Optimierung von Wasserkraft und Ökologie bei Erneuerung oder Revitalisierung bestehender Anlagen – „win-win“-Ansatz

Zusammenfassung

Die Nutzung der Wasserkraft hat in Österreich eine jahrhundertelange Tradition. Waren es ursprünglich Mühlen, die entlang der Flüsse die Wasserkraft nutzten, so sind es heute über 5200 Wasserkraftanlagen unterschiedlicher Typen, von der Kleinwasserkraft bis zum Pumpspeicherkraftwerk in den Alpen. Die Wasserkraft besitzt derzeit knapp. 60 % Anteil an der heimischen Stromproduktion, wobei es je nach Typ und Größe diverse Auswirkungen auf die Ökologie gibt. Dieser Artikel stellt einen „win-win“-Lösungsansatz zur simultanen Verbesserung von Wasserkraft und Ökologie am Beispiel des Kamp in Niederösterreich vor. Am Kamp bestehen neben dem Pumpspeicherkraftwerk bzw. den Großwasserkraftwerken Ottenstein, Dobra-Krumberg und Thurnberg-Wegscheid 14 Kleinwasserkraftwerke, deren Turbinen ein Alter zwischen 25 und 75 Jahren besitzen und deren Wirkungsgrad teilweise deutlich unter 0,7 liegt. Die Möglichkeiten zum Erreichen einer „win-win“-Situation werden im Detail anhand eines Fallbeispiels einer Kleinwasserkraftanlage erläutert. Ein wesentlicher Teil einer Verbesserung des Kraftwerks umfasst dabei die Erneuerung der Turbine. Im Zuge umfangreicher Analysen konnte dargestellt werden, dass durch eine ausgewogene Planung sowohl eine Steigerung der energiewirtschaftlichen Nutzung als auch eine Verbesserung für die aquatische Ökologie durch die Steigerung der Restwassermenge erzielt werden kann. Durch energiewirtschaftliche Berechnungen und numerische Habitatsimulationen zeigte sich, dass an dem untersuchten Kleinwasserkraftwerk vor allem bei Kaplan-Turbinen das Erreichen einer „win-win“-Situation erreichbar ist. Beispielsweise ergab sich, dass trotz der Erhöhung der Restwassermenge von bis zu 800 l/s eine Leistungssteigerung im Vergleich zum Ist-Zustand möglich ist (maximale Leistungssteigerung 17 % ohne Restwasserabgabe). Bei einer Restwasserabgabe von 400 l/s, welche für alle untersuchten Altersstadien der Leitfischart Bachforelle zu einer Lebensraumverbesserung von > 50 % führte, wurde eine Leistungssteigerung von 8 % errechnet. Aufgrund der allgemein anwendbaren Methodik kann der vorgestellte „win-win“-Ansatz generell bei der Optimierung, Effizienzsteigerung und Revitalisierung von bestehenden Wasserkraftanlagen zum Einsatz kommen, um einerseits mehr Strom zu erzeugen und anderseits mehr Restwasser zur Verbesserung des ökologischen Zustands abzugeben. Um diese „win-win“-Situation zu erreichen, sollten auch innovative, integrative Finanzierungsmodelle z. B. von neuen Turbinen unter anderem aus den Bereichen Ökostrom- und Umweltförderung zum Einsatz kommen.

Abstract

In Austria, using hydropower has a centuries-long tradition. Whereas we first placed mills along our rivers to put water’s power to use, today we have over 5,200 water power stations of various types, from the smallest facilities to pumped-storage hydroelectric plants in the Alps. Today, water power accounts for roughly 60 % of our domestic power production, though the various types of power stations used have diverse ecological effects. This article presents a “win-win” approach to improving both hydropower production and ecological outcomes on the basis of the Kamp River in Lower Austria. The Kamp is not only home to a pumped-storage hydroelectric plant and the major plants Ottenstein, Dobra-Krumberg and Thurnberg-Wegscheid, but also to 14 smaller plants with turbines that are between 25 and 75 years old, many of them with energy conversion efficiency ratios of well under 0.7. Using the case study of a small water power plant, the chances of achieving a win-win situation are presented in detail. In this context, replacing the turbines is a major aspect of improving these plants. Extensive analyses have demonstrated that balanced planning approaches can yield both higher efficiency and better conditions for aquatic ecology, thanks to increased residual flows. Further, energy calculations and numerical habitat simulations have confirmed that a win-win situation is feasible for the small power plant studied, especially if Kaplan turbines are used. For example, they show that, despite the increased residual flow of up to 800 l/s, a considerable performance increase over the status quo is possible (maximum performance increase of 17 % without considering residual flow). If the residual flow was only 400 l/s, which tests indicate would mean an improvement in the habitat conditions for all ages of the dominant fish species (the brown trout) of > 50 %, a performance increase of 8 % would be the result. Thanks to the generally applicable methodology used, the win-win approach presented here can broadly be used in the optimization, efficiency improvement and revitalization of current hydropower plants, producing both more electricity and higher residual flow levels to improve local ecological conditions. In order to make this win-win situation a reality, innovative and integrative financial models for e.g. new turbines related to the fields of green energy production and environmental protection will be essential.