Auswirkungen des Klimawandels auf grosse Speicherkraftwerke

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1 Auswirkungen des Klimawandels auf grosse Speicherkraftwerke Einfluss auf Betrieb und Einsatz von KWO und KWM Christian Dupraz BKW FMB Energie AG Visp, den 8. September 211 Speicherkraftwerke können komplex sein 45 km 2 Einzugsgebiet 18 % Vergletscherung 1674 m Höhendifferenz 18 Wasserfassungen 8 Seen 13 km Stollenlänge 5 Zwischenbecken 9 Kraftwerkszentralen 26 Turbinen 7 Pumpen

2 Vorgehen Zuflüsse aus hydrologischem Modell PREVAH 1. Referenzperiode 2. Klimawandelszenarien Kraftwerksmodell Marktpreise Maschineneinsatz, Seebewirtschaftung, Ertrag Das Kraftwerk Mattmark (KWM) Saaser Tal und Kraftwerk mit leidvollen Erfahrungen von Naturgewalten: zahlreiche Überflutungen Gletschersturz 1965 Zerstörung Fassung Zweistufiges Kraftwerk mit 26 MW installierter Leistung 63 GWh Jahresproduktion 54 % Sommeranteil Inbetriebnahme 1965 m.ü.m Mattmark Mio. m Mattmarksee mit 1 Mio. m 3 Inhalt 88.2 km 2 EZG gravitativ (45% Gletscher) 74.2 km 2 EZG gepumpt T Zermeiggern T 2x37MW = 74MW P 2x23MW = 46MW Stalden T P 2x92MW = 185 MW

3 Entwicklung Produktion und Umsatz (gestrichelt) Nettojahresproduktion in GWh Effekte des Delta-Change-Ansatzes Messdaten aus Referenzperiode werden mit Klimaänderungssignal ( (heute-morgen)) modifiziert. Einzeljahre mit Vorsicht zu geniessen, betrachte Perioden Entwicklung der Produktion Produktion entwickelt sich analog zu den Zuflüssen bereits heute starke interanuelle Variabilität ( GWh) Trends sind erkennbar zwischen Klimamodellen deutliche Unterschiede positives Szenario: HadCM3-CLM mittleres Szenario: HadCM3-RCA negatives Szenario: ECHAM- HIRHAM 12% HadCM3-RCA ECHAM-HIRHAM HADCM3-CLM Reference % 1% 9% 8% 7% 6% HADCM3-RCA ECHAM-HIRHAM HADCM3-CLM Referenz alle Modelle zeigen Abnahme in zweiter Periode Umsatz nimmt nicht so stark ab, wie Produktion Veränderung erfolgt langsam (Zeit zur Anpassung)

4 Füllgrad Mattmark Nettoproduktion in GWh Entwicklung der Monatsproduktion bei KWM pos pos mid mid neg neg Monat mittelfristig leichte Änderung der Jahresverteilung langfristig deutliche Änderung im Sommer (Aufsparen durch Einlagerung) im pessimistischen Szenario bereits mittelfristig starke Abnahme im Sommer teils negative Werte im Sommer Erklärung für weniger starke Umsatzabnahme: Zunahme Laufwasser im Winter Entwicklung der Reservoirnutzung ff 221ff 27ff Keine wesentliche Änderung des Umlagerungszykluses (preis- und zuflussgetrieben) Reservoir wird weiterhin voll gefüllt (wird nicht bei allen Anlagen so sein) Revisionsplanungen an wasserführenden Anlagenteilen finden früher statt 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % pos pos mid mid neg neg

5 Entwicklung Zuflüsse Pumpenverbrauch in MWh Pumpeneinsatz und Zuflüsse pos pos mid mid neg neg Zuflüsse der Einzugsgebiete entwickeln sich unterschiedlich. Mattmark mit stärkerem Rückgang (Referenzperiode mit Zuschusswasser aus Gletschern). Monat 13% 12% 11% 1% 9% 8% 7% 6% Zer-mid Zer-pos Matt-neg In jedem Zukunftsszenario wird stärker gepumpt, stärker als 221-5, im negativen Szenario stärker als im positiven Szenario. Pumpeinsatz auch in zuflussschwächeren Perioden erhöht. Zer-neg Matt-mid Matt-pos Referenz Einschränkung I: Einfluss auf Strompreis Warmer Winter Winterzuflüsse Umsatz? Warmer Winter Stromverbrauch Strompreis Bei Modellierung nicht berücksichtigt, gleichbleibender Preisvektor Kurz/mittelfristiger Einfluss Klimawandel: höhere Temperaturen im Winter Rückgang Heizbedarf im Sommer Anstieg Kühlungsbedarf Abnahme sommerliche Zuflüsse (Niederschlag Verdunstung Rückgang hydraulische Produktion Kühlwasserproblematik Langfristiger Einfluss: Umstellung des Kraftwerksparks Rückgang Grundlastkraftwerke Zunahme Erneuerbare Geänderte Verbrauchsmuster Elektromobilität Wärmepumpen

6 Fluss in m 3 /s Reservoirfüllstand in % Einschränkung II: perfect foresight Zufluss Mat Turbine Zer Pumpe Zufluss Zer Turbine Stalden Reservoir Modell sind zukünftige Zuflüsse bekannt Überschätzung des Umsatzes, Minimierung Überfall Beispiel unrealistisch hoch, Wasser würde nicht gefasst werden (Schutz der Wasserfassungen) Für den Betrieb wichtig: Extremereignisse Gefährdung und Schadenspotential Zusetzen Fassungen Verlandung Seen Abnutzung Turbinen KWO komplexer und heterogener -9.5% -15.7% -19.6% -4.9% Beispiel: Worst Case 25 Produktionsentwicklung der einzelnen Zentralen -.4% -9.8% -8% P 4.4% Rückgang v.a. im Gadmertal Verschiebung in die Seen Hochalpine EZG (noch) weniger betroffen -1.2%/P.8% -5.1% 2.4%/P -.4%

7 Durchschnittspreis Innertkirchen I gegenüber 29 kumul. Zufluss Oberaar [Mio. m 3 ] KWO - Klimawandel und Ausbauprojekte I 12% Umsatzentwicklung KWO 1% 98% 96% 94% 92% 9% 88% 86% 84% 82% 8% Arpege_Aladin (m. KWOplus) ECHAM_RACMO (m. KWOplus) HadCM3Q_RCA (m. KWOplus) Mittelwert (m. KWOplus) Arpege_Aladin (o. KWOplus) ECHAM_RACMO (o. KWOplus) HadCM3Q_RCA (o. KWOplus) Mittelwert (o. KWOplus) Umsatzrückgang mit KWOplus niedriger Bedeutung der Speicher! grosser Speicher weniger Laufproduktion, mehr teure Stunden können gerettet werden KWO - Klimawandel und Ausbauprojekte II Pessimistisches Szenario: Wasser des natürlichen EZG reicht nicht um See zu füllen (Oberaar) Tag im Kalenderjahr Effekt der Konzentration sichtbar am Kraftwerk Innertkirchen I. Durchschnittspreis erhöht sich. 112.% 11.% 18.% 16.% 14.% 12.% Ausgaben für Einlagerung durch Pumpen steigen. 19% 17% 15% 13% 11% 99% 97% 95% Aufwand für Pumpen KWO % 13.6% 13.7% 11.5% % ohne KWO plus mit KWO plus

8 Jahresschnitt natürliche Zuflüsse Wir zehren vom Angesparten Aktuell liegt das langjährige Mittel meist unter dem 1jährlichen Mittel. 12% 115% 11% 15% 1% 95% 9% 85% 8%? Wann? Wie stark? Was ist Mittel? Im Hitzejahr 23 Wasseräquivalentverlust von 2.5 m bei den Gletschern der Alpen. Weitere Aspekte Gletscher: Für die Dimensionierung und Bewertung von Neuprojekten ist die Änderung der natürlichen Zuflüsse sehr relevant, im Gegensatz zu niederschlagsbedingten Zuflüssen könnten sich glaziale Zuflüsse unstetiger entwickeln. Rückgang Gefährdung (?) Neue Fassungen Betriebliche Auswirkungen - Sedimente bei glazialen Einzugsgebieten Probleme durch Schwebstoffe und Sedimente Erosion von Maschinenbauteilen Häufige Stillstände für Kontrollen kürzere Lebenszeit von Laufrädern Sedimente setzen Fassungen zu: Spülungen notwendig (Wasserverlust) Interventionen (Betriebsaufwand/Ausfallzeit) Sedimente verringern Seevolumen: weniger nutzbares Speichervolumen teure Massnahmen um Wasserwege frei zu halten Wie wirkt sich der Klimawandel aus? + mehr Sedimente verfügbar? +/- Extremereignisse? - Gletscherrückzug, Retention Seen

9 Fazit und Ausblick Produktion und Einsatz Veränderung der Zuflüsse schlägt ziemlich direkt auf Produktion durch langfristig Abnahme der Produktion gegenüber heute Es ist zu erwarten, dass der Übergang stetig ist Durch Speicher können Einbussen abgemildert werden Vermehrter Pumpeneinsatz bei geringeren Zuflüssen Rückgang der Sommerproduktion Betrieb Anstauphase erfolgt früher, geänderte Revisionszeiträume Aufgrund der Variabilität bereits Erfahrung mit zukünftigem Verlauf Offene Fragen bleiben bei: Erdbewegungen und Sedimentation Aussagen zu Extremereignissen (Frequenz, Ausprägung) Modellierung von Gletschern, bzw. Schätzung Gletschervolumen In welchem Emissionsszenario bewegen wir uns eigentlich? Problematik: Glaubwürdigkeit wächst mit stetiger Kommunikation, 25: Rückgang der Produktion (25) um 7 % 211: Abflüsse bleiben +/- unverändert 215:?