Inhalt der Lehrveranstaltung:

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Inhalt der Lehrveranstaltung:

Energiewirtschaft Österreichs

Elektrizitätswirtschaft Österreichs Wasserkraftpotential Österreichs Kraftwerkspark und Leitungsnetz

Wasserwirtschaftliche Fragestellungen im Zusammenhang mit dem Betrieb der Wasserkraftwerke

Hydrologische Anwendungen (Beispiele) im Bereich der Wasserkrafterzeugung

Position der Wasserkraft im liberalisierten Strommarkt

Umweltthemen im Zusammenhang mit der Wasserkraftnutzung

Tarifpolitik als Steuerinstrument im liberalisierten Strommarkt?

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KRAFTWERKE

Definition - Kraftwerk:

Gesamtheit der technischen Einrichtungen und Anlagen, die der Umsetzung anderer Energieformen in elektrische Energie dienen.

Die elektrotechnische Anlage zum Anschluss an das Netz zählt zum Kraftwerk. (ON).

Klassifizierung - Kraftwerkstypen:

• Brennstoff / Energieträger: Fossile Energieträger (Kohle, Öl, Erdgas,…) Kernbrennstoffe (Uran, Plutonium, …)

Biomasse (biogene Brennstoffe z.B. Holz)

Rostfeuerung, Wirbelschichtverfahren,

Thermische Biomassevergaseranlagen (Pyrolyse)

Wasserkraft (klassische Wasserkraftanlagen,

Gezeitenkraftwerk, Wellenkraftwerk, Osmosekraftwerk)

Wind (On-shore, Off-shore)

(direkte) Sonnenenergie (PV, Solarthermie) Geothermie

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KRAFTWERKE

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Klassifizierung - Kraftwerkstypen:

• Art der Energienutzung:

• Kinetische Energie (Wasserkraft, Windkraft)

• Potentielle Energie (Wasserkraft)

• Thermische Energie (Thermische Kraftwerke - Dampfturbine, Gasturbine)

• Energieträger - z.B. Sonnenstrahlung, Geothermie, Erdöl, Erdgas, Kohle, Biomasse, Kernenergie (ev. zukünftig auch Kernfusion)

• Photovoltaik

• Unterteilung nach Energieträger ist: erneuerbar oder nicht erneuerbar

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Erzeugungseinheiten Kraftwerkspark (die wichtigsten Erzeuger)

Netz

Verteil- und Übertragungsnetz

Thermische Öl Kraftwerke Kohle Kraftwerke Gas Kraftwerke G.u.D. Anlagen

(Kernkraftwerke nicht in Ö)

Erneuerbare (ohne Wasserkraft) Wind: Off-/ On-shore Anlagen Solar: Photovoltaik / Solarthermie Biomasse (fest, flüssig, gasförmig) Geothermie

Wasserkraft

Nach der Nennspannung gliedern sich die Netzebenen wie folgt:

Netzebene 1 380 kV und 220 kV Netzebene 2 Umspannung

Netzebene 3 110 kV

Netzebene 4 Umspannung Netzebene 5 10 kV bis 30 kV Netzebene 6 Umspannung Netzebene 7 400 V

Übertragungsnetz

die Übertragung der elektrischen Energie vom Kraftwerk zum Regionalverteiler.

Verteilnetz

Leitung der elektrischen Energie über das örtliche Verteilnetz an die Endkunden

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Unterteilung nach:

Betriebsweise:

• Laufkraftwerk (Wasserkraftwerk, das im Wesentlichen den jeweilig anfallenden nutzbaren Wasserzufluss umsetzt).

• Laufkraftwerk mit Schwellbetrieb (Laufkraftwerk, das in Zeiten niedriger Wasserführung den nutzbaren Abfluss in einem Schwellraum über wenige Stunden ganz oder teilweise speichern kann, um anschließend eine höhere Leistung erzielen zu können als dem nutzbaren Zufluss zu diesem Zeitpunkt entspricht).

• Speicherkraftwerk (Wasserkraftwerk, dessen Zuflüsse mit Hilfe eines Speichers oder mehrerer Speicher zeitlich umgelagert werden können).

• Pumpspeicherkraftwerk (Speicherkraftwerk, das seinen Speicher ganz oder teilweise durch Pumpspeicherbetrieb füllt. Man unterscheidet zwischen Pumpspeicherkraftwerken mit und ohne natürlichen Zufluss in das Oberbecken.

Nach deren Größe (Engpassleistung):

• Micro- oder Minikraftwerke (EPL<1MW)

• Kleinkraftwerk (Wasserkraftwerk mit kleiner Ausbauleistung bis zu wenigen MW. In Österreich ist liegt der Grenzwert allgemein bei 10 MW, in Dt. z.B. bei 5 MW).

• Mittleres Wasserkraftwerk (nach OeMAG Förderrichtlinien) – über 10 MW bis 20 MW

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Wasserkraftwerke Systematik Unterteilung nach:

Fallhöhe:

• Niederdruck-Kraftwerk / Niederdruckanlage (Ein Niederdruck-Kraftwerk / Niederdruckanlage ist ein Wasserkraftwerk mit kleiner Fallhöhe. Es ist in der Regel mit Kaplanturbinen oder

Durchströmturbinen – bei sehr kleinen Leistungen auch mit Wasserrädern – ausgerüstet).

Anm. Bis max. 30 m Fallhöhe spricht man von einer Niederdruckanlage.

• Mitteldruck-Kraftwerk / Mitteldruckanlage (Bei Mitteldruckkraftwerken handelt es sich um Wasserkraftanlagen mit einer Fallhöhe zwischen 25 m und 400 m, wobei sowohl der Übergang

zwischen Niederdruck- und Mitteldruckanlagen als auch zwischen Mitteldruck- und Hochdruckanlagen als fließend bezeichnet werden kann).

• Hochdruck-Kraftwerk (Wasserkraftwerk mit relativ großer Fallhöhe, in der Regel mit Francis- oder Peltonturbinen ausgerüstet).

Anm. Von Hochdruckanlagen spricht man, wenn die Nutzfallhöhe mehr als 250 m beträgt. Um ein solch großes Gefälle realisieren zu können, werden solche Anlagen im Mittel- und Hochgebirge errichtet. Zur Stauhaltung werden Talsperren, Staumauern oder ein Staudamm verwendet, wodurch große Mengen Wasser über ein Jahr gespeichert werden können, welche mittels Druckstollen und Druckschächten zum Kraftwerk, das sich zumeist im Tal befindet, transportiert werden.

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Lage am Gewässer:

• Flusskraftwerk (ein im Flusslauf befindliches Wasserkraftwerk).

• Ausleitungskraftwerk / Umleitungskraftwerk (Wasserkraftwerk, bei dem das Triebwasser zum Zweck des Fallhöhengewinnes aus dem ursprünglichen Gewässerbett abgeleitet und nach dem Krafthaus wieder in dieses zurückgeleitet wird).

Bauweise:

• Bei Flusskraftwerke

• Blockbauweise (zusammenhängende Bauweise)

• Buchtenkraftwerk

• Zwillingsbauweise (beidseitige Anordnung)

• Pfeilerkraftwerke (aufgelöste Bauweise)

• überströmbare Flusskraftwerke (Kombination mit Stauanlage)

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9

Position der Wasserkraft innerhalb der Elektrizitätsversorgung (Österreich)

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Energieträger

Anzahl MW

Biogas 283 85,1

Biomasse fest 148 298,4

Biomasse flüssig 15 1,1

Deponie- und Klärgas 39 14,4

Geothermie 2 0,9

Photovoltaik 26.608 845,1

Windkraft 412 2.301,7

Summe "Sonstiger"

Ökostrom 27.507 3.546,7

Kleinwasserkraft bis 10 MW

(unterstützt) 1.889 370,6

Vergleich von Engpassleistung [in MW] und Anzahl der Ökostromanlagen Vertragsverhältnisse mit OeMAG

Stand 30.06.2019

Vertragsverhältnis mit OeMAG ¹⁾

1) Ökostromanlagen mit Vertragsverhältnis mit OeMAG, die bereits in Betrieb sind

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Thermische Erzeugung

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Thermische Kraftwerke erzeugen rund 30 % des Stroms in

Österreich (einschl. biogene

Brennstoffe). 19.901 GWh (2018) Wirkungsgrad der österreichischen Kraftwerke ist von 1990

bis heute von 35 Prozent auf rund 46 Prozent gestiegen (rund 60%

bei G&D Anlagen).

Base und Intermediate-Load

Quelle: evn

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Thermische Erzeugung

Quelle: VERBUND Thermal Power

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Thermische Erzeugung

Seite 17 Quelle: VERBUND Thermal Power

DENOX = Rauchgasentstickung

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Thermische Erzeugung

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Thermische Erzeugung

Seite 19 Quelle: VERBUND Thermal Power

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Thermische Erzeugung

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Thermische Erzeugung - GuD

Seite 21 Quelle: Eon

Wärmetauscher

Generator Generator Abhitzekessel Abgas

Gasturbine

Brennkammer

Dampfturbine Wärmetauscher

Generator Transformator

Transformator Fernwärmenetz

Rücklauf

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Thermische Erzeugung

Quelle: VGB

Wirkungsgradverbesserung (DKW) durch Erhöhung der Temperatur- und

Druckparameter

Frühestens 2015 realisierbar

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Erzeugung aus Windkraft

Spielt bei der Erfüllung der EU 20/20/20 Ziele eine tragende Rolle.

Derzeitige Erzeugung: ca. 6.000 GWh pro Jahr (Ö) Zukünftige Steigerung schwer zu prognostizieren.

Seite 23 Quelle: Garrad Hassan

Quelle: IG Windkraft

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Erzeugung aus Sonnenenergie - Photovoltaik

Grundlegendes

monokristalline Solarzellen

Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 17 %.

multikristalline (polykristalline) Solarzellen Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 14 %.

amorphe Solarzellen (Dünnschichtsolarzellen) Der Wirkungsgrad liegt bei 5 bis 7 %.

1 2

3

4 5

6 7

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Erzeugung aus Sonnenenergie – Solarthermie (CSP)

Seite 25

DESERTEC

Quelle: Wikipedia

Quelle: DESERTEC

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Wasserkraft:

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Wasserkraftpotential – Definitionen:

Niederschlagsflächenpotential:

Theoretischer Potentialbegriff, dessen Wert aufgrund der im Einzugsgebiet oder in einer Region gegebenen mittleren Niederschlagsfracht eines

Jahres und der gegebenen Topographie ermittelt wird. (A / 252.000 GWh/a) Abflussflächenpotential:

Theoretischer Potentialbegriff, dessen Wert aufgrund der im Einzugsgebiet oder in einer Region gegebenen mittleren Niederschlagsfracht eines Jahres und der gegebenen Topographie unter Berücksichtigung der Verdunstung ermittelt wird.

(A / 150.000 GWh/a)

Abflusslinienpotential:

Theoretischer Potentialbegriff, dessen Wert aufgrund der in den

Fließgewässern gegebenen mittleren Jahreswasserfracht und den vorhandenen Gefällen in den Wasserläufen ohne Berücksichtigung von Fließverlusten und Wirkungsgraden ermittelt wird.

(A / 90.000 GWh/a)

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Technisches Wasserkraftpotential:

Potential Begriff, dessen Wert aufgrund der in den Fließgewässern gegebenen mittleren Jahreswasserfracht und den vorhandenen Gefällen in den

Wasserläufen unter Berücksichtigung von Fließverlusten und Wirkungsgraden ermittelt wird. (A / 75.000 GWh/a)

Ausbauwürdiges Wasserkraftpotential:

Potentialbegriff, dessen Wert durch Addition der Regelarbeitsvermögen (RAV) aller bestehender Wasserkraftwerken, der in Bau befindlichen Wasserkraftwerke sowie aller bekannten Projekte einer Region (z.B.

Flussgebiet, politische Region) ermittelt wird.

Ausbauwürdiges Wasserkraftpotential – 53.700 GWh/a, davon 2/3 Laufkraftwerke und 1/3 Speicherkraftwerke!

entspricht einer Leistung von 18.000 MW

davon 1/3 in Laufwasserkraftwerken und 2/3 in Speicherkraftwerken!

Größte Energie in den alpinen Flüssen – Donau 15.000 GWh/a

Ausbaugrad (Bestand und in Bau) ist rund 67 %

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Seite 29

Wasserkraftpotential Überblick:

Begriffe:

Niederschlagflächenpotential - 252.000 GWh/a

Abflussflächenpotential - 150.000 GWh/a

Abflusslinienpotential - 90.000 GWh/a

Technisches Wasserkraftpotential - 75.000 GWh/a Ausbauwürdiges Wasserkraftpotential - 53.700 GWh/a

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Lauf Speicher Summe Lauf Speicher Summe Lauf Speicher Summe

Niederösterreich 7.238 112 7.350 2.969 2.969 10.207 112 10.319

Oberösterreich 8.870 227 9.097 758 255 1.013 9.628 482 10.110

Steiermark 1.929 687 2.616 1.483 876 2.359 3.412 1.563 4.975

Kärnten 3.203 1.637 4.840 1.408 738 2.146 4.611 2.375 6.986

Salzburg 1.280 1.814 3.094 1.341 739 2.080 2.621 2.553 5.174

Tirol 2.535 2.960 5.495 2.683 3.124 5.807 5.218 6.084 11.302

Vorarlberg 192 2.267 2.459 158 1.137 1.295 350 3.404 3.754

Burgenland 3 3 0 3 0 3

Wien 1.052 1.052 25 25 1.077 0 1.077

Gesamt 26.302 9.704 36.006 10.825 6.869 17.694 37.127 16.573 53.700

Anteil in % (bezogen auf die Kategorieen

Bestand, Projekte und Gesamt) 73% 27% 100% 61% 39% 100% 69% 31% 100%

Anteil in % (bezogen auf den KW-

Typ) 71% 59% 67% 29% 41% 33% 69% 31% 100%

Kleinkraftwerke 2345* 385* 2730* ~68* 2.000 2.000 2.000

Erneuerungen 500 300 200 500

Summe über alles 26.302 9.704 36.006 10.825 6.869 20.194 39.427 16.773 56.200

Anteil in % (bezogen auf die Kategorieen Bestand, Projekte und Gesamt)

73% 27% 100% 54% 34% 100% 70% 30% 100%

Anteil in % (bezogen auf

den KW-Typ) 67% 58% 64% 27% 41% 36% 70% 30% 100%

*) Werte in den Länderzahlen enthalten

Bundesland

Ausbauwürdiges Wasserkraftpotential Österreich (Stand 2004) gegliedert nach Bundesländern

Bestand in Bau und Projekte Gesamt

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Seite 33

Geographisch sind die Wasserkräfte jedoch sehr unterschiedlich verteilt. Rund zwei Drittel des Potenzials an Wasserkraft liegt in Ländern der Dritten Welt. Das größte Wasserkraftwerk mit einer Kapazität von 12 600 Megawatt liegt in Brasilien

Auch innerhalb Europas, wo die nutzbaren Wasserkräfte zu rund einem Drittel ausgeschöpft sind, bieten die einzelnen Länder ein sehr unterschiedliches Bild: von Norwegen, das 99 % seines Stroms aus Wasserkraft erzeugt, über Island mit 94 %, Österreich mit 72 %, der Schweiz mit 58 %, Frankreich mit 16 %, Deutschland mit 3,5 % bis hin zu den Niederlanden mit annähernd 0 %.

Die Wasserkräfte der Erde:

Weltweit werden derzeit etwa 5 % des Bedarfs an Primärenergie und 20 % des Bedarfs an elektrischer Energie aus Wasserkraft gedeckt. Das nutzbare Potenzial an Wasserkraft ist jedoch fünfmal so groß, sodass Wasserkraft-werke einen wichtigen Beitrag zur Lösung des Weltenergieproblems leisten können.

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0 1.000.000 2.000.000 3.000.000 4.000.000 5.000.000

Wasserkraftpotential in GWh/a Asien Südamerika Nord & Mittelamerika Afrika Europa*) Australien & Ozeanien

Wasserkraftpotential

(weltweit rund 8.100.000 GWh/a)

Quelle: Hydropower & Dams;

World Atlas & Industry Guide 2000

ausgebautes Potential nicht ausgebautes Potential

1.000 TWh 775 TWh 107 TWh

1.000 TWh

1.600 TWh

3.600 TWh

*)

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Wesentliche Begriffe der Wasserkraftwirtschaft:

• Arbeitsvermögen

• Regeljahr

• Regelarbeitsvermögen

• Erzeugungskoeffizient

• Engpaßleistung

• Gesicherte Leistung

Erzeugungsschwankungen der Wasserkraft:

• Jahreszeitliche Schwankungen

• Kurzfristige Jahresschwankungen

• Langfristige Erzeugungsschwankungen

•klimatisch bedingt

•anthropogen bedingt

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Arbeitsvermögen:

a) Arbeitsvermögen eines Laufwasserkraftwerks:

Das Arbeitsvermögen eines Laufwasserkraftwerks ist die mit der jeweils gegebenen hydraulisch verfügbaren Leistung in einer Zeitspanne

erzeugbare elektrische Arbeit. Die nichtverwertete Arbeit ist im Arbeitsvermögen enthalten.

 ^

= P dt A

_H _VH

Die Ermittlung des Arbeitsvermögens erfolgt üblicherweise für eine Berichtszeitspanne (z.B. Monate, Halbjahre, Jahre)

Das Arbeitsvermögen beinhaltet auch Zuflüsse von Überleitungen aus anderen Einzugsgebiete. Dabei ist die allenfalls erforderliche Pumparbeit vom Zubringerpumpen vom Arbeitsvermögen abzuziehen.

b) Arbeitsvermögen eines Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken:

Das Arbeitsvermögen von Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken mit

natürlichem Zufluss ist nur das aus dem natürlichen Zufluss (Gesamtzufluss abzüglich gepumpten Zufluss) erzeugbare elektrische Arbeit.

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Seite 37

Regelarbeitsvermögen (RAV):

Das Regelarbeitsvermögen ist das Arbeitsvermögen im Regeljahr.

Anmerkung: Vereinfacht läßt sich das Regelarbeitsvermögen als Mittelwert der

Erzeugung aus einer langen Reihe von Betriebsjahren errechnen. Dabei ist zu beachten, daß technische Ausfälle zu unbrauchbaren Werten führen.

Erzeugung (A_B):

Die Erzeugung oder die Betriebsarbeit eines Wasserkraftwerks ist die in der Zeitspanne tatsächlich erzeugten elektrischen Arbeit.

Nichtverwertete Arbeit (A_HN):

Die nichtverwertete Arbeit eines Laufkraftwerks ist die Differenz aus dem Arbeitsvermögen und der Erzeugung (Betriebsarbeit).

A_HN = A_H - A_B

Die nichtverwertete Arbeit bei Speicher- oder Pumpspeicherkraftwerken ist die Arbeit des nutzbaren Zuflusses, die energiewirtschaftlich nicht genutzt wurde.

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Wälzarbeit (A

_W

):

Die Wälzarbeit bei Pumpspeicherkraftwerken ist die aus dem gepumpten Wasser erzeugte elektrische Arbeit unter Berücksichtigung des

(Pumpspeicher-) Wirkungsgrades. [Der Pumpspeicherwirkungsgrad liegt etwa bei 0,7].

Pumparbeit (A

_P

):

Die Pumparbeit (Pumpstromverbrauch) ist die elektrische Arbeit, die zum Fördern des Speicherwassers eingesetzt wird.

PT P

W

A

A =  

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Seite 39

Die gesicherte Leistung ist jene Leistung, die von einem Wasserkraftwerk mit nachstehend angegebener Versorgungssicherheit angegeben werden kann. Sie ist jene Leistung, die

• bei Laufwasserkraftwerken dem nutzbaren Durchfluß Q₉₅ im Regeljahr

entspricht. Als nutzbarer Durchfluß Q₉₅ wird jener Durchfluß bezeichnet, der im Regeljahr an 95% der Tage nicht unterschritten wird.

• bei Schwellkraftwerken entspricht die gesicherte Leistung dem doppelten Q₉₅;

bei Kurzzeitspeichern jener Leistung, die durch Umlagerung des Q₉₅ erzielbar ist.

• bei Langzeitspeichern die bei einem Speicherstand abgegeben werden kann, der einem Speichervorrat von 10% des Nenninhaltes entspricht.

Engpaßleistung:

Die Engpaßleistung (international üblich - maximale Leistung) bei

Wasserkraftwerken ist die höchste von der Anlage dauernd ausfahrbare

elektrische Leistung unter der Voraussetzung, daß der Durchfluß in Verbindung mit der Fallhöhe den Optimalwert aufweist.

Mittlere Leistung:

Die mittlere Leistung eines Laufwasserkraftwerkes ist der Quotient aus dem Arbeitsvermögen und einer betrachteten Zeitspanne

Die mittlere Leistung eines Speicher- oder Pumpspeicherkraftwerkes ist die größte ausfahrbare Leistung bei mittlerer Fallhöhe.

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Betriebsweise:

• Laufkraftwerk (Wasserkraftwerk, das im Wesentlichen den jeweilig anfallenden nutzbaren Wasserzufluss umsetzt).

• Laufkraftwerk mit Schwellbetrieb (Laufkraftwerk, das in Zeiten niedriger Wasserführung den nutzbaren Abfluss in einem Schwellraum über wenige Stunden ganz oder teilweise speichern kann, um anschließend eine höhere Leistung erzielen zu können als dem nutzbaren Zufluss zu diesem Zeitpunkt entspricht).

• Speicherkraftwerk (Wasserkraftwerk, dessen Zuflüsse mit Hilfe eines Speichers oder mehrerer Speicher zeitlich umgelagert werden können).

• Pumpspeicherkraftwerk (Speicherkraftwerk, das seinen Speicher ganz oder teilweise durch Pumpspeicherbetrieb füllt. Man unterscheidet zwischen Pumpspeicherkraftwerken mit und ohne natürlichen Zufluss in das Oberbecken.

Nach deren Größe (Engpassleistung):

• Micro- oder Minikraftwerke (EPL<1MW)

• Kleinkraftwerk (Wasserkraftwerk mit kleiner Ausbauleistung bis zu wenigen MW. In Österreich ist liegt der Grenzwert allgemein bei 10 MW, in Dt. z.B. bei 5 MW).

• Mittleres Wasserkraftwerk (nach OeMAG Förderrichtlinien) – über 10 MW bis 20 MW

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Fallhöhe:

• Niederdruck-Kraftwerk / Niederdruckanlage (Ein Niederdruck-Kraftwerk / Niederdruckanlage ist ein Wasserkraftwerk mit kleiner Fallhöhe. Es ist in der Regel mit Kaplanturbinen oder

Durchströmturbinen – bei sehr kleinen Leistungen auch mit Wasserrädern – ausgerüstet).

Anm. Bis max. 30 m Fallhöhe spricht man von einer Niederdruckanlage.

• Mitteldruck-Kraftwerk / Mitteldruckanlage (Bei Mitteldruckkraftwerken handelt es sich um Wasserkraftanlagen mit einer Fallhöhe zwischen 25 m und 400 m, wobei sowohl der Übergang

zwischen Niederdruck- und Mitteldruckanlagen als auch zwischen Mitteldruck- und Hochdruckanlagen als fließend bezeichnet werden kann).

• Hochdruck-Kraftwerk (Wasserkraftwerk mit relativ großer Fallhöhe, in der Regel mit Francis- oder Peltonturbinen ausgerüstet).

Anm. Von Hochdruckanlagen spricht man, wenn die Nutzfallhöhe mehr als 250 m beträgt. Um ein solch großes Gefälle realisieren zu können, werden solche Anlagen im Mittel- und Hochgebirge errichtet. Zur Stauhaltung werden Talsperren, Staumauern oder ein Staudamm verwendet, wodurch große Mengen Wasser über ein Jahr gespeichert werden können, welche mittels Druckstollen und Druckschächten zum Kraftwerk, das sich zumeist im Tal befindet, transportiert werden.

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Lage am Gewässer:

• Flusskraftwerk (ein im Flusslauf befindliches Wasserkraftwerk).

• Ausleitungskraftwerk / Umleitungskraftwerk (Wasserkraftwerk, bei dem das Triebwasser zum Zweck des Fallhöhengewinnes aus dem ursprünglichen Gewässerbett abgeleitet und nach dem Krafthaus wieder in dieses zurückgeleitet wird).

Bauweise:

• Bei Flusskraftwerke

• Blockbauweise (zusammenhängende Bauweise)

• Buchtenkraftwerk

• Zwillingsbauweise (beidseitige Anordnung)

• Pfeilerkraftwerke (aufgelöste Bauweise)

• überströmbare Flusskraftwerke (Kombination mit Stauanlage)

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Seite 43

•Speicherkraft

Hochdruckanlagen

•Laufkraft

Niederdruckanlagen

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Erzeugung aus Wasserkraft - Laufkraft

Für die Grundversorgung mit Strom zuständig (Base-Load) Ca. 2500 Lauf- und Kleinwasserkraftwerke in

Österreich (E-Control)

Erzeugung: 28.000 GWh pro Jahr

Quelle: VERBUND

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Seite 45

Typische Merkmale:

• geringe Fallhöhen

• hoher Durchfluß

• Vorwiegend Kaplanturbinen

• Flusskraftwerke

• Ausleitungskraftwerke

Niederdruckanlagen

(46)

(47)

Seite 47

Donaukraftwerk Ybbs Persenbeug – Schnitt durch das Krafthaus:

(48)

Donaukraftwerk Ybbs Persenbeug – Schnitt durch die Wehranlage:

(49)

Seite 49

Donaukraftwerk Aschach

(50)

Donaukraftwerk Aschach – Schnitt durch Krafthaus und Wehranlage:

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Seite 51

Donaukraftwerk Greifenstein

Quelle: Geocaching

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Donaukraftwerk Greifenstein – Schnitt durch das Krafthaus:

(53)

Seite 53

Donaukraftwerk Greifenstein – Schnitt durch die Wehranlage:

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DATEN:

Type Laufkraftwerk

Leistung 9,9 MW

Durchfluß 150 m³/s

Turbinen 2 Kaplanturbinen

Regelarbeitsvermögen 50 GWh

Bauzeit 2003-2006

Alter Standort Neuer Standort

Stadtkraftwerk Leoben:

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Seite 55

1 2

1 Krafthaus 2 Wehranlage

3 Schiffschleusen (an Wasserstraßen)

4 Fischaufstiegshilfe

3 Laufkraftwerk am Beispiel Freudenau

4

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Notwendige Fallhöhe vorhanden, Turbine erzeugt Strom

Fallhöhe

Krafthaus bei Normalbetrieb

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Seite 57

Zu geringe Fallhöhe.

Turbine muss abgestellt werden.

Fallhöhe

Krafthaus bei Hochwasser

Zu geringe Fallhöhe,

Turbine muss abgestellt werden

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Wehranlage bei Mittelwasser

Normale Wasserführung,

(59)

Seite 59

Wehranlage bei Hochwasser

Hochwasser, die Wehrfelder

sind teilweise oder ganz geöffnet

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Schleusenanlage – Bergschleusung

Riegelstemmtor geöffnet,

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Seite 61

Schleusenanlage – Bergschleusung

Füllkanal geöffnet,

Schleuse wird gefüllt

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Schleusenanlage – Bergschleusung

Klappe des Drehsegments gesenkt,

Schiff kann ausfahren

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Werkleistungsplan / Laufkraftwerk

Seite 63 Ausbaufallhöhe

Fallhöhendauerlinie Zuflußdauerlinie; verfügbarer Zufluss

Ausbauzufluss Ausbaudurchfluss

Ausbauleistung, Engpassleistung (EPL) Leistungsdauerlinie hydraulisch verfügbare Leistung

P (MW) Q (m³/s) h (m)

50 100 150 200 250 300 350

365

Zeit (Tage)

Ausbauzeit T_A(Tage)

Regelarbeitsvermögen (RAV)

Gesicherte Leistung

Q₉₅

Werkleistungsplan

eines Laufwasserkraftwerks

Der Werkleistungsplan ist die grafische Darstellung zwischen Durchfluß, Fallhöhe und Leistung bei Laufwasser-kraftwerken.

Er dient u.a. zur Ermittlung des Regelarbeitsvermögens (RAV).

Der Durchfluss wird dabei als Dauerlinie auf der Basis eine langjährigen Reihe dargestellt.

Die Fallhöhen- und Leistungsdauerlinien sind abgeleitete Dauerlinien.

Das Regelarbeitsvermögen ist die Fläche unter der Leistungsdauerlinie (Integral der Leistungsdauerlinie).

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Laufkraftwerke mit Schwellbetrieb

z.B. Kraftwerkskette an der Drau oder an der Enns

Schwellkette:

hintereinander liegende Wasserkraftwerke, bei denen mindestens der oberste (Kopfspeicher) und der unterste Stauraum (Endspeicher) bedingt speicherfähig sein müssen, um eine Verlagerung des aktuellen Zuflusses über wenige Stunden an der gesamten Kette zu

ermöglichen

Die dazwischen liegenden Laufwasser-Kraftwerke nehmen am Schwellbetrieb teil, auch wenn sie selbst nicht schwellbetriebsfähig sind.

Betriebsweise:

Durchlaufbetrieb:

alle Kraftwerke einer Kraftwerkskette regeln ihren Durchfluss nacheinander derart, dass in den Stauräumen nach dem obersten Kraftwerk das Stauziel auch bei geändertem Durchfluss eingehalten werden kann.

Kippbetrieb:

alle Kraftwerke einer Kraftwerkskette verändern ihren Durchfluss gleichzeitig unter Verzicht auf Nutzung der maximalen Fallhöhe.

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Erzeugung aus Wasserkraft - Speicherkraft

Ihre Aufgabe ist die Bereitstellung von Spitzenstrom (Peak-Load) Speicherung von Überschussleistung

Schwarzstartfähig

~110 Speicherkraftwerke in Ö

Erzeugung: ~13.600 GWh pro Jahr Sonderform: Pumpspeicherkraftwerk Wirkungsgrad ~ 80%

Turbinen- und Pumpleistung

„Hydraulischer Kurzschluss“

Seite 65

Speicherkraftwerk am Beispiel Malta

Quelle: VERBUND

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Typische Merkmale

• große Fallhöhen

• geringer Durchfluß

• Francisturbinen, Peltonlaufräder

• kleine Einzugsgebiete, Erweiterung durch zusätzliche Beileitungen

• unabhängig von unregelmäßiger Wasserführung

Speicherkraftwerke

Pumpspeicherkraftwerke

Hochdruckanlagen:

(67)

Seite 67

Speicherkraftwerke am Beispiel Zemm-Ziller:

1 Speicher 2 Sperre

3 Triebwasserweg 4 Bachfassungen 5 Krafthaus

1 5 3

4 2

5 5 4

4

2 2 1

1

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Speicherkraftwerke am Beispiel Zemm-Ziller:

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Seite 69

Freibord; Sicherheitsfreibord

vertikaler Abstand zwischen BHQ-Überstau bzw.

SHQ-Überstau und Sicherheitskote, welcher alle in Kombination mit einem extremen Hochwasserereignis möglichen zusätzlichen Gefahrenmomente abdeckt und sich

zusammensetzt bei:

–BHQ: Sicherheitsfreibord = Wellenfreibord + Sicherheitsfreibordreserve + in Sonderfällen Zuschläge infolgeidentifizierter Risken;

–SHQ: Sicherheitsfreibord = Wellenfreibord

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Sperren / Dämme

Sperre Schlegeis

Kronenlänge 725 m, Betonkubatur 980.000 m³ Damm Eberlaste

Kronenlänge 480 m, Kubatur 800.000 m³

(71)

Seite 71

(72)

Bspl. Peltonturbine

(73)

Seite 73

PSW Limberg I

(74)

Kraftwerkssystem Glockner/Kaprun

(75)

Seite 75

(76)

• 2 Pumpturbinensätze

• Gesamtleistung: 480 MW im Pump- u.

Turbinenbetrieb

• Energieableitung: 400 kV Einspeisung ins UW Tauern

• neuer Triebwasserweg für 144 m

³

/s

• Nutzung der beiden Jahresspeicher Wasserfallboden (ca. 81 Mio. m

³

) und Mooserboden (ca. 85 Mio. m

³

)

• Kosten: in Summe rd. 365 Mio. €

• Gesamtrealisierungszeit: ca. 7 Jahre

Pumpspeicher Limberg II:

(77)

Seite 77

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Bspl. KW Häusling ( Zillertal) - Schachtkratwerk

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• Neubau Krafthaus mit UW-Becken

• 6 düsige 135 MW Peltonturbine, Q_A= 28m³/s (ges. 42m³/s für 200 MW)

• Synchrongenerator 165 MVA, 13,0 kV Transformator 165 MVA 13/400 kV

• Einspeisung in 400 kV-SF₆-Anlage Zell/Ziller

• Vollaststunden ca. 1.450 h/a

(bei Sekundärregelbetrieb ca. 3.600 h/a)

• Investition: rd. 70 Mio. €

• Zeitplan: Herbst 2004 - Mitte 2007

Upgrading Speicherkraftwerk Gerlos II:

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Pumpstorage Power Plant 3 Pumpturbines each 150 MW 450 MW installed capacity

Optimisation of the existing

Hydropower System!

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„Regelfähige“ Pumpe – „Controllable“ Pump

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Turbinen:

Francis-Turbine 1849

Pelton-Turbine, auch Freistrahlturbine 1879 Kaplan-Turbine 1913

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Wasserkraftturbinen - Einsatzbereiche

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Kraftwerke (>10 MW und Leitungsnetz)

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Freileitungen:

Blanke Leiter-Seile ohne Umhüllung, Isolation durch Luft

→ der notwendige Abstand zwischen den Seilen bzw.

zw. den Seilen und Mast/Erde steigt mit der Spannung hohe Spannung → hohe Masten

Leiter

A

a b c d

Verbundseile:

tragender Stahlkern,

stromführendes Alu-Außenseil

→

Aufhängung der Leiterseile mittels Isolatoren

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380kV 1 Doppelltg. (2x635/117): 60m

220kV 2 Doppelltg. (2x560/50): 100m

110kV 12,5 Doppelltg. (1x240/40): 550m

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Beispiele für Freileitungen:

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Beispiel Mastumbruch wegen Hochwasser

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Beispiel: Eisansatz in Deutschland 2006

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Beispiel: Beispiel Nassschnee in Kärnten 2007

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Beispiel: Entfernung von Schneewalzen im Jänner 2008

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Beispiel Baumfall Pradellaleitung im Mai 2007:

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Beispiel Schlägerung im November 2007:

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Beispiel: Seilzugarbeiten

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Kabel:

Leiter-Seile aus Kupfer oder Aluminium mit mehreren Hüllen

(Isolation, mechanische Schutzhülle, etc.) Isolation: bis 110 kV üblicherweise Kunststoff

ab 110 kV Kunststoff oder Öl (Niederdruck, Hochdruck) ^Leiter

Kabel sind komplex aufgebaut

→ Nachteile im Betrieb und bei Zuverlässigkeit

→ höhere Kosten

Aufbau eines Kabels:

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ein gemeinsamer

Kabelgraben Kabelgang

Verlegungsvarianten:

Auch Kabel beeinträchtigen die Umwelt!

Kabeltrassen:

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Freileitungen Kabel VERGLEICH

Belastbarkeit/

Überlastbarkeit gute Wärmeabfuhr;

vor allem bei niedrigen Temperaturen Über- lastung möglich

schlechte Wärmeabfuhr durch Isolierung und Erdreich; Überlastung kann zu unerwünschten Effekten im Erdreich führen (Verdichtung)

→ geringere Be- und Überlastbarkeit des Kabels

Kosten höhere Kosten bei

Errichtung und Betrieb;

sie steigen überpropor- tional mit der Spannung

→ Kosten

Freileitung : Kabel 1 : 2....10

Verfügbarkeit geringere Schadens- häufigkeit, wesentlich schnellere Schadens- behebung

höherere Schadens- häufigkeit, langwierige Schadensbehebung

→ Verfügbarkeit Freileitung : Kabel 30 .... 50 : 1

Umweltaus-

wirkungen Optik, elektromagnet.

Felder, Koronage-räusch eingeschränkte Boden- nutzung, Gefahr des Ölaustritts

→ ???

Inhalt der Lehrveranstaltung: