Umweltbedingte Restriktionen schützen die Wassersysteme, in denen die Kraftwerke in Betrieb sind. Diese Vorschriften stehen zwar nicht in direktem Zusammenhang mit Energiesystemen, können aber den täglichen Betrieb der Anlage und die Flexibilität der Stromerzeugung erheblich beeinflussen.
In den vergangenen Jahren hat unser Team alle möglichen Restriktionen erlebt. Wir haben Dutzende von Betrieben dabei unterstützt, vollständig vorschriftskonform, verantwortlich und transparent zu werden. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die wichtigsten umweltbedingten Restriktionen für die Wasserkraftproduktion und diskutieren darüber, wie HYDROGRID Insight die Flexibilität – unter Berücksichtigung dieser Restriktionen – verbessert.
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Beschränkungen der Wasserabgabe flussabwärts
Restriktionen der Durchflussmengen
Die Anforderungen in Bezug auf die Durchflussmenge ergeben sich aus der Notwendigkeit, eine optimale Durchflussmenge in einem Flusssystem aufrechtzuerhalten, um das Gedeihen von Wasserlebewesen zu ermöglichen oder die Vereisung ganzer miteinander verbundener Wassersysteme zu verhindern. Diese oft als ‚ökologisch erforderlicher Durchfluss bezeichnete Anforderung wird meist durch Lizenzvereinbarungen erfüllt. In diesen Vereinbarungen werden Mindestdurchflussmengen festgelegt, die immer eingehalten werden müssen, unabhängig davon, ob es andere konkurrierende Verwendungszwecke für das Wasser oder wirtschaftliche Faktoren gibt.
HYDROGRID Insight generiert vorausschauende Produktionspläne unter Berücksichtigung der Restriktionen für Turbinen und Tore, die für den Durchfluss stromabwärts gelten. Unsere Partner, wie z.B. Aventron (Boge II) oder Hanneseth (Kvina), sind verpflichtet, jederzeit eine Mindesterzeugung aufrechtzuerhalten. Mithilfe von HYDROGRID Insight konfigurierten sie über unser benutzerfreundliches Dashboard Mindest- und Höchstwerte für den Abfluss und legten so ihre Restriktionen fest. Die Durchflussleistung ändert sich stündlich in Abhängigkeit vom Zufluss und ermöglicht es den Kraftwerken, innerhalb ihrer komplexen Restriktionen in Bezug auf die Abflussschwankungen zu arbeiten.
Wenn keine anderen Restriktionen verletzt werden, gibt HYDROGRID Insight dem Durchfluss durch eine Turbine Vorrang vor dem durch ein Tor, um die Produktionsflexibilität zu steigern. Bei Clemenskraft (Norlandselva) war dies aufgrund mehrerer Restriktionen nicht möglich. Dort war die optimale Lösung die Verwendung eines ökologischen Durchflusstors, das während der vorausschauenden Planung von Insight berücksichtigt wurde.
Turbinenrestriktionen
Sobald der Mindestdurchfluss gewährleistet ist, werden die Auswirkungen des Betriebs der Turbinen auf die flussabwärts gelegenen Infrastrukturen und Lebensräume berücksichtigt. Durch die Begrenzung der Schwankung der Abflussraten kann die Energieerzeugung schrittweise hoch- und runtergefahren werden. Dadurch werden plötzliche Wasserstandsschwankungen und die Entstehung von Strömungen begrenzt.
Viele Asset Manager von Wasserkraftwerken in unserem Portfolio sind mit Betriebsrestriktionen konfrontiert und arbeiten mit uns zusammen, um diese Restriktionen in die tägliche sowie in die mittel- und langfristige Planung zu integrieren. Beispiele hierfür sind Clemenskraft (Norlandselva), wo die Fischpopulationen Betriebsrestriktionen erfordern, oder Fosenkraft (Teksdal), wo die jährliche Angelsaison für Freizeitangler beim Wasserstandmanagement zu berücksichtigen ist. Indem HYDROGRID Insight diese Restriktionen im firmeneigenen Optimierungssystem berücksichtigt, maximiert das Unternehmen die Nutzung von Flexibilität und Umsatz.
Lokale Fauna und Restriktionen der Nutzung durch den Menschen
Durch Dämme werden künstliche Reservoirs geschaffen, welche die Fischwanderung und den Lebensraum für andere Wildtiere beeinträchtigen. Oft muss die Produktionsplanung auch die Wanderungsbewegungen lokaler Arten berücksichtigen und ihren sichere Durchgang durch das System sowie die natürlichen Auswirkungen gewährleisten.
In anderen Fällen können Einschränkungen der Wasserabgabe aufgrund von Risiken für die flussabwärts gelegene Infrastruktur, wie Brücken oder Ufer, entstehen. Die Brücke flussabwärts des Skarstemmevatn-Reservoirs von Dalane (Haukland) ist zum Beispiel durch eine in die Produktionsplanung des Werks integrierte harte Restriktion vor strukturellen Schäden geschützt.
2. Begrenzung des Füllstands der Reservoirs
Die Restriktionen des Füllstandes der Reservoirs bezwecken auch, Lebensräume zu erhalten und die Freizeitnutzung zu erleichtern. Die Wassermenge, die in einem Reservoir gespeichert wird, kann durch bestimmte Vorschriften (oder soziale Faktoren) begrenzt sein, die sich im Laufe eines Jahres ändern können.
Aventron (Boge ll) erlebt im Laufe des Jahres starke Schwankungen des Wasserstandes der Reservoirs. Um die Flexibilität der Kraftwerke innerhalb dieser Umweltauflagen zu erhöhen, wurde mit Hilfe von HYDROGRID Insight ein sorgfältiges Wassermanagement das ganze Jahr über realisiert. Sobald diese Restriktionen in unser Tool integriert waren, konnte sich die Optimierung der Wasserkraftproduktion an diese Beschränkungen anpassen.
Für eine 5-MW-Anlage in Finnland wurde ihre Kaskade zu einer Quelle erhöhter Leistung bei der Stromerzeugung. Die Kaskadenoptimierung ermöglicht es, dass sich die Produktionsanlagen in einem zusammenhängenden Wassernetz abstimmen, um eigene Ziele zu erreichen. Durch den vorrangig preisgesteuerten Fahrplan in dem Kraftwerk flussaufwärts sowie die vorausschauende Nutzung des Kraftwerks flussabwärts, um den Wasserstand zu regulieren, wurden alle Bedingungen respektiert und gleichzeitig die Einnahmen gesteigert.
3. Hochwasserregulierung und Bekämpfung von Dürre
Wasserkraftwerke werden zur Steuerung des Wasserstands in Flüssen und Reservoirs eingesetzt, was für die Hochwasserregulierung oder die Bewässerung in Dürreperioden von großem Nutzen sein kann. So hat HYDROGRID Insight unsere Kunden hinsichtlich des Dürrerisikos im Jahr 2023 und des Hochwasserrisikos im Dezember 2022 beraten:
*Visuelle Überlauftore Nordlandsvantn – Überlauf in einer Kaskade: Verfolgen Sie das Wasser auf seinem Weg durch die Wassersysteme.
*Visuelle Dürre Norlandselva – Wasserspeicherung für teurere Zeiten. Das System sagte eine Zeit mit einem geringem Zufluss voraus und speicherte das Wasser bereits vor dem Ereignis. 14 Jan2023 – 23 Jan 2023*
Integriertes Management der Restriktionen für mehr Flexibilität
Genau wie Ihr Kraftwerk ist auch unser Tool nicht auf das Management von Umweltauflagen beschränkt. Wir wissen, dass jede Anlage gleichzeitig Teil von zwei miteinander verbundenen, dynamischen Systemen ist: einem Stromsystem und einem Wassersystem. Es muss ständig die Restriktionen berücksichtigen, die mit begrenzten betrieblichen Ressourcen verbunden sind. HYDROGRID Insight verwendet einen integrierten Ansatz für die vorausschauende Planung, bei dem alle Variablen unter einer Haube zusammengefasst sind.
In den letzten 20 Jahren haben sich variable Stromerzeugungstechnologien wie Windkraft und Photovoltaik (PV) zu einem wichtigen Bestandteil des Stromnetzes entwickelt. In diesem Zusammenhang ist die Wasserkraft nach wie vor die effizienteste Option zur Speicherung erneuerbarer Energien. Gleichzeitig ist sie eine nachhaltige Unterstützung für ein belastetes Netz. HYDROGRID Insight zielt darauf ab, diesen Flexibilitätsvorteil auf einem sich wandelnden Energiemarkt zu maximieren und seine Bedeutung für die Zukunft der sauberen Energie hervorzuheben.
