Erneuerbare Energien –Technik und Auswirkungen · Fischzählung am Umgehungsgewässer und im Vertical-Slot-Fischpass –Vergleich mit Zählung 2005/2006 28.11.2014 14 Erneuerbare

Erneuerbare Energien – Technik und AuswirkungenVortrag 28.11.2013

Irene KnauberLeiterin Service / Produktion

Erneuerbare Energien

• Erneuerbare oder regenerative bzw. alternative Energie ist Energie, die bei Nutzung durch den Menschen unerschöpflich ist bzw. die sich auch bei Nutzung durch den Menschen neu bildet.

28.11.2014Erneuerbare Energien / Irene Knauber2

Erneuerbare Energien

• Wasser• Beginn der Nutzung vor 5.000 Jahren in China• 1880 erstes Wasserkraftwerk (Northumberland)

• Wind• Beginn der Nutzung vor über 1.300 Jahren im vorderen Orient• 1887 erste Windkraftanlage zur Stromerzeugung (Schottland)

• Sonne• Nutzung seit 1958• Hauptförderländer Deutschland, Spanien, Japan…. (China an 8ter Stelle)

• Biomasse• Älteste genutzte Energieform• Erschließbares Potenzial 18% des deutschen Energiebedarfs


Wasserkraft - Wasserräder

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Erneuerbare Energien / Irene Knauber

Oberschlächtig:Wasserzufuhr über einen Zulauf von obenFallhöhe 3-7mWirkungsgrad ca. 75%

Mittelschlächtig:Wasserzufuhr über Leitschaufel etwa mittig (Nabenhöhe)Fallhöhe 0,5-3mWirkungsgrad ca. 75%

Unterschlächtig:Wasserzufuhr unterhalb der AchseWirkungsgrad ca. 40%

Stoßrad:Nutzung kinetische Energie des WassersWirkungsgrad 10 – 15%

Wasserkraft - Turbinen

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Pelton-TurbineFreistrahlturbine, Funktionsweise ähnlich wie WasserradFallhöhe 20m – 2.000m, geringe Wassermenge

Kaplan-TurbineAxiale Anströmunggeringe Fallhöhe, große WassermengeRohrturbine:Weiterentwicklung der Kaplan-Turbine für sehr geringe FallhöheStraflo-Turbine: Generator und Rohrturbine bilden eine Einheit

Francis-TurbineFallhöhe bis über 500mKann auch als Pumpe betrieben werden

Wasserkraftwerk

• Niederdruckkraftwerk Fallhöhe bis 25m• Mitteldruckkraftwerk Fallhöhe bis 100m• Hochdruckkraftwerk Fallhöhe > 100m

• Laufwasserkraftwerk ohne Stauraumbewirtschaftung• Kontinuierliche Nutzung des abfließenden Wassers• Fließgewässer darf nicht aufgestaut werden

• Laufwasserkraftwerk mit Stauraumbewirtschaftung• kontinuierliche Nutzung des abfließenden Wassers• Fließgewässer kann oberwasserseitig aufgestaut werden

• Speicherkraftwerk• Natürliche Zuflüsse, Schmelz- und Regenwasser werden in einem Speicherbecken

zurückgehalten• Nutzung erfolgt nach Bedarf

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Wasserkraftwerk

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• Pumpspeicherkraftwerk• Natürliche Zuflüsse, Regen- und Schmelzwasser werden in einem Speicherbecken

zurückgehalten• Weiteres Wasser wird aus dem sogenannten Unterbecken in das Oberbecken

(Speicherbecken) gepumpt. Als Unterbecken kann sowohl ein separates Speicherbecken, als auch ein Flusslauf dienen.

• Nutzung / Energieproduktion erfolgt nach Bedarf

• Gezeitenkraftwerk • nutzt Ebbe und Flut

• Wellenkraftwerk• Nutzt die kinetische Energie der Meereswellen• Prinzip der schwingenden Wassersäule, Absorbersysteme• 1. Wellenkraftwerk mit 300 kW 08.Juli 2011 in Betrieb genommen (Mutriku,

Spanien)

Wasserkraftwerk Hausen (2011)

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Wasserkraftschnecke• Gute Verträglichkeit von

Wassermengenschwankungen• Gute Verträglichkeit von Treibgut• Geringe Fallhöhe, guter Wirkungsgrad • Gute Verträglichkeit für Fischabstieg

Kraftwerk Hausen• Installierte Leistung 470 kW• 1.900.000 kWh/Jahr durchschnittliche

Produktion• 2 Wasserkraftschnecken, jeweils 19 Meter

lang und 55 Tonnen schwer

Ausbauabfluss: 11 m³/s , MQ Wiese: 11,4 m³/s, Fischpass 0,35 m³/s

WasserkraftFischaufstieg

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• Fischlift• Kraftwerk Wyhlen

Fischlift in Wyhlen (2005)

WasserkraftFischaufstieg - Fischabstieg

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Kraftwerk Rheinfelden• Raugerinne Becken-Fischpass

• Kleine Becken werden miteinander verbunden, Fische können den Höhenunterschied schrittweise überwinden

• Lockströmung zur Orientierung der Fische• Ruhezonen

Fische passieren beim Abstieg auch die Turbinen, Mortalität ist abhängig von der Turbinenbauweise: je langsamer die Turbine läuft, je weniger Schaufeln sie hat, desto geringer ist die Mortalität

Kraftwerk Rheinfelden –Vertical Slot-Fischpass


WasserkraftFischaufstieg - Fischabstieg

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Wasserkraftwerk RheinfeldenUmgehungsgewässer

Wasserkraftwerk RheinfeldenUmgehungsgewässer und Fischpässe

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Fischzählung am Umgehungsgewässer und im Vertical-Slot-Fischpass – Vergleich mit Zählung 2005/2006


Fischzählung am Umgehungsgewässer und im Vertical-Slot-Fischpass – Vergleich mit Zählung 2005/2006


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Verbesserung der Durchgängigkeit für FischeFischaufstiegsanlagen Bilanz 2004 bis 2017 für 7 Kraftwerke zwischen Basel und Aaremündung

• Ausgangslage:• 10 Fischpassanlagen• 0 Umgehungsgewässer

• Ziel 2017:• 14 Fischpassanlagen• darunter 3 Umgehungsgewässer (Rheinfelden, Ryburg-

Schwörstadt, Albbruck-Dogern)• darunter 4 neue Fischpässe (2x in Rheinfelden,

Albbruck-Dogern, Augst)• darunter 5 optimierte Anlagen (2x Wyhlen, Ryburg-

Schwörstadt, 2x Laufenburg)

1m zusätzliche Nabenhöhe = 1% zusätzlicher Ertrag

Entwicklung Windenergie Entwicklung der durchschnittlichen Leistung

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Quelle: BWE, 2010

28.11.2014Erneuerbare Energien / Irene Knauber


23.569 Windkraftanlagen 32.180 MW installierte Leistung

http://windmonitor.iwes.fraunhofer.de

http://windmonitor.iwes.fraunhofer.de

Windpotential und Windkrafterzeugung

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0 5 11 16 21 26Windgeschwindigkeit [m/s]

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ca. 15 % der Zeit

• Die Nennleistung einer WEA wird an einem Binnenlandstandort nur zu einem geringen Anteil der Betriebszeit erreicht.

• Eine Erhöhung der Nennleistung (Stichwort: 5 MW-Anlagen) würde zu einem schlechteren Ausnutzungsgrad führen, wenn die Rotorkreisfläche nicht mindestens im gleichen Verhältnis steigt.

• Statt in Bezug auf die künftige WEA-Entwicklung auf große Nennleistungen zu setzen, sollte auf ein geeignetes Verhältnis aus Nabenhöhe, Nennleistung, und Rotorkreisfläche abgestellt werden.

• Bei derzeit baulich möglichen Dimensionen ist dies bei WEA mit bis 3 MW Leistung optimal.

Quelle: EnBW Erneuerbare Energien GmbH


Umweltverträglichkeitsstudie Windkraft

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Die UVS (Umweltverträglichkeitsstudie) enthält Angaben über die Auswirkungen des Vorhabens auf die Umwelt:

– Menschen, Tiere und Pflanzen– Boden, Wasser, Luft, Klima und Landschaft– Kulturgüter und sonstige Sachgüter,– sowie deren Wechselwirkungen

Bestandsaufnahme der Schutzgüter• Landschaftsbild• Schall- und Schattenwurfimmissionen bezogen auf vorhandene oder geplante Bebauung• Auswirkungen auf Tiere (hier im Schwerpunkt Brut-, Rast- oder Zugvögel, Fledermäuse)• Auswirkungen auf Kultur- und sonstige Sachgüter• Auswirkungen auf Pflanzen, Boden und Wasser • Auswirkungen für Luft und Klima

FFH-Verträglichkeit und biologische Kartierung


BMU - E I 1 Erneuerbare Energien in Deutschland 2012

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Beitrag der erneuerbaren Energien zur Strombereitstellung in Deutschland

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1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

[GW

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Wasserkraft Windenergie

Biomasse * Photovoltaik

* Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 GWh = 1 Mio. kWh;Aufgrund geringer Strommengen ist die Tiefengeothermie nicht dargestellt; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; BauGB: Baugesetzbuch; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz;

Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Christoph Edelhoff; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

EEG:April 2000

EEG:August 2004

StromEinspG: Januar 1991 - März 2000

EEG: Januar 2009

Novelle BauGB:November 1997

EEG:Januar 2012

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DKG-Gas: Deponiegas, Klärgas, Grubengas

Netzsituation - Mai 2013Übergabeleistung vorgelagertes Netz


Problematik Spannungshaltung bei dezentralen Einspeiseanlagen


Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) – Verordnungsgrund

Systemgefährdung durch dezentrale Erzeugungsanlagen

• die bisher geltenden Richtlinien u.a. „Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“ haben in der Vergangenheit festgelegt, dass sich Erzeugungsanlagen bei einer Frequenz von 50,2 Hz vom Netz trennen müssen

• durch massiven Zubau dezentraler Erzeugungsanlagen besteht Gefahr einer Systemgefährdung, wenn sich ca. 9 GW PV-Anlagen bei einer Frequenz von 50,2 Hz schlagartig vom Netz trennen - dies entspricht der Leistung von ca. 9 bis 13 Großkraftwerken – es kann zu einem großräumigen Ausfall des Stromnetzes inTeilen Deutschlands führen, ggf. zu einem europaweiten Blackout

• zur Beseitigung des Risikos einer Systemgefährdung müssen die Wechselrichter von Bestandsanlagen umgerüstet werden um ein gleichzeitiges An- und Abschalten der Anlagen zu vermeiden


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Abschaltreihenfolge Erzeugungsanlagen

KWK-Anlagen > 100kW

Konventionelle Kraftwerke

Wind

PV-Anlagen > 100kWp

Biomasse

Wasser

PV-Anlagen < 100kWp

Durch das EEG geregelt


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Zentrale Mechanismen des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien

• Unverzüglicher und vorrangiger Anschluss von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien

• Unverzügliche und vorrangige Abnahme, Übertragung, Verteilung und Vergütung dieses Stroms durch den Netzbetreiber

• Mindestvergütung durch das Gesetz definiert• Vergütungszahlung über definierten Zeitraum, in der Regel 20 Jahre• Bundesweiter Ausgleich des abgenommenen Stroms• Einspeisemanagement nur im Falle von Engpässen

Abwicklung Aufgabe der regulierten Netzbetreiber

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"Die wutbürgerfreie Energieerzeugung gibt es nicht.„Peter Ramsauer (*1954) Bundesverkehrsminister*Quelle: DIE ZEIT


Danke für Ihre Aufmerksamkeit

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