ÜBERWASSERNUTZUNG DURCH WASSERKRAFTSCHNECKE, EINBAU UND ENERGIEBERECHNUNGEN

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1 ÜBERWASSERNUTZUNG DURCH WASSERKRAFTSCHNECKE, EINBAU UND ENERGIEBERECHNUNGEN RENEXPO HYDRO 6. Internationale Kleinwasserkraftkonferenz: Innovation und Wirtschaftlichkeit 27. November 2014, Messezentrum Salzburg DI Eva Neumayer, Dipl.-HTL-Ing. Gerhard Meißl RENEXPO HYDRO,

2 ÜBERWASSERNUTZUNG DURCH WASSERKRAFTSCHNECKE, EINBAU UND ENERGIEBERECHNUNGEN AUSGANGSSITUATION VARIANTENSTUDIE DURCHFÜHRUNG FAZIT RENEXPO HYDRO,

3 RENEXPO HYDRO 6. Internationale Kleinwasserkraftkonferenz: Innovation und Wirtschaftlichkeit AUSGANGSSITUATION RENEXPO HYDRO,

4 AUSGANGSSITUATION KW KASTEN HISTORISCHE ENTWICKLUNG 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts: Gründung einer Pappefabrik in Kasten (bei Lunz am See in Niederösterreich) am ehemaligen Areal eines Eisenwalzwerkes von Andreas Töpper. Bereits damals wurde das mittels eines Werkskanales ausgeleitete Wasser der Ybbs genutzt. 1926: Einbau der derzeitigen Turbinen (2 horizontale Francis-Schachtturbinen) Zweck: Antrieb der Mahlwerke der Pappefabrik Lediglich ein kleiner Generator (20 kw Leistung) zur Versorgung der elektrischen Beleuchtung 1970: Familie Schwaighofer (E-Werk Schweighofer) erwirbt die stillgelegte Pappefabrik Revision der Turbinen und Einbau von 2 Generatoren Alleiniger Zweck: die Erzeugung von Strom RENEXPO HYDRO,

5 AUSGANGSSITUATION PROJEKTGEBIET Ybbs bestehendes Krafthaus KW Kasten Teich Werkskanal Wehranlage RENEXPO HYDRO,

6 AUSGANGSSITUATION KW DATEN Turbine 2 Turbine 1 Hersteller Voith Voith Nennfallhöhe 7,7 m 7,7 m Achslage horizontal horizontal Nenndurchfluss 2 m³/s 2,5 m³/s Nenndrehzahl 190 U/min 190 U/min Nennleistung 163 PS 205 PS Baujahr RENEXPO HYDRO,

7 AUSGANGSSITUATION DAUERLINIE Bestehende Ausbauwassermenge 4,5 m³/s Ca. 150 Überschreitungstage pro Jahr sehr niedrig, da ursprünglich reiner Inselbetrieb zur Versorgung der Mahlwerke Vorgelagerter Teich diente als Energiespeicher Jahresarbeitsvermögen ca. 1,6 GWh Ausbauwassermenge soll auf 7,5 m³/s erhöht werden ca. 80 Überschreitungstage pro Jahr maximal möglicher Durchfluss durch den Kanal RENEXPO HYDRO,

8 RENEXPO HYDRO 6. Internationale Kleinwasserkraftkonferenz: Innovation und Wirtschaftlichkeit VARIANTENSTUDIE RENEXPO HYDRO,

9 VARIANTENSTUDIE AUFGABENSTELLUNG Bewertung des technischen Zustandes der Bestandsanlagen Bautechnik, Maschinenbau und Elektrotechnik Durchführung von Kostenschätzungen Ermittlung der Projektskosten Berechnungen des Erzeugungspotentials Definition der notwendigen Umbaumaßnahmen aus allen Disziplinen Definition der notwendigen Stillstandszeiten Energieberechnung unter Einbeziehung der folgenden Faktoren: Dauerlinie Durchflüsse durch die verschiedenen Maschinensätze Verlusthöhen Turbinenwirkungsgrade (differenziert für die verschiedenen Maschinensätze) Generatorwirkungsgrade (differenziert für die verschiedenen Maschinensätze) Darstellung der Varianten und Abgabe einer Empfehlung an den Kunden RENEXPO HYDRO,

10 VARIANTENSTUDIE PHASE 1 Erhöhung der Ausbauwassermenge durch Veränderung des bestehenden Kraftwerkes. Betrachtung von 3 möglichen Grundvarianten: (1) Zusätzlicher Einbau eines dritten Maschinensatzes vertikale Kaplan- bzw. Durchströmturbine, Q = 3 m³/s (2) Abriss der beiden bestehenden Maschinensätze neue Kaplan S-Turbine, Q = 7,5 m³/s (3) Abriss des größeren bestehenden Maschinensatzes (Q = 2,5 m³/s) neue Kaplan S-Turbine, Q = 5,5 m³/s Alle 3 Varianten mussten aufgrund der beengten Einbausituation (vorallem im Unterwasserkanal) verworfen werden. Durchführung wäre ohne Abriss des gesamten Krafthauses nicht möglich RENEXPO HYDRO,

11 VARIANTENSTUDIE PHASE 2 Umdenken und Suche nach einer geeigneten Stelle für ein zusätzliches Krafthaus. Bedingungen für den zusätzlichen Standort: Möglichst große Fallhöhe Platzbedarf muss gedeckt sein Möglichst geringer Bauaufwand Neuer Maschinensatz ca. 3 m³/s Bestandskraftwerk ca. 4,5 m³/s Gesamteinzug neu 7,5 m³/s RENEXPO HYDRO,

12 VARIANTENSTUDIE PHASE 3 Neue Varianten zur Bestimmung des Turbinentyps. Betrachtung von 5 möglichen Turbinentypen, Q = 3 m³/s: (1) Vertikale Francisturbine (2) Vertikale Kaplanturbine (3) Dive Turbine (4) Durchströmturbine (5) Wasserkraftschnecke Dive Turbine Quelle: Durchströmturbine Quelle: Varianten 1-3 schieden bei Summenbewertung (Bauwerk, Einbausituation Hochwassersicherheit, Maschinenkonzept) aus. RENEXPO HYDRO,

13 VARIANTENSTUDIE ENTSCHEIDUNG Letztentscheidung zwischen Durchströmturbine und Wasserkraftschnecke. Durchströmtubine: η ges,max ~ 77,5 % errechnete Mehr -Jahresarbeit 0,304 GWh Wasserkraftschnecke: η ges,max ~ 73 % errechnete Mehr -Jahresarbeit 0,278 GWh Weitere Kriterien: Hochwassersicherer Einbau bei Wasserkraftschnecke wesentlich leichter realisierbar, da Durchströmturbine aufgrund der Saughöhenbegrenzung wesentlich tiefer eingebaut werden muss. Ökologische Bewertung Wasserkraftschnecke bietet Fischpassierbarkeit nach unten Entscheidung zugunsten der Wasserkraftschnecke RENEXPO HYDRO,

14 RENEXPO HYDRO 6. Internationale Kleinwasserkraftkonferenz: Innovation und Wirtschaftlichkeit DURCHFÜHRUNG RENEXPO HYDRO,

15 DURCHFÜHRUNG FAKTEN Planungszeitraum 4 Monate Umsetzungszeitraum gesamt 7 Monate Ybbs neue Wasserkraftschnecke Zu revitalisierender Teil des Werkskanals bestehendes Krafthaus KW Kasten bestehen bleibender Teil des Werkskanals (Rechteckquerschnitt) bestehende Wehranlage RENEXPO HYDRO,

16 DURCHFÜHRUNG REVITALISIERUNG WERKSKANAL Revitalisierung über einen Länge von 300 m Erhöhung des Nenndurchflusses von 4,5 auf 7,5 m³/s Umwandlung von Trapezprofil in Rechteckprofil Neue Steinschlichtung Sanierung bestehendes Rechteckprofil Teils Betonwand, Teils Steinschlichtung RENEXPO HYDRO,

17 DURCHFÜHRUNG REVITALISIERUNG WERKSKANAL RENEXPO HYDRO,

18 DURCHFÜHRUNG BAUTECHNIK RENEXPO HYDRO,

19 DURCHFÜHRUNG BAUTECHNIK RENEXPO HYDRO,

20 DURCHFÜHRUNG SCHNECKE TECHNISCHE DATEN Hersteller Fa. Kuhn Schluckvermögen 3 m³/s Nettofallhöhe 5,5 m Drehzahl 22,1 U/min Anstellwinkel 30 Gesamtlänge ca. 11,4 m Schneckenwellenleistung ca. 137 kw Generatorwirkleistung elektrisch ca. 132 kw Generatorspannung 0,4 kv Gesamtwirkungsgrad ca. 75 % jährliches Regelarbeitsvermögen ca. 0,3 GWh RENEXPO HYDRO,

21 DURCHFÜHRUNG MASCHINENBAU Zylindrische Welle Flügel Einlauf- Schütz Generator Getriebe Zylindrischer Trog (Stahl) Gleitlager Dammbalkenverschluss RENEXPO HYDRO,

22 DURCHFÜHRUNG MASCHINENBAU RENEXPO HYDRO,

23 DURCHFÜHRUNG ELEKTROTECHNIK Komplette Energieableitung und Steuerung Niederspannungsschaltanlage Steuerungs- und Leitsystem inkl. Programmierung Verkabelung hoch- und niederspannungsseitig Transformator 0,4 / 20 kv Anbindung an bestehende 20 kv Freileitung Elektrische und maschinelle Schutzeinrichtungen Erdungs- und Blitzschutzsystem RENEXPO HYDRO,

24 DURCHFÜHRUNG ELEKTROTECHNIK RENEXPO HYDRO,

25 RENEXPO HYDRO 6. Internationale Kleinwasserkraftkonferenz: Innovation und Wirtschaftlichkeit FAZIT RENEXPO HYDRO,

26 FAZIT Erhöhung der Ausbauleistung von 270 kw auf 400 kw Mehrerzeugung durch die Wasserkraftschnecke je nach Betriebsführung zwischen und kwh. Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit (durch Maschinenredundanz) Erweiterungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen konnten unter vollkommener Beibehaltung des bestehenden Krafthauses durchgeführt werden. RENEXPO HYDRO,

27 KONTAKT: DI EVA NEUMAYER Dipl.-HTL-Ing. Gerhard Meißl gerhard.meissl@poyry.com RENEXPO HYDRO,