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Strom aus Wasserkraft - Installierte Leistung (Plan.-Reg.)

Die Karte zeigt die Summe der installierten Leistungen der Wasserkraftanlagen für die Planungsregionen (Plan.-Reg.) in Bayern.

FP4-NNE-THERMIE C, Matrixturbine (Schleusenturbine) im Donaukraftwerk Freudenau - Pilotversuch und Demonstration

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;

AGEE-Stat aktuell - Nr.: 5/2024

Liebe Leser*innen, vor Kurzem wurde der Monatsbericht Plus zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Gesamtjahr 2024 veröffentlicht. Damit präsentiert die Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) erste Schätzungen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in den Bereichen Strom, Wärme und Verkehr für das Gesamtjahr 2024. Dieser Newsletter gibt Ihnen eine Kurzzusammenfassung der Ergebnisse und alle wichtigen Links zu den neuen Daten. Außerdem möchten wir Sie mit diesem Newsletter über weitere Aktivitäten mit Bezug zur Erneuerbare-Energien-Statistik informieren, insbesondere die Veröffentlichung der Publikation „ Erneuerbare Energien in Zahlen“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Eine interessante Lektüre und eine besinnliche Weihnachtszeit wünscht das Team der Geschäftsstelle der AGEE-Stat am Umweltbundesamt Monatsbericht Plus: Gesamtjahresschätzung zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahre 2024 veröffentlicht Entwicklung der erneuerbaren Energien im Gesamtjahr 2024 Quelle: AGEE-Stat / Umweltbundesamt Nach vorläufigen Daten und unter Berücksichtigung einer Schätzung für den Dezember steigt die erneuerbare Stromerzeugung im Jahr 2024 um etwa 4 Prozent auf 285 Terawattstunden (TWh). Dies sind etwa 12 TWh mehr als im Jahr 2023. Wichtigster Grund war die deutliche Steigerung der Stromerzeugung aus Photovoltaikanlagen, die gegenüber dem Vorjahr um 16 Prozent zunahm. Die Stromerzeugung aus Windenergielangen blieb in etwa auf dem Niveau des Vorjahres, dabei nahm die Stromproduktion aus Windenergieanlagen an Land leicht ab, die Erzeugung auf See dagegen zu. Die Stromerzeugung aus Biomasse lag auf dem Niveau des Vorjahres. Auch die Wasserkraft konnte gegenüber dem trockeneren Vorjahr zulegen. Erneuerbare Wärmeerzeugung bleibt auf Vorjahresniveau Im Gesamtjahr 2024 blieb die Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in etwa auf dem Niveau des Vorjahres. Insgesamt wurden etwa 193 Terawattstunden (TWh) Wärme und Kälte aus erneuerbaren Energien bereitgestellt. Gekennzeichnet war das Jahr durch eine ähnlich warme Witterung wie im Vorjahr sowie leicht gesunkene Preise für fossile Energieträger. Während der Einsatz von Biomasse zu Heizzwecken voraussichtlich leicht rückläufig war, erreichte die mittels Wärmepumpen nutzbar gemachte oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme im Jahr 2024 über 29 TWh – ein Anstieg von 14 Prozent gegenüber dem Vorjahr. Damit tragen Wärmepumpen bereits mehr zur erneuerbaren Wärme bei als flüssige und gasförmige Biobrennstoffe zusammen. Die Wärmeerzeugung in Solarthermieanlagen lag aufgrund geringerer Sonneneinstrahlung um 2 Prozent unter dem Wert des Vorjahres. Weniger Biokraftstoffe, aber mehr erneuerbarer Strom im Verkehr genutzt Im Verkehr wurden auch infolge der Änderung der 38. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) deutlich weniger Biokraftstoffe eingesetzt als im Vorjahr. Zwar scheint nach derzeitigem Datenstand der Bioethanolverbrauch knapp vier Prozent höher als im Vorjahr zu liegen, der Verbrauch an Biodiesel könnte jedoch mit einem Minus von 24 Prozent sehr stark zurückgegangen sein. Ein wesentlicher Grund ist, dass Mineralölunternehmen ihre im Zuge einer Übererfüllung der Treibhausgasminderungsquote in den Vorjahren eingesparten Emissionen nur noch im Jahr 2024 oder erst wieder ab 2027 anrechnen lassen können. Zugleich lässt die Rechtsänderung für die Jahre 2025 und 2026 einen deutlichen Anstieg beim Verbrauch an Biokraftstoffen erwarten. Den Rückgang bei den Biokraftstoffen konnte auch ein starkes Wachstum von fast 14 Prozent bei der Nutzung von erneuerbarem Strom im Schienen- und Straßenverkehr nicht ganz ausgleichen. Es wurden rechnerisch etwa neun TWh grüner Strom im Verkehr eingesetzt – dies entspricht etwa drei Prozent der erneuerbaren Stromerzeugung. Ausführliche Informationen, Grafiken und Tabellen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland für das Gesamtjahr 2024 sowie monatsweise Daten für die Monate Januar bis Dezember finden Sie in unserem kürzlich veröffentlichten „Monatsbericht-PLUS“ sowie mit einigen weiteren Hintergrundinformationen in der kürzlich erschienenen Pressemitteilung. Erneuerbare Energien in Zahlen – Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2023 Die neue Publikation „ Erneuerbare Energien in Zahlen – Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2023 “ wurde auf den Internetseiten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) veröffentlicht. Sie veranschaulicht mit einer Vielzahl interessanter Grafiken und Tabellen die Entwicklung der erneuerbaren Energien im Strom-, Wärme- und Verkehrssektor im Jahr 2023 und gibt Einblicke in die Auswirkungen auf Wirtschaft und Klima. Neben Daten zur Entwicklung in Deutschland hält die Publikation auch informative Fakten zum Status Quo der erneuerbaren Energien in Europa und der Welt bereit. Grundlage der Publikation sind die Daten und Ergebnisse der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat), die im Auftrag des BMWK die Bilanz der erneuerbaren Energien für Deutschland erarbeitet. Die Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien ab dem Jahr 1990 sind sowohl im EXCEL- als auch im PDF-Format auf dem Informationsportal „Erneuerbare Energien“ des BMWK verfügbar. Des Weiteren finden Sie auf diesen Internetseiten eine Vielzahl von Schaubildern zur Entwicklung der erneuerbaren Energien. EU- Berichterstattung nach RED: Übermittlung des SHARES-Tools Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch Quelle: AGEE-Stat / Umweltbundesamt Am 19.11.2024 hat Deutschland das SHARES-Tool (Short Assessment of Renewable Energy Sources) an Eurostat übermittelt. Die Berechnungsvorschriften basieren auf den Regeln der jeweils gültigen „Renewable Energies Directive“ (RED) und unterliegen damit über die Jahre methodischen Änderungen. Seit 2021 gilt die RED II, wobei im Oktober 2023 die RED III verabschiedet wurde, die ab 2025 in die Berichtspflichten einfließen wird. Die SHARES-Daten sind auch Grundlage für die Zustandsbeschreibung relevanter Indikatoren im Bereich der erneuerbaren Energien entsprechend der Governance-Verordnung. So fließen die Daten unter anderem in die zweijährig zu erstellenden Fortschrittsberichte zu den Nationalen Energie- und Klimaschutzplänen (NECP-R) ein, die zum Monitoring der Zielerreichung der europäischen Energie- und Klimaschutzpolitik eingesetzt werden. Diese sind auch die Basis für die „State of the Energy Union“-Reports . Der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch steigt von 20,9 % im Jahr 2022 auf 21,5 % im Jahr 2023 an. Die sektoralen Anteile stiegen ebenfalls: Im Stromsektor stieg der Anteil erneuerbarer Energien von 47,9 % (2022) auf 52,2 % (2023), im Sektor Wärme und Kälte von 17,6 % (2022) auf 17,1 % (2023) und im Verkehrssektor von 10,1 % (2022) auf 11,9 % (2023). Anfang Dezember wurden die entsprechenden Tabellen aller Mitgliedsländer durch Eurostat veröffentlicht . Terminankündigung: AGEE-Stat Fachgespräch „Steckersolargeräte in Deutschland: Marktvolumen, Stromerzeugung und Selbstverbrauch“ Steckersolargeräte, umgangssprachlich auch „Balkonkraftwerke“ genannt, bieten eine relativ kostengünstige und einfach umzusetzende Möglichkeit zur Solarstromerzeugung und -nutzung für breite Teile der Bevölkerung. Seit 2023 ist der Markt dieser Anlagen erheblich gewachsen. Zum Ende des ersten Halbjahres 2024 waren rund 586.000 Steckersolargeräte mit einer kumulierten Leistung von knapp 500 Megawatt im Marktstammdatenregister (MaStR) gemeldet. Da jedoch viele Anlagen nicht gemeldet wurden und werden, dürfte die tatsächliche Anlagenzahl deutlich größer sein. Da die Anlagen vorwiegend zur Eigennutzung des Photovoltaik-Stroms genutzt werden, stellt sich die Frage, in welchem Umfang der mit Steckersolargeräten erzeugte Photovoltaik-Strom selbst verbraucht bzw. eingespeist wird. Die AGEE-Stat hat das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) mit einem Kurzgutachten zum Thema „Steckersolargeräte: Statistische Untersuchung zu Anzahl, installierter Leistung und Selbstverbrauch“ beauftragt, um diesen Fragen nachzugehen. Hierzu wird am 22. Januar 2025 ein Fachgespräch stattfinden, in dessen Rahmen das ZSW erste Ergebnisse ihres Kurzgutachtens vorstellt. Der Termin richtet sich an geladene Fachexpert*innen und wird als Webkonferenz stattfinden.

Kraftwerke: konventionelle und erneuerbare Energieträger

<p>Kraftwerke: konventionelle und erneuerbare Energieträger </p><p>Die Energiewende ändert die Zusammensetzung des deutschen Kraftwerksparks. Die Anzahl an Kraftwerken zur Nutzung erneuerbarer Energien nimmt deutlich zu. Kraftwerke mit hohen Treibhausgas-Emissionen werden vom Netz genommen. Gleichzeitig muss eine sichere regionale und zeitliche Verfügbarkeit der Stromerzeugung zur Deckung der Stromnachfrage gewährleistet sein.</p><p>Kraftwerkstandorte in Deutschland</p><p>Die Bereitstellung von Strom aus konventionellen Energieträgern verteilt sich unterschiedlich über die gesamte Bundesrepublik. Das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ stellt verschiedene Karten mit Informationen zu Kraftwerken in Deutschland zur Verfügung.</p><p>Kraftwerke und Verbundnetze in Deutschland, Stand August 2025.<br> Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.</p><p>Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Deutschland, Stand August 2025<br> Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.</p><p>Karte Kraftwerke und Windleistung in Deutschland, Stand Juni 2025<br> Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.</p><p>Karte Kraftwerke und Photovoltaikleistung in Deutschland, Stand Juni 2025<br> Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.</p><p>Installierte Kraftwerksleistung in Deutschland 2024 (Stand: Januar 2025)<br> Das Umweltbundesamt weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Karte dem Urheberrecht unterliegt und nur zur nichtkommerziellen Nutzung verwendet werden darf.</p><p>Kraftwerke auf Basis konventioneller Energieträger</p><p>Der deutsche Kraftwerkspark beruhte vor der Energiewende vor allem auf konventionellen Erzeugungsanlagen auf Grundlage eines breiten, regional diversifizierten, überwiegend fossilen Energieträgermixes (Stein- und Braunkohlen, Kernenergie, Erdgas, Mineralölprodukte, Wasserkraft etc.). Die gesamte in Deutschland installierte Brutto-Leistung konventioneller Kraftwerke ist basierend auf Daten des Umweltbundesamtes in der Abbildung „Installierte elektrische Leistung von konventionellen Kraftwerken ab 10 Megawatt nach Energieträgern“ dargestellt. Die aktuelle regionale Verteilung der Kraftwerkskapazitäten ist in der Abbildung „Kraftwerksleistung aus konventionellen Energieträgern ab 10 Megawatt nach Bundesländern“ dargestellt.</p><p>&nbsp;</p><p>In den letzten Jahrzehnten hat sich die Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien sehr dynamisch entwickelt. Gleichzeitig wurden mit dem im Jahr 2023 erfolgten gesetzlichen Ausstieg Deutschlands aus der Nutzung der Kernenergie und dem fortschreitenden Ausstieg aus der Braun- und Steinkohle konkrete Zeitpläne zur Reduktion konventioneller Kraftwerkskapazitäten festgelegt (siehe Tab. „Braunkohlen-Kraftwerke in Deutschland gemäß Kohleausstiegsgesetz“ im letzten Abschnitt). Unabhängig davon übt der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=CO2#alphabar">CO2</a>⁠-Preis einen wesentlichen Einfluss auf die Rentabilität und insofern den Einsatz fossiler Kraftwerke aus.</p><p>Kraftwerke auf Basis erneuerbarer Energien</p><p>Im Jahr 2024 erreichte der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland einen neuen Höchststand: In diesem Jahr wurden über 20 Gigawatt (GW) an erneuerbarer Kraftwerkskapazität zugebaut. Dieser Zubau liegt damit nochmals höher als die vorherige Ausbaurekord aus dem Jahr 2023. Insgesamt stieg damit die Erzeugungskapazität erneuerbarer Kraftwerke auf 188,8 GW. (siehe Abb. „Installierte Leistung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien“)</p><p>Getragen wurde der Erneuerbaren-Zubau in den vergangenen Jahren vor allem von einem starken Ausbau der <strong>Photovoltaik</strong> (PV). Seit Anfang 2020 wurden mehr als 50 GW PV-Leistung zugebaut, damit hat sich die installierte Leistung in den letzten fünf Jahren verdoppelt. Mit einem Zubau von über 16,7 GW wurde im Jahr 2024 darüber hinaus ein neuer Zubaurekord erreicht. Nach den Ausbaustarken Jahren 2011 und 2012 war der Photovoltaikausbau zunächst stark eingebrochen, seit etwa 10 Jahren wächst der Zubau aber kontinuierlich mit einer deutlichen Beschleunigung innerhalb der letzten fünf Jahre. Um das im EEG 2023 formulierte PV-Ausbauziel von 215 GW im Jahr 2030 zu erreichen, wurde ein Ausbaupfad festgelegt. Das Zwischenziel von 89 GW zum Ende des Jahres 2024 wurde deutlich übertroffen. In den Folgejahren bis 2030 bleibt allerdings ein weiterer Zubau von jährlich fast 20 GW zur Zielerreichung notwendig.</p><p>Auch wenn das Ausbautempo bei <strong>Windenergie</strong> zuletzt wieder zulegt hat, sind die aktuelle zugebauten Anlagenleistungen weit von den hohen Zubauraten früherer Jahre entfernt. Im Jahr 2024 wurden 3,4 GW neue Windenergie-Leistung zugebaut (2023: 3,3 GW; 2021: 2,4 GW). In den Jahren 2014 bis 2017 waren es im Schnitt allerdings 5,5 GW. Insgesamt lag die am Ende des Jahres 2023 installierte Anlagenleistung von Windenergieanlagen an Land und auf See bei 72,8 GW. Um die im EEG 2023 festgelegte Ausbauziele von 115 GW (an Land) und 30 GW (auf See) im Jahr 2030 zu erreichen, ist jeweils eine deutliche Beschleunigung des Ausbautempos notwendig.</p><p>Durch die Abhängigkeit vom natürlichen Energiedargebot unterscheidet sich die Stromerzeugung der erneuerbaren Erzeugungsanlagen teilweise beträchtlich. So kann eine Windenergieanlage die vielfache Menge Strom erzeugen wie eine PV-Anlage gleicher Leistung. Ein einfacher Vergleich der installierten Leistungen lässt deshalb noch keinen Schluss über die jeweils erzeugten Strommengen zu. Neben Photovoltaik- und Windenergieanlagen mit stark witterungsabhängiger Stromerzeugung liefern Wasserkraftwerke langfristig konstant planbaren erneuerbaren Strom, sowie Biomassekraftwerke flexibel steuerbare Strommengen. Beide Energieträger haben in Deutschland aber nur ein begrenztes weiteres Ausbaupotential.</p><p>Weitere Informationen und Daten zu erneuerbaren Energien finden Sie auf der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen">Themenseite „Erneuerbare Energien in Zahlen“</a>.</p><p>Wirkungsgrade fossiler Kraftwerke</p><p>Im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Brutto-Wirkungsgrad#alphabar">Brutto-Wirkungsgrad</a>⁠ ist im Vergleich zum Netto-Wirkungsgrad der Eigenverbrauch der Kraftwerke enthalten. Insgesamt verbesserte sich der durchschnittliche Brutto-Wirkungsgrad des eingesetzten deutschen Kraftwerksparks seit 1990 um einige Prozentpunkte (siehe Abb. „Durchschnittlicher Brutto-Wirkungsgrad des fossilen Kraftwerksparks“). Diese Entwicklung spiegelt nicht zuletzt die kontinuierliche Modernisierung des Kraftwerksparks und die damit verbundene Außerbetriebnahme alter Kraftwerke wider.</p><p>Der Brennstoffausnutzungsgrad von Kraftwerken kann durch eine gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung, KWK) gesteigert werden. Dies kann bei Großkraftwerken zur Wärmebereitstellung in Industrie und Fernwärme, aber auch bei dezentralen kleinen Kraftwerken wie Blockheizkraftwerken lokal erfolgen. Dabei müssen neue Kraftwerke allerdings auch den geänderten Flexibilitätsanforderungen an die Strombereitstellung genügen, dies kann beispielsweise über die Kombination mit einem thermischen Speicher erfolgen.</p><p>Obwohl bei konventionellen Kraftwerken in den letzten Jahren technisch eine Steigerung der Wirkungsgrade erreicht werden konnte, werden die dadurch erzielbaren Brennstoffeinsparungen nicht ausreichen, um die erforderliche Treibhausgasreduktion im Kraftwerkssektor für die Einhaltung der Klimaschutzziele zu erreichen. Dafür ist ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung notwendig.</p><p>Kohlendioxid-Emissionen</p><p>Folgende Aussagen können zum Kohlendioxid-Ausstoß von Großkraftwerken für die Stromerzeugung getroffen werden:</p><p>Weitere Entwicklung des deutschen Kraftwerksparks</p><p>Um die Klimaschutzziele zu erreichen, ist ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Kraftwerkskapazitäten notwendig.</p><p>Um den Herausforderungen der Energiewende begegnen zu können, wird es außerdem einen zunehmenden Fokus auf Flexibilisierungsmaßnahmen geben. Dabei handelt es sich um einen Ausbau von Speichern (etwa Wasserkraft, elektro-chemische Speicher, thermische Speicher) sowie um den Ausbau der Strominfrastruktur (Netzausbau, Außenhandelskapazitäten) und Anreize zur Flexibilisierung des Stromverbrauchs.</p>

Resiliente Abfluss- und Stauregelung der Wasserstraßen bei extremen Niederschlagsereignissen

Abflussprognosen zur Bewältigung von Extremwetterlagen Um das Transportaufkommen in Deutschland auch unter schwierigen Bedingungen zu bewältigen und dies aufrecht zu erhalten bzw. zu steigern, sind verkehrsträgerübergreifende Lösungsansätze notwendig. Ziel dieses Projekt ist es, die Resilienz und die Verfügbarkeit des Verkehrsträgers Wasserstraße bei extremen Wetterereignissen zu erhöhen. Aufgabenstellung und Ziel Etwa 3.000 km der Bundeswasserstraßen sind mit Staustufen ausgebaut, die meist aus einem beweglichen Wehr, einer Schleuse und einem Laufwasserkraftwerk bestehen. Durch das Ändern des Abflusses über das Kraftwerk und über das Wehr hält ein lokaler Regler den gewünschten Oberwasserstand innerhalb der vorgegebenen Stauzieltoleranz. Die Abfluss- und Stauregelung soll dabei mehrere, mitunter gegensätzliche Ziele erfüllen: Einhaltung des Stauziels innerhalb der festgelegten Toleranz, Verminderung von Abflussschwankungen, optimale Nutzung der Wasserkraft und Minimierung des Verschleißes der Wehrverschlüsse. Im Zuge des Klimawandels ist mit einer Zunahme extremer Wetterereignisse zu rechnen. Die Abfluss- und Stauregelung steht gerade in Niedrigwasserperioden vor wachsenden Herausforderungen. Schwankungen des Abflusses sind in diesen Phasen schwierig auszugleichen und Über- bzw. Unterschreitungen der Stauzieltoleranz sind nicht auszuschließen. Dadurch entsteht eine Gefahr für die Schifffahrt. Ziel des vorgestellten Vorhabens ist es, anhand einer fundierten Datenanalyse und der Methode des maschinellen Lernens Zusammenhänge zwischen Niederschlagsereignissen und Abflussschwankungen vertieft zu untersuchen. Zusätzlich sollen Abflussprognosen erstellt werden, welche die Abfluss- und Stauregelung unterstützen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Verwendung maschinellen Lernens für Abflussvorhersagen auf der Basis von Niederschlags- und Zuflussdaten stellt ein vielversprechendes Werkzeug für die WSV dar. Prognosen schaffen einen vorausschauenden Handlungsspielraum für die Abfluss- und Stauregelung, sodass starke Wasserstandsund Abflussschwankungen minimiert und damit die Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt erhöht werden. Die Resilienz der Wasserstraße wird dadurch auch unter den zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels gesteigert. Untersuchungsmethoden Das Verfahren wird exemplarisch an einer Stauhaltung der Mosel getestet. Die Niederschlagsdaten des Einzugsgebiets der Stauhaltung werden vom Deutschen Wetterdienst im Rahmen der Zusammenarbeit im BMDV-Expertennetzwerk bereitgestellt. Die Pegeldaten der oberliegenden Stauhaltung sowie die der untersuchten Stauhaltung selbst werden von der WSV zur Verfügung gestellt. In einem ersten Schritt werden die Pegeldaten untersucht. Anhand einer Kreuzkorrelation können Abhängigkeiten zwischen dem oberliegenden Pegel und dem Pegel in der untersuchten Stauhaltung aufgezeigt werden. In einem weiteren Schritt werden ebenfalls die Niederschlags- und Wehrdaten betrachtet und deren Zusammenhang mit den Pegeldaten untersucht. Zusätzlich wird eine Methode erarbeitet, um Wasserstandsschwankungen so zu filtern, dass die Werte möglichst unbeeinflusst von Schleusungen und Schifffahrt sind. Im Anschluss an die Aufbereitung der Daten wird nach einer geeigneten Methode des Maschinellen Lernens (ML) gesucht. Dabei werden unterschiedliche ML-Modelle in Python implementiert und trainiert. Der vielversprechendste Modelltyp soll weiter genutzt und mit unterschiedlichen Parametrierungen getestet werden. Hierbei wird immer auf einen Prognosezeitraum von drei Stunden hingearbeitet. Für die Abfluss- und Stauregelung ist eine dreistündige Prognose wünschenswert, um Schwankungen des Abflusses effektiv zu bewältigen.

Geographien im Ausbau von (Klein-) Wasserkraft in ausgwählten transnationalen Einzugsgebieten Chinas (Yunnan und Xinjiang) - Eine vergleichende Analyse auf Basis des Wasser-Energie-Umwelt Nexus

Seit dem neuen Jahrtausend wächst der globale Hydroenergieausbau schneller als jemals zuvor. Die südwestchinesische Provinz Yunnan, mittlerweile einer der weltgrößten Erzeuger von Wasserkraft (HP), spielt hierbei eine herausragende Rolle. Allein zwischen 2000 und 2016 stieg hier die installierte Hydrokapazität von 2,5 auf 59GW. Während die Großprojekte an Yunnans drei Hauptflüssen (Mekong, Nu und Yangtse) relativ bekannt sind, ergeben Yunnans fünf grenzüberschreitende Einzugsgebiete (EG) eine große 'terra incognita'. Doch hier gibt es fast Tausend unbekannter HP-Projekte (grösser als 1MW; 2016: 22,4GW). Der diesbezüglich gravierende Informations- und Datenmangel hat massive Auswirkungen auf unser Verständnis der komplexen ökologischen, geopolitischen und sozio-ökonomischen Implikationen der oft als 'grüne Energie' bezeichneten Kleinwasserkraft (SHP). Das ist umso gravierender, da Yunnan einen der globalen Biodiversitäts-Hotspots darstellt. In einem Vorgängerprojekt habe ich die beiden transnationalen EG des Nu und Ayeyarwady untersucht. Beide gehören global zu den wenigen Flüssen die am Hauptlauf noch unverbaut sind. Obwohl über beide EG fast nichts bekannt ist, konnten über 370 größere HP-Projekte identifiziert werden. Auf Grundlage des Powershed-Ansatzes wurden die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen dem massiven HP-ausbau und dem Wasser-Energie-Umwelt (WEU) Nexus untersucht sowie Ursachen und Auswirkungen einer Überentwicklung identifiziert und beschrieben. Auf Grundlage dieser Arbeiten, v.a. des WEU-Nexus, plane ich eine vergleichende Analyse von Yunnans fünf transnationalen EG. Das Projekt wird Yunnans Datengrundlage massiv verbessern (inkl. der Erstellung interaktiver Karten), es wird aber auch das Verständnis von Überentwicklung, Umweltauswirkungen und nachhaltigen Entwicklungspfaden im HP-ausbau verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen drei Teilgebiete vertiefend analysiert und bewertet werden (1) Vergleich der lokalen SHP-Implementierung sowie Aufnahme einer umfassenden Datenbank aller HP-projekte, inkl. Geovisualisierung; (2) Untersuchung der raum-zeitlichen Wechselwirkungen innerhalb des Wasser-Energie Nexus bzw. des Paradigmas von Erzeugung-Verbrauch-Imp/Exp; sowie (3) Untersuchung und Quantifizierung des Wasser-Umwelt Nexus. Das betrifft sowohl die Analyse kumulativer biophysikalischer Implikationen (z.B. Fisch-Sampling, DOC-Analysen) als auch indirekte ökologische Auswirkungen des rapiden parallelen Ausbaus energieintensiver Industrien. In einem ergänzenden Modul soll der Ansatz auf Xinjiangs (NW-China) drei transnationale EG übertragen werden, die ebenfalls ein massiver HP-ausbau kennzeichnet. Außerdem ist Xinjiang Chinas schnellst wachsender Stromerzeuger, weist aber einen völlig anderen geographischen Kontext auf. Deshalb sollen v.a. Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Nexus-Interaktionen herausgearbeitet werden. Außerdem soll die HP-Datenbasis auf dem gesamte tibet. Plateau erfasst und interaktiv geovisualisiert

Reaktivierung der Doelitzer Wassermuehle (Vorplanung und landschaftspflegerischer Begleitplan)

Wissenschaftliche Begleituntersuchungen an reaktivierten Wasserkraftanlagen

Reaktivierung einer Wasserkraftanlage zu Demonstrationszwecken

Eis- und Wasserhaushalt in einem hochalpinen, vergletscherten Einzugsgebiet eines Kraftwerkes (Speicher Weisssee, Stubachtal, Hohe Tauern, Oesterreich)

Gewinnung langjaehriger Messreihen ueber die Schwankungen des Wasser- und Eishaushaltes an Testgletschern. Erfassung und Begruendung der jaehrlichen Aenderungen des Wasserkreislaufes in den natuerlichen hochalpinen Einzugsgebieten und in den kuenstlich veraenderten. Wasserbilanz eines groesseren alpinen Einzugsgebietes im Zusammenhang mit den jahreszeitlichen Schwankungen der Schneedecke, Begruendung der jahreszeitlichen sowie laengerfristigen Aenderungen aufgrund jaehrlich unterschiedlicher Witterungsverhaeltnisse und klimatischer Schwankungen. Bestandsaufnahme und Erfassung der Aenderungen des Naturraumpotentials im Hochgebirge am Beispiel eines typischen hochalpinen bzw. alpinen Einzugsgebietes. Angewandte Aspekte bez. der rationellen Wasserkraftnutzung (E-Wirtschaft als potentieller Nutzer). Aenderung des Wasserdargebotes infolge von Klima- und Gletscherschwankungen. Beziehungen zum Problem der kuenstlichen Beeinflussung der Naturlandschaft durch den Menschen und zur Frage des Naturschutzes (Abgrenzung Nationalpark Hohe Tauern, Nutzung des Naturraumpotentials innerhalb des Parks). Praktische Auswirkungen des sich anbahnenden Gletschervorstosses. Durch die Einbindung des Projekts in die Projektziele der UNESCO und in die langfristigen Programme der Intern. Kommission fuer Schnee und Eis 'Eis-, Wasser- und Waermehaushalt vergletscherter Einzugsgebiete', wobei mehrere Testgebiete in Profilen ueber die ganze Erde angeordnet sind, erlangt das Projekt ueberreg. Bedeutung und kommt der intern. Verpflichtung nach Zusammenarbeit auf dem Gebiet der globalen Erforschung des Wasserkreislaufes u. seiner klimatischen Gegebenheiten und seiner Schwankungen nach.

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