Talsperren und Wasserkraft

 Andere Fischablenkungsanlagen wie Unterwasser-Lichtketten, Luftblasenketten, elektrische Schirme und akustische Abweiser haben bislang unterschiedliche Wirkungen gezeigt. 

Zur entfernung von restlichem geschiebe undschwebestoffen nach Wasserfassung

Nur durch eine starke Reduktion der Geschiebe- und Suspensionsfracht ist eine lange Lebensdauer von Wasserkraftanlagen ohne häufige Wartungen möglich. Insbesondere bei Hochdruckanlagen ist es erforderlich, die Schleifwirkung des mitgeführten Sediments an Druckrohrleitungen, Druckstollen, Druckschachtwandungen, Verschlussorganen und Turbinen zu vermeiden. Hieraus folgt z.B. auch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades

Ein Wasserschloss dient dazu, den Druckstoß in der Rohrleitung einer Wasserkraftanlage zu vermindern, der beim Schließen oder Öffnen der Armaturen in der Leitung entsteht. Das Wasserschloss wird als ein wasserdichter Schacht am oberen Ende der Rohrleitung ausgeführt. In seinem Inneren kann sich der Wasserspiegel für den Druckausgleich frei auspendeln.

Becken- bzw. Schachtwasserschlösser: Die große Öffnung erlaubt ein ungehindertes Hin- und Herfluten der Wassermassen. Aufgrund der großen Oberfläche findet eine vollständige Reflexion der Druckwelle statt.

Kammerwasserschlösser Begrenzung des Wasserspiegelanstiegs- bzw. -abfalls. Hieraus ergeben sich geringer Bauhöhen als im Fall eines Schachtwasserschlosses, allerdings Steigen die Baukosten im Vergleich an.

Gedrosselte Wasserschlösser In Schacht und Kammerwasserschlössern werden Energieverluste nur durch Rohrreibung abgebaut. Eine hohe Dämpfung lässt sich durch eine Drossel zwischen Triebwasserleitung und Wasserschloss erreichen. Die Drosselwirkung darf aber nicht zu stark sein, um die Wasserschlosswirkung nicht zu beeinträchtigen.

Differentialwasserschlösser

Differentialwasserschlösser bestehen aus einem System von zwei gekoppelten Schwallkammern. 

Wasserschlössern und Schwallkammern lassen sich prinzipiell vier Aufgabengebiete zuordnen: 1.) Hydraulische Trennung des Zuleitungsstollens von der Fallleitung 2.) Dämpfung der Druckstossentwicklung 3.) Verbesserung der Regelung 4.) Beschleunigter Ausgleich der Wassermengen

Die Wasserschlösser können wie folgt typisiert werden:

1.) nach der baulichen Ausbildung - Wasserschloss-Hochbauten - Schacht-/Stollen-/Kavernenwasserschlösser - gemischte Bauweisen

2.) nach der hydraulischen Funktionsweise - einfache Becken- bzw. Schachtwasserschlösser - Kammerwasserschlösser - gedrosselte Wasserschlösser - Differentialwasserschlösser - Windkessel-Wasserschlösser

ruckstöße treten beim Schließen bzw. Öffnen von Druckrohrleitungen auf. Beim Öffnen entsteht ein Unterdruck, beim Schließen ein Überdruck, die sich in der Druckrohrleitung ausbreiten. Dadurch kann ein Vielfaches des normalen Betriebsdruckes entstehen. Rohrleitungen sind insbesondere an Nähten, Verschlussund Regelorganen nicht auf diese hohen Drücke ausgelegt und können bersten. Daher wird ein Wasserschloss zwischen Stollen und Druckschacht angeordnet. Nur noch der Druckschacht selber ist dann gegen die hohen Drücke zu schützen. 

Druckstöße breiten sich mit einer Geschwindigkeit von fast 1000m/s im Wasser aus. Die Druckausbreitungsgeschwindigkeit a hängt dabei von folgenden Parametern ab: - Elastizitätsmodul von Wasser EW - Elastizitätsmodul der Rohrleitung ER - Durchmesser der Rohrleitung d - Wandstärke s

Annahmen für Herleitung der Druckstoßtheorie: - Geschwindigkeit und Druck sind über die Fließfläche gleichmäßig verteilt! - Die Rohrlänge ist voll gefüllt - Die Geschwindigkeitshöhe v2/2g >> Druckstoßhöhe ha - Die Wasserspiegelhöhe in dem Behälter, aus dem die Leitung gespeist wird, ändert sich nicht. Druckstoßtheorien - Theorie der starren Wassersäule - Theorie der elastischen Wassersäule

1. Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken

2. Nutzung bestehender Talsperren (Potentialstudie NRW)

4. Nutzung alter Erz- und Steinkohlebergwerke

5. Bau unterirdischer Kavernen

6. Nutzung der Bundeswasserstraßen

7. Gravity Speicher

8. Haldenspeicher

Aktueller und zukünftiger Ausbau Erneuerbarer Energien • Ausbau von Energiespeichern erforderlich • Pumpspeicherkraftwerke als wichtige Speichertechnologie • Seit ca. 50 Jahren Diskussionen über Pumpspeicherkraftwerke mit unterirdischem Tiefspeicher – bisher keine Realisierung • Aktuelle Fragestellungen:

Pumpspeicherwerke werden auch in Zukunft benötigt! • Rentabilität derzeit unklar! • Viele innovative Ideen für Pumpspeicherwerke! • Unterflurkraftwerke könnten eine Lösung sein! • Viele hydrodynamische, bodenmechanische, bergbauliche, genehmigungsrechtliche und sonstige Fragen sind noch zu klären! • Viel Forschungsbedarf!

Absperrbauwerk

Betriebseinrichtungen

Speicherbecken (hauptsperre)

Vorsperren

Nebenanlagen (Umleitungsstollen,Beileitungen, Geschiebesperren, etc.)

Talsperrenklasse I: Große Talsperren

a.) Höhe des Absperrbauwerkes vom tiefsten Punkt der Gründungssohle desAbsperrbauwerkes bis zur Krone größer als 15 m oder

b.) Gesamtstauraum des Speicherbeckens größer als 1 000 000 m

Talsperrenklasse II: Mittlere und Kleine Talsperren

umfasst mittlere und kleine Talsperren, die die Voraussetzungen für die Zuordnung zurTalsperrenklasse 1 nicht erfüllen

Sadd-el-Kafara  2600-2500 vor Christus

Das Eiserne Tor von Antiochia (Türkei 6 jhr.)

Mittlerer Pfauenteich 1298

Staumauer,
Staudamm

Gewicchtsstaumauer, Bogenstaumauer,Pfeilersaumauer, Kombinierte Bauarten

Erschüttdämme - Homogenerdamm

                         -Zonendamm

Steinschüttdämme -Lehmkerndichtung

                               - Asphaltbetondichtung

 Lockerer Grund  - Steindämme ; Erddämme

Felsigergrund  + weites Tal  - Pfeilstaumauer , Gewichtsstaudamm , Steindamm, Erddamm

Felsigergrund* enges Tal - Bogenstaumauer

- Hochwasserschutz ( Kappung der Hochwasserspitze)

- Regelung des Wasserhaushalts (Reduktion von  Abflussschwankungen)

- Niedrichwasseranreicherungn der Flüsse (schiffahrt)

- Wasserkraft Nurtzung ( energieerzeugung)

-Trinkwasserversorgung

-Erholung , Freizeit

- Bewässerung  Landwirtschaftlicher Flächen

- Fischzucht

- Geschieberückhalt

- Veränderung der Fließverhältnisse

-Verringerung des Transportvermögens

-Festoffrückhalt

- Anlagerung von Schadstoffen

- Veränderung der  Grundwasserverhältnisse

- Beinflussung des klein Klimas

-Unterbrechung der ökologischen Durchlässigkeit

Veränderung Landschaftsbild / Überflutung großer Talgebiete

Veränderungen der Nutzungen in der Region

Umsiedlung von Talbewohnern

Initialbeben beim Ersteinstau (bei sehr großen Talsperren

Erddamm

Intern:  Geostatik , Technik, Geohydraulig

Extern : Meterologie , Hydrologie ,Seismologie, Massenbewegung im Stauraum ,

+ Mensch

Vorteile

-Verwendung von Locker- und Festgesteinen

-Verwendung von lokal vorhandenem Baumaterial

-wenig Fremdstoffe (Zement, Bitumen)

-Unempfindlichkeit gegenüber Erdbeben und Setzungen

-können auch bei schlechtem Untergrund eingesetzt werden

-einfache Anpassung an lokale geologische und topographische Gegebenheiten

-kann nachträglich relativ einfach und sicher erhöht werden

-geringe Kosten im Vergleich zu Betonbauwerken

-85% aller Sperrwerke sind Dämme (Erfahrung!)

-Ästhetik (passen besser ins Landschaftsbild; Begrünung auf der Außenseite ist möglich!)

-schleichendes Versagen! (Ankündigung durch Durchsickerung und Dammbewegungen, Katastrophenschutzmaßnahmen sind möglich!)

Nachteile

-Große Massen (viel Baumaterial)

-hohe Sorgfalt bei der Auswahl und Einbringung der Dammbaustoffe

-Erosionsempfindlichkeit bei Überströmung

-Aufwändige Überwachung

taudämme sind zu konstruieren und zu bemessen nach

-Art und Menge der verfügbaren Staudammbaustoffe

-Beschaffenheit des Untergrunds

-morphologischen Gegebenheiten

-Geschwindigkeiten von Wasserspiegelschwankungen

-klimatischen und seismischen Gegebenheiten

-boden- und felsmechanischen Kennwerten

-hydrodynamischen Erfordernissen

Verwendung von Locker- und Festgesteinen

-keine organischen Bestandteile

-witterungsbeständiges Material

-Böschungsneigungen = f(Baumaterial)

-hohe Scherfestigkeit

-hohe Verformbarkeit

-gute Verdichtbarkeit

-hohe Tragfähigkeit

-geringe Wasserdurchlässigkeit

-hohe Filterbeständigkeit

-geringe Frostveränderlichkeit

-gute Befahrbarkeit