Kompaktseminar: Effizienzsteigerung und Optimierungspotenzial bei bestehenden Wasserkraftanlagen Von der Idee bis zur Genehmigung das Zusammenspiel von wasserwirtschaftlichen, technischen und ökonomischen Faktoren Martin Veh, Frank Steinbacher Steinbacher-Consult Ingenieurgesellschaft mbh & Co. KG. Richard-Wagner-Straße 6 86356 Neusäß/Augsburg Telefon +49 (0) 821 / 4 60 59 0 Fax +49 (0) 821 / 4 60 59 99 info@steinbacher-consult.com www.steinbacher-consult.com
Klein(st)wasserkraft in Bayern > 12.000 Wasserkraftanlagen in Bayern 1920 HEUTE ~4.317 Wasserkraftanlagen
Daten zur Wasserkraft Klimaschutz durch Wasserkraft
Zahlen zur Wasserkraft etwa 10 % des Wasserkraftstroms aus Kleinwasserkraft in Bayern waren aber schon 3mal soviel Anlagen in der Vergangenheit in Betrieb Wasserkraft ist Grundlastfähig und da wenn benötigt Die Anlagen über 5MW produzieren den Strom der AKWs Brokdorf, Gundremmingen B, Isar 2 und Neckarwestheim.
Daten zur Wasserkraft Bayerischer Staatsregierung: Bayerns Strom aus Wasserkraft vermeidet 10 Millionen Tonnen CO 2 jährlich. ++ Mit rund 18 Prozent Anteil an der gesamten Stromerzeugung trägt die Wasserkraft erheblich dazu bei, dass Bayern zu den Top10 der klimafreundlichsten Regionen Europas zählt. Wasserkraft soll naturverträglich weiter ausgebaut werden ++
Zahlen zur Wasserkraft Wasserkraft ist die ausgereifteste Technologie zur Erzeugung erneuerbarer Energie 16% des global erzeugten Stroms stammen aus Wasserkraftwerken In Deutschland sind rund 7.300 Kleinwasserkraftanlagen (< 1.000 Kilowatt = 1 Megawatt) in Betrieb, die etwa 10 % des Wasserkraftstroms produzieren mittlere und große Anlagen: 354 Anlagen nur 12% der Anlagen sind im Besitz von Energieversorgungsunternehmen und erzeugen dennoch über 90% des gesamten Stroms aus Wasserkraft in Deutschland hat Wasserkraftnutzung ca. 13,2% Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien -> Neue Anreize für die Wasserkraft durch Einspeisevergütung? -> Neue Erkenntnisse aus dem naturverträglichen Wasserbau? -> Neue Chancen im Bereich der Klein(st)wasserkraft?
Was ist Kleinwasserkraft und wo funktioniert Kleinwasserkraft Kleinwasserkraft bis max. 1MW Leistung Wo funktionieren Kleinwasserkraftanlagen: fließende Gewässer künstliche stehende Gewässer (Ausleitungen) Wasserausleitung an technischen Bauwerken (z.b. Kläranlagen) Energienutzung in Leitungssystemen
Potentiale der Kleinwasserkraft Ziel in Bayern: Bis 2020 Erhöhung des Anteils der Wasserkraft auf 30% (derzeit ca. 16%) Verteilung der Ausbauleistungen: 24% Neubau von Anlagen 9% Neubau an bestehenden Querbauwerken 14% Modernisierung 53% Nachrüstung
Zusammensetzung des Strompreises Strompreis netto ohne EEG Umlage: 18,04 Ct/kWh EEG-Umlage: 6,17 Ct/kWh Strompreis netto: 24,21 Ct/kWh
Warum macht die Nutzung von Wasserkraft Sinn? Klimaschutz durch Wasserkraft Strom kann an geeigneten Standorten rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr produziert werden. Die Stromerzeugung findet vor Ort statt. Damit sinkt die Abhängigkeit von teurer werdenden Energieimporten. Kleinwasserkraftwerke helfen eine dezentrale Versorgungsstruktur aufzubauen und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Wasserkraft ist eine erneuerbare Energiequelle. Wasserkraftwerke verursachen während des Betriebs keine klimaschädlichen Emissionen. Viele kleine Wasserkraftwerke sind im ausgehenden 20. Jahrhundert stillgelegt worden. Diese können relativ einfach wieder aktiviert werden. Die nötigen Investitionen sind gering und können von einzelnen Bürgern, einem Zusammenschluss von Bürgern oder der Kommune geleistet werden.
Warum macht die Nutzung von Wasserkraft Sinn? Klimaschutz durch Wasserkraft Neue kleine Wasserkraftwerke (< 0,5 MW) werden durch das EEG (Erneuerbare Energien- Gesetz) gefördert. Auch die Modernisierung alter Anlagen wird gefördert. Durch ökologische Maßnahmen wie Fischtreppen kann die Durchlässigkeit von Gewässern verbessert werden. Intakte und naturnahe Wasserläufe sind auch attraktive Naherholungsgebiete. Wasserkraftwerke übertreffen mit ihrer Lebensdauer meist alle anderen Kraftwerksarten. Kleine Wasserkraftwerke verursachen nur geringe Eingriffe in die Natur und benötigen nur wenig Platz. Moderne Turbinen haben einen Wirkungsgrad von bis zu über 90%.
Wirtschaftliche Klein(st)wasserkraft? Erneuerbares Energien Gesetz 2014: Gegen eine Entsolidarisierung! Seit 1. August 2014 ist eine EEG-Umlage für alle Erneuerbaren Energien bei Eigenverbrauch zu tragen Vergütungssätze: Einspeisevergütung Neue Wasserkraftanlagen (EEG) bis 0,5 MW: 12,52 Ct/kWh Einspeisevergütung Modernisierte Wasserkraftanlagen (EEG) bis 0,5 MW: 12,52 Ct/kWh Bestandsanlage (ohne EEG): ~5Ct/kWh
Wirtschaftliche Klein(st)wasserkraft? Einspeisung 12,5Ct/kWh 40% EEG-Umlage: 2,5Ct/kWh Neue WKA Eigennutzung Netto Strompreis: 24,21 Ct/kWh 9,21 Ct/kWh Direktvermarktung (Erzeuger Verbraucher) Eigene Leitung: EEG- Umlage 6,17 Ct/kWh 5,54 Ct/kWh Über das Netz: EEG-Umlage + Umlagen 18,04 Ct/kWh
Wirtschaftliche Klein(st)wasserkraft? Einspeisung 5 Ct/kWh 0% EEG-Umlage: Bestandsanlage/ Wiederinbetriebnahme (nicht EEG konform) Eigennutzung Netto Strompreis: 24,21 Ct/kWh 19,21 Ct/kWh Direktvermarktung (Erzeuger Verbraucher) Eigene Leitung: EEG- Umlage 6,17 Ct/kWh 13,04 Ct/kWh Über das Netz: EEG- Umlage + Umlagen 18,04 Ct/kWh 1,17 Ct/kWh Hinweis: bei techn. Leistungssteigerung >10% erfolgt Anspruch auf EEG-Vergütung
Wirtschaftliche Klein(st)wasserkraft? Einspeisung 12,5Ct/kWh 40% EEG-Umlage: 2,5Ct/kWh Bestandsanlage/ Wiederinbetriebnahme Ertüchtigung EEG Eigennutzung Netto Strompreis: 24,21 Ct/kWh 9,21 Ct/kWh Direktvermarktung (Erzeuger Verbraucher) Eigene Leitung: EEG- Umlage 6,17 Ct/kWh 5,54 Ct/kWh Über das Netz: EEG-Umlage + Umlagen 18,04 Ct/kWh
Gesetzliche Regelungen für die Wasserkraft Rechtsgrundlage ist die EU Wasserrahmenrichtlinie: Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) Wasserhaushaltsgesetz (WHG) Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Neue Herausforderungen für Umwelt und EEG-konforme Vergütung: Mindestwasserführung Durchgängigkeit des Gewässers Schutz der Fischpopulation Erhalt/Sicherstellung guter ökologischer Zustand, Potential und Verschlechterungsverbot
Potenzialanalyse Gewässer erfassen Durchfluss ermitteln Pegelstände Gefälle und Höhenunterschiede Bestehende Querverbauungen Klimaschutz durch Wasserkraft Welche Schritte sind zur Errichtung einer Wasserkraftanlage zu durchlaufen? Projektvorschläge Erste Projektvorschläge entwickeln Rechtliche Bedingungen prüfen Wirtschaftlichkeit berechnen Öffentlichkeit einbeziehen (BürgerInnen, Umwelt- und Naturschutzgruppen)? Betreibermodell entwickeln? Planung Bau Ihr Wasserkraftpotential: P[kW] = Q[m³/s] * h[m] * 8,5 [kn/m³]
Wie hoch sind die zu erwartenden Investitionskosten? Die leistungsbezogenen Investitionskosten liegen für kleine Wasserkraftwerke zwischen: 5.000 und 10.000 /kw Die Investitionskosten hängen sehr stark von den Gegebenheiten vor Ort ab. Müssen z.b. neue Querbauwerke errichtet werden, oder sind die Anforderungen an Fundamente benötigter Gebäude aufgrund der Untergrundbeschaffenheit hoch, steigen die Kosten.
Sanierung von bestehenden Anlagen Effizienzbewertung der vorhandenen Wasserkraftanlagen und Potentialabschätzung bzgl. einer Effizienzsteigerung Modernisierung - Ersatz von Turbine/Generator - Einbau autom. Steuerung Nachrüstung - Zubau von Turbinen - Nutzung größerer Wassermengen - Stauzielerhöhung - Erhöhung des Nutzgefälles (Unterwasserspiegel) - Ersatz alter Turbinen durch Turbinen mit höherem Wirkungsgrad
Sanierung von bestehenden Anlagen Effizienzbewertung der vorhandenen Wasserkraftanlagen und Potentialabschätzung bzgl. einer Effizienzsteigerung Auswertung Datenbestand Standort Kraftwerkstyp Absturzhöhe Wassermenge Ausbauleistung Sanierungszustand Stauraummanagement Hochwasserschutz Besitzstand
Sanierung von bestehenden Anlagen Revitalisierung 2005 Kaplan-Turbine vertikal doppelt reguliert Schluckvermögen: Q = 8 m 3 /s Fallhöhe: H = 3 m Turbinenleistung: 214 kw elektrische Leistung: 197 kw Erzeugung: 1.000.000 kwh Restwasserabgabe: 800 bis 1.400 l/s (je nach Leistung) Umgehungsgerinne an der Wehranlage als Fischaufstieg
Nutzungsdenken über die Erzeugung hinaus! Identifikation und Beschreibung konkreter exemplarischer Beispielprojekte, einschließlich technische Dimensionierung, detaillierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und CO 2 -Bilanz - Erarbeitung von Konzepten für Speicher- und Energielastmanagementsysteme Auswahl eines Modelprojekts aus Vorschlagsliste Vorbereitung der Umsetzung Besprechung mit relevanten Akteuren Technische Dimensionierung Investitionskostenschätzung Vollkostenrechnung Fördermittelprüfung CO 2 -Bilanzierung
Neue technische Anlagen und ihre ökolog. Eigenschaften Flussturbine: - nutzt Strömungsgeschwindigkeit des Wassers - keine Wehr- oder Stauanlagen - nahezu Geräuschlos und nicht sichtbar
Neue technische Anlagen und ihre ökolog. Eigenschaften Very low head turbine: - Niedrige Fallhöhen - Variable Wassermengen - Geräuscharm und Fischfreundlich - Geringe bauliche Eingriffe
Neue technische Anlagen und ihre ökolog. Eigenschaften Wirbelwasserkraftwerk: - Niedrige Fallhöhen - Nutzung der Wasserkraft in Kläranlagen - Als Ökostrom produzierender Fischauf- und -abstieg - Geräuscharm und Fischfreundlich
Neue technische Anlagen und ihre ökolog. Eigenschaften Schachtkraftwerk: - Niedrige Fallhöhen - Geräuscharm und Fischfreundlich - Geringer Flächenverbrauch und Eingriff in Fluss - Integrierbar in Hochwasserschutzkonzeptionen
Fazit Beitrag zum Klimaschutz Beitrag zu heimischer Versorgungssicherheit Kleinwasserkraft liefert gut prognostizierbare Energiemengen Kleinwasserkraftwerke liefern vergleichsweise günstigen Strom Beitrag zum Hochwasserschutz Entfernung von Zivilisationsabfall Hohe Lebensdauer von Kleinwasserkraftwerken Aber: Integrationsdenken ins private/kommunale Umfeld kann die Wirtschaftlichkeit wesentlich steigern!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Sanierung von bestehenden Anlagen Vor der Revitalisierung Seit 1899 Wasserkraftnutzung Francis-Turbine vertikal mit Kammrad und Riemenantrieb Schluckvermögen: Q = 2 m 3 /s Fallhöhe: H = 2,5 m Turbinenleistung: 35 kw elektrische Leistung: 28 kw Erzeugung: 170.000 kwh keine Restwasserabgabe kein Fischaufstieg
Sanierung von bestehenden Anlagen Anlage vor der Revitalisierung Baujahr 1922 Francis-Turbine vertikal mit Kammrad und Riementrieb Schluckvermögen: Q = 5,5 m 3 /s Fallhöhe: H = 2,6 m Turbinenleistung: 110 kw elektrische Leistung: 95 kw Erzeugung: 450.000 kwh kein Fischaufstieg 300 m Ausleitungsstrecke ohne Restwasserabgabe
Sanierung von bestehenden Anlagen Revitalisierung 2004 Neue Kaplanturbine vertikal doppelt reguliert an der Wehranlage Schluckvermögen: Q = 6 m 3 /s Fallhöhe: H = 2,5 m Turbinenleistung: 135 kw elektrische Leistung: 120 kw Erzeugung: 750.000 kwh Weiterbetrieb der Altanlage mit 350.000 kwh, daher Gesamterzeugung von 1.100.000 kwh pro Jahr