Technische Universität München Lehrstuhl und Versuchsanstalt für Wasserbau und Wasserwirtschaft

Transkript

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2 EU-Wasserrahmenrichtlinie

3 Konventionelle Lösung / Buchtenkraftwerk Verlandung Strömungsumlenkung: breiter Querschnitt mit geringer Tiefe kompakter Querschnitt

4 Buchtenkraftwerk Eisenbahnerwehr/ Lech Planungszustand Ausführungsvorschlag Naturausführung

5 Physikalische Modelluntersuchung M = 1:25

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7 Optimierte Einlaufgeometrie zur Strömungsführung Fischpass Leitwände Kiesschleuse Trennpfeiler

8 Turbinen Variante 0 : ohne Trennpfeiler und ohne Leitwände QT = 56 m3/s Turbinen Variante 3 : mit Trennpfeiler und Leitwände QT = 56 m3/s

9 Wechselströmung Rechen Rechen Einlauf Turbin e Turbin e Variant 0 (b) : ohne Einbauten Trennpfeiler Rechen Rechen Einlauf Qlinks = 52,0 % Qrechts = 48,0 % Qlinks = 49,8 Qrechts = 50,2 % Turbin e Turbin e Variante 1 : mit Trennpfeiler Einlauf Leitwände Trennpfeiler Rechen Rechen % Turbin e Turbin e Variante 3 : mit Trennpfeiler + Leitwände (Ausführungsvorschlag) Qlinks = 50,1 % Qrechts = 49,9 %

10 Konzept : Kraftwerk im Wehrkörper und vollständig unter Wasser angeordnet Eigenschaften: Kein Ufereingriff Hochwassersicher Geschiebedurchgängig Ökologie: Fischabstieg, durchströmtes Wehr Nicht wahrnehmbar Kosteneffizient (geringes Bauvolumen)

11 Vergleichsbetrachtung / konventionelles Kraftwerk Horizontale Rechenebene Konventionelles Kraftwerk Vertikale Rechenebene

12 Herausforderung: Zuverlässige und hochwertige maschinentechnische Ausstattung Längsschnitt

13 Versuchsstand ZIM - gefördertes Forschungsvorhaben: TUM/ Fella/ Schodo Voll funktionsfähige Dive-Turbine QT = 200 l/s; h = 1,2 m

14 Normalbetrieb Rechenreinigung Hochwasser/Geschiebe

15 Ohne Verschlussüberströmung, geringe Überdeckung: Deutlicher Einlaufwirbel Mit Verschlussüberströmung: Wirbel wird unterbunden

16 Verschlusspositionen / Betriebszustände Hochwasser Sohlbündiges Absenken des Verschlusses Hochwassersicherheit (Fließquerschnitt) Geschiebedurchgängigkeit

17 Geschwindigkeitsmessungen an der Rechenebene 3D-ADV-Strömungsmessungen Bestimmung der Bemessungsrichtlinien (z.b. A( Q, vmax)) Prinzipielle Gewährleistung des Fischschutzes für beliebige Standorte (vmax am Rechen < vfischschutz)

18 V Verteilung über der Rechenebene Q Turbine * 1 Q Turbine * 1,5 Q Turbine * 2 1 m Überdeckung 1,75 m Überdeckung

19 Fischabstieg: Die Fische bewegen sich bei der Abwärtswanderung mit der Hauptströmung zu den Turbinen OW Horizontale Rechenebene Überströmung gegen Wirbelbildung UW Buchtenkraftwerk Vertikale Rechenebene OW UW

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21 Prototypanlage VAO Versuchsanstalt Obernach

22 Q = 1,5 m³/s H = 2,5 m Zielsetzung Prototypanlage Fischverhaltensuntersuchungen und Optimierung der Abstiegseinrichtung Technische Umsetzung von Rechenreinigung und Geschiebemanagement Demonstrationsanlage

23 Pilotanlage Versuchsstand Plan B 0,7 m 2,8 m v max = 0,4 m/s

24 Wasserversorgung Beschickung aus der Isarüberleitung Messrinne zur Abflussmessung bis ~ 2 m³/s

25 Strömungsverhältnisse Turbinenabfluss ~ 1,7 m³/s Verschlussüberströmung ~ 3% bzw. 50l/s Ähnlichkeit des Strömungsbildes zum Modell (inkl. Turbine) gewährleistet

26 Geschwindigkeitsverteilungen 3D-ADV-Strömungsmessungen Bestätigung der v max 0,4 m/s Bestätigung des Strömungsbildes 35 cm ü. d. Rechen: Modellversuch (10 cm ü. d. R.) 5 cm ü. d. Rechen:

27 Vorstellung der vorläufigen Ergebnisse der Fischverhaltensuntersuchungen Versuchsanstalt Obernach

28 Ziele der Fischversuche 2011 Wie ist das Verhalten der Fische am horizontalen Rechen? Finden und nutzen die Fische die Abstiegspassage? Fischabstiegspassage Vergleichende Effizienz verschiedener Anordnungen (in Abh. v. Fischart und größe)

29 Variante 1 5 cm Überströmung 0.2 m 0.3 m 0.7 m 2.8 m Abfluss [m³/s] Abfluss [%] Abfluss über das Wehr Abfluss im Bereich der Kerbe Turbinen-Abfluss Gesamt Abfluss

30 Variante 1

31 Variante 2 5 cm Überströmung 0.30 m 0.7 m 0.25 m 2.8 m Abfluss [m³/s] Abfluss [%] Abfluss über das Wehr Abfluss im Bereich der Öffnung Turbinen-Abfluss Gesamt Abfluss

32 Variante 2

33 Fischbestände pro Versuch Rahmenbedingungen: Tierversuchsgenehmigung und Fischbestände Unterteilung der Fischbestände in drei Größenkategorie Pro Versuche: repräsentative Größenverteilung jeder Art Jeweils alle Barben, 27 Aitel und 16 Bachforellen Lerneffekte für Aitel und Bachforelle vernachlässigbar Aitel Bachforelle Barbe klein < 20 cm < 25 cm < 25 cm mittel cm cm - groß > 30 cm > 30 cm > 40 cm Größenkategorie Herzlichen Dank für die Fischbeschaffung und tatkräftige Unterstützung an: das Institut für Fischerei des bayrischen Landesanstalt für Landwirtschaft (Dr. M. Schubert) das Referat für Gewässerökologie des bayrischen Landesamts für Umwelt (Dr. C. Mayr und Dr. M. Hermann) die Fischereifachberatung des Bezirks Schwaben (Dr. O. Born)

34 Es wurden keine Fische am Rechen beobachtet, die sich nicht mehr frei bewegen konnten Die Fische orientieren sich an der effektiven Strömungsrichtung (geneigte Schwimmlage) Die Fische können in jede Richtung schwimmen und den Einlaufbereich verlassen

35 Variante 1 Fisch beim abwandern durch die Kerbe

36 Vergleich Variante 1 und 2 nach Fischart

37 Vergleichsbetrachtung / Buchtenkraftwerk 37

38 Untersuchungen Mehrschachtanlagen Begrenzte Baugröße der Unterwasserturbinen und der Rechenflächen

39 Aktivität und Ausblick Herausforderung: Zuverlässige und hochwertige maschinentechnische Ausstattung Forschungsvorhaben Pilotanlage horizontale Turbinenanordnung

40 Forschungsvorhaben E-Mobility Garmisch/Partenkirchen Ist- Zustand