Innovationsbericht 2001 Innovation Report 2001

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1 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Innovationsbericht 2001 Innovation Report 2001 FE&D Forschung, Entwicklung und Demonstration RD&D Research, Development and Demonstration

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3 Vorwort Foreword "Energie intelligent nutzen" ist das Motto, mit dem die EnBW ihren Kunden attraktive Angebote für Energiedienstleistungen unterbreitet. Um Energie intelligent zu nutzen, sind gerade technische Innovationen von herausragender Bedeutung. Innovationen und neue Ideen für zukünftige Produkte gezielt in allen Bereichen der EnBW zu fördern und zu entwickeln, ist die Aufgabe des Bereichs "Forschung, Entwicklung und Demonstration" der EnBW, die sich auch mit dem Motto "Ideen intelligent nutzen" umschreiben lässt. Mit finanzieller Unterstützung aus dem Forschungsbudget soll es insbesondere unseren Mitarbeitern ermöglicht werden, ihre kreativen Anregungen und Ideen gewinnbringend für die EnBW weiterzuentwickeln und umzusetzen. So werden die Forschungsgelder vor allem in den Konzerngesellschaften in der EnBW selbst zur Stärkung der Innovationstätigkeit und zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit eingesetzt. Mit unseren Forschungs-, Entwicklungsund Demonstrationsprojekten möchten wir einen Beitrag nicht nur zur Zukunftssicherung der EnBW, sondern auch für eine nachhaltige und ökonomisch wie ökologisch sinnvolle Energieversorgung unserer Kunden leisten. Vorwort Denn im Mittelpunkt unseres Engagements stehen konsequente Kundenorientierung und hohe Servicequalität. Mit maßgeschneiderten Produkten und Dienstleistungen hat sich unser Unternehmen einen Namen gemacht. Es ist das erklärte Ziel der EnBW, ihre Kunden auch in Zukunft zufrieden zu stellen und bestmöglich zu versorgen. Dazu gehört es, technologische Entwicklungen frühzeitig zu erkennen und kraftvoll voranzutreiben. Dass sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dieser Herausforderung aktiv stellen, macht auch der vorliegende Bericht deutlich, der die unterschiedlichsten Technologieprojekte aus dem gesamten Tätigkeitsfeld der EnBW beschreibt. Ich wünsche Ihnen auch im Namen des EnBW Vorstands eine interessante Lektüre. Pierre Lederer Mitglied des Vorstands der EnBW Energie Baden-Württemberg AG Karlsruhe, im März 2002 "Using energy intelligently" that is the motto of EnBW s attractive offering of energy-related services for its customers. When it comes to using energy intelligently, technical innovations are of the utmost importance. The task of the Research, Development and Demonstration department whose motto might be "using ideas intelligently is to encourage and develop targeted innovations and new ideas for future products in all areas of activity at EnBW. Our main objective in deploying the financial resources of the research budget is to enable our employees to develop and realize their creative impulses and ideas profitably on behalf of EnBW. Accordingly, research funds are invested mainly in EnBW Group companies to strengthen innovative activities and enhance productivity. The aim of our research, development and demonstration projects is not only to help secure EnBW s future, but also to supply our customers with energy on a sustainable, ecologically and economically sound basis. At the very core of our commitment is a systematic customer-centred approach and high service quality. Our company has built its reputation with customized products and services. EnBW s declared goal is to continue to satisfy its customers requirements by providing the highest level of service. To achieve this end, it is vital that we recognize emerging technological developments early on and devote all our energy to pushing them forward. The present report, which gives an insight into the rich diversity of technology projects from the entire range of EnBW s activities, shows how our employees are rising to the challenge. On behalf of EnBW s Supervisory Board, I hope you find it stimulating reading. 3

4 Inhalt Vorwort Einführung 6 Brennstoffzellen Brennstoffzellen-Strategie der EnBW 8 Neues Gesamtenergieversorgungskonzept für Gebäude 9 Brennstoffzellen-Heizgeräte für die Hausenergieversorgung 10 Anwendung der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung 12 EDISon Dezentrale Energieversorgung mit Brennstoffzellen 14 Brennstoffzellen-Demonstrationskraftwerk in Marbach/Neckar 15 Regenerative Energie Zentral und dezentral versorgte Passivhäuser im Vergleich 16 Nutzungspotenziale für untiefe Geothermie 18 Standardisierung einer zukunftsträchtigen Bauweise für technische Verbindungsgewässer 20 Photovoltaikanlagen im Langzeittest 22 CIS-Dünnschichtzellen 23 Photovoltaikanlagen auf Deponieoberflächen 24 Kraftwerke Lebensdaueranalyse von Hochdruckrohrleitungen 25 Werkstoffe für Hochtemperatur-Wärmetauscher 26 Optimierung des Betriebsverhaltens von Großkraftwerksfeuerungen 28 Kernenergie SWR Siedewasserreaktor mit passiven Sicherheitsmerkmalen 30 Der Europäische Druckwasserreaktor (EPR) 32 Neue Wege zur Entsorgung abgebrannter Brennstäbe 33 Gefügecharakterisierung von Brennelement-Hüllrohren mit dem Rasterkraftmikroskop 34 Netze Wirtschaftliche Gestaltung von Freileitungstrassen unter ökologischen Aspekten 36 Asset-Management im Netz 38 Neue Wege in der Leistungsschalter-Diagnose 40 Modellierung von Terminpreisen und Ausübungsstrategien bei Swingoptionen 42 Elektronischer Austausch von Zählerdaten 44 Stromanwendungen Pufferspeicher mit Supercaps für individuell angepasste Spannungsqualität 45 Elektrokinetische Bodensanierung 46 Elektrische Reinigung lösemittelhaltiger Abluft 48 Umwelttechnik Hochwertiges PVC aus Recycling-Material 49 Aufbereitung und Verwertung von C-plus 50 Pentan-Rückgewinnung aus Altkühlgeräten 52 Thermoselect jetzt im Dauerbetrieb 54 Informationstechnologie EnPowerline-Inhouse-Lösungen 56 Telefonie, Internet und Multimedia 57 Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg 58 innotech: Innovationen mit Risikokapital ermöglichen 59 Literaturhinweise 60 4

5 Table of Contents Foreword Introduction 6 Fuel Cells EnBW s fuel-cell strategy 8 New total energy supply concept for buildings 9 Fuel-cell cogen units for supplying heat and power to buildings 10 The use of molten carbonate fuel cells for decentralized cogeneration 12 EDISon decentralized energy supply with fuel cells 14 Fuel-cell demonstration power plant in Marbach-on-Neckar 15 Renewable Energy Comparison of centralized and decentralized heating in passive solar buildings 16 Potential recovery of shallow geothermal energy 18 Standardization of a promising design for technical fishways 20 Long-term testing of photovoltaic systems 22 CIS thin-layer photovoltaic cells 23 Photovoltaic generation systems on landfills 24 Power Plants Operating-life analysis of high-pressure pipes 25 Materials for high-temperature heat exchangers 26 Optimizing operating characteristics of burners in large power plants 28 Nuclear Energy BWR 1000 Boiling-water reactor with passive safety features 30 The EPR European pressurized-water reactor 32 New ways to recycle spent nuclear fuel rods 33 Microstructure characterisazion of fuel cladding by use of atomic force microscopy 34 Power Networks Economic design of areas under overhead lines based on environmental criteria 36 Asset management in power grids 38 New ways in circuit-breaker diagnostics 40 Modeling futures prices and strategies for exercising swing options 42 Electronic exchange of meter data 44 Power Applications Buffer storage with supercaps for individually adjusted voltage quality 45 Electroremediation an innovative remediation method in low-permeable soils 46 Electropurification of solvent-polluted exhaust air 48 Environmental Technology High-quality PVC from recycled materials 49 Processing and recovery of C-plus waste component 50 Pentane recovery from recycled refrigerators 52 Thermoselect now in continuous operation 54 Information Technology EnPowerline inhouse solutions 56 Telephony, Internet and multimedia via cable TV networks 57 Baden-Württemberg Energy Research Foundation 58 innotech: Enabling innovation through venture capital 59 References 60 5

6 Introduction Einführung Innovative, application-oriented themes relevant to our core businesses are the focal point of EnBW s research, development and demonstration projects. These are usually carried out by the operational companies of the EnBW Group, with financial backing from the Research, Development and Demonstration department of EnBW Holding. The fact of not having an operational research organization with its own laboratories ensures a lean structure, whose main strength is that it offers a platform for effective cooperation between specialists and experts from within the Group and for external collaboration, on an ad hoc basis, with scientists and specialists from a wide range of institutions, universities, research facilities and companies. The RD&D department encourages and supports Group companies in their efforts to develop and realize innovative ideas in EnBW s core business areas, and forms a nucleus for know-how transfer and Group-wide knowledge management. It is also open to our partners in the municipal utilities to participate in EnBW research projects or receive funding from the internal EnBW research budget. Neckarwerke Stuttgart, for example, initiated studies at the Altbach power station aimed at optimizing the operating characteristics of burners in large power plants; the findings will be available to EnBW power stations. The cooperation with municipal utilities also means our own innovative products can be offered to a larger circle of customers and brings us into contact with new product ideas. Whereas in previous years, the RD&D department concentrated more on initiating projects and seeing them through the development stage, in 2001 we passed the first milestones in project implementation. In December 2001, EnBW Innovative, anwendungsnahe Themen für die Kerngeschäftsfelder stehen im Brennpunkt der Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsprojekte der EnBW. Diese werden üblicherweise von den operativen Tochtergesellschaften im EnBW-Konzern mit finanzieller Förderung durch den Bereich "Forschung, Entwicklung und Demonstration" der EnBW Holding durchgeführt. Der Verzicht auf eine operative Forschungsorganisation mit eigenen Forschungslabors gewährleistet eine schlanke Struktur, deren Stärke in der effektiven Zusammenarbeit der eigenen Fachleute mit externen Wissenschaftlern und Spezialisten der verschiedenen Universitäten, Forschungseinrichtungen und sonstigen Institutionen liegt. Der Bereich "Forschung, Entwicklung und Demonstration" fördert und unterstützt die Tochterfirmen im Konzern in ihrem Bestreben, innovative Ideen in den Kerngeschäftsfeldern der EnBW umzusetzen, und bildet eine Keimzelle für Know-how-Transfer und ein konzernweites Wissensmanagement. Auch unsere Partnerstadtwerke haben die Möglichkeit, sich an Forschungsprojekten der EnBW zu beteiligen oder Fördermittel aus dem internen EnBW Forschungsbudget zu erhalten. Die Neckarwerke Stuttgart haben so beispielsweise im Kraftwerk Altbach mit Untersuchungen zur Optimierung von Großkraftwerksfeuerungen begonnen, die später auch auf EnBW Kraftwerke übertragen werden können. Die Kooperation mit unseren Partnern bietet uns darüber hinaus die Möglichkeit, eigene innovative Produkte einem größeren Kundenkreis anzubieten und neue Produktideen aufzunehmen. Während im Bereich "Forschung, Entwicklung und Demonstration" in den Vorjahren eher die Projektanbahnung und -entwicklung im Vordergrund standen, konnten im Jahr 2001 erste Meilensteine bei der Realisierung erreicht werden. So hat die EnBW gerade auf dem sehr in der Öffentlichkeit stehenden Gebiet des Brennstoffzelleneinsatzes 6 Einführung

7 Introduction erste Erfolge erzielt. Mit der Installation des ersten Sulzer-Hexis-Brennstoffzellen- Heizgeräts für die Hausenergieversorgung von Privatkunden an unserem Gasstützpunkt in Mingolsheim im Dezember 2001 haben wir die Phase der Projektierung hinter uns gelassen und können das Projekt nun mit weiteren Installationen und Inbetriebnahmen bei unseren Kunden fortsetzen. Ähnlich erfolgreich verlaufen die Arbeiten zum Bau der 250-kW- PEM-Brennstoffzelle von Alstom-Ballard, die Anfang 2002 in die Versorgung eines Schwimmbads, ebenfalls in Mingolsheim, eingebunden wird. Damit ist die EnBW ihrem Ziel, eigenes Know-how bei der Installation und dem Betrieb von Brennstoffzellen aufzubauen, ein gutes Stück näher gekommen. Auch in anderen Projekten wurden Fortschritte erzielt, wie z. B. in der erfolgreichen Demonstration der Funktionsweise der elektrokinetischen Bodensanierung oder bei einem neuen Verfahren zur elektrischen Reinigung lösemittelhaltiger Abluft. Die neue Energieeinsparverordnung (EnEV), die am 1. Februar 2002 in Kraft getreten ist, lässt weitreichende Auswirkungen im Bereich der Hausenergieversorgung erwarten. Im Bereich "Forschung, Entwicklung und Demonstration" werden wir uns auch deshalb diesem Thema in Zukunft noch stärker zuwenden und unser Engagement im Einsatz von Brennstoffzellen in der Hausenergieversorgung ergänzen. Für die vielen unterschiedlichen Typen von Wohn- und Einführung Nichtwohngebäuden aus altem und neuem Bestand gibt es zahlreiche gute Ideen für innovative Komponenten in der Hausenergieversorgung. Dabei setzen wir auf eine ganzheitliche Betrachtung des jeweiligen Energiebedarfs, um den Nutzen für unsere Kunden durch den Einsatz der einzelnen Komponenten im Verbund objektiv bewerten und die Auswirkungen auf die Umwelt ermitteln zu können. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, um unseren Kunden attraktive und umweltschonende Angebote für ihre Hausenergieversorgung unterbreiten zu können. Dr. Wolfram Münch Leiter Forschung, Entwicklung und Demonstration EnBW Energie Baden-Württemberg AG Karlsruhe, im März 2002 scored its first successes with the use of fuel cells, currently much in the public eye, when we moved beyond the project-planning stage for the first time, installing the first Sulzer-Hexis fuel-cell heating system for residential customers in our gas-supply stronghold in Mingolsheim. Further installations and commissioning at customer sites will follow. Another success is the construction of Alstom Ballard 250-kW PEM fuel cell to be incorporated in the heating system of a swimming pool, also in Mingolsheim, in early These developments brought EnBW closer to its goal of creating its own fund of know-how in the area of installation and operation of fuel cells. Other examples of successful projects include demonstration of the functional principle of electrokinetic soil remediation, and new processes for electroremediation of solvent-contaminated exhaust air. The new energy conservation legislation, which came into force on 1 February 2002, is expected to have far-reaching repercussions in the area of building energy supplies. The RD&D department will therefore intensify its efforts in this area. We will extend our involvement in fuel-cell applications in building energy supplies. There are countless good ideas for innovative components for supply systems in a wide variety of old and new buildings, both residential and non-residential. We adopt an integrated approach to the specific energy requirements of each location, which includes an environmental impact assessment, in order to arrive at an objective evaluation of the benefit for our customers of using the individual components in an integrated system. This is an important prerequisite if we are to make attractive and environmentally friendly building supply offers to our customers. 7

8 Fuel Cells Brennstoffzellen Brennstoffzellen-Strategie der EnBW EnBW s fuel-cell strategy The adverse effects of the use of fossil fuels on the climate are creating major challenges for the energy industry. Innovative technologies designed to achieve efficient energy use, such as fuel cells, will need to be employed systematically. Through various demonstration projects we are studying the reliability and efficiency of promising fuel-cell types intended for stationary applications. This is giving us a competitive edge in terms of experience, and we intend to put this work, in our role as energy service providers, to benefit our customers and our own enterprise. Wird der weltweit zunehmende Energiebedarf durch den Einsatz fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Gas gedeckt, stellen die zweifellos negativen Auswirkungen von Treibhausgasen auf das Klima die Energiewirtschaft und -politik vor große Herausforderungen. Kein Energieträger genießt die uneingeschränkte Akzeptanz breiter Bevölkerungsschichten. Auch eine deutliche Verteuerung der Energie als Folge einer massiveren Umstellung auf regenerative Energien ist nicht annehmbar. Deshalb wird die Energieversorgung auch langfristig aus einem Mix aller zur Verfügung stehenden Quellen bestehen. Daneben müssen innovative Technologien zur rationellen Energienutzung und zur effizienten Stromerzeugung konsequent genutzt werden. Brennstoffzellen wandeln chemische Energie im Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad unmittelbar in elektrische Energie um. In Brennstoffzellen-Demonstrationsanlagen möchten wir daher für die technische Weiterentwicklung und den Einsatz beim Kunden Betriebserfahrungen in Bezug auf verschiedene Einsatzmöglichkeiten und Brennstoffzellen- Typen sammeln. Die Brennstoffzellen- Typen unterscheiden sich in der Auswahl der eingesetzten Materialien und arbeiten daher bei verschiedenen Betriebstemperaturen. Damit unterscheiden sich auch die jeweiligen Anforderungen an das Brenngas und die potenziellen Anwendungsgebiete. Für unsere Demonstrationsprojekte haben wir aussichtsreiche Brennstoffzellen-Typen für stationäre Anwendungen in verschiedenen Leistungsgrößen ausgewählt. Die so gewonnenen Erfahrungen im Hinblick auf einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Einsatz werden unmittelbar in eine kundenorientierte Weiterentwicklung dieser Systeme einfließen. Damit erreichen wir sowohl für die EnBW als auch für unsere Kunden einen Vorsprung an Erfahrung, um das Potenzial und den wirtschaftlichen Einsatz dieser Energiewandlungstechnologie realistisch beurteilen zu können. Nachfolgend sind die einzelnen Brennstoffzellen-Demonstrationsprojekte der EnBW dargestellt. Typ Betrieb C Gasversorgung Elektrolyt Nutzung AFC PEMFC PAFC MCFC SOFC Wasserstoff/Sauerstoff Kalilauge (KCH) Wasserstoff/Sauerstoff Festpolymer Erdgas/Luft Phosphorsäure Erdgas/Luft Li- und Kaliumkarbonat Erdgas/Luft Yttrium-Zirkonoxid Raumfahrt Militär Automobil Hausenergie, KWK KWK KWK Hausenergie KWK Dr. Wolfram Münch EnBW AG (07 21) Brennstoffzellen-Typen in der Übersicht Overview of fuel-cell types 8 Brennstoffzellen

9 Fuel Cells Neues Gesamtenergieversorgungskonzept für Gebäude New total energy supply concept for buildings Leistung / kw :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 Uhrzeit (Montag, März) Ausgangssituation Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts für ein neues Gesamtenergieversorgungskonzept für Gebäude (NE- GEV) werden bis Mitte 2005 Grundlagen, Konzepte und Komponenten für einen effizienten Einsatz kleiner Blockheizkraftwerke (BHKW) auf Brennstoffzellen-Basis in Einfamiliengebäuden entwickelt und Betriebserfahrungen gesammelt. Die EnBW übernimmt hier die Leitung von Teilprojekten in den Bereichen der Bedarfsanalyse und Netzeinbindung sowie den Betrieb der im Projekt entwickelten Prototypen. Bisherige Arbeiten Die Ergebnisse aus der Bedarfsanalyse wurden bereits zur Festlegung einer ökonomisch und ökologisch sinnvollen elektrischen Leistung der Brennstoffzelle verwendet, so dass die Projektpartner mit der Detailentwicklung der Komponenten beginnen konnten. Ende 2003 werden die Demonstrationssysteme voraussichtlich in Betrieb genommen. Die aktuellen Arbeiten konzentrieren sich auf die Netzeinbindung dezentraler Energieerzeugungsanlagen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Betreibermodelle. Neben der individuellen Betriebsweise der Brennstoffzellen- BHKW in jedem Haushalt, bei der der BZ-Nutzwärme Wärmebedarf Heizung Wärmebedarf Brauchwasser Wäremeerzeugung Zusatztherme 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Typische Wärmelastund -erzeugungsprofile für ein Reihenhaus in Niedrigenergiebauweise beim Einsatz eines BZ-BHKW (elektrische BZ-Nettoleistung 1 kw) Typical thermal load and generation profiles for a multiple-dwelling unit with energy-efficient design using fuel cell/chp (net power output of FC: 1 kw). Hausbesitzer Eigentümer der Anlage ist und überschüssige Strommengen in das öffentliche Versorgungsnetz einspeist, steht der Betrieb einer großen Zahl dieser BZ-BHKW durch ein Energieversorgungsunternehmen (EVU) im Vordergrund. Dabei wird die Möglichkeit der Strom- und Wärmelieferung durch das EVU im Rahmen einer Contracting- Lösung, aber auch der Betrieb der Anlage als virtuelles Kraftwerk untersucht. Voraussetzung ist in allen Fällen, dass das BZ-BHKW ohne Wärmeüberschuss betrieben wird. Ausblick und Nutzen Im Rahmen des Projekts soll eine Kommunikationsstrategie entwickelt werden mit dem Ziel, bei der Einbindung der dezentralen Anlagen in übergeordnete Netze (Strom, Gas) ein Gesamtoptimum zu erreichen. Dabei besteht Optimierungspotenzial sowohl auf der Erzeugungsseite als auch netzseitig durch die Steuerung des Verbrauchs. Auch wirtschaftliche Vorteile durch die Optimierung der Fahrpläne und Vermeidung von Fahrplanabweichungen sind vorstellbar, wobei allerdings die Leistungsvorhersage wärmegeführter Kraft-Wärme- Kopplungs-Anlagen nur eingeschränkt möglich ist. As part of a project supported by the German Federal Ministry of Economics for developing a new total energy supply concept for buildings, the principles, concepts and components relating to efficient use of small combined heat and power (CHP) units based on fuel cell technology in detached houses will be developed and operational experience acquired. The results of a requirements analysis were used to identify the appropriate power output of the fuel cell in environmental and economical terms. The project will also develop a communications strategy aiming to achieve optimal overall results when the decentralized units are integrated into larger networks (electrical power, natural gas). Links PTJ-Jahresbericht 2000 "Erneuerbare Energien und rationelle Energieverwendung", Förderkennzeichen Dr. Stefanie von Andrian EnBW Ingenieure GmbH (07 11) Brennstoffzellen 9

10 Fuel Cells Brennstoffzellen-Heizgeräte für die Hausenergieversorgung Fuel-cell cogen units for supplying heat and power to buildings Brennstoffzellen-Heizgerät HXS 1000 der Firma Sulzer Hexis Sulzer Hexis HXS 1000 fuel cell heating unit Links oduct_list.html Hellmuth Frey EnBW AG (07 21) Ausgangssituation Im März 2001 schloss die EnBW mit der Schweizer Firma Sulzer Hexis eine Vertriebsvereinbarung, nach der die beiden Firmen in den kommenden Jahren bei der Markteinführung von kleinen Brennstoffzellen-Heizgeräten für die Hausenergieversorgung zusammenarbeiten wollen. In einem ersten Schritt wird die EnBW bis Ende 2004 insgesamt 55 Anlagen erhalten und diese bei verschiedenen Kunden installieren und betreiben. Bereits heute wurde eine Option auf mehr als 200 Anlagen in Aussicht gestellt. Durch diese Kooperation können wir auch das Segment der kleinen Brennstoffzellen abdecken und uns so in der ganzen Bandbreite der zur Verfügung stehenden stationären Systeme engagieren. Es handelt sich hierbei um oxidkeramische Brennstoffzellen (solid oxide fuel cells SOFC), also um Hochtemperatursysteme, die optimalerweise kontinuierlich in Grundlast betrieben werden. Dabei streben wir eine Betriebsweise an, bei der die Brennstoffzelle abhängig vom Wärmebedarf des Gebäudes betrieben wird. Der erzeugte Strom wird ins Netz eingespeist. Die Brennstoffzelle kann eine elektrische Leistung von maximal 1 kw liefern; die thermische Leistung beträgt dabei rund 2,5 kw. Durch ein eingebautes Zusatzheizgerät kann die Wärmeleistung je nach Energiebedarf des Gebäudes auf bis zu 25 kw erhöht werden. Das Brennstoffzellen- Heizgerät wird mit Erdgas betrieben und kann leicht an bestehende Installationen angeschlossen werden. Allerdings liegen die Kosten derzeit wie bei jeder neuen Technologie wesentlich über denen herkömmlicher Alternativprodukte. Bisherige Arbeiten Brennstoffzellen haben durch die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme den Vorteil einer sehr effizienten Energieausnutzung. Aus diesem Grund wird ihnen ein sehr großes Potenzial für eine hohe Marktdurchdringung in der Zukunft zugeschrieben. Um hier nicht an den derzeitig hohen Kosten zu scheitern, wird die EnBW bei der Markteinführung der Geräte einen anderen Weg gehen: Wir werden die Brennstoffzellen-Heizgeräte nur im Rahmen so genannter 10 Brennstoffzellen

11 Fuel Cells Contracting-Verträge anbieten, bei denen die EnBW Eigentümerin der Anlagen bleibt. Der Kunde bezieht die Wärme so zu Kosten wie bei einem herkömmlichen Gaskessel. Dadurch werden Mehrkosten nicht auf den Kunden übertragen, sondern als Anschubfinanzierung von der EnBW getragen. Darüber hinaus übernehmen wir Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen. Ausblick und Nutzen Die erste Anlage wurde kurz vor Weihnachten 2001 ausgeliefert und an unserem Gasstützpunkt in Mingolsheim installiert. Anfang 2002 wurde die Anlage in Betrieb genommen, womit unser Engagement auf dem Gebiet der Brennstoffzellen-Technologie jetzt in die Praxisphase übergeht. Durch die jetzt abgeschlossene Vertriebsvereinbarung für die Markteinführung kleiner Brennstoffzellen-Heizgeräte für die Hausenergieversorgung sehen wir die Möglichkeit, in einer frühen Phase ein in der Zukunft hoch interessantes Geschäftsfeld aufzubauen. Wir sehen die Entwicklung von Sulzer Hexis als marktführend an und haben uns aus diesem Grund zu dieser Kooperation entschieden. Wir wollen eigene Erfahrungen bei der Installation und dem Betrieb dieser Anlagen gewinnen, um für unsere Kunden auch auf diesem Gebiet künftig ein kompetenter Ansprechpartner zu sein. Dabei werden wir in einem weiteren Schritt auch Installateure in dieses Vorhaben einbeziehen, da wir nur in einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit das beste Ergebnis erzielen können. In March 2001, EnBW signed a marketing agreement with the Swiss firm Sulzer Hexis. Over the next few years, the two companies will work together to develop small fuel-cell cogen units up to the point of market readiness; these units will supply heat and electricity to buildings. As part of this work, pilot systems will be installed and operated at various customer locations in order to expand know-how in this area. EnBW will offer these systems through contracting agreements in which the customer will purchase heat at costs comparable with those for conventional gas-fired boilers. This will overcome the present price obstacle to successful introduction of this new environmentally friendly technology. Schnittbild des Brennstoffzellen-Heizgeräts Cross section of the fuel cell heating unit Brennstoffzellen 11

12 Fuel Cells Anwendung der Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung The use of molten carbonate fuel cells for decentralized cogeneration In view of its good system characteristics, the molten carbonate fuel cell (MCFC) is a contender for applications in the market for decentralized cogeneration systems. Given its high operating temperature and the resulting long start-up and shut-down times, the system should be used continuously whenever possible. EnBW is the lead member of a consortium building a 250-kW MCFC demonstration system at the Michelin tyre plant in Karlsruhe. The system will be completed by mid The heat produced by the fuel cell is used by a heat exchanger to generate process steam at 200 C. The steam is used in three-shift production to mould truck tyres. Ausgangssituation Da ihre Funktion auf dem Transport so genannter Karbonationen beruht, kann die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (molten carbonate fuel cell MCFC) auch Brenngas mit hohen Kohlenmonoxid- und dioxidkonzentrationen verarbeiten. Auf Grund der gegenüber Verbrennungsprozessen vergleichsweise niedrigen Prozesstemperatur entstehen im Betrieb keine Stickoxide, und durch die Entschwefelung des Brenngases liegt auch der Schwefeldioxidgehalt an der Nachweisgrenze. Die hohe Betriebstemperatur der MCFC von 650 C führt zu langen An- und Abfahrzeiten, was sich aber im kontinuierlichen Dreischichtbetrieb kaum nachteilig auswirken wird. Bisherige Arbeiten Im Michelin-Reifenwerk in Karlsruhe errichtet die EnBW als Konsortialführerin eine 250-kW-MCFC-Demonstrationsanlage. Die Abwärme der Brennstoffzelle erzeugt über einen Wärmetauscher Prozessdampf mit 200 C, der direkt zur Vulkanisation von LKW-Reifen verwendet wird. Die Fertigung der Reifen erfolgt kontinuierlich im Dreischichtbetrieb und bietet damit ideale Einsatzbedingungen für den Betrieb der Brennstoffzelle. Das Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium und von DaimlerChrysler finanziell gefördert. Die Stadtwerke Karlsruhe und die Motorenund Turbinen-Union (MTU) Friedrichshafen sind Projektpartner und unterstützen den Anlagenbetrieb. Quelle: MTU Friedrichshafen Links /de/frameset/f_prnefc.htm Förderkennzeichen Dr. Alois Kessler EnBW AG (07 21) MCFC-Versuchsanlage MCFC pilot plant 12 Brennstoffzellen

13 Fuel Cells Vulkanisation von LKW-Reifen Moulding truck tyres Quelle: Michelin Das Projekt startete im Juli Bislang haben wir Maßnahmen zur Standortvorbereitung durchgeführt und mit der Ausführungsplanung begonnen. Die Inbetriebnahme der MCFC-Anlage wird voraussichtlich im Herbst 2002 erfolgen. Quelle: MTU Friedrichshafen Ausblick und Nutzen Die insgesamt sehr günstigen Eigenschaften der MCFC eröffnen ihr ein breites Anwendungsspektrum und damit günstige Voraussetzungen im Markt für die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung. Das von MTU Friedrichshafen entwickelte Schmelzkarbonat-Brennstoffzellensystem ist technisch weitgehend ausgereift und steht als Serienprodukt unmittelbar vor einer breiten Markteinführung. Durch das Projekt bei Michelin erhalten wir frühzeitig Betriebserfahrungen mit diesen Anlagen im Zusammenspiel mit konventionellen Wärmeerzeugungseinheiten. Dieses Wissen fließt direkt in die Beratungsleistungen der EnBW Ingenieure bei Folgeprojekten ein. MCFC bei der Montage Assembly of the MCFC Brennstoffzellen 13

14 Fuel Cells EDISon Dezentrale Energieversorgung mit Brennstoffzellen EDISon decentralized energy supply with fuel cells As part of the EDISon master project funded by the German Federal Ministry of Economics, EnBW is building a 250-kW PEM (proton exchange membrane) fuel cell demonstration system. The system is to be installed in the hot springs in Mingolsheim near Karlsruhe and operated using the cogen units already in service. An energy management system will be used to optimize the operation of the individual components. All the components have been defined and dimensioned ready for implementation of the project to go ahead at the start of This will give EnBW an additional fuel cell demonstration facility to generate know-how for its own use and that of others in this promising area. Ausgangssituation Seit 1999 ist die EnBW am Leitprojekt EDISon beteiligt. Dieses Forschungsvorhaben wird durch das Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Es hat die Entwicklung und Erprobung innovativer Konzepte für den Betrieb von Verteilungsnetzen mit dezentralen Erzeugungseinheiten und Energiespeichern zum Ziel. Diese neuartigen Komponenten sollen durch ein intelligentes Steuer- und Regelsystem verknüpft werden, um einen optimierten Betrieb des Verteilnetzes zu ermöglichen. Gemeinsam mit dem Anlagenhersteller Alstom-Ballard wird die EnBW im Rahmen dieses Leitprojekts u. a. die Praxiserprobung einer 250-kW-PEM-Brennstoffzellen-Demonstrationsanlage durchführen. Bisherige Arbeiten In der Anfangsphase des Vorhabens wurde der Netzbezirk Wiesloch / Bad Schönborn als Einsatzbereich für die Brennstoffzelle und die weiteren Komponenten des Leitprojekts EDISon ausgewählt. Die 250-kW-PEM-Brennstoffzelle wird hier in die Versorgungseinrichtungen des Thermariums in Mingolsheim eingebunden und speist ihre Wärme in die Heizzentrale des Schwimmbads und den Strom in das elektrische Netz ein. Die Anlage wird im Parallelbetrieb mit zwei herkömmlichen Blockheizkraftwerken betrieben und in diesem Verbund durch ein so genanntes Energiemanagementsystem optimiert. Im Jahr 2001 wurden alle Arbeiten für die Projektierung abgeschlossen und die erforderlichen Kommunikationsstrukturen definiert. Die Baugenehmigung für die Erd- und Fundamentarbeiten zur Vorbereitung des Standorts Mingolsheim ist erteilt. Mitarbeiter von EnBW und Alstom-Ballard führten die Werksabnahme der 250-kW-PEM-Brennstoffzelle durch, bei der die Anlage alle vorgesehenen Tests bestand. Damit steht einer erfolgreichen Realisierung des Projekts nichts mehr im Wege. Ausblick und Nutzen Die Inbetriebnahme der Anlage soll im ersten Quartal 2002 erfolgen. Durch dieses Vorhaben erhält die EnBW im Rahmen des Leitprojekts EDISon als eines von nur neun Unternehmen weltweit die Möglichkeit, sich in dieser frühen Phase Know-how bei Installation und Betrieb einer 250-kW-PEM-Brennstoffzellen-Demonstrationsanlage anzueignen und ihre Kenntnisse auf dem Gebiet der Brennstoffzellen insgesamt abzurunden. Links Thermarium Mingolsheim mit Außenbecken Mingolsheim Thermarium with outdoor pool Quelle: Thermarium Mingolsheim Hellmuth Frey EnBW AG (07 21) Brennstoffzellen

15 Fuel Cells Brennstoffzellen-Demonstrationskraftwerk in Marbach/Neckar Fuel-cell demonstration power plant in Marbach-on-Neckar Ausgangssituation Zusammen mit Electricité de France, Gaz de France, Tiroler Wasserkraft AG, Siemens und Siemens-Westinghouse plant die EnBW in Marbach am Neckar ein Brennstoffzellen-Kraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 1 MW mit einem Wirkungsgrad von mehr als 55 %. Das Projekt startete im Jahr 2000 mit finanzieller Förderung der Europäischen Kommission und dem US-Department of Energy (DoE). Die so genannte Hybrid-Anlage eine Kombination aus oxidkeramischer Brennstoffzelle (solid oxide fuel cell SOFC) und Mikrogasturbinen ist als vorkommerzielles Produkt gedacht. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer kommerziell marktfähigen Serienanlage. Quelle: Siemens Acting as a consortium leader, EnBW is planning the construction of a 1-megawatt solid oxide fuel cell in Marbach-on-Neckar. Detailed planning has revealed that installation and transport considerations mean the goal of having a commercializable pilot plant will be easier to achieve with a two-module design. However, the project has encountered major delays and cost overruns, and in 2002 a decision will be reached as to whether to continue it. The further development and availability of micro gas turbines will play a decisive role in this decision. Bisherige Arbeiten Im Rahmen der bisherigen Ingenieurplanung hat sich gezeigt, dass eine Aufteilung in zwei Einheiten je ein Brennstoffzellenmodul mit einer Mikrogasturbine sinnvoller ist als eine große Anlage. Hauptgrund hierfür ist die verbesserte Montage- und Transportfähigkeit. Auf Grundlage der Herstellerangebote für die benötigten Mikrogasturbinen hat das Konsortium jedoch feststellen müssen, dass im projektierten Zeit- und Finanzrahmen keine Mikrogasturbine für diese Anwendung zur Verfügung steht. Die Einbindung eines Turbinenherstellers ist wegen des zu erreichenden Ziels einer vorkommerziellen Demonstrationsanlage unerlässlich. Die ursprünglich geplante Inbetriebnahme im Jahr 2003 ist daher aus technischen Gründen nicht mehr realisierbar. SOFC-Bündel SOFC package Verschiebung der Inbetriebnahme, über mögliche Alternativen oder über den Abbruch treffen. Dabei wird insbesondere die weitere Entwicklung von Mikrogasturbinen den Terminplan und den Finanzrahmen des Projekts beeinflussen. Durch die bisherigen Arbeiten konnte wertvolles Wissen im Bereich der SOFC- Technologie aufgebaut werden. Der direkte Kontakt zum Hersteller Siemens Westinghouse erlaubt uns eine fundierte Beurteilung des Entwicklungsstands und der Markteinführung nicht nur der SOFC- Brennstoffzellen-Technologie. Ausblick und Nutzen Im Jahr 2002 wird zu prüfen sein, inwieweit die zusätzlichen Kosten aufgebracht und wesentliche Projektverzögerungen vermieden werden können. Mit den Projektpartnern und den anderen beteiligten Institutionen werden wir eine einvernehmliche Entscheidung über die Oliver Schraven EnBW Ingenieure GmbH (07 11) Brennstoffzellen 15

16 Renewable Energy Regenerative Energie Zentral und dezentral versorgte Passivhäuser im Vergleich Comparison of centralized and decentralized heating in passive solar buildings Passiv-Doppelhaus in Königsbach-Stein Passive solar duplex house in Königsbach- Stein The new Law on Energy Conservation has set the "low-energy building as a standard (less than 70 kwh/m 2 a). The passive solar building is the goal for new construction. However, there has so far been virtually no standardization of energy supply concepts for Links Dr. Alois Kessler EnBW AG (07 21) Ausgangssituation Etwa ein Drittel des deutschen Primärenergieverbrauchs wird für Heizzwecke eingesetzt; ältere Häuser verbrauchen heute ca. 200 kwh/m 2 a. Die neue Energieeinsparverordnung definiert neue Maßstäbe beim Heizenergieverbrauch: Niedrigenergiehäuser mit weniger als 70 kwh/m 2 a werden der Standard, Passivhäuser mit weniger als 15 kwh/m 2 a werden zum Ziel. Die Konzepte zur Energieversorgung für Passivhäuser sind bisher aber kaum standardisiert. Dazu müssen zunächst die vorliegenden einzelnen Ergebnisse ausgewertet werden. Die EnBW hat in den letzten Jahren bei 76 Objekten im Wohn- und Gewerbebereich wärmepumpenbasierte Versorgungskonzepte unterstützt. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat anhand der Objekte in Neuenburg und Königsbach exemplarisch zentrale und dezentrale Konzepte verglichen. In Neuenburg arbeitet pro Reihenhaus ein Lüftungskompaktgerät mit Erdwärmetauscher und eine 4,8 m 2 große Kollektoranlage. Über einen Kreuzstromwärmetauscher in diesem Gerät erfolgt eine Vorwärmung der Zuluft. Die Abluft wird mittels Wärmepumpe zur weiteren Vorwärmung der Zuluft oder zur Warmwasserbereitung in einem 400-Liter- Speicher genutzt. Die kompakte Bauweise der Häuser führt zu kurzen Leitungen. Die gesamte Wärmeerzeugung befindet sich in einem Technikraum auf dem Dachboden. Jedes der Häuser in Königsbach hat eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Die Restwärmeversorgung der Häuser erfolgt zentral über eine Wärmepumpe mit drei Erdsonden sowie eine 26-m 2 -Kollektoranlage, die über einen externen Wärmetauscher in den Liter-Pufferspeicher einspeisen. Außerdem wird durch die Wärmepumpe ein 750-Liter-Speicher beheizt, von dem die Häuser ebenfalls direkt mit Warmwasser versorgt werden. Beide Speicher können mittels Heizstab nachgeheizt werden. Im Sommer kann der Warmwasserspeicher über den Pufferspeicher erwärmt werden. Wird die Solarwärme nicht für die Warmwasserbereitung benötigt, kann ein Wärmeeintrag in die Erdsonden erfolgen. Die zentrale Wärmeversorgung befindet sich außerhalb der Passivhäuser, und es ergeben sich Leitungswege von bis zu ca. 50 m. Bisherige Arbeiten Der rechnerische Heizwärmebedarf nach dem Passivhaus-Projektierungspaket PHPP, der so genannte Energiekennwert, liegt im Auswertezeitraum zwischen Februar und September 2001 in Königsbach mit 14 kwh/m 2 a um 4 kwh/m 2 a höher als in Neuenburg. Im Vergleichszeitraum haben die Passivhäuser in Neuenburg einen sehr geringen Heizwärmeverbrauch von durchschnittlich ca. 2,4 kwh/m 2. In Königs-bach beträgt er in diesem Zeitraum ca. 11,4 kwh/m 2 und überschreitet im gesamten Jahr 2001 den theoretisch ermittelten Wert. 16 Regenerative Energie

17 Renewable Energy Die primären Gründe für den höheren Verbrauch liegen in den etwas geringeren solaren Gewinnen infolge geringerer Einstrahlung sowie den um 1,5 C höheren Raumtemperaturen gegenüber den Häusern in Neuenburg. Außerdem wurden in Königsbach um bis zu 20 % größere Volumenströme der Lüftungsanlage gemessen, was zu einem erhöhten Wärmeverbrauch bei der Nachheizung der Zuluft führt. Der mittlere Stromverbrauch pro Haushalt (ohne Haustechnik) liegt in Neuenburg bei rund kwh, in Königsbach bei ca kwh. In Königsbach- Stein beträgt die energiebezogene Nutzungsfläche 142 m 2, in Neuenburg im Mittel 103 m 2. Somit ist der spezifische Hausstromverbrauch in Neuenburg mit 23,6 kwh/m 2 höher als in Königsbach. Der für die Haustechnik benötigte Strom in Neuenburg liegt im Mittel bei 4,9 kwh/m 2. Ursachen für den mit 12,3 kwh/m 2 ausgewiesenen höheren Stromverbrauch für die Haustechnik in Königsbach sind der höhere Heizwärmeverbrauch und die aufgetretenen Wärmeverluste. wir kundengerechte Versorgungssysteme empfehlen und damit den Kundennutzen und die Kundenbindung steigern. Wir erwarten hier zukünftig einen wachsenden Markt und werden uns der Hausenergieversorgung durch erweiterte Beratungs- und Ingenieurdienstleistungen in noch stärkerem Maße zuwenden als bisher. Allein in der Bundesrepublik Deutschland gibt es 24 Mio. energetisch unsanierte Wohnungen. Theoretisch lässt sich daraus ein Wertschöpfungspotenzial von ca. 400 Mrd. ableiten. Zuluft Kinderzimmer Zuluft Luftbild der Passiv- Reihenhäuser in Neuenburg Aerial photograph of passive solar multiple housing units in Neuenburg Speicher Fortluft Abluft Bad AEREX Abluft passive solar buildings, as a comparison of a centralized and a decentralized heating concept clearly reveals. At the low levels of thermal energy consumption typical of passive solar buildings, heat losses especially those occurring in storage units and relatively long pipe runs play a bigger role. On the basis of the results obtained to date, we therefore cannot recommend the use of a centralized heating system for a relatively small number of passive solar residential buildings. By contrast, decentralized heating with a compact ventilation unit, upstream heat exchanger and individual water storage tanks has proved effective in such buildings, for example the passive solar terraced housing in Neuenburg near Freiburg. Zuluft Schlafzimmer Zuluft Frischluft- und Warmwasserversorgung im Passivhaus (schematisch) Supply of fresh air and hot water in a passive solar building (schematic) Ausblick und Nutzen Die systematische Analyse des Energieverbrauchs von Passivhäusern gibt Hinweise auf Optimierungsmöglichkeiten und leistet damit einen Beitrag zur CO 2 - Reduktion. Mit diesem Wissen können Außenluft Erdwärmetauscher Wohnzimmer Küche Esszimmer Regenerative Energie 17

18 Renewable Energy Nutzungspotenziale für untiefe Geothermie Potential recovery of shallow geothermal energy ELS Genius GmbH is currently working in cooperation with ECOS Umwelt GmbH on a project which uses the GIS (Global Information System) to prepare a digital map of potential usage of shallow geothermal energy in the state of Baden- Württemberg, taking the city of Ettlingen as an example. This map will give the user of shallow geothermal energy a basis for planning, to determine whether a technically feasible, permit-worthy and cost-effective facility can be built. Ausgangssituation Das standortspezifische Nutzungspotenzial des Untergrunds bzw. die potenzielle Wärmeentzugsleistung einer Erdwärmesondenanlage basiert auf dem Zusammenwirken unterschiedlichster geologischer und hydrologischer Einflussgrößen wie Gesteinsart, Untergrundaufbau und Grundwasserergiebigkeit, die die Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds und letztlich auch die Erschließungskosten beeinflussen. Von der ELS Genius GmbH und der ECOS Umwelt GmbH wird für den Stadtkreis Ettlingen beispielhaft eine Nutzungspotenzialkarte erstellt. Anhand dieser Karte, die mit Hilfe des geographischen Informationssystems (GIS) erstellt wird, kann der Nutzer untiefer Geothermie erkennen, ob eine technisch umsetzbare, genehmigungsfähige und kosteneffiziente Anlage erstellt werden kann. Bisherige Arbeiten Bei der Erstellung dieser Potenzialkarte wurde auf bestehendes Datenmaterial aus unterschiedlichen Quellen, u. a. des Landesamts für Geologie, Rohstoffe und Bergbau, zurückgegriffen. Zur Auswertung standen u. a. ca. 250 Aufschlussbohrungen sowie die Hydrogeologische Kartierung und Grundwasserbewirtschaftung im Raum Karlsruhe- Speyer (1988) zur Verfügung. Zusätzlich wurden in den Buntsandsteinregionen repräsentative Bohrkerne zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit entnommen. Die Quantifizierung der potenziellen Wärmeentzugsleistungen erfolgt auf Grundlage der ermittelten Daten und der Vorgaben der Richtlinie VDI 4640, Blatt 2, Thermische Nutzung des Untergrunds Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. Mittels GIS-Anwendung wird eine flächenspezifische Konstruktion der Nutzungspotenziale bezogen auf Rasterflächen von 250 m x 250 m durchgeführt. Die dabei für den Stadtkreis Ettlingen entstehende digitale Karte im Maßstab 1 : stellt die in vier Klassen eingeteilten geothermischen Nutzungspotenziale für Sondenlängen von 0 m bis 50 m und 0 m bis 80 m Tiefe dar. Die Kartierung wird ergänzt durch die standort- Links Michael Penz ELS Genius GmbH ( ) Popov-Sonde, Firma Thermal Conductivity Scanning, Lippmann and Rauen GbR Popov probe, made by Thermal Conductivity Scanning, Lippmann and Rauen GbR 18 Regenerative Energie

19 Renewable Energy sehr hohes geothermisches Potenzial hohes geothermisches Potenzial mittleres geothermisches Potenzial geringes geothermisches Potenzial Wasserschutzgebiet Angaben ohne Gewähr Geothermisches Potenzial im Stadtgebiet Ettlingen (Auszug, Tiefe 40 m) Geothermal potential in the urban area of Ettlingen (extract, 40 m depth) bezogenen genehmigungsrechtlichen Hindernisse (Wasserschutzgebiete etc.) und Flächennutzungen (Wasserflächen, Halden), die ein Ausschlusskriterium für die Nutzung von untiefer Geothermie darstellen. Aus der Kartierung lassen sich folgende Erkenntnisse für die Nutzung untiefer Geothermie im Stadtgebiet Ettlingen ableiten: Gebiete, die dem Bereich des Oberrheingrabens zugeordnet sind, können in Abhängigkeit von der Mächtigkeit der Grundwasser führenden quartären Schichten ein geringes bis sehr hohes geothermisches Potenzial aufweisen. Sehr hohe Potenziale konnten bei Mächtigkeiten der quartären Grundwasser führenden Kiese von > 30 m im westlichen Stadtgebiet ermittelt werden. In den Buntsandsteinregionen sind auf Grund der im Labor ermittelten vergleichsweise hohen Wärmeleitfähigkeiten des oberen (ca. 3 W/m/K) und mittleren Buntsandsteins (ca. 4 W/m/K) hohe bis sehr hohe Potenziale festzustellen. Ausblick und Nutzen Zur Förderung der Erdwärmenutzung und der nutzerseitigen Minimierung der Anfangsrisiken zur Wärmequellenerschließung ist es hilfreich, analog zum Vorgehen in Nordrhein-Westfalen, landesweit ein Kartenwerk der geothermischen Nutzungspotenziale bereitzustellen. Hierbei können die für den Stadtkreis Ettlingen durchgeführten Arbeitsschritte auf strategisch wichtige Bereiche der EnBW insbesondere in Baden- Württemberg übertragen werden. Damit verschafft sich die EnBW einen Vorteil bei der Beratung von Geothermienutzern und bei der Planung geothermischer Anlagen. Regenerative Energie 19

20 Renewable Energy Standardisierung einer zukunftsträchtigen Bauweise für technische Verbindungsgewässer Standardization of a promising design for technical fishways Bisherige Arbeiten Basierend auf den Planungs-, Bau- und Betriebserfahrungen der europaweit einzigartigen Fischaufstiegseinrichtung am Rheinkraftwerk Iffezheim hat die EnBW Ingenieure GmbH eine in Deutschland neuartige Verbindungsgewässerbauweise weiterentwickelt. Die als Becken- Schlitz-Pass bezeichnete Bauart besitzt folgende Vorteile: relativ kurze Entwicklungslänge und -breite sowie Möglichkeit des Einbaus enger Kurven, so dass die Verwendung auch unter beengten Verhältnissen möglich ist, gut zu durchwandern für leistungsstarke und auch für sohlnah lebende Fischarten sowie für die benthische Fauna, geringer Wasserbedarf und verhältnismäßig exakte hydraulische Berechenbarkeit, unempfindlich in Bezug auf wechselnde Ober- und Unterwasserstände, steuerbares Einlaufbauwerk im Oberwasser ist meist nicht notwendig, unempfindlich in Bezug auf Verstopfungen, unempfindlich in Bezug auf eine vollständige Überströmung insbesondere im Hochwasserfall. Entscheidendes Kennzeichen dieser modifizierten Bauart ist die Ausgestaltung der Zwischenwände, die sowohl einen nach oben offenen Schlitz besitzen, der jedoch nicht bis zur Sohle reicht, sowie ein zusätzliches, in das Sohlsubstrat einbindendes Schlupfloch. Dadurch ergeben sich zwei wesentliche Strömungsarten: die eine in Form eines überfallenden Anteils durch den Schlitz, die andere in Form eines vertikal ausgerichteten Anteils mit geringeren Geschwindigkeiten durch das Sohlschlupfloch. Durch ein modulares Fertigteilsystem können darüber hinaus die Baukosten bedeutend gesenkt werden. Außerdem werden durch standardisierte Auslegungsdaten und Abmessungsprofile einerseits die Konstruktions- und Auslegungszeiten minimiert und anderer- Schlupfloch durchgehendes Sohlsubstrat Stephan Heimerl EnBW Ingenieure GmbH (07 11) Schlitz gleichmäßiges Sohlgefälle Becken-Schlitz-Pass (schematisch) Pool-slot fishway (schematic) h Ausgangssituation Im Wasserbau und dabei insbesondere bei Wasserkraftanlagen spielt derzeit die Umsetzung der neuen EU-Wasserrahmenrichtlinie zur Förderung der Umwelt eine bedeutende Rolle. Diese Richtlinie hat die Verbesserung des Zustands der Gewässer zum Ziel, indem u. a. die Wasserqualität gesteigert, geeignete Lebensräume in den Gewässern geschaffen und die Durchgängigkeit der Fließgewässer einschließlich des Anschlusses der Seitengewässer hergestellt werden. Verbindungsgewässer sind hierbei wichtig, da sie Fischen und anderen im Wasser lebenden Kleinlebewesen ermöglichen, Querbauwerke in Form von Wehranlagen o. ä. zu überwinden. Neben sehr platzintensiven naturnahen Bauweisen werden häufig auch so genannte technische Verbindungsgewässer geschaffen. Hierbei handelt es sich im Prinzip um trogförmige Konstruktionen, in denen je nach Bautyp unterschiedliche Einbauten oder Zwischenwände zur Abflusssteuerung installiert werden. 20 Regenerative Energie

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