Wasserkraftanlagen: Planung, Bau und Betrieb ; mit 82 Tabellen
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2003
|
| Ausgabe: | 3., aktualisierte und wesentlich erw. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXII, 813 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540443916 |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Wasserkraftanlagen
Autor: Giesecke, Jürgen
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
1 Entwicklungsstufen der Wasserkraftnutzung 1
1.1 Ansatze der Wasserkraftnutzung 1
1.2 Wasserradgetriebene Schopfwerke und Miihlen 5
1.3 Ubergang vom Wasserrad zur Wasserturbine 5
1.4 Fernubertragung elektrischer Energie 7
1.5 Wasserkraftanlagen und Ihre Umgebung 8
1.6 Mehrzweckaufgaben der Wasserkraft 12
1.7 Wasserkraftnutzung im Spiegelbild der Energietrager 13
1.7.1 Nutzung von fossilen Energietragern und Kernbrennstoffen 13
1.7.2 Nutzung erneuerbarer Energien 14
1.7.3 Kriterien der Energieversorgung und Vergleich der
Energieerzeugungsformen 16
1.7.4 Kiinftige Entwicklung der Wasserkraftnutzung 21
1.8 Literatur 22
2 Grundlagen der Wasserkraftnutzung 23
2.1 Energie des Wassers 23
2.1.1 Energie des ruhenden Wassers 23
2.1.2 Energie des flieBenden Wassers 24
2.1.3 Nutzbare Gesamtenergie des flieBenden Wassers 25
2.1.4 Potentielle Energie eines Speichervolumens 29
2.2 Verfiigbares Wasserkraftpotential 30
2.3 Literatur 34
3 Grundsatze der Planung und Projektierung 35
3.1 Planungsprozefi und Projektentwicklung 35
3.1.1 Projektphasen 35
3.1.2 Besondere Aspekte bei Reaktivierung, Modernisierung und
Erweiterung 38
3.1.3 Projektentwicklung im Rahmen von Finanzierungsmodellen 40
3.2 Grundlagen fur Auswahl und Weiterentwicklung von
Wasserkraftstandorten 42
3.2.1 Wassermengenwirtschaftliche Erhebungen 42
3.2.2 Energiewirtschaftliche Erhebungen 44
3.2.3 Ausbaugrad 47
X Inhaltsverzeichnis
3.3 Beurtcilung von Wasserkraftanlagenprojekten
3.3.1 Betriebswirtschaftlichc Betrachtung
3.3.1.1 Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
3.3.1.2 Investitionsrechnung zur Untersuchung der Wirtschaftlichkeit
3.3.1.3 Grundlagen der Zinsrechnung, Abschreibung und Annuitat
3.3.1.4 Statische Verfahren der Investitionsrechnung
3.3.1.5 Dynamische Verfahren der Investitionsrechnung
3.3.1.6 Besondere KenngroGen bei Wasserkraftanlagen
3.3.1.7 Wirtschaftlichkeitsaspekte bei Pumpspeicherkraftwerken
3.3.2 Gesamtwirtschaftliche und gesamtgesellschaftliche Betrachtung
3.3.2.1 Grundlagen der gesamtgesellschaftlichen Bewertungsverfahren
3.3.2.2 Gesamtgesellschaftliche Bewertungsansatze bei
Wasserkraftprojekten
3.3.2.3 Bedeutung von Mehrzweckaufgaben
3.3.3 Ansatz fur eine systematische Beurteilung von
Wasserkraftanlagenprojekten
3.4 Gesctzliche Vorgaben fur den Bau und Betrieb von
Wasserkraftanlagen
3.4.1 Rechts- und Normhierarchie
3.4.2 Wesentliche Rechtsnormen fUr die Wasserkraft
3.5 Versicherung von Wasserkraftanlagen
3.6 Literatur
4 Typen von Wasserkraftanlagen
4.1 Klassifizierung der Wasserkraftanlagen
4.2 Einteilung von Wasserkraftanlagen hinsichtlich der Nutzfallhohe
4.2.1 Niederdruckkraftwerke
4.2.1.1 FluGkraftwerke
4.2.1.2 Ausleitungskraftwerke
4.2.2 Mitteldruckkraftwerke
4.2.3 Hochdruckkraftwerke
4.3 Weitere bedeutende Wasserkraftanlagengruppen
4.3.1 Pumpspeicherkraftwerke als Regelungskraftwerke
4.3.2 Kleinwasserkraftanlagen
4.3.3 Dotationskraftwerke
4.3.4 Energienutzung in Leitungssystemen
4.4 Sonderformen der Wasserkraftnutzung
4.4.1 Nutzung der Gezeitenenergie
4.4.2 Nutzung der Meeresstromung
4.4.3 Wellenenergienutzung
4.4.4 Depressionskraftwerke
4.4.5 Gletscherkraftwerk
4.5 Literatur
49
50
51
52
52
54
55
56
62
64
64
65
66
67
70
70
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80
81
81
83
83
83
91
92
93
96
96
99
103
104
106
106
114
115
117
118
119
Inhaltsverzeichnis XI
5 Wasserfassung 121
5.1 Anordnung, Bauweise und Bemessung des Einlaufbauwerkes 122
5.1.1 Kraftwerke im FlieBgewasser 122
5.1.2 Entnahme aus FlieBgewassern 122
5.1.3 Entnahme aus stehenden Gewassern 129
5.1.4 Bemessungsgrundlagen fur das Einlaufbauwerk 131
5.2 Schutz gegen Treibgut und Treibeis 142
5.2.1 Rechenanlagen 143
5.2.1.1 Konstruktive Ausbildung 143
5.2.1.2 Bemessung 145
5.2.1.3 Betrieb und Wartung der Rechenanlagen 148
5.2.2 Tauchwand und Schwimmbalken 151
5.3 Verschluftorgane 153
5.4 Literatur 156
6 Freispiegelleitungen 159
6.1 Hydraulische Bemessung 159
6.2 Sedimenttransport 168
6.3 Wellenbildung und Wasserspiegelschwingungen 172
6.4 Konstruktive Ausbildung und Befestigungen 174
6.5 Ubergang in Druckrohrleitungen 179
6.6 Literatur 181
7 Sandfang 183
7.1 Konstruktive Ausbildung 183
7.2 Bemessung 187
7.2.1 Bemessungsgrundlagen 187
7.2.2 Beckenbemessung 188
7.3 Literatur 190
8 Druckrohrleitungen 191
8.1 Rohrtypen und Rohrverbindungen 191
8.1.1 Stahlrohre 193
8.1.2 Druckrohre aus duktilem GuBeisen 197
8.1.3 Betonrohre 197
8.1.4 Rohre aus glasfaserverstarktem Kunststoffharz 199
8.1.5 Holzrohre 200
XII Inhaltsverzeichnis
8.2 Hydraulische Bemessung von Druckrohrleitungen 201
8.2.1 Hydraulische Grundlagen 201
8.2.2 Wirtschaftlichster Rohrdurchmesser 206
8.3 Dynamische Stromungsvorgange - DruckstoBe in Rohrleitungen 208
8.3.1 Druckwellengeschwindigkeit 209
8.3.2 DruckstoBberechnung 213
8.3.2.1 Joukowsky-StoB 213
8.3.2.2 EinfluB der SchlieBzeit auf den Joukowsky-StoB 215
8.3.2.3 DruckstoB nach der Theorie der starren Wassersaule 216
8.3.2.4 DruckstoB nach der Theorie der elastischen Wassersaule 218
8.3.3 Charakterist i ken verfahren 221
8.3.4 Abminderung von DruckstoBen 225
8.4 Statische Bemessung von Druckrohrleitungen 226
8.4.1 Spannungen und Rohrwanddicke 227
8.4.2 Einbeulen und Verformen ¦ 232
8.4.3 AuBere Belastungen von Druckrohrleitungen 235
8.4.3.1 AuBere Belastungen bei offen verlegten Druckrohrleitungen 241
8.4.3.2 AuBere Belastungen bei eingeerdeten Druckrohrleitungen 242
8.4.3.3 AuBere Belastungen bei grabenlos verlegten Druckrohrleitungen 253
8.4.4 SchnittgroBen in Rohrringrichtung bei eingeerdeten
Druckrohrleitungen 258
8.4.5 MaBgebende Nachweise fur die Druckrohrleitungsbemessung 261
8.4.5.1 Spannungs-/Dehnungsnachweis 261
8.4.5.2 Tragfahigkeitsnachweis 262
8.4.5.3 Verformungsnachweis 262
8.4.5.4 Stabilitatsnachweis 262
8.5 Rohrkriimmer, Rohrautlager und Dehnungsausgleicher 265
8.5.1 Rohrkriimmer 265
8.5.2 Fixpunkte und Zwischenauflager 267
8.5.2.1 Auflagerkrafte 268
8.5.2.2 Beanspruchung der Rohrwandung jm Auflagerbereich 271
8.5.3 Dehnungsausgleicher 276
8.6 Litcratur 278
9 Druckstollen und Druckschachte 281
9.1 Konstruktive Ausbildung
9.2 Statische Bemessung
9.3 Literatur
297
10
10.1
Rohrabzweige und Verteilrohrleitungen
Typen
299
299
Inhaltsverzeichnis XIII
10.2 Bemessung von Rohrabzweigen 301
10.2.1 Bemessung nach dem Fiachenvergleichsverfahren 301
10.2.2 Uberschlagige Bemessung eines Hosenrohres 308
10.2.3 Spannungsermittlung mit der Finite-Element-Methode 312
10.2.3.1 Die fiinf Schritte der Finite-Element-Methode 312
10.2.3.2 Ermittlung von Verschiebungen, Verzerrungen und Spannungen 320
10.2.3.3 Umsetzung von Finite-Element-Berechnungen 323
10.3 Literatur 326
11 Wasserschlosser und Schwallkammern 327
11.1 Anordnung 327
11.2 Aufgaben 328
11.2.1 Hydraulische Trennung des Zuleitungsdruckstollens von der
Falleitung 328
11.2.2 Dampfung der DruckstoBentwicklung 329
11.2.3 Verbesserung der Regelung 329
11.2.4 Beschleunigter Ausgleich der Wassermengen 330
11.3 Typen und Bauweisen 330
11.3.1 Kriterien fur die Entwicklung verschiedener WasserschloGformen 330
11.3.2 Bauliche Ausbildung 331
11.3.3 Typisierung nach der hydraulischen Funktionsweise 331
11.3.3.1 Einfache Becken- bzw. Schachtwasserschlosser 331
11.3.3.2 Kammerwasserschlosser 331
11.3.3.3 Gedrosselte Wasserschlosser 332
11.3.3.4 Differentialwasserschlosser 333
11.3.3.5 Windkessel-Wasserschlosser 334
11.4 Hydraulische Berechnung 334
11.4.1 SchachtwasserschloB - Grundgleichungen 334
11.4.2 Gedrosseltes WasserschloB 337
11.4.3 DifferentialwasserschloB 339
11.4.4 Losungsmethoden 340
11.4.4.1 Analytische Losungen 340
11.4.4.2 Numerische Behandlung 350
11.4.5 Stabilitatsproblem 355
11.4.5.1 Die Thomaschen Stabilitatskriterien 355
11.4.5.2 Beschleunigungs- bzw. Verzogerungszeit ta 357
11.4.6 Schwingungsvorgange 358
11.4.7 Bemessungs-und Optimierungsaufgaben 359
11.4.8 Uberschlagsformeln 360
11.4.9 WasserschloB und Triebwasserleitung 361
11.4.9.1 Gekoppeltes Schwingungsverhalten 361
11.4.9.2 Gekoppelte Berechnung im Zeitbereich 364
11.4.9.3 Lastvorgaben fur die Stollenpanzerung 372
XIV Inhaltsverzeichnis
11.4.9.4 WasserschloBuberwachung mittels Fuzzy Logik 372
-V7 !
11.5 Sonderausfiihrungen
11.5.1 Anordnung bei Mitteldruckanlagen 373
11.5.2 Geheiztes WasserschloB 373
11.5.3 Windkessel-WasserschloB 373
11.6 Literatur 383
12 VerschluB- und Regelorgane bei Rohrleitungen 385
12.1 Anordnung und Grundformen von Krafthaus- und
GrundablaBschiebern 385
12.1.1 Aufgaben und Anordnung 385
12.1.2 Grundtypen 387
12.1.3 Gebrauchliche Schieber in Turbinen-und Pumpenleitungen 388
12.1.4 Gebrauchliche Schieber in Grundablassen und
Hochwasserentlastungsanlagen 389
12.1.5 SchnellschluBorgane 390
12.1.6 Be- und Entluftungsventile 391
12.1.7 Hilfseinrichtungen 393
12.2 Hydraulisches Verhalten 393
12.2.1 Stromungsvorgange 393
12.2.2 Verlusthohen 394
12.2.3 DurchfluB und AusfluB 395
12.2.4 Ermittlung der Energiehohen 399
12.2.5 Kavitation 400
12.2.6 DruckstoB 403
12.2.7 Schwingungen 403
12.3 Gestaltungsgrundsatze 404
12.4 Antrieb und Steuerung 405
12.5 Typen
12.5.1 Keilschieber und Flachschieber
12.5.1.1 Wirkungsweise und Anwendungsbereich
12.5.1.2 Konstruktiver Aufbau
12.5.1.3 Hydraulisches Verhalten
12.5.1.4 Vor-und Nachteile
12.5.2 Drosselklappen 420
12.5.2.1 Wirkungsweise und Anwendungsbereich 410
12.5.2.2 Konstruktiver Aufbau 41j
12.5.2.3 Hydraulisches Verhalten 419
12.5.2.4 Vor- und Nachteile 41 c
12.5.3 Kugelschieber 4^
12.5.3.1 Wirkungsweise und Anwendungsbereich a 1/;
12.5.3.2 Konstruktiver Aufbau
12.5.3.3 Hydraulisches Verhalten A1 J
418
407
407
407
408
408
409
Inhaltsverzeichnis
XV
12.5.3.4 Vor- und Nachteile 419
12.5.4 Ringschieber und Hohlstrahlschieber 420
12.5.4.1 Wirkungsweise und Anwendungsbereich 420
12.5.4.2 Konstruktiver Aufbau 423
12.5.4.3 Hydraulisches Verhalten 424
12.5.4.4 Vor-und Nachteile 425
12.5.5 Kegelstrahlschieber 426
12.5.5.1 Wirkungsweise und Anwendungsbereich 426
12.5.5.2 Konstruktiver Aufbau 427
12.5.5.3 Hydraulisches Verhalten 429
12.5.5.4 Vor-und Nachteile 431
12.6 Literatur 432
13 Krafthaus 433
13.1 Krafthaustypen 434
13.1.1 Grundlegende Unterscheidungsmerkmale der Krafthaustypen 435
13.1.2 Besondere Aspekte bei unterschiedlichen Wasserkraftanlagentypen 443
13.2 Regelungs- und Leittechnik fur den Wasserkraftanlagenbetrieb 449
13.2.1 Grundprinzipien der Regelungs- und Leittechnik 449
13.2.2 Fuzzy Logik zur Abbildung von Steuerungs- und
Regelungsvorgangen 453
13.2.2.1 Grundlagen der Fuzzy Logik 454
13.2.2.2 Unscharfe Ansatze in der Fuzzy Logik 455
13.3 Betrieb und Unterhalt von Wasserkraftanlagen 462
13.3.1 Betriebs-, Anlagen- und Arbeitssicherheit bei Wasserkraftanlagen 462
13.3.2 Instandhaltung und Emeuerung von Wasserkraftanlagen 467
13.4 Literatur 469
14 Funktionsweise von hydraulischen Maschinen 471
14.1 Unterscheidungsmerkmale 471
14.1.1 Bauweise hinsichtlich Wellenausrichtung und Wasserzufiihrung 472
14.1.2 Einteilung nach der Regelungsart 473
14.1.3 Einteilung in Abhangigkeit des Durchflusses Q und der Fallhohe hf 473
14.1.4 Einteilung in Abhangigkeit der spezifischen Drehzahl nq und der
Fallhohe hf 473
14.1.5 Langsam-, Mittel-, Schnellaufigkeit 475
14.1.6 Einteilung nach dem Verwendungszweck und der Betriebsart 475
14.2 Bemessungsgrundlagen 475
14.2.1 Turbinendrehmoment 475
14.2.2 Fallhohe, Energiehohe, spezifische Stutzenarbeit 477
14.2.3 Spezifische Drehzahl, Drehzahl, Synchrondrehzahl 478
XVI Inhaltsverzeichnis
481
481
482
482
482
484
484
484
14.2.4 Dimensionslose Kennwerte
14.2.4.1 Druckzahl iff
14.2.4.2 DurchfluBzahl (p
14.2.4.3 Leistungszahl 77
14.2.4.4 Laufzahl crL
14.2.4.5 Durchmesserzahl S
14.2.5 Druckkennzahlen zur Kavitationsbeurteilung 483
14.2.5.1 Thoma-Beiwert aTh 483
14.2.5.2 Saugkennzahl S(,
14.2.5.3 Zusammenhang zwischen Orh und Sq
14.2.5.4 NPSH-Wert
14.2.6 Turbinenkennlimen 484
14.2.6.1 Turbinenwirkungsgrad 484
14.2.6.2 Leistungs-, Wirkungsgrad- und Drehmomentenkennlinie 488
14.2.6.3 Muschelkurven und Muscheldiagramme 489
14.2.7 Numerische Stromungsberechnung 493
14.3 Turbinenbauteile 495
14.3.1 Bauteile von Uberdruckturbinen 495
14.3.1.1 Turbinenzulauf, Einlaufschacht und Spiralgehause 495
14.3.1.2 Saugrohr und Saugschlauch 501
14.3.2 Bauteile von Gleichdruckturbinen 505
14.3.3 Turbinenwelle, Getriebe und Turbinenlager 505
14.3.4 Getriebe und Riemenantrieb 507
14.4 Turbincnregelung 508
14.4.1 Turbinenregelungsarten 509
14.4.1.1 Leitradregelung 509
14.4.1.2 Laufradregelung 511
14.4.1.3 Diisen- und Strahlablenkerregelung 511
14.4.1.4 Regelung bei Durchstromturbinen 512
14.4.1.5 Bypassregelung bei Hochdruckanlagen 512
14.4.2 Steuerung der Turbinenregelung 513
14.5 Pumpen und Pumpenturbinen 516
14.5.1 Kreiselpumpen 515
14.5.1.1 Grundlagen 515
14.5.1.2 Bemessung 517
14.5.1.3 Anordnung, Bauweisen und Betrieb 520
14.5.1.4 Wellenkupplungen 524
14.5.2 Pumpenturbinen 525
14.5.2.1 Allgemeine Bauweisen und Betrieb 525
14.5.2.2 Sonderformen
14.6 Literatur
527
528
Inhaltsverzeichnis
XVII
15 Hydraulische Maschinen zur Energieerzeugung 531
15.1 Propeller- und Kaplan-Turbinen 531
15.1.1 Konstruktion und Betriebsweise 531
15.1.1.1 Rohrturbinen 535
15.1.1.2 Straflo-Turbinen 539
15.1.1.3 Diagonalturbinen 540
15.1.2 Bemessung 541
15.1.2.1 Grundlagen 541
15.1.2.2 Berechnungsschema zur Vordimensionierung 547
15.2 Francis-Turbinen 547
15.2.1 Konstruktion und Betriebsweise 547
15.2.2 Bemessung 551
15.2.2.1 Grundlagen 551
15.2.2.2 Berechnungsschema zur Vordimensionierung 554
15.3 Pelton-Turbinen 554
15.3.1 Konstruktion und Betriebsweise 554
15.3.2 Unterschied zwischen Francis- und Pelton-Turbine 559
15.3.3 Bemessung 560
15.3.3.1 Grundlagen 560
15.3.3.2 Berechnungsschema zur Vordimensionierung 565
15.4 Durchstromturbinen 565
15.4.1 Konstruktion und Betriebsweise 565
15.4.2 Bemessung 567
15.4.2.1 Grundlagen 567
15.4.2.2 Berechnungsschema zur Vordimensionierung 568
15.5 Wasserrader und Wasserkraftschnecken 568
15-5.1 Wasserrader 568
15.5.2 Wasserkraftschnecken 571
15.6 Literatur 573
16 Elektrotechnische Ausrustung 575
16.1 Grundlagen der elektrischen Energietechnik 575
16.1.1 Gleichstromtechnik 576
16.1.2 Wechselstromtechnik 579
16.1.3 Wechselwirkungen und Zusammenhange zwischen elektrischen
Stromen und Spannungen und magnetischen Feldern 584
16.1.4 Kraftwirkung durch das Zusammenwirken magnetischer Felder 587
16.2 Grundprinzip der elektromagnetischen Energieumwandlung 588
16.3 Elektrische Maschinen und Transformatoren in
Wasserkraftanlagen 590
16.3.1 Transformatoren 591
16.3.2 Bewegte elektrische Maschinen 592
XVIII
Inhaltsverzeichnis
16.3.3 Besonderheiten der synchronen Wasserkraftgeneratoren 59b
16.3.3.1 Polzahl und Frequenz ^96
16.3.3.2 Ausbildung von Stander und Laufer 599
16.3.4 Besondere Aspekte bei Asynchrongeneratoren 600
16.3.5 Entwicklungstendenzen bei Wasserkraftgeneratoren 601
16.3.5.1 Generatoren mit veranderbaren Drehzahlen 602
16.3.5.2 Hochspannungsgeneratoren 603
16.4 Betriebsarten von Wasserkraftgeneratoren 604
16.4.1 Leerlauf ^04
16.4.2 Generatorbetrieb 605
16.4.3 Motorbetrieb 605
16.4.4 Ubergang zwischen den verschiedenen Betriebsarten 606
16.4.5 Synchronisation 607
16.4.6 Inselbetrieb 607
16.4.7 Blindleistungs- bzw. Phasenschieberbetrieb 608
16.4.8 Reluktanzbetrieb 608
16.4.9 Belastungsgrenzen der Synchronmaschine 609
16.5 Bemessung von Wasserkraftgeneratoren 610
16.5.1 Kiihlung 611
16.5.2 Einbau und Anordnung 612
16.5.3 Lauferarten 614
16.5.4 Erregereinrichtungen 615
16.5.5 Dimensionierung 615
16.5.6 Durchgangsdrehzahl 617
16.5.7 KurzschluBfestigkeit 617
16.6 Aufbereitung und Verteilung der Drehstromenergie 620
16.6.1 Leistungsbilanz und Wirkungsgrad 621
16.6.2 Transformatoren 621
16.6.3 Eigenversorgung ; 622
16.6.4 Schaltanlagen und Energieableitung 623
16.6.5 Einbindung der Kraftwerke in das elektrische Verbundsystem 624
16.6.5.1 Aufgaben der Kraftwerke im Netzbetrieb 625
16.6.5.2 Hochspannungs-Gleichstrom-Kopplung unterschiedlicher Netze 626
16.6.5.3 Aufgaben der Netzleitwarte und Kraftwerkseinsatzplanung 627
16.6.5.4 Entwicklung des Strommarktes 628
16.7 Literatur
17 Pumpspeicherkraftwerke 629
17.1 Zielsetzung 629
17.2 Pumpspeichersysteme 631
17.3 Historische Entwicklung der Pumpspeicherung 633
17.4 Bautechnische Gesichtspunkte
Inhaltsverzeichnis XIX
17.5 Maschinentechnische Gesichtspunkte 637
17.6 Betriebsweise von Pumpspeicherwerken 639
17.7 Pumpspeicherkraft in Deutschland 643
17.8 Sonderausfiihrungen 645
17.8.1 Extreme Forderhdhen und Leistungen 645
17.8.2 Untertage-Pumpspeicherkraftwerke 646
17.8.3 Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerke 647
17.8.4 Luftspeicherkraftwerke 649
17.8.5 Pumpspeicherwerk mit drehzahlvariablen Maschinensatzen 650
17.9 Literatur 653
18 Wasserkraft und Umwelt 655
18.1 Einfliisse auf die Atmosphare 657
18.2 Beeinflussung der ober- und unterirdischen Gewasser 659
18.2.1 Veranderung der Gewassercharakteristik 660
18.2.1.1 FJieBgewassertypische Stromungsmuster 660
18.2.1.2 Geschiebe- und Schwebstoffhaushalt 661
18.2.1.3 AbfluB- und Hochwasserregime 662
18.2.1.4 Flufiregulierung 663
18.2.1.5 Eisbildung und Eistransport 664
18.2.2 Wechselwirkungen mit dem Grundwasser 664
18.3 Einfliisse auf das biologische System 665
18.3.1 Bedeutung von Stromung und Substrat 665
18.3.1.1 Auswirkungen auf die Fischfauna 666
18.3.1.2 Auswirkungen auf das Zoobenthon 667
18.3.1.3 Auswirkungen auf die Pflanzenwelt 668
18.3.2 Temperaturregime 670
18.3.3 Sauerstoffhaushalt 671
18.3.4 Selbstreinigungsprozesse 674
18.3.5 Treibgut 675
18.3.6 Stauraumgestaltung 676
18.4 Einfliisse auf die oberen Bodenschichten 677
18.5 Einfliisse auf den Baugrund 678
18.6 Auswirkungen auf den Menschen 678
18.7 Spezielle Aspekte bei Mehrzweckanlagen in warm-trockenen
Regionen 680
18.7.1 Wasserkraft und Bewasserung 680
18.7.2 Umweltrelevante GestaltungsmaBnahmen von Stauanlagen in
Entwicklungsl ndern der warmeren Klimazonen 681
18.7.2.1 Gestaltungsprioritaten 681
18.7.2.2 Gestaltungs- und PraventionsmaBnahmen 682
XX
Inhaltsverzeichnis
18.7.3 Energetische Bewertung der Flachen-Inanspruchnahme von
Wasserspeichern
18.7.3.1 Speicher-Parameter 684
18.7.3.2 Energetisches Potential von Bewasserungswasser 684
18.7.3.3 Potential von Biomasse im Stauraum 686
18.7.3.4 Spezifisches Gesamt-Energiepotential eines Wasserspeichers 686
18.7.3.5 Durch Speicherkraftwerke vermiedene C02-Produktion 686
18.7.3.6 Ergebnisse der vergleichenden Speicherpotential-Abschatzung 687
18.8 Besondere Umweltaspekte von der Errichtung bis zum Riickbau
einer Anlage 688
18.9 Literatur 689
19 Mindestwasserregelungen 691
19.1 Gcbrauchliche Methoden zur Mindestwasserfestlegung 691
19.1.1 KenngroBen 692
19.1.2 Einfache Verfahren 693
19.1.3 Habitatsimulationsmodelle 694
19.1.3.1 Hintergrund 694
19.1.3.2 FlieBgewasserhabitate und ihre Beschreibung 695
19.1.3.3 Schnittstelle Abiotik-Biotik 696
19.1.4 Entscheidungsmodelle 697
19.2 Mindestwasserregelungen in Deutschland 697
19.3 Vorgehensweise zur Bestimmung von Mindestwasserregelungen
aus heutiger Sicht 697
19.4 Das Simulationsmodell CASIMIR 699
19.4.1 Konzeption im Hinblick auf Mindestwasserregelungen 699
19.4.2 Gewassersohle 700
19.4.3 Freiwasserraum und Fischhabitate 703
19.4.3.1 Fische als Zeigerorganismen 703
19.4.3.2 Praferenzfunktionen 704
19.4.3.3 Fuzzylogischer Ansatz fur die Habitatmodellierung 706
19.4.3.4 Darstellung der Habitateignung 70g
19.4.3.5 Kriterien fur die Bewertung der Modellierungsergebnisse mit
CASIMIR bei Mindestwasseruntersuchungen 710
19.5 Auswirkungen der Mindestwasserabgaben auf die
Energieerzeugung in Wasserkraftanlagen 714
19.6 Literatur
Inhaltsverzeichnis XXI
20 Durchgangigkeit fur die Aquafauna an
Wasserkraftstandorten 717
20.1 Verbindungsgewasser fur den Fischaufstieg 719
20.1.1 Anordnung des Verbindungsgewasser 719
20.1.2 Ausbildung des Einstiegs in Verbindungsgewasser 721
20.1.3 Leitstromung im Einstiegsbereich 722
20.1.4 AbfluB im Verbindungsgewasser 723
20.1.5 Dimensionierung der Verbindungsgewasser 724
20.1.6 Gestaltung der Sohle im Verbindungsgewasser 725
20.1.7 Ausstieg aus dem Verbindungsgewasser 725
20.1.8 Betriebszeiten 726
20.1.9 Wartung der Verbindungsgewasser 726
20.1.10 Storungsvermeidung und Lenkung der Offentlichkeit 726
20.2 Technische Verbindungsgewasser 727
20.2.1 Beckenpasse 728
20.2.3 Schlitz- oder Vertical-Slot-PaB 730
20.2.4 Denil- oder GegenstrompaG 731
20.2.5 Aalleiter 731
20.2.6 Fischschleuse 732
20.2.7 Fischaufzug 733
20.3 Naturnahe Verbindungsgewasser 733
20.3.1 Umgehungsgerinne 734
20.3.2 Fischrampe 734
20.3.3 Rauhgerinne-BeckenpaB 735
20.4 Fischschutz- und Fischabstiegseinrichtungen 736
20.5 Literatur 737
21 Ausfuhrungsbeispiele 739
21.1 Hochrheinkraftwerk Sackingen 740
21.2 Wasserkraftnutzung durch die Schluchseewerk AG 742
21.2.1 Werksgruppe Schluchsee 742
21.2.2 Werksgruppe Hotzenwald 743
21.2.3 Merkmale des Pumpspeicherbetriebes 743
21.3 Kraftwerksgruppe Schluchsee 745
21.4 Kraftwerksgruppe Hotzenwald 750
21.4.1 Pumpspeicherwerk Sackingen 750
21.4.2 Pumpspeicherwerk Hornbergstufe 753
21.4.2.1 Ubersicht 753
21.4.2.2 Konstruktive Gestaltung von Oberbecken und Unterbecken 755
21.4.2.3 Druckschacht zwischen Oberbecken und Verteilrohrleitung 758
21.4.2.4 Maschinenkaverne 758
21.4.2.5 Maschinensatze 759
XXII Inhaltsverzeichnis
21.4.2.6 Gerieratoren und Transformatoren 761
21.4.2.7 Schaltanlage und Leitwarte Kiihmoos 762
21.4.2.8 Betriebsstunden, Wirkungsgrad und spezifische Ausbaukosten 763
21.4.2.9 Naturintegrierende Bauweise 763
21.4.2.10 Neubau einer Kleinwasserkraftanlage 763
21.5 Geplante Ausbaustufen der Schluchseewerke 765
21.6 Kleinwasserkraftanlage GroBarl 766
21.7 Literatur 772
22 Symbole, Einheiten, Umrechnungsfaktoren 773
22.1 KenngroBen und Symbole 773
22.2 Griechisches Alphabet 787
22.3 Einheitenabkiirzungen 788
22.4 Einheiten und Umrechnungsfaktoren 788
Sachverzeichnis
791
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