Betriebliche Praxis und End-of-pipe-Verfahren

- Beschallungsgeräte, positiv zum Umleiten (eines Schwarms) von Schuppenfischen, aber nicht für Aale;

- Beleuchtungssysteme mit Unterwasserlampen, positiv zur Umleitung von Aalen;

- Lage, Tiefe und Auslegung des Einlasses;

- Geschwindigkeitsbegrenzungen des Wasserzuflusses (obwohl Daten aus in England durchgeführten Studien erkennen lassen, dass die eingesaugten Fische sich von der Strömung tragen lassen (d.h. sich absichtlich treiben lassen oder sich zerstreuen), selbst wenn sie physisch in der Lage sind, durch Schwimmen der Strömung zu entkommen);

- Maschengröße der Kühlwassersiebe (gegen Schäden am Kühlsystem). Beobachtungen haben gezeigt, dass im gleichen Kraftwerk eine Maschengröße von 5 x 5 mm im Durchschnitt die Zahl der überlebenden, eingesaugten Fische im Kühlwasserauslauf im Vergleich zu einer Maschengröße von 2 x 2 mm verdoppelt, da die durch Aufprall verursachte Sterblichkeit von Fischlarven höher ist als die durch Einsaugen verursachte [KEMA, 1972] und [Hadderigh, 1978].

Die Sterblichkeit von aufgeprallten Fischen kann verringert werden durch ein gutes System, das die Fische von den Kühlwassersieben spült und sie zurück in das Oberflächengewässer wäscht.

3.3.2.3 Kosten von Beschallungsvorrichtungen und Lichtsystemen

Es ist offensichtlich, dass jede Veränderung, die an einem bestehenden System vorgenommen wird, kostspielig ist. Die Energiewirtschaft berichtete über zusätzliche Kosten in Höhe von zwischen 40.000 und 200.000 €, einschließlich der Kosten für Abschaltzeiten, für die Fischschutz-Technologie, die an bestehenden Anlagen angebracht wurden. In Situationen auf der grünen Wiese sind die zusätzlichen Investitionen für alternative Einlaufeinrichtungen möglicherweise weniger umfangreich.

Um eine gute Wirksamkeit zu erreichen, darf die Wasserströmung durch die Schalleinrichtungen und Lichtsysteme nicht höher als 0,3 – 0,5 m/s sein. Dies bestimmt die Länge der Systeme.

Die Material- und Baukosten für ein Lichtsystem betragen 90.000 – 140.000 € für eine Länge von 100 m und für ein Schallsystem (BAFF) rund 180.000 € pro 100 m.

3.3.3 Wärmeemission in Oberflächengewässer 3.3.3.1 Höhe der Wärmeemission

Die gesamte abgegebene Wärme endet schließlich in der Luft. Falls man Wasser als Zwischenkühlmittel verwendet, wird die gesamte Wärme in die Luft übertragen, entweder von den Wassertropfen in einem Kühlturm oder von der Oberfläche des aufnehmenden Gewässers. Ehe die Wärme das Oberflächengewässer verlässt, kann sie das aquatische Ökosystem angreifen und dies sollte vermieden werden.

Die Wärmeemission ist auch ein Thema, das eng mit der Menge des verwendeten und abgeführten Kühlwassers zusammenhängt. Gemäß ihrer Definition stellen Durchlaufsysteme, mit oder ohne sekundärem Kühlkreislauf, die größte Quelle der Wärme dar, die an das Oberflächengewässer abgegeben wird, da die Wärme vollständig über das Kühlwasser abgegeben wird. Das Kühlwasser in den Rezirkulationssystemen gibt den größten Teil der Wärme über einen Kühlturm an die Luft ab. Die Wärmemenge, die mit der Abflutung von einem Kühlturm abgegeben wird, beträgt ca. 1,5 % der abzugebenden Wärme, während 98,5 % in die Luft abgelassen werden. Es gibt wenig Informationen über die Auswirkungen von Wärmeemissionen auf das aquatische Ökosystem, aber es gibt Erfahrungen mit hohen Sommertemperaturen und kleinen aufnehmenden Wasserstraßen. Ein Temperaturanstieg kann zu einem Anstieg der Sauerstoffzehrung und der biologischen Produktion (Eutrophierung) führen. Das Ablassen von Kühlwasser in das Oberflächengewässer beeinflusst die gesamte aquatische Umgebung, besonders Fische. Die Temperatur hat eine direkte Auswirkung auf alle Lebensformen und deren Physiologie und eine indirekte Auswirkung durch die Wirkung auf das Sauerstoffgleichgewicht.

Die Erwärmung reduziert die maximale Löslichkeit des Sauerstoffs, führt zu einer hohen relativen Sättigung, die zu einem reduzierten Sauerstoffspiegel führt. Die Erwärmung beschleunigt auch den mikrobiellen Abbau von organischen Stoffen und verursacht einen erhöhten Sauerstoffverbrauch. Auch wo es zu einer Zirkulation von Kühlwasser kommt oder wo eine Anzahl von Industrien die gleiche beschränkte Kühlwasserquelle nutzen, müssen die Wärmeemissionen sorgfältig geprüft werden, um Störungen am Betrieb von flussabwärts gelegenen industriellen Prozessen zu verhindern.

Aus der spezifischen Wärme des Wassers, die rund 4,2 kJ/kg/K beträgt, kann der Temperaturanstieg des Wassers berechnet werden. Wenn das Kühlwasser zum Beispiel um durchschnittlich 10 K erwärmt wird, benötigt 1 MW_th Wärme einen Kühlwasserdurchsatz von rund 86 m³/h. Allgemein gesagt, jede kW_th benötigt 0,1 m³/h an Kühlwasser. Bei rezirkulierendem Kühlwasser wird die Wärme durch die Verdunstung über das Kühlwasser in einem Kühlturm an die Luft übertragen. Dabei beträgt die Verdunstungswärme des Wassers 2.500 kJ/kg (bei 20°C).

Besonders in der Energiewirtschaft wurden die Faktoren erforscht, die bei der Ableitung von großen Wärmemengen in Oberflächengewässer eine Rolle spielen. Ein Reihe von physikalischen Phänomenen müssen berücksichtigt werden, wenn Wärmeemissionen bewertet werden, z.B.:

• jahrezeitliche Schwankung in der Temperatur des aufnehmenden Gewässers;

• jahreszeitliche Schwankung im Wasserstand der Flüsse und die Schwankung in der Fließgeschwindigkeit;

• das Ausmaß der Vermischung des abgeleiteten Kühlwassers mit dem aufnehmenden Gewässer (Nahfeld und Fernfeld);

• an küstennahen Standorten Ebbe- und Flutbewegungen oder starke Strömungen und

• die Konvektion im Wasser und in die Luft. .

Das Verhalten der Warmwasserschwade im Oberflächengewässer ist nicht nur zum Schutz der empfangenden Umgebung wertvoll, sondern auch für die Wahl des richtigen Platzes für den Einlass und Auslass. Es wird immer von Bedeutung sein, die Zirkulation der Schwade zu verhindern, die Auswirkung auf die Temperatur des aufgenommenen Wassers und folglich auf die Wirksamkeit des Kühlsystems hat. Als Beispiel beträgt der Umfang der thermalen Schwade, definiert als der Bereich innerhalb der 1 K Wärmeisotherme ohne das Vermischen mit starken Strömungen (z.B. in einem See) für ein konventionelle Kraftwerk ca. 1 ha pro MW_e oder ca. 45 km² für ein 5.000 MW_e Kraftwerk. Anlage XII enthält eine ausführlichere Beschreibung des Verhaltens der Wärmeschwade.

3.3.3.2 Gesetzliche Anforderungen an die Wärmeemission

Anforderungen für spezifische Süßwassergewässer

Die Europäische Richtlinie 78/659/EWG (18. Juli 1978) setzt umweltbezogene Qualitätsnormen für gewisse Stoffe und die Wärmeeinleitungen in bezeichnete Süßwasser-Fischereigewässer. Die Richtlinie bestätigt lokale Bedingungen in einer Bestimmung in Artikel 11 mit Bezug auf die Beeinträchtigung der Mitgliedstaaten.

Wo Temperaturanforderungen von der Fischart abhängig sind, werden in Übereinstimmung mit ihrer Fischpopulation zwei Gewässerarten unterschieden:

- Salmonidengewässer - Cyprinidengewässer.

Für jedes ökologische System werden drei thermische Parameter angewendet:

- maximale Wassertemperatur an der Grenze der Vermischungszone

- maximale Wassertemperatur während Fortpflanzungszeit der “Kaltwasser-Fischarten”

- maximaler Temperaturanstieg.

Tabelle 3.6: Anforderungen an die Wassertemperaturen für zwei ökologische Systeme (Europäische Richtlinie 78/659/EEC)

Parameter Salmonidengewässer Cyprinidengewässer

Tmax an der Grenze der

Vermischungszone (ºC) 21,5 28,0

Tmax während der Fortpflanzungszeit der

Kaltwasser-Fischarten (ºC) 10,0 10,0

∆Tmax (ºC) an der Grenze der

Vermischungszone 1,5 3,0

Hinweis: Die Temperaturgrenzen dürfen für maximal 2% der Zeit überschritten werden. .

Sonstige aufnehmende Gewässer

In den Mitgliedstaaten wird die Wärmeemission an Oberflächengewässer auf verschiedene Weise geregelt. Dies hängt ab von den ökologischen Bedingungen und anderen Faktoren wie der Empfindlichkeit der aufnehmenden Oberflächengewässer; den örtlichen Klimabedingungen; der Kapazität des Empfängers, thermische Belastungen aufzunehmen, und der vorherrschenden Strömungen und Wellen (Hydrodynamik des Wassers). Die Regelungen betrachten die Wärmeemissionen oft in Verhältnis zum aufnehmenden Oberflächengewässer. Beispiele sind:

• Standardisierung der maximalen Ableitungstemperatur (z.B. 30°C im Sommer in gemäßigten Klimaten und 35°C in heißen Ländern)

• Begrenzung der maximalen Erwärmung im Verhältnis zum empfangenden Wasser und der jahreszeitlichen Temperaturunterschiede (z.B. ∆T_max von 7-10 K gemessen über die gesamte Kühlwasserstrecke im Produktionsprozess),

• Festsetzen eines maximale, akzeptablen Temperaturprofils des Oberflächengewässers und der insgesamt verfügbaren Kühlkapazität des Oberflächengewässers.

Diese Anforderungen werden in Genehmigungen formuliert.

Andere Regelungen schreiben keine allgemein fixierte Ableitungstemperatur vor. Primär folgt die Höhe der Ableitungstemperatur aus dem Typ des Kühlsystems. Zusätzlich spielt die jahreszeitliche Temperaturänderung des Oberflächengewässers eine wichtige Rolle bei der Festsetzung der zulässigen Ableitungstemperatur. Einige regionale Behörden klassifizieren auch noch weiter die empfangenden Gewässer mit Hilfe der Charakteristika ihrer Fauna.

3.3.3.3 Zur Verminderung verwendete Verfahren 1. Kühltechnologie

Der beste Weg zur Verminderung von Wärmeemissionen ist, die Notwendigkeit der Ableitung durch die Optimierung des Elementarprozesses zu vermindern oder Kunden für die überschüssige Wärme zu finden. Im Fall der Wärmeemission in die Umwelt konzentriert man sich auf die Wärmeemissionen in Oberflächengewässer. Bei der Berücksichtigung von Verminderungsverfahren ist es wichtig, sich der Tatsache bewusst zu sein, dass am Ende die gesamte Wärme in der Luft verschwindet und dass das Oberflächengewässer nur ein Zwischenmedium ist. Wenn man zwischen verschiedenen Kühlsystemen wählt, kann man entscheiden, welches vorzuziehen ist. Somit kann die Auswirkung der Wärmeabgabe auf die Umwelt minimiert werden, indem man mehr Wärme in die Atmosphäre ableitet und weniger Wärme in ein Oberflächengewässer und dies auf Kosten des Wasserverlusts durch Verdunstung. Die Minimierung der Wärmeableitungen auf ein Oberflächengewässer hängt zusammen mit der Minimierung des Wasserverbrauchs und der gesamten Energie-Effizienz. Je mehr Wärme über Konvektion und Verdunstung abgeführt wird, um so mehr Energie pro abgeführte MW_th wird wegen des Einsatzes von Ventilatoren benötigt, falls man keine natürliche Luftströmung einsetzt. Dies erfordert im Allgemeinen große Investitionen und eine Menge Raum.

Im Fall von großen Kapazitäten ist es eine weit verbreitete Lösung zur Verminderung der Wärmebelastung der Oberflächengewässer von (hauptsächlich) Flüssen und Seen eine geeignete Technologie der Wärmeübertragung zu wählen, z.B. anstelle eines Durchlaufsystems ein Rezirkulationssystem mit einem offenen Nass- oder Hybrid-Kühlturm.