Objective: Aim is to modify two small hydropower plants to variable speed operation in order to increase annual energy output by improved part load efficiency and design flow. A 100 kW vertical axis Francis turbine (Kaltenburg, DE) and a new 18 kW waterwheel (Bettborn, LU) will be modified to variable speed operation by use of a AC-AC converter. There will be installed a movable free-overfall weir at the waterwheel. By an expected increase of the electricity production in the range of 10 to 20 per cent , the aim is to proof viability of improving existing low head hydro sites with this technology. Especially low head sites have high variation of head and flow. Variable speed technology allows the system to operate at maximum efficiency for a wide range of hydraulic conditions. Modern power electronics replaces complex mechanical control systems with a high need for maintenance. In wind energy, variable speed technology has already proven its advantages compared to other mechanical technologies. General Information: Unlike earlier approaches with a combination of double regulated turbines and variable speed in a new installation, in this project the combination of a Francis turbine (respectively a water wheel) in existing plants together with a frequency converter will be used to increase part load efficiency and design flow of the system. Only the new IGBT controlled converters which are now used in wind energy as well as in motive power industry appliances can guarantee a reliable variable speed operation of a normal asynchronous generator. The combination of the movable weir and variable speed operation of the water wheel will allow to optimise the power output of the plant under all conditions. The use of an IGBT converter makes it possible to compensate reactive power to improve the mains performance. Due to detailed theoretical analysis and according to the positive experience with variable speed operation in wind energy and motive power technology, the expected increase of the annual power output of the two plants is in the range of 10 to 20 per cent of the actual value. This will reduce the specific cost of the electricity by the same range. For the actual payback tariffs of many European countries, this will increase the number of feasible low head sites. The top water level control by variation of turbine speed (and so flow) will be demonstrated to show a simple, reliable and energy saving alternative to the old hydraulic systems, which are still installed in many sites. The success of the variable speed system in this plants will open a big European SME market for cheap technological improvement of small hydropower plants and low head sites. The monitored performance of the plants data will be stored in a data logger with a modem, to allow automatic down-loading from a server-PC via modem. ... Prime Contractor: Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik/Informatik, Institut für Elektrische Energietechnik - IEE; Kassel; Germany.
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
Die Karte zeigt die Summe der installierten Leistungen der Wasserkraftanlagen für die Gemeinden in Bayern.
Das Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (EEG) sieht unter §98 ein jährliches Monitoring zur Zielerreichung der festgelegten Ziele vor. Zu diesem Zwecke wird betrachtet, ob in dem jeweils vorangegangenen Kalenderjahr der Richtwert für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nach § 4a erreicht worden ist, und es wird die Ausbaugeschwindigkeit insbesondere unter Berücksichtigung der tatsächlichen Wetterbedingungen in dem vorangegangenen Kalenderjahr bewertet. Um dies überprüfen zu können, ist neben der Evaluation der umgesetzten Maßnahmen unter anderem auch eine nähere Untersuchung der witterungsbedingten Unsicherheiten der Strombereitstellung durch fluktuierende Quellen erforderlich. Dafür soll eine jährliche Quantifizierung der Witterungseffekte auf die EE-Stromerzeugung erfolgen. Durch Unterstützung des Projektes soll eine geeignete Methode zur Witterungsbereinigung von erneuerbarer Erzeugung (Windenergie (onshore), Windenergie (offshore), Photovoltaik (PV) und Wasserkraft) entwickelt werden. Das Vorhaben legt hierfür die energiemeteorologischen Grundlagen. Dabei soll ein besonderes Augenmerk auf die Nutzung öffentlich verfügbarer Daten gelegt und die Fortschreibbarkeit der Methodik durch das Umweltbundesamt ermöglicht werden. Das Vorhaben soll eine systematische Beschreibung der Witterungseffekte beinhalten. In dem Zusammenhang sollen auch mittel- bis langfristige Effekte des Klimawandels auf die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen diskutiert werden.
SeeWandel-Klima: Modellierung der Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee
SeeWandel-Klima hat zum Ziel, aktualisierte Vorhersagen der Folgen des Klimawandels - unter Einbezug der Auswirkungen von invasiven Arten - auf das Ökosystem Bodensee und dessen nachhaltige Nutzung zu liefern.
Die Projektarbeiten in SeeWandel-Klima sind in 9 Teilprojekten organisiert. Zentral sind Modellierungsarbeiten, mit dem Ziel komplexe Folgen von Faktoren wie Klimaänderungen und invasiven Arten sowie deren Zusammenspiel für das Ökosystem Bodensee und dessen Nutzung vorhersagen zu können. Die dafür notwendige Bereitstellung robuster Parameter und Erkenntnisse zur Entwicklung solch prognosefähiger Modellsysteme erfolgt seitens verschiedener Teams von Forschenden.
Teilprojekt 1: Vergangene Klimaänderungen im Bodensee – Lehren für die Zukunft
Seesedimente sind ein hochauflösendes Archiv für Umweltänderungen, die nicht mit historischen Quellen und mit Messdaten belegt sind. Sie können darum helfen, das Ausmaß heute beobachteter Veränderungen besser zu verstehen, um sich auf zukünftige Veränderungen sinnvoll vorzubereiten. Das Teilprojekt wird erstmalig eine detaillierte Hochwasserchronologie des Bodensees und damit der Niederschlagshistorie seines alpinen Einzugsgebietes erarbeiten. Heute verwendbare neue Untersuchungsmethoden sollen gezielt genutzt werden, um die Hochwassergeschichte des Bodensees und Alpenrheins mit hohem Detaillierungsgrad in prähistorische Zeiträume zu verlängern. Damit lassen sich extreme Hochwasserereignisse und Jahre mit sehr geringen Zuflüssen durch den Alpenrhein identifizieren.
Untersuchungen von Sedimentkernen sind zudem der einzig mögliche Ansatz, um Informationen zum Ökosystem Bodensee aus messtechnisch nicht erfassten Zeiträumen zu gewinnen, und von historischen menschlichen Aktivitäten (Landnutzung, Wasserkraft, Wasserbau, Eutrophierung) unbeeinflusste Zeiträume zu analysieren. So lässt sich aus der Vergangenheit für die zukünftige Entwicklung lernen, um eine nachhaltige Entwicklung zu ermöglichen. Die Brücke in die Ökosysteme der Vergangenheit bilden Schalen von Kieselalgen, Muschelkrebsen und Reste von Cladoceren, die über tausende Jahre im Sediment erhalten sein können und seit etwa 50 Jahren regelmäßig im Wasser untersucht werden. Diese Organismenreste werden in einzelnen Zeitabschnitten im Sediment bestimmt und nach Möglichkeit mit eDNA-Untersuchungen ergänzt.
Ziel 1: Eine aus Sedimenten abgeleitete Hochwasserchronologie für die letzten 5000 Jahren soll als Grundlage für Hochwasserstatistiken und -gefährdungen am Bodensee etabliert werden.
Ziel 2: Die Reaktion der aquatischen Lebensgemeinschaften auf von menschlichen Aktivitäten unbeeinflusste Klimaveränderungen der Vergangenheit soll für die Bewertung der heute beobachteten Veränderungen erfasst werden.