Aktuelle Forschungsvorhaben

WANDEL – Wasserressourcen als bedeutsame Faktoren der Energiewende auf lokaler und globaler Ebene

Auftraggeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 
Bearbeitungszeit: 2017 - 2020
Bearbeiter: Dr.-Ing. Klaus Träbing, M.Sc. Sarah Dickel, Dipl.-Ing. Swantje Dettmann

Wasser und Energie sind für eine nachhaltige Entwicklung global und in Deutschland von zentraler Bedeutung. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Fragestellung, ob eine Einschränkung der Wasserverfügbarkeit den Einsatz konventioneller Energiesysteme begrenzt und somit die Energiewende beschleunigt bzw. die Umsetzung einer weltweiten Energiewende negativ beeinflusst. Die Umgestaltung des Energiesektors kann durch die enge Verbindung zwischen Energie- und Wasserwirtschaft zu Konflikten oder auch Synergien zwischen den Nachhaltigkeitszielen Wasser (SDG 6) und Energie (SDG 7) führen. 

Mit dem interdisziplinären Verbundprojekt WANDEL werden die direkten Auswirkungen der Energieerzeugung skalenübergreifend nicht nur lokal und in regionalen Fallstudien (Brasilien, Marokko, Deutschland) aufgezeigt, sondern auch die indirekten Fernauswirkungen (Wasserfußabdruck) auf andere Regionen weltweit unter Berücksichtigung der Wasserverfügbarkeit untersucht. Dabei werden datenbasierte und modellbasierte Analysen verschiedener Energieszenarien für die Energiewende mit ihren Auswirkungen auf den Wassersektor (Wasserszenarien und Nutzungskonkurrenzen) räumlich verschränkt. Ziel ist es, regulatorische und technische Lösungen zur Reduzierung der Auswirkungen von Energiesystemen auf die Wasserressource zu erarbeiten und Ergebnisse in einer freien Web-GIS Applikation nutzbar zu machen. In einem erfahrenen Konsortium aus Wissenschaft und Praxis sind regionale und internationale Praxispartner aktiv in das Vorhaben eingebunden.

Innerhalb der Ziele des Gesamtvorhabens WANDEL widmen sich die Arbeitsziele vom Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft der Entwicklung und regionalen Umsetzung neuer technischer Möglichkeiten zu einem effizienteren Management des vorhandenen Wasserdargebotes und zur Reduzierung von negativen Auswirkungen ausgewählter Energiesysteme auf die Ressource Wasser. Dabei zielt das Forschungsvorhaben auf die Weiterentwicklung von Simulationstools und Steuerungsstrategien zur betrieblichen Optimierung von bestehenden Kraftwerksketten sowie zur operationellen und überregionalen Bewirtschaftung wasserbaulicher Infrastrukturen (z. B. Talsperren) ab. Mit verbesserten Analysemethoden sowie neuartigen und simulationsgestützten Steuerungskonzepten werden in enger Zusammenarbeit mit den regionalen Praxispartnern in den lokalen Fallstudien (Weser, Donau) und im Kontext der Nachhaltigkeitsziele (SDGs) der vereinten Nationen hilfreiche Strategien zur Erhöhung der Wassernutzungseffizienz erarbeitet.

Pressemitteilung


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Retentionspotenzial-Studie Inn - Teilprojekt 6: Potentialermittlung bezüglich Hochwasserrückhaltung bei den Wehrbetriebsordnungen für den Istzustand des Inn

Auftraggeber: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU)
Bearbeitungszeit: 2016-2020
Bearbeiter: M. Sc. Sarah Dickel

Der Inn ist wie viele andere deutsche Flüsse staugeregelt und zu einer Staustufenkette ausgebaut. Ein wichtiger Bestandteil der Aufgaben eines Staustufenbetreibers ist demnach auch der sichere Betrieb der Stauanlagen und die Steuerung der Kontrollorgane wie Kraftwerke und Wehre. Ziel ist es, die Betriebsweise jeder einzelnen Staustufe innerhalb der Kette derartig zu koordinieren, dass den teilweise konträren Nutzungsanforderungen entsprochen werden kann. Insbesondere nach Extremereignissen ist dabei von Interesse, inwieweit die jeweilige Betriebsweise den Abfluss an der betreffenden Staustufe dämpft oder sogar verstärkt. Die Untersuchungen für den Istzustand des Inns zielen darauf ab, ob es durch modifizierte Wehrbetriebsordnungen Potentiale gibt, den Hochwasserabfluss des Inns zu verringern. Grundlage der Untersuchungen bildet ein eindimensionales hydrodynamisch-numerisches Modell (1D-HN-Modell) der gesamten Gewässerstrecke von 211 km Länge mit insgesamt 15 Staustufen. Dieses ist mit Modulen zur Ansteuerung der Kontrollbauwerke und der Bewirtschaftung von Staustufenketten gekoppelt, so dass die Wechselwirkungen zwischen den Zu- und Abflüssen an den Staustufen und den Wasserständen im Stauraum berechnet sowie die Betriebsvorgaben an den Staustufen hinsichtlich ihrer Wirkung auf Wasserstand und Abfluss überprüft werden können.

Schlagworte: Hochwasserschutz, Staustufensteuerung


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Entwicklung einer übergeordneten Steuerung für die Stauhaltungen der Oberen Donau Kraftwerke AG (ODK)

Auftraggeber: Bayerische Elektrizitätswerke GmbH (BEW)
Bearbeitungszeit: 2015-2018
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Swantje Dettmann, Dr.-Ing. Alexander Rötz, M. Sc. Philipp Stöckel

Mit der Entwicklung einer übergeordneten Steuerung sollen für die Stauhaltungen der ODK Regelungsstrategien und Optimierungsmöglichkeiten mit dem Ziel erarbeitet werden, einen über das gesamte Abflussspektrum hinsichtlich der Nutzungsanforderungen und Konzessionsbedingungen ausgerichteten Betrieb zu ermöglichen. Schwerpunkte bilden dabei die Vergleichmäßigung der Abflussverhältnisse sowie ein verbessertes Energiemanagement.

Schlagworte: Wasserkraft, Staustufensteuerung


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Forschungsvorhaben im Bereich Wasserkraft

Zum Themenkomplex Wasserkraft werden in den nachfolgend genannten Themenfeldern Untersuchungen für verschiedene Betreiber im In- und Ausland durchgeführt.

  • Fließgewässer‑ und Stauraummodellierungen (Wasserstände, Fließgeschwindigkeit, etc.)
  • Turbinenschnellschluss, Auswirkungen bei Versagen von Stauanlagen
  • Optimierung der Bauwerksgestaltung (Zu- und Abströmungen)
  • Verbesserung des Betriebs der Wasserkraftanlagen und Stauraumbewirtschaftung
    (Staustufensteuerung, Einsatzoptimierung)
  • Studien zum Wasserkraftpotenzial an Einzelstandorten und in Gewässersystemen
  • Entwicklung ökologischer Verbesserungsmaßnahmen (v. a. Mindestabfluss, Durchgängigkeit, Fischschutz, ökologische Ausgleichsmaßnahmen)

In seiner 25-jährigen beruflichen Tätigkeit hat Prof. Theobald Untersuchungen und Modellierungen zu mehr als 100 Stauhaltungen/Kraftwerken durchgeführt. Als untersuchte Flüsse sind beispielsweise Rhein, Mosel, Donau (Deutschland und Österreich), Lech, Drau, Ruhr, Main, Fulda, Eder, Neckar, Wolga sowie verschiedene Flüsse in China zu nennen.


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