Ziel des Projektes ist es, die wissenschaftl. Grundlagen für eine belastbare u. nachvollziehbare Bewertungen von Fischverlusten durch Wasserkraftnutzung zu erarbeiten sowie konkrete methodische Hinweise zur Bewertung von Mortalität und Barrierewirkungen an WKA im Rahmen der FFH-Verträglichkeits- u. artenschutzrechtlichen Prüfung, für die Bewertung des Verschlechterungsverbots gemäß FFH-RL und WRRL sowie für die Beurteilung von Biodiversitätsschäden im Zuge der Umwelthaftung sowie im Rahmen des artenschutzrechtlichen Tötungsverbots. Der AP sieht die Erarbeitung des Mortalitäts-Gefährdungs-Index für Neunaugen u.Fische vor, die Einschätzung des artspezifischen u. des konstellationsspezifischen Tötungsrisikos an Wasserkraftanlagen sowie die Entwicklung einer Methodik zur Beurteilung u. Bewertung von Verlusten inklusive einer Beispielanwendung. Die Erarbeitung des MGI umfasst die Parametrisierung u. Kalibrierung des Populationsbiologischen Sensitivitäts-Index u. des Naturschutzfachlichen Wert-Index für Neunaugen u. Fische in Binnengewässern sowie die Verschneidung beider Indices zum MGI. Für die Einschätzung des artspezifischen Tötungsrisikos werden weitere Lebenszyklus-Parameter, ökologische Anforderungen u. Toleranzen der Arten recherchiert u. ausgewertet. Für das konstellationsspezifische Tötungsrisiko werden die Fisch-Mortalität an WKA beeinflussenden, Standort-spezifischen Faktoren recherchiert u. analysiert, wie z.B. Abfluss, Abflussaufteilung, genutzter Abflussanteil, Art der WKA, Turbinentyp, Fließgewässertyp, Fischregion u.a.m. Nach Ermittlung aller signifikanten Einflüsse aus der Ökologie der Arten, ihrer Gefährdungssituation, überregionalen Bedeutung, der anlagenspezifischen Mortalitäts- u. Schutzfaktoren sowie standortspezifischer Gegebenheiten, wird ein Handlungsleitfaden für die Bewertung von Fischverlusten an WKA erstellt.
In our test region, the Ursern Valley in the Swiss Alps, we will assess the status and current change of vegetation cover and plant diversity, soil characteristics, erosion potential, and their combined effects on the water balance and soil integrity. The results will be evaluated in an ecological, economic and historical context, integrating different space and time scales. The Ursern Valley is a highly suitable test region for this interdisciplinary assessment: (1) the valley is under communal authority control for more than 800 years, with an exceptional wealth of archive data, (2) increasing soil degradation at various slopes, (3) intense shrub encroachment into formerly open grassland (4) a 2 km elevational range, including the full spectrum of high altitude biota, (5) a strong economic dependency on hydropower, and finally, (6) plans for mega-investment into new touristic infrastructure ('Sawiris' project). Through aggregation of biological, edaphic, meteorological, hydrological and economic data, we will scale from plot and plant community level to catchment wide implications. Key parameters will be specific water balances for each land cover type, the areal extent and degree of soil disturbance, and their combined hydrological consequences (water yield, discharge characteristics, sediment load) along with land use and land cover statistics of the Ursern Valley (GIS data, aerial photographs, soil maps). These key 'bio-geo-hydroscience' parameters will be assessed at different spatial (from the plot to micro-catchments) and temporal scales (from season to decades), and under contrasting land use regimes. For instance we will quantify the changes of the hydroelectric value of this catchment due to altered land use. Scenarios and projections for the next 50 years will take into account most likely trends in agriculture, tourism, and climate. By attributing monetary value to the 'bio-geo-hydroscience' data, we will assess the economic implications associated with these changes in relation to other facets of the region's economy. We will closely cooperate with historians, already working on local archive data, and we will capitalize on our long-term research experience in this area, existing infrastructure (alpine research station ALPFOR), field installations in part, and ongoing pilot projects on plant diversity, productivity, soil erosion, and the excellent contacts with stakeholders within our test region. Hence, we will translate the interdisciplinary data collation to immediate socio-economic and ecological consequences and longer term scenarios. Finally, we aim at providing 'tools' that will help policy to maintain land use in this region economically attractive, and to promote an integrated catchment management. We envisage the Ursern Valley to become a model region, representative for the ongoing transformations in most mountain regions across Europe.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines integrierten naturwissenschaftlichen und sozioökonomischen Modellsystems zur integrierten Gewässerentwicklung, dass es erlaubt mittels mobiler und formveränderbarer Buhnen aus Textilien die Strömung in einem Gewässer derart zu modifizieren, dass sich eine unterhaltungsarme und strukturanreichernde Strömungsdiversifizierung einstellt. 1. Es ist das ökologische Leitbild 'ÖkoEnergieFluss' für alle LAWA-Fließgewässertypen zu entwerfen, sodass hieran Probleme und Restriktionen ermittelt werden können. 2. Es sind die möglichen Restriktionen aus gewässerökologischer und sozioökonomischer Sicht in der Theorie zu ermitteln. 3. Es ist in der Theorie zu ermitteln, welche Parameter in welcher Untersuchungstiefe ermittelt werden müssen, um Abweichungen vom Leitbild feststellen zu können. 4. Für die ermittelten Restriktionen sind Lösungsmöglichkeiten und Maßnahmenkombinationen mit den Partnern und Stakeholdern zu suchen. 5. Aus den Daten zum Leitbild, aus den Restriktionen und aus den Lösungsmöglichkeiten ist das multikriterielle Verfahren zu konzipieren.6. Der konkrete Demonstrationsfluss ist nach 3. und nach WRRL zu analysieren. 7. Die konkreten Defizite und Restriktionen sind zu ermitteln. 8. Die konkreten Maßnahmen und deren Auswirkungen auch in Kombination sind mit den Partnern und Stakeholdern zu bestimmen. Diese Maßnahmen sind zu gewichten. 9. Das multikriterielle Verfahren ist anhand der Ergebnisse aus 7. und 8. hinsichtlich des LAWA-Typs des Demonstrationsflusses zu verfeinern. 10. Die Umsetzung der Maßnahmen ist zu begleiten und die im Vorfeld theoretisch ermittelten Maßnahmenwirkungen zu überprüfen. 11. Die tatsächlichen Auswirkungen sind mit den prognostizierten Auswirkungen zu vergleichen und Gründe für Abweichungen zu suchen. 12. Die Maßnahmen sind anzupassen bzw. zu optimieren. Ggf. ist das Leitbild anzupassen.
Der Ausgleich von Zielkonflikten durch Partizipation ist für erfolgreichen Umweltschutz von großer Bedeutung. Am Beispiel der Konflikte zwischen Gewässerökologie und Ausbau und Modernisierung der Wasserkraft wird versucht, den unterschiedlichen Interessen ein Forum zu geben mit dem Ziel einen Interessenausgleich zu erzielen. Der Betrieb von Wasserkraftanlagen unterliegt nach §35 WHG ökologischen Anforderungen. Allerdings ist der Stand des Wissens und der Technik ungenügend, mit der Folge, dass die Akzeptanz zur Maßnahmenumsetzung gering und das Konfliktpotenzial hoch sind. Das Forum Fischschutz und Fischabstieg, das vom UBA 2012 im Rahmen eines FuE Vorhabens gegründet wurde und das sich als ein Interessen übergreifendes Partizipationsinstrument bewährt hat, soll für die begleitende Umsetzung der EG-Wasserrahmenrichtlinie und die Operationalisierung des §35 des Wasserhaushaltsgesetzes genutzt werden. Es besteht ein hohes Bundesinteresse die Wasserkraftnutzung zu modernisieren und in Einklang mit den Anforderungen des WHG zu bringen.
Ziel des Teilprojekts ist die Entwicklung der Steuerungskomponente, Fernüberwachung/-wartung, Einspeisung und Verschaltung der Flottillenkraftwerke. Hauptaugenmerk dieser Technologieentwicklung liegt auf der adaptiven Verschaltung und Steuerung der Einzelanlagen zu einer Gesamtanlage, unabhängig von der der Anzahl der Einzelwasserkraftanlagen. AP 2.4.1 - Anforderungsanalyse und Einsatzbedingungen für die Steuerungskomponente eines Flottillenkraftwerkes (M1 - M3) AP 2.4.2 - Entwicklung eines adaptiven generischen Steuerungsmoduls (M3 - M7) AP 2.4.3 - Konzeptentwicklung einer wirtschaftlichen Gesamtanlagensteuerung (M6-M12) AP 2.4.4 - Labortechnische Feldversuche (M11-M17) AP 2.4.5 - Entwicklung und Umsetzung - Ferndiagnose und Fehlersteuerung (M16-M20) AP 2.4.6 - Konzeptentwicklung zur dezentralen Einspeisung in das öffentliche Netz von elektrischer Energie variabler Quantität (M21-M25) AP 2.4.7 - Evaluation des Systems (M24-M33) AP 2.4.8 - Abschlussanalyse und Optimierung des Steuerungsmoduls (M31-M35) AP 2.4.9 - Evaluierung der elektrotechnischen Testergebnisse (M35-M36).
Ziel dieses Teilprojektes ist die konstruktive Entwicklung des Prototyps für ein Horizontalwasserrad H2W. Anders als bei den bekannten Propeller- oder Schaufelradsystemen, welche sich zumeist um eine horizontale Achse drehen, steht die Achse des Horizontal2 Wasserrades vertikal und die Energiewandler umlaufen diese in horizontaler Richtung. Durch diese Bauweise ist die Anlage besonders für flache Fließgewässer geeignet. AP 3.4.1 - Lastenhefte für den WK und Festlegen der technologischen Spezifika (M1 - M28) AP 3.4.2 - Anforderungsanalyse an die Anlage (M1 - M3) AP 3.4.3 - Entwurf der Baugruppen für H2W (M3-M5) AP 3.4.4 - Material- und Tragwerksanalyse für eine Leichtbaubeschaufelung (M5 - M8) AP 3.4.5 - Entwicklung eines genehmigungsfähigen Verankerungssystems für H2W (M6 - M10) AP 3.4.6 - Entwurf potenzieller Treibgutszenarien und Lösungsmöglichkeiten (M11 - M12) AP 3.4.7 - Entwicklung und Konstruktion des Horizontalwasserrades (M11 - M13) AP 3.4.8 - Prototypenbau des Horizontalwasserrads (M13 - M19) AP 3.4.9 - Prototypentests am Referenzstandort (M20 - M30) AP 3.4.10 - Ökologische Bewertung der Anlage (M31 - M36).
Entwicklung eines Systems zur automatischen Strömungsoptimierung unter Berücksichtigung des Einsatzes von mobilen und in der Form veränderlichen Buhnen. Mit diesem Teilprojekt soll ein System entwickelt werden, welches auf Basis von technischen und ökologischen Analysen den Anwender bei der Entwicklung von Flussabschnitten unter-stützen soll. Dabei soll das System den bestehenden und zu schaffenden Zustand realitätsnah widergeben. Dies umfasst sowohl den ökologischen Zustand als auch die technischen Anforderungen für die Platzierung von technischen Elementen wie Buhnen oder Wasserkraftanlagen. Die Herausforderung bei der Bearbeitung des Projektes liegt zum einen in der Umsetzung von multikriteriellen Faktoren sowie qualitativen Einschätzungen und Bewertungen in einem formalisierten Kriterienkatalog. Folgende Arbeitspakete werden abgearbeitet: Definition und Formalisierung der Anforderungen von Wasserbauelementen zur Übernahme in das Datenmodell am Beispiel der mobilen Buhnen. Entwicklung eines semantischen und eines Datenmodells für ein Planungswerkzeug. Analyse und Adaptierung von Visualisierungs- und Interaktionsverfahren. Komponentenentwicklung und Integration in ein Gesamtsystem. Spezifikation Planungsworkflow, Planungsfunktionen und Bewertungsverfahren. Evaluierung des Gesamtsystems an einem Referenzbeispiel.
Ziel des Teilprojektes Flottillenkraftwerk ist die ökologieverträgliche Entwicklung einer Technologie zum Zusammenschluss von mehreren kleinen freischwimmenden Wasserkraftanlagen zu einer Flottille. Ausgehend von den Erfahrungen mit kleinen schwimmenden Wasserkraftanlagen soll eine Flottillentechnologie entwickelt werden durch die der Nachteil der geringen Leistung von einer einzelnen kleinen Anlage aufgehoben wird. Es soll eine prototypische Lösung entwickelt werden bei der die bekannten Probleme des Treibgutes und der Verankerung in einem Fluss ebenso beantwortet werden, wie die Ökologieverträglichkeit. Mit der zu entwickelnden modularen Kopplungstechnologie sollen verschiedenste Arten von schwimmenden Wasserkraftanlagen miteinander verbunden werden können. Um die erarbeiteten Technologien zu testen und zu verifizieren wird ein Prototyp mit mindestens 3 gekoppelten Kraftwerksblöcken in Katamaranbauweise mit teifschlächtigen Wasserrädern entwickelt und an einem Standort auf einer Bundeswasserstraße installiert und optimiert. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern werden als erstes die Anforderungen für ein Flotillenkraftwerk erarbeitet. Daraus wird ein Konzept eines Flottillenkraftwerkes entwickelt. Vor allem Skalierbarkeit und Anpassung an verschiedene Standorte werden dabei berücksichtigt. Ausgehend von diesem Konzept wird der Prototyp dieses Flottillenkraftwerkes entwickelt und gefertigt. Nach der Installation an einem Versuchsstandort werden die Einzelkomponenten und die Gesamtanlage getestet und in einem iterativen Prozess optimiert.
Ziel dieses Teilprojektes ist die konstruktive Entwicklung des Prototyps für ein universelles Staudruckwasserrad. Mit dem neuartigen Wasserrad sollen bisher nicht wirtschaftlich erschließbare Mühlenstandorte ausgerüstet werden können. Das universelle Staudruckwasserrad soll elektrische Energie aus dem Gefälle des Gewässers erzeugen, welcher in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden soll oder zum Eigenverbrauch der Betreiber genutzt wird. Nach Fertigstellung des Prototyps erfolgt dessen Verifizierung der Ökologieverträglichkeit durch Ökozertifizierung (ÖkoZert) AP 3.2.1 - Lastenhefte und Festlegen der technischen Spezifika (M3 - M35) AP 3.2.2 - Grundlagenermittlung und Vorplanung (M1 - M3) AP 3.2.3 - Entwicklung eines Gesamtkonzeptes mit allen relevanten Baugruppen mit Fokus Energie- und Kosteneffizienz des universellen Staudruck- Wasserrads (M3-M7) AP 3.2.4 - Material- und Tragwerksanalyse (M8 - M9) AP 3.2.5 - Entwicklung eines Gründungs-/Montagesystems für das Staudruckwasserrad (M8 - M12) AP 3.2.6 - Prototypenbau des universellen Staudruckwasserrades (M13 - M24) AP 3.2.7 - Prototypentests am gewählten Referenzstandort und anschließende Optimierungsmaßnahmen (M25 - M30) AP 3.2.8 - Ökologische Bewertung der Anlage (M31 - M36) AP 3.2.9 - Validierung (M30 - M31).
Im Rahmen des Wachstumskerns -Fluss-Strom-Plus- werden in zwei Teilprojekten neuartige getriebelose Generatoren für Kleinwasserkraftanlagen entwickelt. Die Herausforderung besteht im angestrebten Drehzahlbereich von 10-30 U/min und Leistungen bis 10 kW und gleichzeitig hohem Wirkungsgrad. Am Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg wird ein Generator nach dem Transversalflussprinzip (TFG) und am Lehrstuhl für Mechatronik ein Generator mit eisenloser Luftspaltwicklung entwickelt (GLW). Die in Aufbau und Funktionsprinzip grundverschiedenen Maschinen und die daraus resultierenden unterschiedlichen Ansteuerungs- und Regelungsmethoden stellen sicher, dass das breite Spektrum von Wasserkraftmaschinen innerhalb des Wachstumskern und nachfolgend auch darüber hinaus jeweils optimal mit einem passenden Generator ausgestattet werden kann.
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