Regenerative Energie
Große Laufwasserkraftwerke im Einzugsgebiet der Elbe
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In Deutschland ist die Grenze zwischen sogenannten großen und kleinen Wasserkraftanlagen (WKA) bei einer Generator-Leistung von 1 MW festgelegt. Die vorliegende Untersuchung stellt den aktuellen Stand der großen WKA im deutschen Elbe-Einzugsgebiet dar. An der Elbe selbst bestehen heute keine Voraussetzungen (Staustufen) für die Nutzung der erheblichen Wasserkräfte (etwa 1 TWh/a). Die 32 an den Nebenflüssen der Elbe arbeitenden WKA haben eine Leistung von insgesamt etwa 60 MW, wovon 52 MW etwa zu gleichen Teilen auf die Flussgebiete der Saale und der Mulde entfallen. Neubaumöglichkeiten für weitere WKA an bestehenden Stauanlagen mit einer Leistung von 16 bis 18 MW werden derzeit untersucht.
Intelligente Gasnetze - Smart Gas Grids
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Zukünftige Energiesysteme werden bestrebt sein, die Last mehr und mehr der durch Erneuerbare Energien geprägten Energieerzeugung nachzuführen. Hierbei werden Energiespeicher unterschiedlicher Kapazitäten von erheblicher Bedeutung sein und können sogenannte Systemdienstleistungen übernehmen. Smarte Gasnetze werden in Kooperation mit den Stromnetzen einen erheblichen Beitrag zur Schaffung von effizienten Energieinfrastrukturen leisten und somit die Integration erneuerbarer Energien unterstützen.
Speicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie in der
Erdgasinfrastruktur
© Vulkan-Verlag GmbH (3/2011)
Um die unbestritten notwendige Erhöhung des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung zu ermöglichen, ist ein massiver Ausbau der Speicher für elektrische Energie unabdingbar. Als geeignete Technologien für die benötigten Größenordnungen sind lediglich Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher und chemische Energieträger einsetzbar.
Betrieb und Wartung der Wasserkraftanlage Merowe
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Mit dem Merowe-Mehrzweckprojekt wurde 2009 am Nil eine Wasserkraftanlage in Betrieb genommen, die in ihrer Komplexität einen Meilenstein für das flächengrößte Land Afrikas darstellt. Der Damm deckt seit der Inbetriebnahme im Jahre 2009 mehr als 60 % des Gesamtstrombedarfs und trägt so maßgeblich zur wirtschaftlichen Entwicklung des Landes bei. Der Betrieb und die Wartung der Anlage sowie die Bewirtschaftung des Speichersystems haben eine besondere Bedeutung, um die Wasserressourcen auch zukünftig optimal, zuverlässig und nachhaltig zu nutzen. Es bestehen hohe Anforderungen, um diese Ziele in der weit abgelegenen Wüstenregion von Merowe dauerhaft zu realisieren. Der Beitrag stellt ein Projekt vor, das neben dem notwendigen Knowhow-Transfer auch das Ziel verfolgt, die besondere Bedeutung nachhaltigen Wirtschaftens mit der hochkomplexen Wasserkraftanlage zu fördern. Im Folgenden werden einzelne Elemente des Betriebs, der Speicherbewirtschaftung, der Anlagenüberwachung, der Wartung, der Unterhaltung und der Ausbildung vorgestellt.
Koordination und Durchführung der zeitgleichen Inbetriebnahme der 1 400-MVA-Wasserkraftanlage Merowe und des 500-kV-Höchstspannungsnetzes
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Die erfolgreiche Netzintegration der Wasserkraftanlage Merowe markiert eine neue Ära in der sudanesischen Elektroenergieversorgung. Mit 1 400 MVA installierter Leistung stellt die Anlage die zentrale Erzeugungseinheit innerhalb des neuen 500-kV-Übertragungsnetzes dar. Die Notwendigkeit der zeitgleichen Inbetriebnahme der Maschinensatze sowie des Höchstspannungsnetzes erforderte eine strategische Zeitplanung sowie das Management komplexer technisch-organisatorischer Zusammenhänge.
Entwurf und Ausführung der Steinschüttdämme und der Schlitzwand des Merowe-Projektes
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Dieser Beitrag beschreibt die Herausforderungen beim Bau der 9,7 km langen Steinschüttdämme des Merowe-Projektes. Im Flussbett mit teilweise sehr mächtigen und durchlässigen Sand- und Kiesablagerungen kam ein 880 m langer und bis zu 74 m hoher Steinschüttdamm mit Erdkerndichtung zur Ausführung, der im Untergrund durch eine Schlitzwand abgedichtet wurde. Außerhalb des Flussbettes steht der Fels oberflächennah an. In diesen Bereichen wurde links und rechts ein Steinschüttdamm mit Betonoberflächendichtung errichtet. Diese Dämme haben eine Länge von insgesamt fast 6 km und eine maximale Höhe von 56 m. Den Abschluss bilden zwei 18 m hohe Steinschüttdämme mit Erdkerndichtung.
Grundlegende Aspekte für den Entwurf des Krafthauses und der Hochwasserentlastungsanlage des Merowe-Staudammes
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Der vorliegende Artikel gibt am Beispiel des Merowe-Staudammes einen Einblick in die hydraulischen Berechnungen, die für ein Wasserkraftprojekt mit einer installierten Leistung von 1 250 MW und einem Mehrzweckspeicher an einem Fluss wie dem Nil erforderlich werden. Er beleuchtet die baubegleitende Entwurfsplanung und spannt den Bogen von der hydraulischen Auslegung über die hydraulischen Modellversuche bis hin zu der Umsetzung in der baureifen Planung. Ziel der hydraulischen Berechnungen ist es, einen sicheren und wirtschaftlichen Entwurf für alle möglichen Betriebszustände zu gewährleisten, der die Gefahr von Schäden am Bauwerk und für die Bevölkerung vermeidet. Bei allen Sicherheitsaspekten, die bei der Planung mit höchster Priorität berücksichtigt wurden, mussten zusätzlich der wirtschaftliche Betrieb der Anlage und die Baukosten Berücksichtigung finden. Dies schließt auch die konstruktive Umsetzbarkeit der aus hydraulischen Gesichtspunkten erforderlichen Entwurfskriterien ein. Die Rückmeldung der Versuchsergebnisse, die Berücksichtigung der tatsächlich angetroffenen geologischen Gegebenheiten sowie die Entwürfe der unterschiedlichen Lieferanten der maschinen- und elektrotechnischen Ausrüstung fließen letztendlich in der baureifen Planung zusammen.
Besondere logistische Herausforderungen beim Bau des Merowe-Staudammes
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Die Anforderungen an die Realisierung eines Infrastrukturprojektes wie des Merowe-Staudammes im Sudan unterschieden sich erheblich von denen eines Großprojektes in Europa. Die Entfernungen im Lande, Kommunikationsmittel, rechtzeitige Beschaffung von Material und Ausrüstung, der Mangel an Fachkräften sowie Unterbringung und Versorgung von bis zu 6 500 Personen waren von den beteiligten Unternehmen während der Bauzeit stets zu bedenken.
Lahmeyer International (LI) wurde vom Bauherrn DIU als Ingenieur unter anderem für die Erstellung des Projektentwurfs, die vertragliche Abwicklung und Bauüberwachung beauftragt - Ingenieuraufgaben, die sich am Merowe-Staudamm deutlich von vergleichbaren Tätigkeiten in Europa unterschieden, nicht nur in Bezug auf die vertraglichen Aufgaben,
sondern auch im Hinblick auf die Qualitätssicherung im Bereich Betonbau
und Dammschüttung.
Hydrologie, Sedimentation und Stauraumbewirtschaftung des Merowe-Projektes
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Der Nil ist nicht nur einer der längsten Flüsse der Welt, sondern zählt auch zu den Flüssen mit den höchsten Sedimentfrachten. Neben der Analyse der Abflusscharakteristik, die sich aufgrund der drei maßgebenden Hauptarme des Nils sehr differenziert darstellt, stellte die
Erhebung und Modellierung der Sedimentationsvorgänge ober- und unterstrom des Dammes eine wichtige Basis für die Aufstellung der Regeln zur Stauraumbewirtschaftung dar. Der Artikel gibt einen kurzen Überblick über die wesentlichen Aspekte und Herausforderungen dieser
Aufgaben.
Der Merowe-Staudamm und dessen Wasserkraftwerk im Sudan
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Der Merowe-Staudamm und das dazugehörige Wasserkraftwerk liegen am Nil, ca. 350 km nördlich von Khartum und ca. 550 km stromaufwärts vom Assuan Staudamm in Ägypten. Die Mehrzweckanlage dient der Stromerzeugung durch die zehn Maschinensätze der 1 250 MW Wasserkraftanlage, der Bewässerung von landwirtschaftlichen Ackerflächen (ca. 380 000 ha) und dem Hochwasserschutz. Im Jahr 2010 erzeugte das Merowe-Wasserkraftwerk mehr als 60 % des Stromverbrauchs im Sudan. Weiterhin wird der Merowe-Staudamm die Sedimentablagerung im Assuan-Stausee erheblich reduzieren. Da mehr als 90 % des Stausees Wüstengebiete überschwemmen, gingen 'nur' ca. 6 000 ha landwirtschaftliche Flächen verloren. Die dadurch resultierende geringe Menge an Biomasse im Speicherraum reduziert die CO2- Emission aus dem Speichersee auf ein Minimum.
