Wasserkraft vor Sedimenten schützen
Sedimente lagern sich am Grund von Stauseen ab und sch?digen die Turbinen von Wasserkraftwerken. Moderne Methoden erlauben es, Transport, Ablagerung und Beseitigung von Sedimenten in Echtzeit zu untersuchen.
Wasserkraft ist weltweit die wichtigste Quelle für erneuerbare elektrische Energie. Oft st?ren aber Sedimente ihren reibungslosen Betrieb. Viele Stauseen und Flussabschnitte oberhalb von Laufwasserkraftwerken füllen sich mit Geschiebe und Erosionsmaterial aus ihren Zuflüssen. Ohne passende Gegenmassnahmen verringert sich das Stauvolumen stetig, bis es irgendwann komplett verschwindet.
Das beeintr?chtigt die Produktion von Wasserkraft: Ein Speicherkraftwerk wird so allm?hlich zu einem Laufkraftwerk und verliert damit seine Hauptfunktion. Diese besteht darin, bei hoher Nachfrage Spitzenenergie zu liefern. Weiter nutzen Sedimente hydraulische Maschinen ab, beispielsweise Turbinen und Pumpen. Sie schaden aber auch Nebenanlagen wie Stauwehren, Entsandern oder Spülkan?len. Das erh?ht die Kosten für Betrieb und Unterhalt. Der ?hydro-abrasive? Verschleiss von Turbinen ver?ndert zudem deren Geometrie, was den Wirkungsgrad und damit die Produktionskapazit?t weiter senkt.
Gegenmassnahmen tun Not
Es gibt eine Vielzahl von Massnahmen, um mit Sedimenten optimal umzugehen. Ihnen allen ist gemein, dass sie hohe Investitionskosten verursachen oder sehr viel Wasser ben?tigen, das dann nicht mehr für die Energieproduktion bereit steht. Ohne Kompromisse lassen sich Wasserkraftwerke also nicht langfristig wirtschaftlich, umweltfreundlich und sozialvertr?glich betreiben. Zudem schreiben heutzutage die Wasserrechtsgesetze vieler L?nder vor, die Durchg?ngigkeit von Sedimenten an Standorten wiederherzustellen, wo diese teilweise oder ganz durch Stauwehre, Talsperren oder andere Querbauwerke unterbrochen ist (siehe dazu diesen Blogbeitrag).
Zu den erfolgsversprechenden L?sungen, die technisch machbar und umweltvertr?glich sind, z?hlen unter anderem Folgende:
- Bau von Sedimentumleitstollen
- Durchleiten von Trübestr?men (stark feinsedimenthaltige Abflüsse)
- Regelm?ssiges Spülen von Staubecken durch Tiefausl?sse
- Beseitigung der Sedimente durch Absaugen
Ein neuer Ansatz
Eine weitere Methode, die meiner Ansicht nach künftig weiter erforscht werden sollte, ist das stetige Durchleiten von Schwebstoffen via Triebwasserweg und Turbinen in unterhalb liegende Flussabschnitte. Auf diese Weise bleibt der Sedimentfluss weitgehend auf seinem ursprünglichen Niveau vor dem Bau der Wasserkraftanlagen erhalten. Diese Methode ist trotz der damit verbundenen erh?hten Abnutzung von hydraulischen Maschinen vielversprechend, insbesondere in alpinen Staubecken, wo alternative L?sungen entweder unerschwinglich oder von Gesetzes wegen nicht umsetzbar sind. Spezielle Beschichtungen für Turbinen helfen, der Abnutzung entgegenzuwirken.
Mit modernen Messtechniken kann man heute in Echtzeit untersuchen, wie Sedimente transportiert, abgelagert und wieder beseitigt werden und wie sie die Erosion von hydraulischen Maschinen beeinflussen. Eine st?ndige Echtzeit-?berwachung der Konzentration und Partikelgr?sse von Sedimenten erm?glicht es den Betreibern, kurzfristig einzugreifen: So k?nnten sie, sobald gewisse Schwellenwerte w?hrend eines Hochwassers erreicht werden, die Energieproduktion kurzzeitig einstellen, um eine überproportionale Abnutzung der Maschinen zu vermeiden.
Sedimentmanagement wird immer wichtiger
Unsere Forschung im Rahmen des SCCER-SoE [1] konzentriert sich einerseits auf die Erosion von Turbinen, auf Sedimentumleitstollen und Spülkan?le. Andererseits entwickeln wir Vorhersagemodelle und Messtechniken für die Echtzeit-?berwachung des Geschiebes und der Schwebstoffe unter Verwendung experimenteller und numerischer Methoden. Zwar sind zahlreiche Massnahmen bekannt, um die negativen Auswirkungen von Sedimenten in Grenzen zu halten. Unsere Erfahrung zeigt jedoch, dass an jedem Standort individuelle L?sungen erforderlich sind. Vertiefte Kenntnisse der relevanten Prozesse und Messtechniken sind daher die Basis für standortspezifische L?sungen, um optimal mit Sedimenten umzugehen.
Mit dem zunehmenden Alter von Stauseen und dem kontinuierlichen Rückzug der Gletscher aufgrund des Klimawandels wird das Sedimentmanagement bei Wasserkraftanlagen je l?nger je bedeutender, weil Erosionsmaterial und Geschiebe zunehmen. So bedauerlich der Gletscherrückzug ist, er bietet aber auch interessante neue M?glichkeiten, um die Wasserkraft im Einklang mit der Energiestrategie 2050 weiter auszubauen.
Dieser Beitrag erscheint auch im externe Seite Blog des SCCER-SoE.
Weiterführende Informationen
[1] Das ?Schweizer Kompetenzzentrum für Energieforschung – Strombereitstellung? (externe Seite SCCER-SoE)
