingen angeregt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es fanden bislang folgende Pr\u00e4sentationen zum beweglichen, \u00fcber- und unterstr\u00f6mbaren Wasserkraftwerk statt
\n\tMesse Ecotec 2007 in Essen,
\n\tWoche der Umwelt 2007 in Berlin,
\n\t30. Fortbildungsveranstaltung des BWK-Landesverbandes Baden W\u00fcrttemberg in Karlsruhe 2007
\n\tIdeenb\u00f6rse zum Klimaschutz des Fachgremiums Energie & Umwelt des Energieteams Baden-W\u00fcrttemberg in Stuttgart
\n\t11. Internationales Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke des Otti e. V. in Luzern (CH) 2008
\n\t13. Internationales Anwenderforums Kleinwasserkraftwerke des Otti e. V. in Kempten 2010<\/p>\n
Die gewonnene positiven Ergebnisse dieses Projektes haben mit dazu beigetragen, dass die Fa. Hydro-Energie Roth neben dem NEO2010, dem Innovationspreis der Technologie Region Karlsruhe, auch den Umwelttechnikpreis 2011 des Landes Baden-W\u00fcrttemberg f\u00fcr die Kategorie Energieeffizienz verliehen (siehe www.umwelttechnikpreis.de) bekam.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen dieses F\u00f6rdervorhabens konnte das Prinzip der schwenkbaren, \u00fcber- und unterstr\u00f6mbaren Wasserkraftanlage erstmalig erfolgreich an einer kleinen Versuchsanlage umgesetzt werden. Hierbei konnte neben der \u00f6kologischen Aufwertung des Standortes Bad Sulza durch die Wiederherstellung der Durchg\u00e4ngigkeit der Ilm f\u00fcr Fische auch die Hochwasserentlastung erheblich verbessert werden. Die im vorhergehenden DBU-Forschungsvorhaben prognostizierten leistungssteigernden Ejektoreffekte konnten in der Praxis mit Hilfe der Versuchsanlage nachgewiesen werden.
\nBei den sp\u00e4ter errichteten, gr\u00f6\u00dferen Demonstrationsanlagen konnte der Nachweis der Fischpassage unter den Kraftwerken durch den erstmaligen Einsatz von Ultraschallauswertungen nachgewiesen werden. Auch ergaben sich bei diesen Anlagen, mit insgesamt h\u00f6heren Gef\u00e4llen, bei Umstr\u00f6mung im Hochwasserfall Leistungssteigerungen von bis zu 35 % gegen\u00fcber einem Betrieb ohne Umstr\u00f6mung wie bei einer herk\u00f6mmlichen Wasserkraftanlage.
\nEbenso hat sich gezeigt, dass aufgrund der einfachen Bauwerke die Bauzeit vor Ort gegen\u00fcber konventionell ausgef\u00fchrten Wasserkraftanlagen um mehr als 30 % reduziert werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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