Wasserkraft. Puntigam Rupert. Vorlesung Erneuerbare Energieträger Lehrgang Energiemanagement Recht-Technik-Wirtschaft

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1 Wasserkraft Puntigam Rupert Vorlesung Erneuerbare Energieträger Lehrgang Energiemanagement Recht-Technik-Wirtschaft

2 Inhaltsübersicht Bedeutung der Wasserkraft HISTORISCHER RÜCKBLICK PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN KRAFTWERKSTYPEN Unterscheidung von Niederdruck und Hochdruck Laufwasserkraftwerke Talsperren Pumpspeicherkraftwerke Tidenhubkraftwerke Osmosekraftwerke Wellenkraftwerke Strombojen MeereswärmeKraftwerke Kleinwasserkraftwerke TURBINEN Francisturbinen Kaplanturbine Peltonturbine Vergleich UMWELT Allgemein Eingriff ins Ökosystem Hochwasserschutz Aktueller Stand Derzeitiger Stand der Wasserkraft in Ö, D, weltweit Zukunft der Wasserkraft Quellen: Statistisches Bundesamt Wasserkraftanlagen: Planung, Bau und Betrieb von Jürgen Giesecke, Emil Mosonyi UNI Augsburg Max-Planck-Institut für Plasmaphysik Rudolf Diesel Technikum Recon Energy EEG Wikipedia TU-Wien Wasserkraft Puntigam Rupert

3 Stromerzeugung und Energieverbrauch in Österreich ~1/3 erneuerbarer Endenergieverbrauch davon ~1/3 Wasserkraft und ~2/3 Biomasse Stromanteil der Wasserkraft: ~2/3 bzw. 60% Wasserkraft Puntigam Rupert

4 Energieflussbild Österreich Wasserkraft Puntigam Rupert

5 Situation Deutschland (Stromproduktion) Übersicht der energieerzeugenden Kraftwerkstypen Wasserkraft Puntigam Rupert

6 Historische Wasserkraftnutzung Wasserkraft Puntigam Rupert

7 Energetische Grundlagen Energie des ruhenden Wassers Energie des fließenden Wassers Nutzbare Gesamtenergie Wasserkraft Puntigam Rupert

8 Wasserkraftwerkskategorisierungen Niederdruck Meistens Laufwasserkraftwerke Mitteldruck Meistens Talsperren (Dämme bzw. Staumauern) Hochdruck Meistens Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke Quelle: Wikipedia Wasserkraft Puntigam Rupert

9 Kraftwerkstypen Laufwasserkraftwerke Häufigste Art von Wasserkraftwerken Meist Niederdruckkraftwerke für Grundlast Im Flusslauf bzw. Kanalführung integriert Wasserkraft Puntigam Rupert

10 Kraftwerkstypen Laufwasserkraftwerke Wasserkraft Puntigam Rupert

11 Kraftwerkstypen Talsperren Meist Mittel- oder Hochdruckanlangen Überflutung großer Flächen bis hin zu Landstrichen (Je größer die Aufstauung desto größer die Energieausbeute) Abdeckung von Grund- Mittel- und Spitzenlast 3-Schluchten-Talsperre: Nennleistung 18,2GW [22,5GW in Bau] Wasserkraft Puntigam Rupert

12 Kraftwerkstypen - Pumpspeicherkraftwerke Speicherung von potentieller Energie Höhenunterschied ~ m Abdeckung von Spitzenlasten Deutscher Atomstrom wird zu österreichischem Ökostrom der von Deutschland wieder gekauft wird Weitere Nutzung als Trinkwasserreservoire Freizeitareale Wasserkraft Puntigam Rupert

13 Kraftwerkstypen - Tidenhubkraftwerke Ausnützung von Ebbe und Flut Nur wenige Standorte geeignet Keine gleichmäßige Stromversorgung (Tagesverlauf und Mondphasen) Wasserkraft Puntigam Rupert

14 Meeresströmungskraftwerk Prinzipieller Aufbau wie Windkraftanlagen Nachteile Eingeschränkte Schiffbarkeit und Fischerei Teurer und aufwendiger Bau wegen Salzwasser Am Meeresboden können Kolke entstehen Vorteile Kontinuierlicher Fluss der Meeresströmung Niedrige Strömungsgeschwindigkeiten ausreichend da Wasser ca. 800 mal dichter als Luft Wasserkraft Puntigam Rupert

15 Beispiel Swansea lagoon tital power Potenzial von Meeresströmungskraftwerken ~ 5% des Weltstrombedarfs Wasserkraft Puntigam Rupert

16 Swansea-lagoon tital power Kraftwerkskomponenten (Inbetriebnahme bei Zusage ca. 2020) Bei Gießerei Traisen von Andriz Hydro angefragte Gußteile Proposed LCOE: ~ 168 /MWh (AKW Hinkle-Point ~92,5 /MWh) Wasserkraft Puntigam Rupert

17 Kraftwerkstypen - Osmosekraftwerke Energiegewinnung durch Osmosedruck Ionenarme Flüssigkeit (Süßwasser) passiert Membran zur ionenreichen Flüssigkeit (Salzwasser) Osmotischer Druck kann theoretisch bis zu 27bar betragen In Praxis ca. 10bar bis 15bar Bisher in der Prototypenphase (Norwegen) Wasserkraft Puntigam Rupert

18 Kraftwerkstypen Wellenkraftwerke Wasserkraft Puntigam Rupert

19 Kraftwerkstypen Strombojen (österreichische Entwicklung) Wasserkraft Puntigam Rupert

20 Kraftwerkstypen Meereswärmekraftwerk (Wärmepumpenprinzip) Wasserkraft Puntigam Rupert

21 Kleinwasserkraftwerke Einspeisetarife Kleinwasserkraft-Anteil in Österreich beträgt 5,5 TWh (14%) von 38 TWh In OÖ allein gibt es über 5000 Kleinwasserstaubauten die nur teils eine el. Energieerzeugung besitzen und zudem meist sehr alt und ineffizient sind. Aufgrund der sehr geringen Stromvergütungen & Wasserrechtsvorgaben lohnt sich eine Revialisierung meist nicht! Wasserkraft Puntigam Rupert

22 Turbinenbauarten Einsatzgebiete der verschiedenen Turbinen nach Verwendungszweck Niederdruckanlagen Kaplanturbine Francisturbine Mitteldruckanlagen Kaplanturbine Peltonturbine Francisturbine Hochdruckanlagen Francisturbine Peltonturbine Wasserkraft Puntigam Rupert

23 Turbinen - Francisturbine Universell einsetzbar Fallhöhen bis über 500 m Leistung bis 700 MW Wirkungsgrad: bis 90 % Neuere Bauformen: Rohrturbine Wasserkraft Puntigam Rupert

24 Turbinen - Kaplanturbine vor allem in Flüssen mit großen Wassermengen geringem Gefälle Wirkungsgrad: bis 96 % Leistung bis zu 100 MW Wasserkraft Puntigam Rupert

25 Turbinen - Peltonturbine Wasser trifft durch Düsen auf Peltonturbine Durch Umlenkung des Wasserstrahls um fast 180 optimale Energieausbeute Fallhöhen zwischen 50 m 2000 m Leistungen bis 500 MW Wirkungsgrad: bis 90 % Wasserkraft Puntigam Rupert

26 Turbinen- Einsatz- Diagramm Wasserkraft Puntigam Rupert

27 Speicherkraftwerk Kartell - Daten Wasserkraft Puntigam Rupert

28 Umwelt - Eingriff ins Ökologiesystem Vorteile: Wasserkraftanlagen sind praktisch CO 2 neutral Verbesserung der Schiffbarkeit von Gewässern durch Talsperren und Staudämme Hochwasserschutz Halten des Grundwasserspiegels Nachteile: Durch Wasserkraftwerke wird oftmals die Flussführung verändert Durch Veränderung der Flussführung resultiert eine Veränderung der (Aqua-)Flora und (Aqua-) Fauna Fische sind in ihrem natürlichem Wanderverhalten eingeschränkt (trotz Fischtreppen) Durch ausbleibende Hochwasser keine Überflutungsgebiete Variirende Wasserpegel bei StauseenŁ Beeinflussung Fauna & Flora verringerte Fließgeschwindigkeit aufgrund des Gewässeraufstaus führt zu verringerter Sauerstoffkonzentration und Erhöhung der Wassertemperatur sowie unterschiedlichem Materialtransport Wasserkraft Puntigam Rupert

29 Umwelt Hochwasserschutz Durch Kipp- bzw. Schwellbetrieb der Laufwasserkraftwerke können Hochwässer abgefangen werden Alpenraum: ~1/3 der Hochwasserspitzen abgeschwächt Nachteilig wirken sich jedoch die historischen Flussregulierungen aus! Ł Rückbau der Regulierungen wird derzeit angestrebt z.b. 3-Schluchten-Damm: soll Jahrtausendflut standhalten und Hochwässer im Jangtse-Tal eliminieren Wasserkraft Puntigam Rupert

30 Fazit der Wasserkraft Vorteile: Kostengünstige Methode der Stromerzeugung Keine schädlichen Emissionen im Betrieb von Wasserkraftanlagen Dauerhafte / Saisonale Verfügbarkeit des Rohstoffes Vom Ausland unabhängige Energieversorgung Weiterer Ausbau lohnt sich Revitalisierung bestehender vor allem Kleinanlagen ist sinnvoll Nachteile: - Zum Teil starke Eingriffe in Natur - Gefährdung von Fischen und anderen Wasserlebewesen Wasserkraft Puntigam Rupert

31 Zukunft der Wasserkraft in Östrreich Wasserkraft Puntigam Rupert

32 Wasserkraftpotenziale in Deutschland Wasserkraft Puntigam Rupert

33 Wasserkraftpotenzial weltweit Wasserkraft Puntigam Rupert