Aktionsprogramm Erneuerbare Energien NRW Konzept für die Ermittlung des erschließbaren Restpotenzials für Wasserkraft in Südwestfalen

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1 Aktionsprogramm Erneuerbare Energien NRW Konzept für die Ermittlung des erschließbaren Restpotenzials für Wasserkraft in Südwestfalen 1 Eurosolar-Konferenz am in Bonn Prof. Dr.-Ing. André Niemann, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft Universität Duisburg-Essen im Auftrag der Bezirksregierung Arnsberg

2 2 Wo liegt eigentlich Südwestfalen? (Regierungsbezirk Arnsberg) Die Region Südwestfalen ist nicht genau abgegrenzt. Sie umfasst den größten Teil des Regierungsbezirks Arnsberg (ohne Ruhrgebiet) Je nach Hintergrund werden verschiedene Regionen dazu gezählt Regierungsbezirk Arnsberg Sauerland Siegerland Wittgensteiner Land etc.

3 3 Auftraggeber: Bezirksregierung Arnsberg (NRW) Bearbeitung: Universität Duisburg-Essen (Wasserbau und Wasserwirtschaft) Hr. Prof. Dr. Niemann, Fr. Berger Büro für Umweltplanung, Gewässermanagement und Fischerei (PL) Hr. Dr. Hoffmann, Hr. Lackemann Planungsbüro Koenzen Hr. Dr. Koenzen, Hr. Henter, Hr. Döbbelt-Grüne, Hr. Rittner Dahlem Beratende Ingenieure (Wasserbau und Wasserkraft) Hr. Voßbeck, Hr. Lohrsträter, Hr. Ackermann

4 4 Ziele des Vorhabens und Vorgehen Verwendete Datengrundlagen Restpotenzialermittlung der Wasserkraftpotentiale Diskussion und Ausblick

5 5 Ziele Ziele des Vorhabens Ermittlung des Erschließbaren Restpotentials der Wasserkraft nach Anwendung eines abgestimmten Kriteriensystems Transparentes Herausarbeiten maßgeblicher Kriterien für die Bewertung und entstehende Zielkonflikte Herausstellung technischer Neuerungen Schritte zu einer nachhaltigen Wasserkraftnutzung

6 6 Ziele Ziele und Ergebnis Arbeitsablauf, Teil 1 Datenbestandsaktualisierung Vorhandene Technik, Innovationen und Repowering Ökologie und WRRL Naturschutz Denkmalschutz Rechtliche Aspekte (Wirtschaftlich-keit) und weitere

7 7 Ziele Ziele und Ergebnis Arbeitsablauf, Teil 2 Zielkonflikte herausarbeiten Kriteriensystem, transparente Varianten definieren Standorte individuell beurteilen Restpotenziale differenziert herausarbeiten

8 8 Ziele Ziele und Ergebnis Arbeitsablauf, Teil 3 Strategien neue Techniken Verbund erneuerbarer Energien Förderungen

9 9 Ziele des Vorhabens und Vorgehen Verwendete Datengrundlagen Restpotenzialermittlung der Wasserkraftpotentiale Diskussion und Ausblick

10 10 Datenbestandsaktualisierung vorhandene Standorte (und potenzielle Standorte) Grundlagen der Auswertung in einem GIS inkl. Attributen Querbauwerk-Informationssystem (QUIS) STAUanlagendatenbank LANUV/ELWAS-Datengrundlage Analoge Datengrundlagen der BR Arnsberg (z.b. Erlaubnisbescheide, Daten der Kreise) Daten Dritter (Wasserverbände, Betreiber) Ortsbesichtigungen Ergebnis: aktualisierter Datensatz der Querbauwerke und Wasserkraftanlagen (GIS-Datenbank, Übersichtspläne / Tabellen und Grafiken)

11 11 Datenbestandsaktualisierung vorhandene Standorte (und potenzielle Standorte) Hydrologische Randbedingungen MQ, MNQ bzw. Ganglinien Ausbaugrad, Wirkungsgrad Mindestabfluss Durchschnittliche Vollaststunden (nutzbare) Fallhöhe/ Absturzhöhe WRRL-Anforderungen, Schutzgebiete und andere ökologische sowie rechtliche Randbedingungen Fischschutz / Durchgängigkeit Denkmalschutz mögl. Anbindung an das Stromnetz bei neuen Anlagen Möglichkeiten zur Erhöhung des Stauziels vorh. Anlagen und im Bereich vorh. Querbauwerke technische und wirtschaftliche Stammdaten der vorhandenen Anlagen = Grundlagen für die Bewertung im Kriteriensystem

12 12 Weitere Grundlagen für die Bearbeitung Aufbauend unter anderem auf folgenden Studien: Studie zur Nutzung regenerativer Energieressourcen unter Berücksichtigung gewässerökologischer Ansprüche gemäß EU- WRRL und eines nachhaltigen Gewässer- und Fischschutzes (Bugefi im Auftrag des MKULNV, 2012, noch nicht veröffentlicht) Machbarkeitsstudie: Potentiale Erneuerbarer Energien im Regierungsbezirk Arnsberg (Siemens Industry Solutions im Auftrag der BezReg Arnsberg, 2011) Zur Lage der Regenerativen Energiewirtschaft in Nordrhein- Westfalen 2011, Teil 1+2 (Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien, im Auftrag MKULNV, 2012)

13 Ausgangssituation Studie Potenziale Erneuerbarer Energien im Regierungsbezirk Arnsberg [2011, Siemens Industry Solutions im Auftrag der BezReg Arnsberg] 13 Status quo: - 86% des Stromertrags aus Wasserkraft in NRW werden im Regierungsbezirk Arnsberg erzeugt (bzw. 59% der in NRW inst. Leistung liegen im Regierungsbezirk Arnsberg ) - Wasserkraft hat einen Anteil von 12% der inst. Leistung der EE - nach MUNLV 2006 Ausbau der WK (install. Leistung) - 87% des möglichen Potenzials der WK im Regierungsbezirk Arnsberg werden heute ausgenutzt - die verbleibende Leistungssteigerung bezogen auf den heutigen Ausbau beträgt rd. 15%

14 14 Datenbestandsaktualisierung Blick in den Datenbestand

15 15 Datenbestandsaktualisierung - Umsetzungsfahrpläne AR_1 AR_2 AR_3 AR_4 AR_5 AR_6 AR_7 AR_8 AR_9 AR_10 AR_11 AR_12 AR_DUE_13 AR_MS_14 Lippe Lünen - Lippborg Mittlere Ruhr HSK, Eder, Diemel, Obere Ruhr Bigge Obere Lenne Kreis Siegen-Wittgenstein, Eder, Lahn, Obere Sieg Lebendige Bördebäche Möhne Seseke Untere Lenne Volme LIP Ost Untere Ruhr Quabbe / Liesegebiet Quelle: MKULNV 2012 (Kooperationen zur Erstellung der Umsetzungsfahrpläne) Geobasisdaten AR_MS_DUE_15 Emscher

16 16 Datenbestandsaktualisierung - Umsetzungsfahrpläne Umsetzungsfahrplan der Kooperation AR_2 Mittlere Ruhr RUH 1500

17 17 Rechtliche Grundlagen und Fachvorgaben WHG, LWG, WRRL, EEG, u.a. DWA Merkblatt M Fischaufstiegsanlagen und fischpassierbare Bauwerke - Gestaltung, Bemessung, Qualitätssicherung Erlasse des NRW-Umweltministeriums (MKULNV): Durchgängigkeit der Gewässer, Umgang mit Wasserkraftanlagen Zielartenkulisse für Lachs und Aal, Sohlgleiten und Fischaufstiegsanlagen, Durchgängigkeit der Gewässer, Bau von Fischaufstiegsanlagen, EEG Förderung von Maßnahmen zur Erreichung des guten ökologischen Zustands LEITFADEN FÜR DIE VERGÜTUNG VON STROM AUS WASSERKRAFT nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz für die Neuerrichtung und Modernisierung von Wasserkraftanlagen (BMU)

18 18 Ergebnisse und Produkte Transparentes Kriteriensystem für die Bewertung, Aufzeigen der Zielkonflikte Standortbezogene technisch ökologisch ökonomische Potentialermittlung unter variablen Randbedingungen Überblick zu technischen Neuentwicklungen und dem möglichen Beitrag im Verbund der erneuerbaren Energien Schritte zu einer nachhaltigen gewässerverträglichen Wasserkraftnutzung Erläuterungsbericht, Dokumentation GIS-Datenbank, Datenblätter, Übersichtspläne, Tabellen/Grafiken Erläuterungsbericht Erläuterungsbericht, optional Broschüre

19 19 Ziele des Vorhabens und Vorgehen Verwendete Datengrundlagen Restpotenzialermittlung der Wasserkraftpotentiale Diskussion und Ausblick

20 Bearbeitung in mehreren Filterstufen mit zunehmender Vertiefung Aktionsprogramm Erneuerbare Energien 20 vorhandenes technisches, theoretisches Potenzial P [kw] + Jahresarbeit [kwh/a] an den zu untersuchenden Standorten (QBW, WKA, sonstige) A) Grenzkriterien Filter 1 dh min =0,8m und P min =10kW vorhandenes technisches Potenzial P [kw] + Jahresarbeit [kwh/a] an den zu untersuchenden Standorten (QBW, WKA, sonstige) A B) Abschneidekriterien C) Umsetzungsfahrplan D) ökol. Kriterien E) Denkm., Sonderint. F) Wirtschaftlichkeit B C D E F Ausnahmen, spezifische Anpassung von Parametern Ziel: Technisch ökonomisch- ökologisches Potenzial Szenarien mit verschiedenen Parametern

21 Wahl von Grenzkriterien (Filter 1, Ausnahmen) Welche Grenzkriterien werden im Filter 1 angewendet? Eine beispielhafte Betrachtung Spalten mit nach Bereinigung rd Datensätzen nach Filter 1: 694 Datensätze 1. Mindestfallhöhe = 0,8 m als technische Mindestgröße, kleinere Fallhöhen sind nur in seltenen Ausnahmefällen nutzbar 2. Mindestausbauleistung = 10 kw im Hinblick auf eine gewisse Mindestwirtschaftlichkeit unter üblichen Randbedingungen und unter ökologischen Gesichtspunkten im Hinblick des Verhältnisses von Nutzen (EE) zu Schaden für das Gewässer und Aufwand zur Herstellung und Betrieb der WKA 3. Wenn Kriterium 1 oder 2 unterschritten ist, wird gefiltert 4. Keine Ausfilterung von vorhandenen, in Betrieb befindlichen WKA (z.t. vorh. WKA mit 2 bis 10 kw) 5. Berücksichtigung von Ausnahmen möglich (derzeit 28 Stück mit Betriebsstatus realisierbar nach Quelle )

22 22 Mindestfallhöhe: Vorhandene Technik, Innovationen und Repowering

23 23 Mindestfallhöhe: Vorhandene Technik, Innovationen und Repowering 40 %

24 Sachstandsdarstellung - Anwendung der Grenzkriterien (Filter 1) von WKA- und QBW- Standorten sind 235 vorhandene, in Betrieb befindliche WKA (111 MW / 297 GWh) und 28 QBW nach vorliegender Quellenangabe als WKA mögliche Standorte (1 MW / 3 GWh) angegeben insgesamt fallen 25 WKA-Standorte unter die Rubrik Talsperre bzw. Staustufe gemäß Stauanlagenverzeichnis NRW (54 MW / 124 GWh oben enthalten 49%/42%) 179 ehemalige WKA-Standorte sind stillgelegt oder außer Betrieb, nach Anwendung des Filters verbleiben davon 127 als potenzielle Standorte (9 MW / 27 GWh) QBW fallen unter den Status ohne WKA, nach Anwendung des Filters verbleiben davon 304 als potenzielle Standorte (23 MW / 27 GWh) Insgesamt werden 80% der Datensätze ausgefiltert, dies macht rd. 7% des gesamten technischen (theoretischen) Potenzials aus Spalten mit nach Bereinigung rd Datensätzen nach Filter 1: 694 Datensätze

25 820 Elemente zusätzlich durch 10 kw-grenze ausgefiltert 331 Elemente zusätzlich durch 10-> 50 kw-grenze ausgefiltert Elemente allein durch Mindestfallhöhe ausgefiltert Aktionsprogramm Erneuerbare Energien Anzahl der WKA bzw. QBW mit potenzieller WKA 1. Mindestfallhöhe = 0,8 m (fix) 2. Mindestausbauleistung 0 bis 100 KW (x-achse) potenzielle WKA-Standorte zur weiteren Bewertung 28 Standorte mit mögl. WKA nach Quellenausw. 235 vorh. WKA in Betrieb

26 26 Ziele des Vorhabens und Vorgehen Verwendete Datengrundlagen Restpotenzialermittlung der Wasserkraftpotentiale Diskussion und Ausblick

27 27 Ein Beispiel für eine gewässerverträgliche Wasserkraft Umbau Wehr Schwarzenstein (Lenne): vor Umbau (2010): Keine Fischdurchgängigkeit P [kw] = QA * H * 7,5 [g * r * h /1.000] nach Umbau: Fischdurchgängigkeit hergestellt (Vertical-Slot-Pass) Restwasserturbine (Wasserkraftschnecke) zur Einhaltung der Mindestwasserführung in der Ausleitungsstrecke Fallhöhe Ausbaudurchfluss Leistung WKA Schwarzenstein 3,0 m 23 m³/s 0,5 MW Fischaufstieg Seit 2012 vorhanden

28 28 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit