Matrixturbine (Schleusenturbine) im Donaukraftwerk Freudenau: Bei Wasserkraftwerken an schiffbaren Fluessen entstehen durch Schleusungen erhebliche Energieverluste, welche sich fuer die bestehenden Donaukraftwerke mit rund 110 GWh/a abschaetzen lassen. Daher werden seit geraumer Zeit wirtschaftliche Moeglichkeiten gesucht, um die den Schleusungsvorgaengen innewohnende mechanische Energie zur Stromerzeugung zu nutzen. Im Falle des Kraftwerkes Freudenau ergibt sich nun die Chance, im Rahmen eines von der Europaeischen Union gefoerderten Projektes, ein neuartiges, gemeinsam von Verbund, der VoestAlpine MCE und Bouvier Hydro (Frankreich) entwickeltes Konzept in einem Pilotversuch zu erproben. Eine Matrixturbine besteht aus mehreren, gleich aufgebauten, kleinen Rohrturbinen und Generatoren, die mittels eines Rahmens zu einer Einheit zusammengefasst sind. Die Turbinen werden sowohl beim Fuellen, als auch beim Entleeren, dabei aber in umgekehrter Richtung, durchflossen. Den einzelnen Matrixeinheiten sind Absperrklappen in Form von Jalousien vorgeschaltet, welche den Wasserstrom freigeben und unterbinden koennen. Die Asynchrongeneratoren werden von den Propellerturbinen (starre Laufschaufeln) angetrieben. Das Laufrad ist so geformt, dass es in beiden Stroemungsrichtungen des Triebwassers akzeptable Wirkungsgrade erreicht. Zum Pilotversuch im Kraftwerk Freudenau wird die Matrixturbine in den Dammbalkenschlitz des Fuell- und Entleerkanals einer Schleusenkammer eingesetzt. Die Matrix besteht aus 5 x 5, also 25 Einzelmaschinensaetzen, mit je 1 m 2 Querschnittsflaeche. Die Generatoren sind schaltungsmaessig in drei Gruppen (maximale Gesamtdauerleistung 5000 kW) zusammengefasst. Nach Transformation der Generatorspannung auf die Spannungsebene der Hauptgeneratoren (10,5 kV) wird die elektrische Energie direkt auf der Unterspannungsseite der Blocktransformatoren eingespeist. Die gesamte Matrix kann bei Stoerungen rasch wieder ausgebaut werden. Die Anforderungen an eine Schleusenturbine sind dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinen beidseitig anstroembar ausgefuehrt werden muessen und dass die Fallhoehe im Laufe der Schleusung kontinuierlich abnimmt. Unter der Annahme, dass pro Jahr 6500 Fuellvorgaenge bzw Entleerungsvorgaenge der mit der Matrixturbine ausgeruesteten Schleuse des Kraftwerkes Freudenau vorgenommen werden und dass ab Erreichen der maximalen durch die Turbinen verarbeitbaren Wassermenge diese Schleuse auch zur staendigen Wasserabfuhr herangezogen wird, kann jaehrlich elektrische Energie im Ausmass von rund 3,7 GWh erzeugt werden; das entspricht etwa dem Energiebedarf von 800 Haushalten. Bei diesem Pilotprojekt bietet sich die Moeglichkeit, das Konzept der Matrixturbine in seiner allgemeinsten Form, sowohl im Schleusungsbetrieb bei beiderseitiger Anstroemung, variabler Fallhoehe und Verwendung von Jalousieklappen, als auch im Dauerbetrieb (z. B.: bei Hochwasser) praktisch zu erproben. ... Hauptauftragnehmer: Österreichische Donaukraftwerke AG; Wien;
Erläuterungen zu Teil 8 und 9 ADN Zu Teil 8 ADN Zu Unterabschnitt 8.1.6.1 ADN 8-1.B Für diese Aufgabe können von der zuständigen Behörde ( GDWS ) im Einzelfall oder durch Allgemeinverfügung insbesondere auch von einer IHK öffentlich bestellte und vereidigte Sachverständige für Feuerlöschgeräte oder Feuerlöschschläuche zugelassen werden. Zu Unterabschnitt 8.1.6.2 ADN 8-2.B Es kann bei Bedarf auch ein Mitarbeiter/eine Mitarbeiterin des Herstellers von der GDWS für diese Prüftätigkeit zugelassen werden. Zu Unterabschnitt 8.2.2.7 ADN 8-3.B Soweit Kapitel 8.2 ADN keine abschließenden oder vollständigen Regelungen zur Durchführung der Prüfungen zum Nachweis der besonderen Kenntnisse des ADN (Basiskurs und Aufbaukurse) enthält, sind die Prüfungen bei der GDWS bis zum Erlass einer besonderen Prüfungsordnung in sinngemäßer Anwendung der Vorschriften in Teil III Kapitel 7 Abschnitt 2 der Verordnung über das Schiffspersonal auf dem Rhein (Schiffspersonalverordnung-Rhein - RheinSchPersV ) vom 16. Dezember 2011 ( BGBl. 2011 II Seite 1300 und Anlageband) in der jeweils geänderten Fassung und in sinngemäßer Anwendung der Dienstanweisung Nummer 2 nach § 1.03 RheinSchPersV der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt vom 30. Mai 2016 durchzuführen. Die Abnahme der Prüfung zum Basiskurs kann nach Abschnitt I. der Richtlinie des Verwaltungsausschusses für die Verwendung des Fragenkatalogs für die Prüfung von ADN-Sachkundigen (Kapitel 8.2 ADN) auch durch einen einzelnen Prüfer erfolgen. Zu Abschnitt 8.3.5 ADN 8-4.B "Arbeiten an Bord" umfassen alle Arbeiten an der Struktur (am Schiffskörper) oder der Ausrüstung des Schiffes, einschließlich z. B. Ankerketten oder Propeller. Die Gasfreiheitsbescheinigung für Tankschiffe nach Absatz 7.2.3.7.1.6 oder 7.2.3.7.2.6 ADN muss sich auf das gesamte Schiff beziehen. Die zuständige Behörde kann abweichend davon Arbeiten genehmigen, wenn die Gasfreiheit nur für Teilbereiche eines Schiffes gegeben ist. Die Gasfreiheitsbescheinigung muss für Arbeiten, die im Geltungsbereich der GGVSEB durchgeführt werden, von einer in Deutschland zugelassenen Person ausgestellt werden. Andere einschlägige Rechtsvorschriften zur Arbeits- und Betriebssicherheit bleiben neben den Vorschriften dieses Abschnitts und bei der Erteilung einer Genehmigung durch die zuständige Behörde unberührt. Zu Teil 9 ADN Zu Absatz 9.1.0.40.2.7 Buchstabe a, 9.3.1.40.2.7 Buchstabe a, 9.3.2.40.2.7 Buchstabe a und 9.3.3.40.2.7 Buchstabe a ADN 9-1.B Ortsfeste Druckbehälter, Armaturen und Druckleitungen, die für einen nicht spezifizierten Einsatzzweck hergestellt, in Verkehr gebracht und auf Binnenschiffen für die fest installierte Feuerlöschanlage verwendet werden, müssen den Vorschriften der Vierzehnten Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (Druckgeräteverordnung) vom 13. Mai 2015 (BGBl. I Seite 692) in der jeweils geltenden Fassung entsprechen. Ortsfeste Druckbehälter, Armaturen und Druckleitungen, die speziell für den dauerhaften Einbau in Binnenschiffen, auch in fest installierten Feuerlöscheinrichtungen, bestimmt sind, müssen den Vorschriften einer anerkannten Klassifikationsgesellschaft entsprechen. Für ortsbewegliche Druckgeräte sind die Vorschriften der Ortsbewegliche-Druckgeräte-Verordnung zu beachten. Zu Absatz 9.3.1.23.1 ADN 9-2.B Druckbehälter, die Teile von Binnenschiffen sind oder speziell für den dauerhaften Einbau in diese bestimmt sind, unterliegen nicht der Vierzehnten Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (Druckgeräteverordnung). Sie müssen den Vorschriften einer anerkannten Klassifikationsgesellschaft entsprechen. Stand: 19. Juni 2025
In einer Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen wird eine Software (BinEm) entwickelt, die mithilfe der Messung von Luftschadstoffen auf Binnenschiffen unter realen Betriebsbedingungen kalibriert und validiert werden soll.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Schifffahrt soll nach Vorgaben der EU bis zum Jahr 2050 klimaneutral werden. Zur zwischenzeitlichen Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen werden verschiedene Technologien (z. B. Abgasreinigung) eingesetzt. Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Schiffsemissionen abschätzen zu können, sind realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Die bisher veröffentlichten Emissionsdaten, die der Binnenschifffahrt zugerechnet werden, basieren auf Modellen mit vielen Annahmen, die die Betriebsparameter im realen Einsatz sehr vereinfacht abschätzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der BAW und der Universität DuisburgEssen ein Verfahren zur Berechnung der Binnenschiffsemissionen entwickelt.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mit der im Rahmen der Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme (ISMT) entwickelten Software können Emissionen der Binnenschifffahrt für beliebige Regionen und Schiffsflotten modelliert werden. Damit steht der BAW eine Methode zur Verfügung, die es ermöglicht, den Anteil der Binnenschifffahrt an den Luftschadstoffen abzubilden und den Erfolg von Emissionsminderungsmaßnahmen zu bewerten. Auf Basis dieser Ergebnisse können Entscheidungsträger im BMDV und in der GDWS erfolgversprechende Maßnahmen zur Minderung von Binnenschiffsemissionen gezielt ableiten, geltende Vorschriften anpassen oder neue erlassen.
Untersuchungsmethoden
Das entwickelte Verfahren besteht aus mehreren Modulen. Zunächst wird der Schiffswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund und der Strömung berechnet (Noß und Kossmann 2021). In dem aktuellen Verfahren wird nun auch der zusätzliche Widerstand bei Kurvendrift berücksichtigt. Hierfür greift das Programm auf einen äquivalenten Geradeauswiderstand zurück und addiert in Abhängigkeit des Driftwinkels einen in einer Datenbank hinterlegten Beiwert für den zusätzlichen Widerstand durch Schräganströmung. Anschließend werden der Gütegrad der Propulsion und die Propellerdrehleistung ermittelt. Mithilfe charakteristischer Propellerfreifahrtdiagramme und Motorenkennfelder sowie leistungsbezogener Faktoren werden final der Kraftstoffverbrauch und die Schiffsemissionen berechnet (Noß und Kossmann 2022). Die Spannweite an Schiffs- und Motorenparametern ist sehr groß. Basierend auf Simulations- und Modellversuchsergebnissen charakteristischer Schiffe (Noß und Kossmann 2021, 2022; Kossmann und Wierczoch 2022) wurden einzelne Widerstandsbeiwerte und der Gütegrad der Propulsion in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Wassertiefenverhältnis zu Abladetiefenverhältnis berechnet. Der für die Propulsion verwendete Propeller ähnelt in seiner Geometrie einem charakteristischen Binnenschiffs-Düsen-Propeller. In Abhängigkeit von der berechneten Propulsions- bzw. Bremsleistung, der Schiffsgröße und der Anzahl der Propeller wählt das Verfahren einen passenden Motor in einer Datenbank aus. Diese beinhaltet für schnelllaufende Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 400 und 1200 kW Daten zur Motorleistung, Drehzahl und zum spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der gewählte Ansatz ist für den Großteil der Flotte sowie Betriebspunkte während einer typischen Streckenfahrt anwendbar. Situationen wie Ausweichmanöver, Ausweichmanöver, Schleusenfahrten oder An- und Ablegemanöver lassen sich mit diesem Ansatz jedoch nicht abbilden.
Es werden gezielte Massnahmen zur Reduzierung des Laerms von ummantelten Propellern (Mantelschrauben) in gestoerter und ungestoerter Zustroemung untersucht. Die Zustroemung und folgende Parameter der Mantelschraube werden variiert: Profilgeometrie, Grundrissform der Rotorblaetter (gepfeilte Blaetter), Zahl der Blaetter und Manteltiefe. Die experimentellen Untersuchungen werden durch aerodynamische und akustische Berechnungen ergaenzt.