Energie und Stromerzeugung aus Wasserkraft...Dr.-Ing. Mario Oertel SommerUni 2007 – Naturwissenschaft und Technik 18. Juni 2008 Folie 9 Einleitung EnergieverbrauchinDeutschland(P=Peta=Billiarde)

18. Juni 2008

Energie und StromerzeugungEnergie und Stromerzeugungaus Wasserkraftaus Wasserkraft

Alt ti E i ll W k ftAlternative Energiequelle Wasserkraftoder ökologische Zerstörung?

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Dr.-Ing. Mario OertelAkademischer Rat – Oberingenieurta

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Akademischer Rat OberingenieurLehr- und Forschungsgebiet

Wasserwirtschaft und WasserbauAbt. Bauingenieurwesen

Bergische Universität Wuppertal

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18. Juni 2008 Folie 2SommerUni 2007 – Naturwissenschaft und TechnikDr.-Ing. Mario Oertel

Gliederung

• Einleitung,• Stromerzeugung aus Wasserkraft,• Talsperren,• Flusskraftwerke,• Pumpspeicherkraftwerke,• Weitere Wasserkraftwerke,• Ökologie vs. Notwendigkeit,• Unser Beitrag zur Wasserkraftnutzung,• Schlusswort.


Gliederung



Einleitung

Fossile Brennstoffe werden in großen Mengen verbraucht

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Fossile Brennstoffe werden in großen Mengen verbraucht,

nicht wiederherstellbar,führen zu erhöhtem CO2-Ausstoß,Stichwort: Klimawandel.

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

Regenerative, alternative Energie kann immer wieder verwendet werden,k i b t R

Flusskraftwerke

Pumpspeicher-kraftwerke

keine begrenzte Ressource,umweltfreundlich, umweltverträglich (?),teilweise in ausreichender Menge vorhanden.

Weitere Wasserkraftwerke

Ökologie vs. Notwendigkeit

Unser Beitrag

Schlusswort


Bilderquellen: Münchener Rück, www.spiegel.de, www.gruene-nrw.de, www.stern.de, www.verkaufschweiz-basel.ch, www.ndr.de, www.vem-group.com, www.solarstromag.net, www.tufds.edu


Einleitung

Fossile Brennstoffe:

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Fossile Brennstoffe:

Erdöl,Erdgas,Steinkohle,Braunkohle

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke Braunkohle.

Regenerative Energie:Solarenergie,

Flusskraftwerke


Wasserkraft,Windenergie,Bioenergie,Geothermie.



Kernenergie.Unser Beitrag

Schlusswort


Einleitung

Wofür benötigen wir Energie?

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Wofür benötigen wir Energie?

St

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke StromWärme, Kühlen

Flusskraftwerke


Mobilität (Auto, Flugzeug)

Industrie


Ökologie vs. Notwendigkeit IndustrieUnser Beitrag

Schlusswort


Einleitung

Entwicklung Primärenergieverbrauch (weltweit)

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Entwicklung Primärenergieverbrauch (weltweit)

1 Wh = 3,6 kWs = 3,6 kJE = Exa = Trillion = 1018

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

450 EJ/a = 450⋅1018 J/a = 1,25⋅1014 kWh = 125 Billionen kWhFlusskraftwerke




Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: BMU (2006a)


Einleitung

Energieverbrauch in Deutschland (P = Peta = Billiarde)

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Energieverbrauch in Deutschland (P = Peta = Billiarde)aus Wasserkraft

Talsperren

FlusskraftwerkeFlusskraftwerke




Unser Beitrag

Schlusswort


Einleitung

CO Emissionsreduktion

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft CO2-Emissionsreduktionaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort


Einleitung

Strom: Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland (T = Tera = Billion)

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Strom: Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland (T = Tera = Billion)aus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort


Einleitung

Strom: Erneuerbare Energien in Deutschland

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Strom: Erneuerbare Energien in Deutschlandaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort


Gliederung



Stromerzeugung aus Wasserkraft

Geschichte

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Geschichteaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort

Bilderquellen: www.pfuellingen.de, www.bayern.de, www.wdr.de, www.bund-nrw.de



Heute

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Heuteaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort Itaipu

Bilderquellen: www.amerika-live.de, www.naturenergie.de

Laufenburg



Weltweite Stromerzeugung aus Wasserkraft

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Weltweite Stromerzeugung aus Wasserkraftaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: BMU



Wasserkraftpotentiale Deutschland

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Wasserkraftpotentiale Deutschlandaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort





Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Stromerzeugung aus Wasserkraftaus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: BMU (2006c)




Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Stromerzeugung aus Wasserkraft

Was bedeutet kWh?

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke Was bedeutet kWh?eine Glühbirne mit 60 Watt verbraucht in einer Stunde 60 Whd h i 16 5 St d b ht i 1 kWh

Flusskraftwerke


d. h. in ca. 16,5 Stunden verbraucht sie 1 kWh1 kWh kostet ca. 19 Centfür 10 EUR könnte die Birne ca. 36 Tage am Stück brennen



ein Haushalt mit einer Person verbraucht im Jahr ca. 1600 kWhdas entspricht ca. 300 EUR

Unser Beitrag

Schlusswort

mit 21.000 GWh könnten 13,1 Mio. Ein-Mann-Haushalte pro Jahr mit Strom versorgt werden!



Technik der Stromerzeugung

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Technik der Stromerzeugung

Eine bestimmte Menge Wasser wird mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Geschwindigkeit durch eine Turbine geleitet,

D hb k i l G i El k i i ä d l

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerkeerzeugte Drehbewegung kann mittels Generator in Elektrizität umgewandelt werden (vgl. Windrad),Strom wird teilweise selbst verbraucht, teilweise in das Netz eingespeist.

Flusskraftwerke




Unser Beitrag

SchlusswortfBildquelle: www.kw-farchant.com

Bildquelle: www.buerchen.ch



Turbinentypen

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Turbinentypen

Peltonturbine(Freistrahlturbine),F i bi

aus Wasserkraft

Talsperren

FlusskraftwerkeFrancisturbine,Kaplanturbine(Rohrturbine),Durchströmturbine,S ti

Flusskraftwerke


Sonstige.Weitere Wasserkraftwerke


Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.stern.de

Bildquelle: www.auer-muehlbach.deBildquelle: www.wasserkraft24.de

Bildquelle: www.schwabsoien.de



Turbinentypen

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Turbinentypenaus Wasserkraft

Talsperren



AnwendungsgrenzenWeitere Wasserkraftwerke


g gTurbinentyp Fallhöhe [m] DurchflüssePelton > 100 - 2000 klein

Unser Beitrag

Schlusswort

Francis 50 - 700 mittelKaplan < 50 großDurchström < 50 kleinDurchström < 50 klein


Gliederung



Talsperren

= Speicherwasserkraftwerke

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft = Speicherwasserkraftwerke,

Absperrbauwerk (im Hochgebirge oft Bogenstaumauer, Gewichtsstaumauer, aber auch Erd- und Steinschüttdämme) wird in das Gelände eingefasst,

aus Wasserkraft

Talsperren

FlusskraftwerkeZuflüsse aus dem Einzugsgebiet werden „gesammelt“ und im Speicher zurückgehalten,neben Trinkwassergewinnung und Bewässerung (und Freizeit) oft Hochwasserschutz als Nebennutzung,

Flusskraftwerke


g,zudem kann das aufgestaute „Potential“ zur Stromgewinnung genutzt werden.

F llhöh d W h h lt t h id d fü T bi t



Fallhöhe und Wasserhaushalt entscheidend für Turbinentyp.

Krafthaus mit Turbine, Generator und Transformator am Talsperrenfuß angeordnet – bei Hochdruckanlagen im Hochgebirge oft im Tal,

Unser Beitrag

Schlusswort g g g g ,geregelter Betrieb in Abhängigkeit hydrologischer Randbedingungen.

ACHTUNG: Ökologie muss beim geregelten Betrieb berücksichtigt d ök l i h t ll St !werden ökologisch wertvolle Steuerung!


Talsperren

z B Wuppertalsperre:

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Wuppertalsperre:

Inbetriebnahme: 1987,25 m Fallhöhe,

Bildquelle: www.remscheid.de

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke ,vertikale Kaplanturbine,4,4 m3/s max. Durchfluss,1,25 MW installierte Leistung,

Flusskraftwerke


5-7 Mio. kWh/a,abhängig von Wasserhaushalt,25 Mio. m3 Speichervolumen.



Unser Beitrag

Schlusswort


Talsperren

z B 3 Schluchten Damm Three Gorges Damn

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. 3-Schluchten Damm – Three Gorges Damn

Bilderquelle: www.wikipedia.de

aus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort


Talsperren

z B 3 Schluchten Damm Three Gorges Damn

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. 3-Schluchten Damm – Three Gorges Damn

Inbetriebnahme: Mai 2006 (Bau: 1993-2006),China: Jangtsekiang,

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke g g,180 m max. Fallhöhe,26 Francis-Turbinen,18,2 GW installierte Leistung,

Flusskraftwerke


84 TWh/a (14 % des BRD Verbrauchs),39 Mrd. m3 Speichervolumen.



Unser Beitrag

Schlusswort

Bilderquelle: www.wikipedia.de


Talsperren

z B Itaipu

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Itaipu

Inbetriebnahme: 1984,Brasilien, Paraguay: Rio Parana,

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke , g y ,196 m Höhe,20 Turbinen,14 GW installierte Leistung,

Flusskraftwerke


95 Mio. MWh/a,29 Mrd. m3 Speichervolumen.



Unser Beitrag

Schlusswort

Bilderquelle: www.de.encarta.msn.de


Gliederung



Flusskraftwerke

= Laufwasserkraftwerke

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft = Laufwasserkraftwerke,

Querbauwerke an Fließgewässern,kontinuierliche Beaufschlagung,geringe Fallhöhen.

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke g g

ACHTUNG: Fischwanderungswege müssen erhalten oder wiederhergestellt werden Durchgängigkeit gewährleisten!

Flusskraftwerke




Unser Beitrag

Schlusswort



Flusskraftwerke

z B Laufenburg

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Laufenburg

Inbetriebnahme: 1914 (Bau 1909-1914),8-10 m Fallhöhe,

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke ,10 Straflo-Turbinen,1355 m3/s max. Durchfluss,110 MW installierte Leistung,

Flusskraftwerke


700 Mio. kWh/a.Weitere Wasserkraftwerke


Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.naturenergie.de


Flusskraftwerke

z B Rheinfelden Neubau Wasserkraft und Wehranlage am Hochrhein

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Rheinfelden – Neubau Wasserkraft- und Wehranlage am Hochrhein.aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerkealt neu

Flusskraftwerke


Turbinen 20 4 Rohr-Turbinen

Leistung 26 MW 100 MW

Produktion 185 Mio. kWh 600 Mio. kWhWeitere Wasserkraftwerke


Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.naturenergie.de


Gliederung

• Einleitung,• Stromerzeugung aus Wasserkraft,• Talsperren,• Flusskraftwerke,• Pumpspeicherkraftwerke,• weitere Wasserkraftwerke,• Ökologie vs. Notwendigkeit,• Unser Beitrag zur Wasserkraftnutzung,• Schlusswort.


Pumpspeicherkraftwerke

Hochliegendes Speicherbecken

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Hochliegendes Speicherbecken,

Fallhöhen teilweise über 1.500 m,nachts: Füllen des Speichers mit Pumpen,tagsüber: Entleeren und turbinieren,

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke g ,Animation: http://www.enviamwelt.de/welt/img/content/pumpspeicherkraftwerk.swf

Ei i Mö li hk it St i h “ d h B d f b b

Flusskraftwerke


Einzige Möglichkeit, Strom zu „speichern“ und nach Bedarf abzugeben.

Spitzenstrom!



Unser Beitrag

Schlusswort



PumpspeicherkraftwerkeEinleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraftaus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

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Flusskraftwerke


SpeicherwasserkraftwS i h k ft k

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SpeicherwasserkraftwerkeSpeicherwasserkraftwerkeL

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Unser Beitrag

Schlusswort

Laufwasserkraftwerke

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konventionelle und nukleare Kraftwerke konventionelle und nukleare Kraftwerke

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z B Kraftwerk Herdecke (Koepchenwerk)

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Kraftwerk Herdecke (Koepchenwerk)

Inbetriebnahme 1929, neue Anlage seit 1989,145-165 m Fallhöhe,1 Pumpturbine (Turbine und Pumpe zugleich),

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke p ( p g ),110 m3/s Durchfluss im Turbinenbetrieb,153 MW installierte Leistung,590.000 kWh Arbeitsvolumen im Oberbecken,

Flusskraftwerke


1,6 Mio. m3 Speichervolumen im Oberbecken.Weitere Wasserkraftwerke


Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.wikipedia.de



z B Kopswerk 2

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Kopswerk 2

Inbetriebnahme vorr. 2008,5,5 km Druckstollen,1,1 km Druckschacht,

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke , ,800 m Fallhöhe,3 Peltonturbinen, 3 Pumpen,450 MW Nennleistung im T bi b t i b

Flusskraftwerke


Turbinenbetrieb,450 MW Nennleistung im Pumpenbetrieb.



Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.kopswerk2.at



z B Kopswerk 2

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Kopswerk 2aus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort




z B Kopswerk 2

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft z. B. Kopswerk 2aus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort



Gliederung




Wellenkraftwerke

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Wellenkraftwerke,

Gezeitenkraftwerke,Meeresströmungskraftwerke.

aus Wasserkraft

Talsperren





Unser Beitrag

Schlusswort

Bildquelle: www.wikipedia.de


Gliederung

• Einleitung,• Stromerzeugung aus Wasserkraft,• Talsperren,• Flusskraftwerke,• Pumpspeicherkraftwerke,• Weitere Wasserkraftwerke,• Ökologie vs. Notwendigkeit, • Unser Beitrag zur Wasserkraftnutzung,• Schlusswort.



Große anthropogene Eingriffe in die Natur verlangen nach detaillierten Studien

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Große anthropogene Eingriffe in die Natur verlangen nach detaillierten Studien

u. a. bzgl. ökologischer Folgen,

Abwägung zwischen Ökologie und Notwendigkeit

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke Abwägung zwischen Ökologie und Notwendigkeit

Wasserkraftanlage unterliegen daher den Vorgaben des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) und dem Gesetz zur

Flusskraftwerke


Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP),UVP ist fast überall in der Welt durchzuführen.

Zusätzlich: Richtlinien der World Comission on Damns (WCD) für die Errichtung



Zusätzlich: Richtlinien der World Comission on Damns (WCD) für die Errichtung von großen Talsperren-Anlagen,derzeit wenig anerkannt, da bei Berücksichtigung ökologischer und sozialer Komponenten der Richtlinie angeblich keine wirtschaftlichen Entwicklungsperspektiven mehr möglich seien

Unser Beitrag

Schlusswort

Entwicklungsperspektiven mehr möglich seien.



Strategie:

Einleitung

Stromerzeugung aus Wasserkraft Strategie:

Konflikte vermindern,Eingriffe verringern,

Nachteile entschädigen bzw. wirtschaftliche Verluste

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke gausgleichen.

Flusskraftwerke


UVP umfasst:Mensch,F



UVP soll:der Umweltvorsorge undder EntscheidungsvorbereitungFauna,

Flora,Boden,Wasser,

Unser Beitrag

Schlusswort

der Entscheidungsvorbereitung dienen.

Wasser,Luft,Klima,Landschaft,Sachgüter,kulturelles Erbe,Wechselwirkungen.


Gliederung



Unser BeitragEinleitung


Wer sind wir?Die Bergische Universität Wuppertal stellt sich vor…

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

Uni Wuppertal

Flusskraftwerke


Fachbereich D – Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Sicherheitstechnik,

Architektur



Abteilung Bauingenieurwesen

Institut für Grundbau Abfall und

Unser Beitrag

SchlusswortInstitut für Grundbau, Abfall- und

Wasserwirtschaft

LuFG Wasserwirtschaft und Wasserbau




Wer sind wir?Die Abteilung Bauingenieurwesender Bergischen Universität Wuppertal stellt sich vor…

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

Abteilung Bauingenieurwesen

Flusskraftwerke


g

Konstruktiver Ingenieurbau



Verkehr

f

Unser Beitrag

Schlusswort

Bauwirtschaft, Baubetrieb

Umwelttechnik




Wer sind wir?Das Lehr- und Forschungsgebiet Wasserwirtschaft und Wasserbau der Bergischen Universität Wuppertal stellt sich vor…

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

LuFG Wasserwirtschaft und Wasserbau

Flusskraftwerke


Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Schlenkhoff

Obering. Dr.-Ing. Mario Oertel



Dipl.-Ing. Daniel Bung

Sekretariat: Melanie Sichelschmidt

Unser Beitrag

SchlusswortMelanie Sichelschmidt

Studentische HilfskräfteJörg, Leska, Ömer

Externe WissenschaftlerExterne Wissenschaftler




Was machen wir?Lehre und Forschung im Bereich Wasserkraft

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

Lehre

Flusskraftwerke


Wasserbau 2



Wasserkraftanlagen

Projektseminar

Unser Beitrag

SchlusswortProjektseminar

Regenerative Energien

Diplom- und Studienarbeiten




Was machen wir?Lehre und Forschung im Bereich Hochwasserschutz

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

Forschung

Flusskraftwerke


g

Kleinkraftwerke



Machbarkeitsstudien / Wirtschaftlichkeitsanalysen

Unser Beitrag

Schlusswort y

Fischtreppen


Gliederung

• Einleitung,• Stromerzeugung aus Wasserkraft,• Talsperren,• Flusskraftwerke,• Pumpspeicherkraftwerke,• weitere Wasserkraftwerke,• Ökologie vs. Notwendigkeit,• Unser Beitrag zur Wasserkraftnutzung,• Schlusswort.


SchlusswortEinleitung


• Wasserkraft, unter Einhaltung der modernen und umweltgerechten Planungspraxis, ist die derzeit ökologisch verträglichste Alternative bei der Stromerzeugung.

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

• Wasserkraft kann sowohl in großen als auch bei sehr kleinen Anlagen genutzt werden und ist daher sehr flexible anpassbar.

Flusskraftwerke




Unser Beitrag

Schlusswort


SchlusswortEinleitung


W k ft b E i

aus Wasserkraft

Talsperren

Flusskraftwerke

„Wasserkraft – saubere Energie als Beitrag zum Klimaschutz“

Flusskraftwerke


gWeitere Wasserkraftwerke


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit ☺

Unser Beitrag

Schlusswort

…Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. ☺

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Energie und Stromerzeugung aus Wasserkraft...Dr.-Ing. Mario Oertel SommerUni 2007 – Naturwissenschaft und Technik 18. Juni 2008 Folie 9 Einleitung EnergieverbrauchinDeutschland(P=Peta=Billiarde)