Wasser Energie Luft 3/2022

Photovoltaik systemenUmgangOptimierterWasserkraftspeicherundCoanda-RechenmitalterndenSchutz-inWildbächenSchweiz,derSolar-GrossanlagehochalpineersteDie ewz)/HuonderGion(Foto:Staumauer.Albigna 8.3-2022September 2022

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 BadenII GEBOREN, WO MAN WERT AUF WERTE LEGT. THE 6X ® . NEU VON VEGA. Technik ist immer so gut, wie die Menschen, die sie machen. Daher ist der neue Radar-Füllstandsensor VEGAPULS 6X das Ergebnis von rund 1.800 wertvollen Mitarbeitern, über 60 Jahren Messtechnik-Erfahrung und jedem Wert, der in VEGA steckt. VEGA. HOME OF VALUES. www.vega.com/radar

Qui ne connaît pas cette scène : quelques hommes discutent à la gare délabrée, se demandent si elle vient, veulent être bien préparés et puis elle arrive, deux heures plus tôt que prévu. Et qu’apporte-t-elle avec elle : malheur ou perspectives d’avenir ? Il s’agit de Kläri Wäscher, mieux connue sous le nom de Claire Zachanassian dans le classique de Dürrenmatt « La visite de la vieille dame ». Actuellement, il ne s’agit toutefois pas de Kläri, mais d’une éventuelle situation de pénurie. L’ElCom a mis en garde depuis des années déjà et a pronosti qué l’automne dernier une situation critique à partir de l’année 2025. Désormais, l’hiver 2023 pourrait dé jà être critique, de manière surprenante, non préparée et plus tôt que prévu, à l’instar de Dürrenmatt. Outre la réduction des livraisons de gaz, qui a un impact direct sur la production d’électricité, notamment dans les pays voisins, la production d’électricité à partir de sources non fossiles se présente sous de mauvais auspices. Ainsi, seules 26 des 56 centrales nucléaires françaises sont actuellement raccordées au réseau et, en Suisse, le niveau de remplissage des lacs d’ac cumulation au début du mois d’août se situe à la limite

La milliardaire vieillissante est reprise dans un autre article : comment faire face aux structures de protection vieillissantes, qui ont une valeur de rem placement cumulée de CHF 30 à 40 milliards ? Un guide pour une gestion globale, testée sur 10 études de cas, propose des expériences passionnantes et des recommandations d’action.

Editorial

inférieure de la fourchette jusqu’à présent. Les faibles chutes de neige de l’hiver dernier et la sécheresse de l’été sont tout sauf propices à la sécurité d’approvi sionnement.Jenesouhaite pas spéculer ici sur la question de savoir si une situation de pénurie se produira ou non. La situation nous apprend toutefois à quel point les différentes sources d’énergie primaire et les techno logies sont étroitement liées. Ce numéro de WEL traite de cette combinaison de technologies dans deux articles, à savoir la combinaison de barrages et de murs de retenue avec des installations photovol taïques et un possible amortissement des éclusées au moyen d’une combinaison de bassins de compen sation avec des accumulateurs à batterie.

Andreas Stettler Geschäftsführer SWV, Directeur ASAE

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden III Kommt sie oder kommt sie nicht?

Ob eine Mangellage eintritt oder nicht, darüber möchte ich an dieser Stelle nicht spekulieren. Die Situation lehrt uns aber, wie eng die verschiedenen Primärenergieträger und Technologien zusammen hängen. In der vorliegenden Ausgabe des WEL wird auf diesen Verbund der Technologien in zwei Beiträ gen eingegangen, so auf die Kombination von Stau seen und -mauern mit PV-Anlagen und eine mögliche Schwall-Sunk-Dämpfung mittels einer Kombination von Ausgleichsbecken mit Batteriespeichern.

Ein Leitfaden zu einem gesamtheitlichen Management, getestet an 10 Fallbeispielen, gibt dazu spannende Erfahrungen und Handlungsempfehlungen weiter.

Die alternde Milliardärin wird in einem weiteren Arti kel nochmals aufgenommen: wie gehen wir mit altern den Schutzbauten um, welche kumuliert einen Wieder beschaffungswert von CHF 30 bis 40 Mrd. haben?

Vient-elle ou ne vient-elle pas ?

Wer kennt diese Szene nicht: Einige Männer diskutieren am verlotterten Bahnhof, spekulieren, ob sie kommt, wollen richtig vorbereitet sein und dann kommt sie, zwei Stunden früher als erwartet. Und was bringt sie mit: Unglück oder Zukunftsperspek tiven? Die Rede ist von Kläri Wäscher oder besser bekannt unter dem Namen Claire Zachanassian aus Dürrenmatts Klassi ker «Der Besuch der alten Dame». Aktuell geht es aber nicht um Kläri, sondern um eine mögliche Mangellage. Die ElCom warnte schon vor Jahren und prognostizierte letzten Herbst ab dem Jahr 2025 eine kritische Situation. Nun könnte bereits der Winter 2023 kritisch werden, überraschend, un vorbereitet und früher als spekuliert, ähnlich wie bei Dürrenmatt. Nebst den reduzierten Gaslieferungen, was insbesondere in den Nachbarstaaten einen di rekten Einfluss auf die Verstromung hat, stehen auch die Zeichen der Stromproduktion aus nicht fossilen Quellen schlecht. So sind aktuell in Frankreich nur 26 von 56 Kernkraftwerken am Netz und in der Schweiz bewegt sich der Füllstand der Speicherseen per An fang August am unteren Rand der bisherigen Band breite. Der geringe Schneefall im letzten Winter und der trockene Sommer sind der Versorgungssicherheit alles andere als dienlich.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 BadenIV Inhalt 3 / 2022 153 Photovoltaik und Wasserkraftspeicher in der Schweiz – Synergien und Potenzial Gioele Maddalena, Benjamin Hohermuth, Frederic Evers, Robert Boes, Annelen Kahl 161 Können Batterien zur ökologischen Sanierung von Schwall-Sunk einen Beitrag leisten? Carlos R. Wyss, Jannik Haas, Stefan Vollenweider 167 Schwall-Sunk-Sanierung mit Ausgleichsbecken-Batterie-Systemenhybriden Gereon Höfkes, Frederic Evers, Benjamin Hohermuth, Robert Boes 175 Optimierter Coanda-Rechen für Wasserkraft und Fisch Imad Lifa, Seraina Braun, Max Witek, Barbara Krummenacher, Armin Peter, Claudia Beck, Robert Boes 183 Umgang mit alternden Schutzsystemen in Wildbächen: Erfahrungen und Empfehlungen Catherine Berger, Maike Schneider, Sandro Ritler, Markus Zimmermann, Eva Gertsch-Gautschi, Adrian Schertenleib 183175153

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden V Inhalt 3 / 2022 189 Erhöhung Hochwassersicherheit Stauwehr Schlattli John Kolberg, Lukas Schneider 199 Extremhochwasser dank neuem Online-Tool besser verstehen Rolf Weingartner, Rouven Sturny 201 Fachtagung TalsperrenkomiteeSchweizerisches2022 Marco Lamberti, Riccardo Arrigoni, Andrea Balestra 203 Das «WEL» vor hundert Jahren: Ein neuer Fernmesser für Flüssigkeitshöhen Oberingenieur Georg Bloch; Schweizerische Wasserwirtschaft, Band 14 (1921 1922), Seite 168 ff; doi.org/10.5169/seals-920311 205 Nachrichten 205 Energiewirtschaft 205 Wasserkraftnutzung 208 Gewässerschutz 208 Personen 209 Veranstaltungen 209 Agenda 209 Publikationen 210 Forschungsinstitutionen 211 Zeitschriften 215 Impressum 215 Branchen-Adressen201199189

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 BadenVI www.rittmeyer.com Mess- und Leittechnik für die Wasser- und Energiewirtschaft AUTARKE ÜBERWACHUNG VON PEGEL UND DURCHFLUSS RITARK ist auch in den entlegensten Gebieten ohne Installation einer Stromversorgung einsetzbar. Montageleitung • Koordination des Kraftwerksbau bei Um- und Neubauten Service • Planung von präventiven Wartungen • Instandhaltungskonzepte und Optimierungen Expertisen • Qualitätssicherung und Dokumentation • Montagekontrolle und Abnahmen vor Ort Ihr Partner für Montagen sowie die Wartung, Optimierung und Instandhaltung im Anlagen- und Kraftwerksbereich. InstandhaltungstechnikLehmannGmbH Wiggwil 6b CH-5637+41Beinwil/Freiamt774869172www.lit-gmbh.ch

Chaque site a été évalué à l’aide d’une matrice d’évaluation sur la base des critères principaux « Acceptation », « Energie et potentiel » et « Rentabilité ». Pour le domaine « Energie et potentiel », une analyse SIG a été effectuée pour déterminer la surface appropriée en tenant compte de l’ombrage et la production d’énergie attendue a été calculée à l’aide de l’ou til SUNWELL.L’application des matrices d’évaluation a permis d’établir des classements distincts des sites pour le FPV et le DMPV. Après exclusion des sites les moins appropriés, la production totale d’électricité potentielle estimée est de 350 à 450 GWh/a pour le FPV et de 11,5 à 14,5 GWh/a pour le DMPV. Une comparaison avec des installations déjà réalisées ou prévues en Suisse montre une bonne concordance avec les résultats obtenus selon la méthode d’évaluation développée. La détermination des surfaces potentielles est fiable, mais la production d’électricité a tendance à être légèrement sousestimée.Lepotentiel de production attendu pour les 23 sites étu diés est plutôt faible par rapport à la production photovol taïque de 34 TWh/a visée selon les perspectives énergétiques 2050 +, mais il est considérable par rapport à la production actuelle de 2 TWh/a. De plus, les installations PV en montagne fournissent jusqu’à 50 % de la production annuelle en hiver et l’installation sur des infrastructures existantes permet de pré server les ressources naturelles. Il serait donc intéressant d’étudier la faisabilité des sites identifiés dans cette étude et d’évaluer le potentiel à l’échelle de la Suisse.

Die Energiestrategie 2050 (ES2050) sieht einen massiven Ausbau der Energiepro duktion aus Photovoltaik (PV) von heute rund 2 TWh/a auf 34 TWh/a im Jahr 2050 vor (BFE, 2020). Die intermittierende, wet terabhängige Stromproduktion von PVAnlagen birgt Herausforderungen für die Netzstabilität und die Versorgungssicher heit, speziell im Winterhalbjahr. Eine mögli che Lösung zur Verminderung dieser Prob leme ist die Kombination von mehreren Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde das Potenzial von schwimmenden Photo voltaikanlagen (floating PV, FPV) und von an Talsperren mon tierten Photovoltaikanlagen (dam mounted PV, DMPV) an 23 Schweizer Speicherseen respektive Talsperren untersucht. Jeder Standort wurde mit einer Bewertungsmatrix an hand der Hauptkriterien «Akzeptanz», «Energie und Potenzial» sowie «Wirtschaftlichkeit» bewertet. Für den Bereich «Energie und Potenzial» wurde eine GIS-Analyse zur Bestimmung der geeigneten Fläche unter Berücksichtigung von Beschattung durchgeführt und die erwartete Energieproduktion wurde mit hilfe des Tools SUNWELL berechnet. Die Anwendung der Bewertungsmatrizen führte zu sepa raten Ranglisten der Standorte für FPV und DMPV. Nach Aus schluss der am wenigsten geeigneten Standorte beträgt die ge schätzte mögliche Gesamtstromproduktion 350 bis 450 GWh/a für FPV und 11,5 bis 14,5 GWh/a für DMPV.

Das erwartete Produktionspotenzial für die untersuchten 23 Standorte ist verglichen mit der gemäss Energieperspek tiven 2050 + angestrebten Photovoltaikproduktion von 34 TWh/a eher gering, im Vergleich zur aktuellen Produktion von 2 TWh/a jedoch erheblich. Zudem liefern PV-Anlagen im Gebirge bis zu 50 Prozent der Jahresproduktion im Winter und die Instal lation an bestehender Infrastruktur schont natürliche Res sourcen. Eine weitere Abklärung der Machbarkeit für die in dieser Studie identifizierten Standorte sowie die Abschätzung des gesamtschweizerischen Potenzials scheint darum lohnens wert. Résumé Dans ce travail, le potentiel des installations photovoltaïques flottantes (floating PV, FPV) et des installations photovol taïques montées sur des barrages (dam mounted PV, DMPV) a été étudié sur 23 lacs de retenue ou barrages suisses.

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Ein Vergleich mit bereits realisierten oder geplanten Anla gen in der Schweiz zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen gemäss der entwickelten Bewertungsmethodik. Die Ermittlung der möglichen Flächen ist zuverlässig, die Strom produktion wird jedoch tendenziell leicht unterschätzt.

Photovoltaik und Wasserkraftspeicher in der Schweiz – Synergien und Potenzial

Anlage beispielsweise zur Mittagszeit auf nehmen und in den Abendstunden wieder ans Netz abgeben (Lee et al., 2020) Alpine PV-Anlagen erbringen nicht nur grössere Gesamtjahreserträge als Anla gen im Mittelland (Kahl et al., 2019). Sie liefern ausserdem noch bis zu 50 Prozent ihrer Produktion im Winterhalbjahr (und somit etwa doppelt so viel wie in den Nie derungen). Grund dafür sind die wolkenund nebelfreieren Bedingungen im Winter, eine dünnere Atmosphäre, der Albedo effekt des Schnees sowie eine höhere Erzeugungsarten mit unterschiedlichen Produktionsmustern. Die Eigenschaften von PV und Wasserkraft ergänzen sich diesbezüglich sehr gut; Speicherwasser kraft ist flexibel und kann unregelmässige Leistungsabgabe von PV glätten, und PVProduktion schont die Speicherseen in Zeiten mit hoher Sonneneinstrahlung. Dies ermöglicht eine stabile, wetterunabhängi ge Energieversorgung (An et al., 2015). Im Fall von Pumpspeicherkraftwerken kann das Speicherbecken als Batterie wirken und überschüssige Energie aus der PVEinleitung

Gioele Maddalena, Benjamin Hohermuth, Frederic Evers, Robert Boes, Annelen Kahl

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Diese drei Kriterien führen zu einer Ein schränkung der See- und Mauerober flä che, innerhalb derer eine mögliche FPVund DMPV-Anlage eingezeichnet wurde. Für DMPV wurde zusätzlich berücksich tigt, dass sensible Bereiche der Talsperre, wie beispielsweise Entlastungsorgane, nicht mit PV-Modulen bedeckt werden.

Im Rahmen der ES2050 ist die Pro duk tion im Winter zum Schliessen der dro henden Winterstromlücke von zentraler Be deutung. Alpine PV-Anlagen können hier einen Beitrag leisten (Kahl et al., 2019) Daher wurde die oben unter 1) beschrie bene GIS-Analyse zusätzlich auch nur für die Wintermonate durchgeführt, um Flä sperre im Kanton Graubünden (ewz, 2020) und am Muttsee im Kanton Glarus (Axpo, 2021b). Im Rahmen von zwei Masterarbeiten an der ETH Zürich wurde eine Bewertungs methodik entwickelt und damit das Poten zial und die Eignung von FPV- und DMPVAnlagen für 23 der grössten Speicherseen respektive Talsperren der Schweiz unter sucht (Rytz, 2020; Maddalena, 2021) Vorgehensweise Es wurden zwei Bewertungsmatrizen er arbeitet, eine für FPV- und eine für DMPVAnlagen, welche in drei Hauptkategorien unterteilt wurden: «Akzeptanz», «Energie und Potenzial» und «Wirtschaftlichkeit». In jeder Hauptkategorie wurden mehrere Un terkriterien definiert. Die Gewichtung der einzelnen Kriterien wurde nach dem Er messen der Autoren festgelegt und orien tierte sich an Potenzialstudien zum Was serkraftausbau (Ehrbar et al., 2019; Felix et al., 2020). Eine Sensitivitätsanalyse hat ge zeigt, dass der Einfluss der Gewichtung auf die Rangliste der Standorte gering ist. Bild 1 zeigt die Kriterien und Gewich tungen der Bewertungsmatrix für FPV-An lagen. Die DMPV-Matrix ist vergleichbar aufgebaut, jedoch wurden dort die Krite rien «Auswirkungen auf die Landschaft», «Evaporation» und «Schwemmholz» nicht berücksichtigt. Insgesamt wurde dem Teil «Energie und Potenzial» eine höhere Ge wichtung gegeben, um den ambitionierten Ausbauzielen der ES2050 gerecht zu wer den. Für diese Hauptkategorie musste die Effizienz bei tiefen Temperaturen (Osman & Alibaba, 2015). Damit können alpine PVAnlagen zur Schliessung der drohenden Winterstromlücke beitragen (Kahl et al., 2019; Axpo, 2021a; Rohrer, 2021). Da grosse alpine Freiflächenanlagen wie das Projekt Gondosolar auf viel Widerstand stossen (SRF, 2022), lohnt es sich, das Potenzial von PV-Anlagen an bestehender alpiner Infrastruktur genauer zu betrach ten. Für die Kombination von Wasserkraft und PV gibt es zwei Varianten: sogenannte floating photovoltaics (FPV) sind auf dem Wasser schwimmende Anlagen, während dam mounted photovoltaics (DMPV) direkt an der Talsperre angebrachte PV-Anlagen sind.Beide Anordnungen besitzen Vor- und Nachteile. Aufgrund der grösseren mögli chen Anlagenfläche auf dem Stausee im Vergleich zur Mauer-/Dammoberfläche ha ben FPV-Anlagen eine grössere potenziel le Energieproduktion als DMPV-Anlagen. Das weltweite Potenzial für schwimmende Photovoltaikanlagen ist in der Grössen ordnung aller aktuell installierten fossilen thermischen Kraftwerke (Almeida et al., 2022). Weiter kann die Ausrichtung von FPV-Anlagen beliebig gewählt werden und ist nicht durch die Talsperre vorgegeben. Andererseits sind die Auswirkungen einer DMPV auf die Landschaft geringer und der Installationsaufwand tiefer, was die Um setzung erleichtert. In der Schweiz gibt es drei bereits realisierte Projekte, die FPVAnlage auf dem Lac des Toules im Kanton Wallis (Romande Energie, 2021) sowie die beiden DMPV-Anlagen an der Albigna-Tal Bild 1: Kriterien und deren Gewichtung, die zur Bewertung der verschiedenen Standorte verwendet wurden, am Beispiel der Bewertungsmatrix für FPV. Der Bonus wurde für Anlagen hinzugefügt, die für zusätzliche kantonale Förderungen infrage kommen. Konkret sind das Anlagen, die in Graubünden liegen und die bestimmten Anforderungen bezüglich der Winterproduktion erfüllen (AEV, 2020).

geeignete Fläche und die daraus resultie rende Produktion abgeschätzt werden. Dazu wurde die nachfolgend beschriebe ne Vorgehensweise verwendet. Die geeigneten Flächen wurden mit ei ner GIS-Analyse ermittelt, wobei drei Eig nungskriterien berücksichtigt wurden: 1) Eine geeignete Fläche soll während mehr als 85 Prozent der Zeit zwischen 09:30 und 15:30 Sonneneinstrahlung aufweisen, d. h. nicht verschattet sein. Diese Zeitpe riode enthält rund 75 Prozent der täglichen Strahlungsenergie, und Beschattungen aus serhalb dieser Zeit sind folglich weniger wichtig. Die repräsentative monatliche Be schattung respektive die Sonneneinstrah lung wurde basierend auf dem digitalen Geländemodell swissALTI3D (Bundesamt für Landestopografie swisstopo, 2022) mit dem Area Solar Radiation Tool von ArcGIS Pro für den 21. Tag jedes Monats eines Jahres bestimmt, wodurch zwölf Beschat tungsraster mit einer räumlichen Auflösung von 30 m erzeugt wurden. Durch Addition der zwölf Monatsraster und Division durch die Gesamtzahl der berücksichtigten Jah resstunden lässt sich der Prozentsatz der Sonnenscheindauer berechnen. 2) Es wur de angenommen, dass FPV-Anlagen nicht auf Grund laufen sollten und folglich inner halb der kleinsten Stauseefläche beim tiefsten Wasserstand, wie er im normalen Betrieb auftritt, zu liegen kommen. Dieses Kriterium soll verhindern, dass Schäden an der schwimmenden Unterkonstruktion auftreten; mittels hochfrequenten Ortho fotos wurde dies abgeschätzt (Planet Labs Inc, 2021). 3) Um zu grosse Kosten beim Netzanschluss zu verhindern, wurde eine Anlage nur innerhalb von 2 km Abstand zum nächsten geeigneten Netzanschluss vorgesehen. Da keine detaillierten Infor mationen zugänglich waren, wurden mög liche Anschlusspunkte aus topografischen Karten abgeschätzt (z. B. Wärterhaus bei Talsperren, Restaurants).

In SUNWELL kann der Benutzer einerseits die Energieerzeugung in Abhängigkeit ei ner gegebenen Ausrichtung (Neigungs winkel und Azimut) berechnen und ande rerseits die Ausrichtung für eine maximale Produktion in einem benutzerdefinierten Zeitraum optimieren lassen (Kahl et al., 2019). Im Rahmen dieser Studie wurden drei Szenarien zur Berechnung der opti malen Ausrichtung der PV-Module be trachtet: Das Hauptszenario (Szenario «Ge samtjahr 60 °») war die Optimierung der Produktion über das Gesamtjahr. Dies ist konsistent mit der GIS-Analyse, die eben falls über das Gesamtjahr erfolgte. In die ser wurden die Neigungswinkel der PVModule auf mindestens 60 ° beschränkt, damit Schnee im Winter abgleitet und Pro duktionseinbussen im Winter reduziert wer den. Als zweites Szenario wurde die spe zifische Produktion (kWh/m²) über die Win termonate Oktober bis März optimiert (Sze nario «Winterhalbjahr 60 °»). Im dritten Sze nario wurde über das Gesamtjahr optimiert und die Beschränkung der Neigungswinkel aufgehoben (Szenario «Gesamtjahr»). Ohne entsprechenden Unterhalt kann starker Schneefall in diesem Szenario die effekti ve Produktion im Winter deutlich reduzie ren. In allen Szenarien bleibt zur Verfügung stehende Grundfläche, auf der PV-Module installiert werden können, gleich wie im Szenario «Gesamtjahr 60 °». Abhängig vom Neigungswinkel der Module ändert sich jedoch die effektive Modulfläche. Fallbeispiel zur Erläuterung der GIS-Analyse Bild 2 zeigt das Resultat der GIS-Analyse am Beispiel des Lago di Luzzone. Die Lage Bild 2: Ergebnisse der GIS-Analyse am Beispiel des Lago di Luzzone. (Quelle Geodaten: Bundesamt für Landestopografie swisstopo).

chen zu identifizieren, die von Oktober bis März zu mehr als 85 Prozent der ge wünschten Zeit nicht beschattet sind. Die Energieproduktion der PV-Module wurde mit SUNWELL bestimmt (Kahl et al., 2019). SUNWELL ist ein Satellitendatengestütztes Modell, das die Energieproduk tion von PV-Modulen unter Berücksichti gung der lokalen Topografie und der zeit lich veränderlichen Oberflächenreflexion (Albedo) berechnet. Die verwendeten Strah lungsprodukte wurden von MeteoSchweiz zur Verfügung gestellt und basieren auf Daten der SEVIRI-Sensoren (Meteosat Second Generation, Schmetz et al., 2002)

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der FPV-Anlage wurde unter Berücksich tigung der folgenden drei Bedingungen festgelegt: 1) Innerhalb der gelb-orange nen Bänder, die einer Sonneneinstrahlung während mindestens 85 Prozent der be trachteten Zeit entsprechen; 2) Innerhalb der minimalen Oberfläche des Sees (ge strichelt violett) und 3) Innerhalb von 2 km (roter Kreis) von einem möglichen Ver bindungspunkt mit dem Elektrizitätsnetz (grünes Fünfeck, hier ein Restaurant res pek tive die Bergstation der Betriebsseil bahn). In diesem Beispiel sind die vorde ren rund zwei Drittel des Sees zu mehr als 85 Prozent des Gesamtjahrs im Schatten, im Winterhalbjahr sogar noch mehr. Die Sperre selbst liegt fast vollständig im stark beschatteten Bereich. In den Zonen mit hoher Einstrahlungsdauer wird die nutz bare Fläche durch die minimale Seefläche bei tiefem Wasserstand hier das Absenk ziel zusätzlich begrenzt. Die Einschrän kung von weniger als 2 km Abstand zum Netzanschlusspunkt begrenzt die Fläche noch weiter. Mit knapp 28 000 m 2 FPV re spektive 480 m 2 DMPV-Modulfläche be findet sich die Produktionserwartung im unteren Drittel der untersuchten Anlagen.

Bilder 3 und 4 zeigen die potenzielle Ener gieproduktion für FPV- und DMPV-Anla gen gemäss den drei untersuchten Szena rien. Für jeden Standort sind daher drei Balken dargestellt, welche jeweils in Som mer- und Winterhalbjahr unterteilt sind. Die Energiemengen entsprechen dem Pro dukt von spezifischem Ertrag in kWh/(a m2) und der ermittelten geeigneten Fläche. Das Produktionspotenzial für FPV-An lagen ist aufgrund der grösseren vorhan denen Flächen deutlich höher als für DMPV-Anlagen. Zudem kann auch die mögliche Optimierung durch SUNWELL einen Einfluss haben: Bei FPV-Anlagen wurde die Azimut-Ausrichtung der PVModule optimiert, wohingegen der Azimut bei DMPV durch die Ausrichtung der Tal sperre vorgegeben wird. Die grösste Jah resproduktion wird erwartungsgemäss im Szenario «Gesamtjahr» erreicht. Im Fall von FPV, die auf der horizontalen See oberfläche liegen, ist ein flacherer Nei gungswinkel von Vorteil für die Gesamt produktion. Die Produktionseinbussen durch die Beschränkung der Neigungs winkel auf 60 ° liegen zwischen 10 bis 15 Prozent. Es ist aber zu beachten, dass eine flachere Neigung zu Verlusten durch Schneeablagerungen führen könnte, wel che in der Modellrechnung nicht berück sichtigt worden sind. Ausserdem ver schiebt sich bei flacheren Modulen ein beträchtlicher Teil der Produktion in die Sommermonate und der wertvolle Winter strom geht somit verloren. Die optimale Ausrichtung der PV-Module ist daher in hohem Masse standort- respektive fall spezifisch. Bei der separaten Betrachtung des Winter- und des Sommerhalbjahres in den verschiedenen Szenarien wird er sichtlich, dass die Winterproduktion im Szenario «Winterhalbjahr 60 °» niedriger ist als in den anderen beiden Szenarien, ob wohl SUNWELL die Ausrichtung der PVModule dahingehend optimiert hat, dass die spezifische Energieproduktion pro Qua dratmeter Moduloberfläche [kWh/(a m 2)] im Winter maximal ist. Grund dafür ist, dass infolge der steiler geneigten PVModule der Abstand zwischen den PVModulen erhöht werden muss; der so genannte Ground Cover Ratio (GCR), d. h. der Anteil der nutzbaren Fläche ohne ge

Bewertung Produktionspotenzialund

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden156 Bild 3: blau.Winterhalbjahrgefärbt,istSommerhalbjahrBalken.StandorthatJedesDMPV-Anlagen.ProduktionBildblau.Winterhalbjahrgefärbt,istSommerhalbjahrBalken.StandorthatJedesFPV-Anlagen.ProduktionJährlichefürSzenariofürjedeneinenDasroteindas4:JährlichefürSzenariofürjedeneinenDasroteindas

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Die Anwendung der Bewertungsmatrizen auf sämtliche untersuchte Standorte führt zu den in den Bildern 5 und 6 ersichtlichen Ranglisten für FPV und DMPV. Die Balken für die jeweiligen Standorte sind gemäss den drei Hauptkategorien unterteilt, um die Stärken und Schwächen der Standorte sichtbar zu machen. Zur weiteren Diskussion wurden die Standorte in fünf Gruppen eingeteilt: Spit zengruppe, Oberes und Unteres Mittelfeld, Schlussgruppe sowie ausgeschlossene Standorte. Die Standorte der Spitzengrup pe sind am besten geeignet und weitere Studien zur Machbarkeit sind empfehlens wert. Standorte im oberen Mittelfeld soll ten in Anbetracht der ambitionierten Ziele der ES2050 ebenfalls berücksichtigt wer den. Die Standorte im unteren Mittelfeld können weiterverfolgt werden, sofern die negativen Aspekte vertretbar sind (z. B. Tangierung von Schutzgebieten). Zudem rung der Talsperre luftseitig angeordnet werden, wodurch mehr Fläche als bei ei ner wasserseitigen Anordnung zur Ver fügung steht. Insbesondere bei Emosson ist die mögliche Energieproduktion für «Winterhalbjahr 60 °» höher als in den bei den anderen Szenarien. Grund dafür ist erneut der GCR: im Fall von DMPV, die auf den stark geneigten bis vertikalen Tal sperren montiert werden, führt ein steile rer Neigungswinkel zu einem grösseren GCR und somit zu einer grösseren Modul fläche. Dieser Unterschied ist ausgepräg ter bei Bogenmauern wie Emosson, als bei Gewichtsmauern wie z. B. Salanfe, Muttsee und Gelmer. Falls die Module in der praktischen Umsetzung als geschlos sene Fläche im Winkel der Talsperre mon tiert werden, wäre diese Überlegung aller dings hinfällig. Jedoch ist dann aufgrund der suboptimalen Winkel mit einer niedri geren Produktion zu rechnen. genseitige Beschat tung wird kleiner. Die spezifische Ertragssteigerung im Winter durch steilere Neigungswinkel kann den Flächenverlust aufgrund des kleineren GCR nicht ausgleichen. Das Szenario «Winterhalbjahr 60 °» zeigt demnach aus Sicht der Gesamtproduktion keine Vorteile für FPV-Anlagen. Die Produktion pro Qua dratmeter Moduloberfläche ist speziell im Winter jedoch grösser als im Szenario «Gesamtjahr 60 °». Wirtschaftlich gesehen ist dies vorteilhaft, weil dadurch die Amor tisierungszeit verkürzt wird. Welche Va riante sinnvoller ist und ob zeitweise eine gegenseitige Be schat tung zugelassen werden soll, muss in detaillierteren, stand ortspezifischen Studien untersucht wer den.Bei den DMPV-Anlagen weisen vier Standorte eine deutlich höhere Jahres produktion auf. Bei diesen vier Standorten kann die PV-Anlage aufgrund der Orientie Bild 5: Rangliste der Hauptkategorie.punktzahlzeigtDerfünfUnterteilunglagentenderBildHauptkategorie.punktzahlzeigtDerinderFPV-AnlagenbetrachtetenmitUnterteilungfünfKategorien.ersteBalkendieMaximalinjeder6:RanglistebetrachteDMPV-An-mitderinKategorien.ersteBalkendieMaximalinjeder

muss weiter abgeklärt werden, ob das vorhandene Produktionspotenzial für eine wirtschaftliche Umsetzung reicht. Stand orte in der Schlussgruppe haben ein ge ringes Potenzial und weitere Studien dazu wären daher von niedrigerer Priorität. Für die ausgeschlossenen Standorte hat die GIS-Analyse bereits gezeigt, dass die Son neneinstrahlung nicht für eine Weiterver folgung ausreicht.

Der Standort mit dem grössten Produk tionspotenzial ist die Talsperre Santa Maria unmittelbar südlich des Lukmanierpasses. In diesem Fall könnten 55 bis 65 GWh/a mit FPV und rund 300 MWh/a mit DMPV erzeugt werden. Aufgrund der Lage auf der Nord-Süd ausgerichteten Passhöhe ist die Horizontlinie sehr tief und die möglichen Sonnenstunden entsprechend hoch – ins besondere auch im Winterhalbjahr. Mehr als die Hälfte des Sees ist während mehr als 95 Prozent der Zeit zwischen 9:30 und 15:30 Uhr im Gesamtjahr respektive rund ein Drittel des Sees im Winterhalbjahr be strahlt (Bild 7). Angesichts der Lukmanier pass-Nationalstrasse, der Hochspannungs leitung über den See und eines Mobilfunk masts werden die zusätzlichen landschaft lichen Auswirkungen der PV-Anlagen als gering beurteilt. Jedoch befindet sich direkt neben dem See ein im nationalen ökologi schen Netzwerk (REN réseau écologique national) inventarisiertes Feuchtgebiet und ein zum Bundesinventar der Landschaften und Naturdenkmäler (BLN) gehörendes Gebiet, sodass die Gesamtbewertung des Kriteriums «Akzeptanz» bei 1 Punkt von maximal 1,5 für FPV respektive 0,9 von maximal 1,3 für DMPV zu liegen kommt. Ob und in welchem Ausmass die inventa risierten Schutzgebiete durch PV-Anlagen beeinträchtigt wären, müssen detailliertere Untersuchungen zeigen. Im Kriterium «En ergie und Potenzial» ist zu erkennen, dass vor allem für DMPV die Bewertung trotz der optimalen Ausrichtung der Mauer nach Süden relativ klein ist. Grund dafür ist, dass die PV-Module nur wasserseitig installiert werden können und die verfügbare Fläche für DMPV entsprechend klein ist. Im Kri terium «Wirtschaftlichkeit» erhält dieser Standort einen Bonus von 0,5 Punkten, da die Anlage im Kanton Graubünden liegt und aufgrund der hohen erwarteten Winter produktion möglicherweise von einer kan tonalen Förderung profitieren kann (AEV, 2020)

Auffällig ist, dass die Wirtschaftlichkeit des Standorts im Vergleich zur Spitzengruppe –aufgrund der Lage auf rund 2500 m ü.M. und dem damit verbundenen erhöhten In stallationsaufwand eher schlecht beurteilt wurde. Die veranschlagten Investitionskos ten von rund 3,6 CHF/kWp (Luzerner Zeitung, 2021) sind auch fast doppelt so hoch wie bei Albigna (1,7 CHF/kWp) (ewz, 2020), was die Bewertungsmethodik der Wirt schaftlichkeit grundsätzlich bestätigt. Das Demonstrationsprojekt der FPVAnlage beim Lac des Toules verfügt über 2000 m 2 Modulfläche auf etwas mehr als 6000 m 2 Seefläche mit einer Produktions erwartung von 0,8 GWh/a. Romande Ener gie plant jedoch eine Erweiterung der An lage bis auf 35 Prozent der Seefläche, was rund 210 000 m 2 entsprechen würde, bei einer Produktionserwartung von 22 GWh/a (Romande Energie, 2021). Im Rahmen die ser Arbeit wurde eine deutlich kleinere FPV-Anlage mit 78 400 m 2 (4 GWh/a) vor geschlagen. Der Unterschied stammt aus der Annahme, dass die PV-Module nicht auf Grund laufen dürfen. Im Projekt Les Toules können die PV-Module jedoch trockenfallen, da der Seegrund im hinte ren Teil sehr flach verläuft und somit keine Schäden an der Unterkonstruktion erwar tet wurden. Die Änderung des Anstellwin kels durch das Stranden der Module könn te jedoch einen Einfluss auf die Produktion in Zeiten mit tiefem Wasserstand haben. Ähnlich wie beim Muttsee wird auch hier die spezifische Produktion im Vergleich zu den Werten der Betreiber unterschätzt. Die Differenz ist noch etwas grösser, weil die Neigungswinkel der projektierten Anlage flacher sind als die im Bewertungsszenario «Gesamtjahr 60 °» vorgegebene Grenze von 60 °. Ohne diese Einschränkung (Szenario «Gesamtjahr») berechnet SUNWELL einen Winkel von 43 ° und eine Produktion von 5 GWh/a. Gegenüber dem effektiven Nei gungswinkel von rund 30 ° bei der Anlage Les Toules bleiben trotzdem noch Unter schiede bestehen. Der Einfachheit halber wurden alle Module als monofazial model liert; die installierten Module am Lac des Toules sind jedoch bifazial, was den ver bleibenden Produktionsunterschied erklären kann. Trotz der kleinen Fläche und der tiefen Produktionser war tung platziert die Bewer tungsmatrix Les Toules in die Spitzengrup pe. Das ist vor allem dank der vollen Punkt zahl in der Kategorie Akzeptanz möglich. Aufgrund der starken Nutzung der Land schaft bei Les Toules (Passstrasse GrandSt-Bernard, Höchstspannungsleitung) sind nur wenig zusätzliche negative Auswirkun gen zu erwarten.

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Vergleich mit bestehenden Anlagen Um die Zuverlässigkeit der angewendeten Methode einzuschätzen, wurde ein Ver gleich mit den drei bestehenden PV-Anla gen Albigna, Muttsee und Les Toules so wie einer projektierten Anlage am Lago di Lei durchgeführt. Albigna ist eine DMPVAnlage im Val Bregaglia / Bergell im Kanton Graubünden, welche seit Sommer 2020 in Betrieb ist. Es gibt PV-Module wasserseitig auf einer Länge von 670 m und die erwar tete Stromproduktion liegt bei 500 MWh/a (ewz, 2020). Im ersten Jahr hat die Anlage 527 MWh produziert (ewz, 2021). Diese Da ten zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Resultaten dieser Studie. Die mit der GIS-Analyse abgeschätzte mögliche Län ge der PV-Module von 755 m liegt um 13 Prozent höher, aber die Produktion stimmt mit 502 bis 530 MWh/a gut überein. Die Be wertung stimmt ebenfalls gut überein, denn Albigna erzielt in der Matrix die höchste Punktzahl aller DMPV-Anlagen mit guten Bewertungen in allen Kategorien (Bild 6) Eine zweite DMPV-Anlage wurde im Sommer 2021 am Muttsee im Kanton Gla rus durch die Axpo AG und IWB gebaut. Am 8. Oktober 2021 wurde sie in Betrieb genommen, auch wenn der Bau der voll ständigen 10 000 m 2 voraussichtlich erst im August 2022 fertiggestellt wird (Axpo, 2021a). Diese grosse Fläche von PV-Mo dulen ist trotz der geringen Höhe der Sper re (37 m) aufgrund der luftseitigen Anord nung und der fast einen Kilometer langen Mauer möglich (STK, 2021). Die Produk ti onserwartung von 3,3 GWh/a (Axpo, 2021b) ist deutlich grösser als die 2 GWh/a, die mit SUNWELL im Rahmen dieser Arbeit ab geschätzt wurde. Einerseits liegt dies an der grösseren PV-Modulfläche; in dieser Studie wurde die Fläche der Hochwasser entlastung bewusst freigehalten, wohinge gen sie im Projekt bedeckt wurde. Zudem wird vermutet, dass dieser Unterschied teilweise auch auf eine Überschätzung des Herstellers respektive auf ungenaue Para metereingaben in das SUNWELL-Modell zurückzuführen sein könnte. So waren z. B. die Effizienz der Muttseeanlage und ihre Bifazialität zum Zeitpunkt der Studie noch nicht bekannt. Bifazialität beschreibt die Möglichkeit resp. Effizienz der Strompro duktion von der Rückseite der Module; im Vergleich zu monofazialen PV-Modulen sind 5 bis 30 Prozent höhere Erträge mög lich (Frontini et al., 2019). Die Bewertungs matrix platziert Muttsee im oberen Mittel feld und würde eine Umsetzung der Anla ge empfehlen, was sich offensichtlich mit den Einschätzungen der Betreiber deckt.

Fallbeispiel eines günstigen Standorts für den Bau von FPV- und / oder DMPV-Anlagen

Ziel dieser Studie war neben der Entwick lung einer Bewertungsmethodik auch die Abschätzung des Potenzials von PV-An lagen an Speicherseen in der Schweiz.

Am Lago di Lei soll noch 2022 eine 550 m lange und 1795 m 2 grosse DMPV-Anlage mit einer erwarteten Jahresproduk tion von 380 MWh/a wasserseitig installiert werden (ewz, 2021; pv magazine, 2022). In der Be wer tungsmethode wurde für diesen Stand ort eine etwas kürzere Anlagenlänge von ungefähr 520 m angesetzt, wodurch auch die mit 1520 m 2 abgeschätzte Gesamt modulfläche kleiner ausfällt als projektiert.

Die berechnete Jahresproduktion von 400 Mwh/a liegt nur 5 Prozent über dem vom Betreiber erwarteten Wert. In der Be wertung liegt der Standort im oberen Mit telfeld und verpasst die Spitzengruppe nur knapp (Bild 6)

• Diese Analyse umfasst 23 ausgewählte Speicherseen mit 26 Sperren. Dazu ge hören die meisten der grössten Stau seen der Schweiz, aber nicht alle. Für die FPV wichtige Speicher mit grossen Flächen wie der Sihlsee oder der Wägi talersee wurden hier aufgrund der tiefe ren Höhenlage nicht untersucht. Das gleiche gilt für DMPV, speziell an Sper ren, wo eine luftseitige Installation mög lich wäre, wie beispielsweise Lago Sella oder Robiei. Mit der Anwendung der Methode auf alle Speicher in der Schweiz wird geschätzt, dass das Potenzial eher zwischen 500 1000 GWh/a für FPV und 15 20 GWh/a für DMPV liegen könnte.

Auf Basis des Szenarios «Gesamtjahr 60 °» und unter Ausschluss der Schlussgruppe wurde eine Bandbreite für die mögliche Jahresproduktion vorgeschlagen. Die un tere Grenze der Produktionserwartung ent spricht der Summe der Produktion der An lagen der Spitzengruppe und des oberen Bild 7: Ergebnisse der GIS-Analyse am Beispiel des Stausees Santa Maria (Quelle Geodaten: Bundesamt für Landestopografie swisstopo).

den Effekt noch weiter (Dujardin et al., 2021). So können das Netz entlastet und Überkapazitäten vermieden werden.

• Die hohe Bedeutung der Energieerzeu gung in den Wintermonaten sollte ein zentraler Punkt bei der Bewertung zu künftiger Investitionen im Energiebereich werden. Die gezielte Förderung von An lagen mit steilen Neigungswinkeln im Mittelland (BFE, 2022) ist ein Schritt in diese Richtung.

• Die vorgenommene Bewertung und Pro duktionsabschätzung beruhen auf ver einfachenden Annahmen. Die Annah men, dass FPV-Anlagen nicht stranden dürfen, führt bei vielen Standorten zu Mittelfelds. Die obere Grenze beinhaltet zu sätzlich die Anlagen im unteren Mittelfeld. Es resultieren 347 bis 455 GWh/a für FPV und 11,5 bis 14,5 GWh/a für DMPV. Im Hin blick auf die Energieperspektiven 2050 + gemäss BFE (2020) sollte die Energiepro duktion aus PV bis 2050 von heute 2 TWh/a um 32 TWh/a gesteigert werden. Das heisst, dass die ermittelten Zahlen für FPV nur 1,1 bis 1,4 Prozent bzw. für DMPV so gar nur 0,04 bis 0,05 Prozent der geplanten Steigerung ausmachen. Auch wenn der Beitrag zur schweizweiten Jahresstrom produktion insgesamt gering ausfällt, sind folgende Punkte zu beachten:

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• PV-Anlagen an bestehender Infrastruk tur schonen die Berglandschaft und natür liche Ressourcen im Vergleich zu Gross anlagen auf Freiflächen (z. B. Gondo solar) und sollten daher prioritär berück sichtigt werden.

• Bei unterschiedlicher Wetterlage im Mit telland und in den Bergen komplemen tieren sich die Produktionsprofile, d. h. alpine PV-Anlagen produzieren oft, wenn es im Mittelland bewölkt ist, und um gekehrt. Eine Kombination mit Windkraft anlagen verstärkt diesen ausgleichen

Schlussfolgerungen

duktion von rund 2 TWh/a nicht unerheb lich und die Bewertungsmethodik liefert eine Priorisierung für detailliertere Mach barkeitsstudien. Zudem kann die Methode auf alle Speicher der Schweiz ausgeweitet werden, um das schweizweite Potenzial abzuschätzen und zu entscheiden, ob ei ne gezielte Förderung von PV-Anlagen mit hoher Winterproduktion sinnvoll ist.

Aspekte, u. a. im Zusammenhang mit der Talsperrensicherheit, die noch weiter ver tieft werden müssen. In dieser Studie wur den zwar Eis und Schwemmholz für die Be wertung von FPV-Anlagen berücksichtigt, es wurde jedoch davon ausgegangen, dass ein Losreissen der FPV-Module mit tech nischen Mitteln verhindert werden kann. Die Talsperrensicherheit muss sowohl für FPV- als auch DMPV-Anlagen immer obers te Priorität haben. Auch bei Extremhoch wasser darf es zum Beispiel nicht zum Losreissen der FPV-Module kommen, wel che zu einer Verklausung am Wehrbau werk der Hochwasserentlastungsanlage führen könnten. Ebenso muss die geodä tische Überwachung der Stauanlagen auch bei auf der Talsperre montierten DMPVModulen weiterhin möglich sein. Das in dieser Studie ausgewiesene Potenzial ist gemessen an der aktuellen PV-Jahrespro einer deutlichen Reduktion der geeigne ten Fläche. Am Beispiel von Les Toules wurde gezeigt, dass das Produk tions potenzial deutlich vergrössert wird, wenn das Stranden von FPV-Anlagen zuge lassen werden kann. Der Abstand zum nächsten Netzanschluss ist mit grosser Unsicherheit verbunden und limitiert ak tuell bei gewissen Standorten die ver fügbare Fläche ebenfalls stark. Weiter wurden alle Module als monofazial mo delliert; die Verwendung von bifazialen Modulen würde die Produktion um 5 bis 30 Prozent erhöhen und sollte im Rah men weiterer Wirtschaftlichkeitsbetrach tungen berücksichtigt werden. Eine detaillierte Betrachtung der Wirtschaft lichkeit im Sinne einer Investitionsrechnung geht über die Ziele dieser Studie hinaus. Zusätzlich gibt es noch einige technische AEV.Quellen:(2020). Förderprogramm Kanton Graubünden, Photovoltaikanlagen für Winterstrom, Leitfaden und Bedingungen. (Amt für Energie und Verkehr Graubünden AEV) Almeida, R.M., Schmitt, R., Grodsky, S.M., Flecker, A.S., Gomes, C.P., Zhao, L., Liu, H., Barros, N., Kelman, R. & McIntyre, P.B. (2022). Floating solar power could help fight climate change – let’s get it right. Nature, 606. https://doi.org/10.1038/d41586 022 01525 1 An, Y., Fang, W., Ming, B. & Huang, Q. (2015). Theories and methodology of complementary hydro/photovoltaic operation: Applications to short term scheduling. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 7 (6), 063133. doi: 10.1063/1.4939056 Axpo (2021a). Alpinsolar, Zugriff am 02.09.2021 auf Axpohttps://www.alpinsolar.ch/ch/de/home.html(2021b).DiegrösstealpineSolaranlage der Schweiz. (Factsheet). Zugriff am 02.09.2021 16(6).evolutionoptimizationDujardin,https://www.swisstopo.admin.ch/de/home.htmlGeodatenBundesamtmedienmitteilungen/mmwww.bfe.admin.ch/bfe/de/home/news–ausAnpassungBFEEnergiefassungBFEfürInkrafttretenBFEderBFEUmweltIndikatorenBAFUdownloads/211008_ALPIN_FS_Alpinhttps://www.alpinsolar.ch/content/dam/alpinsolar/aufSolar_DE.pdfetal.(2020).KlimawandelinderSchweiz.zuUrsachen,Auswirkungen,Massnahmen.ZustandNr.2013:105S.(2012).DasPotenzialdererneuerbarenEnergienbeiElektrizitätsproduktion.(BundesamtfürEnergieBFE)(2018).Energiestrategie2050nachdemdesneuenEnergiegesetzes.(BundesamtEnergieBFE–AbteilungMedienundPolitik)(2020).Energieperspektiven2050+,Zusammen­derwichtigstenErgebnisse.(BundesamtfürBFE–SektionAnalysenundPerspektiven)(2022).BundesratstartetVernehmlassungzurderFörderinstrumentefürdieStromproduktionerneuerbarenEnergien(BundesamtfürEnergieBFEMedienmitteilungen),Zugriffam27.05.2022aufhttps://undmedien/test.msgid87797.htmlfürLandestopografieswisstopo(2022).undApplikationen.Zugriffam27.05.2022aufJ.,Kahl,A.&Lehning,M.(2021).Synergisticofrenewableenergyinstallationsthroughstrategy.Environmentalresearchletters,https://doi.org/10.1088/17489326/abfc75

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Gioele Maddalena, D BAUG, ETH Zürich, gioele.m.96@gmail.com Dr. Benjamin Hohermuth, VAW, ETH Zürich, hohermuth@vaw.baug.ethz.ch Dr. Frederic Evers, VAW, ETH Zürich, evers@vaw.baug.ethz.ch Prof. Dr. Robert Boes, VAW, ETH Zürich, boes@vaw.baug.ethz.ch Dr. Annelen Kahl, SLF annelen.kahl@slf.ch

Die Autoren bedanken sich bei Sara Rytz, die im Rahmen ihrer Masterarbeit an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich im Herbst semester 2020 eine Vorgänger studie zur PV-Potenzialabschätzung an Talsperren er arbeitet hatte.

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Danksagung

1. Einleitung Speicherkraftwerke erlauben einen Betrieb, der die schwankende Stromnachfrage fle xibel ausgleicht. Die häufigen Änderungen der Stromproduktion, in der Regel mehr mals pro Tag, haben eine hohe Variabilität des Abflusses zur Folge (Schwall-Sunk).

Speicherkraftwerke erlauben einen Betrieb, der die schwan kende Stromnachfrage flexibel ausgleicht. Die häufigen Ände rungen der Stromproduktion, in der Regel mehrmals pro Tag, haben eine hohe Variabilität des Abflusses zur Folge (SchwallSunk). Diese unnatürlichen Abflussschwankungen führen zu vielfältigen Beeinträchtigungen der Gewässerökologie in der Rückgabestrecke.2011wurdein der Schweiz die Gewässerschutzgesetz gebung revidiert. Die neuen rechtlichen Vorgaben schreiben die Sanierung von wesentlichen ökologischen Beeinträchti gungen durch Schwall-Sunk vor. Im Rahmen einer strategi schen Planung wurden schweizweit 675 Wasserkraftwerke bezüglich Schwall-Sunk untersucht. 100 Speicherkraftwerke wurden als sanierungsbedürftig eingestuft. Die Dämpfung der hydrologischen Auswirkungen von Schwall-Sunk kann primär durch bauliche Massnahmen, auf Antrag der Kraftwerksbetreiber aber auch mit betrieblichen Massnahmen erreicht werden. Im Vordergrund stand in der Massnahmenplanung bislang der ober- und unterirdische Bau von Retentionsvolumina, allenfalls gekoppelt mit betrieb lichen Massnahmen. In diesem Artikel sind grundsätzliche Überlegungen zu Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) und zur ökologi schen Sanierung von Schwall-Sunk mit BESS zusammenge stellt. Mittels einer wirtschaftlichen Berechnung wird aufge zeigt, dass BESS für ausgewählte Speicherkraft werke eine Alternative zum Bau von Retentionsvolumina darstellen könn te. Résumé Les centrales à accumulation permettent une exploitation qui atténue de manière flexible les fluctuations de la demande en électricité. Les changements fréquents de la production d’électricité, en général plusieurs fois par jour, entraînent une grande variabilité du débit (éclusées). Ces variations de débit non naturelles entraînent de multiples atteintes à l’écologie des cours d’eau dans la zone de restitution. En 2011, la législation sur la protection des eaux a été ré visée en Suisse. Les nouvelles dispositions légales pres crivent l’assainissement des atteintes écologiques majeures dues aux éclusées. Dans le cadre d’une planification straté gique, 675 centrales hydroélectriques ont été examinées dans toute la Suisse au regard des éclusées. Cent centrales à accumulation ont été classifiées comme nécessitant un as sainissement.L’atténuation des effets hydrologiques des éclusées peut être obtenue en premier lieu par des mesures de construc tion, mais aussi, à la demande des exploitants de centrales, par des mesures d’exploitation. Jusqu’à présent, la planifica tion des mesures s’est concentrée sur la construction de vo lumes de rétention en surface et en sous-sol, éventuellement couplée à des mesures d’exploitation. Cet article présente des réflexions de base sur les sys tèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) et sur l’as sainissement écologique des éclusées à l’aide des BESS. Un calcul économique montre que les BESS pourraient consti tuer une alternative à la construction de volumes de rétention pour certaines centrales à accumulation.

unter Schwall-Sunk-Betrieb über den gan zen Winter gemittelt eine wesentlich grös sere Distanz bewältigen als unter natürli chen Bedingungen (Bätz et al., 2022) Auch Invertebraten, die eher stabile Habitatseigenschaften (d. h. über Wochen / Monate) bevorzugen, können dynamische Standorte nur schwer besiedeln. Durch die abrupte Erhöhung der Fliessgeschwindig keit bei Schwall können sich Invertebraten nicht mehr am Substrat halten oder recht zeitig im Kieslückensystem verstecken und werden von der Strömung mitgerissen. Das Trockenfallen von Gewässerbereichen bei Sunk kann zu einer um über 80 Prozent er höhten Sterblichkeit der Eier führen und so mit die Anzahl der daraus resultierenden

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Zusammenfassung

Können Batterien zur ökologischen Sanierung von Schwall-Sunk einen Beitrag Diskussionsbeitragleisten?mitgrundsätzlichen

Carlos R. Wyss, Jannik Haas, Stefan Vollenweider

Überlegungen

allem unter dem Sunk-Abfluss. Während der Abflussabnahme können Gewässer bereiche trockenfallen und Fische stran den (Scruton et al., 2003). Doch auch der Mangel an konstanten Abflüssen setzt ihnen zu. Untersuchungen im Alpenrhein zeigen, dass der Schwallbetrieb ein wich tiger ökologischer Stressfaktor sein könn te, der die Motivation zum Aufwandern von migrierenden Arten senkt (Mendez, 2007) Durch Modellierung konnte gezeigt werden, dass die Eigenschaften von Habi taten in Schwall-Sunk-Strecken viel schnel ler und häufiger wechseln als unter natür lichen Bedingungen. Fische, die bestimm ten Habitatseigenschaften folgen, müssen

Diese unnatürlichen Abflussschwankun gen führen zu vielfältigen Beeinträchtigun gen der Gewässerökologie in der Rückga bestrecke (Bruder et al., 2012; Tonolla et al., 2017) Ein durch Schwall-Sunk beeinträchtig tes Fliessgewässer weist vielfältige öko logische Defizite auf (Bruder et al., 2012; Schweizer et al., 2013). Fische leiden vor

Die Schwall-Sunk-Sanierung zielt auf die Dämpfung der Schwall- und Sunkab flüsse sowie der Pegelanstiegs- und Pe gelrückgangsraten ab. Für die Sanierung von Schwall-Sunk werden bauliche Mass nahmen gegenüber betrieblichen Mass nahmen bevorzugt (Art. 39a Abs. 1 GSchG) Typische Beispiele für bauliche Massnah men sind die Schaffung von Retentions volumina zwischen dem Turbinenauslauf und dem Fliessgewässer oder, wenn mög lich, die Ausleitung des turbinierten Was sers in einen See oder in ein grösseres Fliessgewässer. Betriebliche Massnahmen können auf Antrag der Kraftwerkbetreiber

Lar ven massiv reduzieren (Friese et al., 2022) Wasser- und Auenpflanzen können durch den stetigen Wechsel von Über flu tung und Entwässerung sowie durch die Mobilisierung des Substrates bei Schwall erheblichen physiologischen sowie physi schen Belastungen ausgesetzt werden. Somit kann Schwall-Sunk auch erhebliche Auswirkungen auf die Auenbiotope haben (Bejarano et al., 2018) 2011 wurde die Gewässerschutzge setzgebung in der Schweiz revidiert. Das Gesetz verpflichtet die Betreiber von Was serkraftanlagen, Massnahmen zu ergreifen, um die durch Schwall-Sunk verursachten wesentlichen ökologischen Beeinträchti gungen bis 2030 zu beseitigen. Im Rah men einer strategischen Planung wurden schweizweit 675 Wasserkraft werke in Be zug auf Schwall-Sunk untersucht. 100 Spei cherkraftwerke wurden als sanierungsbe dürftig eingestuft (Bammatter et al., 2015)

giespeicherkapazitäten pro Einheitsvolu men haben. In diesem Artikel sind grund sätzliche Überlegungen zu BESS und zur ökologischen Sanierung von Schwall-Sunk mit BESS zusammengestellt. Mittels einer vereinfachten wirtschaftlichen Berechnung wird aufgezeigt, dass BESS für ausge wählte Speicherkraftwerke eine Alterna tive zum Bau von Retentionsvolumina dar stellen könnte. Die Frage, wie BESS in Kom bination mit einem Retentionsbecken be trieben werden könnte, wird in dieser WELAusgabe im Artikel von Höfkes et al. 2022 aufgegriffen (Bat terie-Becken-Hybrid). 2. Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) in der Energiewirtschaft 2.1 BESS im Vergleich zu Energiespeichersystemenanderen

Bild 1: Schematische Veranschaulichung von Energiespeichersystemen, dem möglichen Leistungsbereich und dem Bereich der Entladezeiten (angepasst von Krishan & Suhag, 2019). Der Bereich der Entladezeit und der Leistungsbereich für die Sanierung von Schwall-Sunk in der Schweiz sind an den Achsen fett markiert. Abkürzungen: BESS = Batterie-Energie speichersystem wie z. B. Lithium-Ionen-Grossbatterien; SES = Superkondensator-Energiespeicher; FESS = Schwung rad-Energiespeicher; SMES = Supraleitender magnetischer Energiespeicher; FBES = Durchflussbatterie-Energiespeicher; TES = thermisches Energiespeicher system; HS = Wasserstoffspeicher; CAES = Druckluftspeicher; PHES = (Pump-) Speicherkraftwerk.

Weltweit existieren viele BESS mit mehr als 100 MW Leistung und einer Speicher kapazität von ein paar Stunden (Sandia National Laboratories, 2021)

einbezogen werden. Das Vollzugshilfemo dul «Schwall-Sunk Sanierungsmassnah men» rät, die Möglichkeit einer Kombina tion beider Massnahmenarten in Betracht zu ziehen, um die Effektivität und Verhält nismässigkeit des Sanierungsprojekts zu verbessern (Tonolla et al., 2017) Im Rahmen eines Ausbauprojektes ha ben die Kraftwerke Oberhasli AG (KWO) zwischen 2014 und 2016 in Innertkirchen einen kombinierten Speicher (d. h. oberir disches Retentionsbecken und unterirdi scher Speicherstollen) gebaut, der das turbinierte Wasser gleichmässiger in die Hasliaare zurückgibt. Die erste Wirkungs kontrolle hat Verbesserungen der gewässer ökologischen Situation ergeben (Schweizer et al., 2021) Der Realisierung von oberirdischen Retentionsvolumina sind jedoch Grenzen gesetzt. Der Platzbedarf und die Auswir kungen solcher Bauwerke auf das Land schaftsbild sind gross. Der unterirdische Bau von Retentionsvolumina (Kavernen) kann durch lokale geologische Bedingun gen erschwert werden und zu unverhält nismässig hohen Kosten führen. Kommt dazu die Frage nach der Anpassungsfä higkeit der einmal gebauten Retentions volumina, im Laufe ihrer Lebensdauer von mehreren Dutzend Jahren, auf neue Be triebsanforderungen.Indenvergangenen Jahren machte die Entwicklung von Batterie-Energiespeicher systemen (BESS) einen grossen Schritt nach vorne. Diese Entwicklung wird sich fortsetzen. BESS werden nicht nur günsti ger, sondern werden auch grössere Ener

Es gibt mechanische, chemische, elektro chemische, elektrostatische, elektromag netische und thermische Energiespeicher systeme. Sie unterscheiden sich in Bezug auf Leistungsskala, Reaktionszeit, Energie-/ Leistungsdichte, Lebensdauer, Entladezeit undFürKosten.verschiedene Energiespeichersys teme, wie z. B. Pumpspeicherkraftwerke (PHES in Bild 1) oder Batterie-Energie speichersysteme (BESS in Bild 1), gibt es theoretisch keine Leistungsobergrenze, vorausgesetzt es gibt genügend Platz.

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Wegen der Entstehung von Mega-Batterie fabriken in Europa werden grosse Anstren gungen unternommen, nachhaltige Recy clingmethoden und Alternativen zu ent wickeln (Vandepaer et al., 2019). Es ent stehen zunehmend grosse Unternehmen, die Li-BESS in industriellem Massstab re cyceln können. In der Schweiz hat sich bei spielsweise die upVolt GmbH (Smart City Lab Basel) zum Ziel gesetzt, gebrauchte Li-BESS aufzuwerten und deren Lebens dauer zu verlängern. Die neusten stationären Li-BESS ba sieren auf Lithium-Eisenphosphat und ent halten weder Nickel noch Kobalt. Eisen phosphat hat somit gegenüber Nickel und Kobalt ökologische wie auch ethische Vor teile. Der Abbau von Nickel und Kobalt er folgt in Konfliktgebieten, verbunden mit aus beuterischen Arbeitsbedingungen (Castelvecchi, 2021). Der einzige Nachteil der Li thium-Eisenphosphat-Technologie ist die geringere Energiedichte, die bei stationären Grossbatterien jedoch eine kleinere Rolle spielt. 3. SanierungsystemeBatterie-Energiespeicher(BESS)unddievonSchwall-Sunk 3.1 Speicherkraftwerk gekoppelt mit einem BESS Die Sanierung der ökologischen Beein trächtigungen durch Schwall-Sunk erfolgt meistens durch den Bau eines Retentions beckens. Mit dem zusätzlich geschaffenen Rückhaltevolumen lässt sich die Abflussresp. die Pegeländerungsrate bei der Was serrückgabe reduzieren. Als Alternative zu Retentionsbecken schlagen Anindito et al. (2019) den Einsatz von BESS vor. Anstatt das turbinierte Wasser zwischenzuspei chern, wird elektrische Energie zeitweise tätswerk Jona-Rapperswil (EWJR) erstell te Li-BESS mit einer Leistung von 2 MW. Im Fall der Li-BESS der EKZ wurden Leis tungssprünge von 2 MW (von -1 MW auf +1 MW und umgekehrt) in weniger als einer Sekunde gemessen (Koller et al., 2015). Die beiden Schweizer Li-BESS haben auf grund der schnellen Reaktionsgeschwin digkeit Anspruch auf den Energierege lungsmarkt und könnten dadurch rentabel werden.Neben der schnellen Reaktionsge schwindigkeit zeichnen sich Li-BESS durch eine relativ geringe Selbstentladung (1 bis 2 Prozent pro Tag), ein geringes Gewicht (im Vergleich zu anderen Batterietypen) und einen hohen Speicherwirkungsgrad (85 bis 95 Prozent der eingesetzten Energie) aus (Krishan & Suhag, 2019)

2.3 Überlegungen zu den Umwelt belastungen von Lithium-IonenGrossbatterien (Li-BESS) Offen bleiben Fragen zur Umweltbelas tung von Li-BESS (Vandepaer et al., 2019), insbesondere, weil die derzeitigen Metho den der Lithiumgewinnung mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden sind. Das meiste Lithium wird heute im Lithiumdrei eck in der Atacamawüste gewonnen (Ar gentinien, Bolivien und Chile). Im Lithium dreieck wird die Hälfte der welt weiten, li mitierten Lithiumreserven vermutet.

Das Ende der Lebensdauer einer LiBESS wird arbiträr mit dem Erreichen ei nes Kapazitätsabfalls von 20 Prozent in Bezug auf seine nominelle Kapazität defi niert. Das entspricht ca. 10 000 Ladezyk len. Bei zwei bis drei Zyklen pro Tag er reichen Li-BESS damit eine Lebensdauer von 10 bis 13 Jahren. Danach könnten sie ersetzt werden, damit sie weiterhin wie geplant betrieben werden können.

In diesem Artikel beschränken wir unsere Analyse auf die Verwendung von LithiumIonen-Grossbatterien (Li-BESS), weil sich dieses System aus betriebswirtschaftlichen Gründen wegen der breiten Verwendung, des breiten Entladezeitraumes und des Leistungsspektrums (vgl. Bild 1) vermutlich am besten für die Sanierung von SchwallSunk eignet.

2.2 Verwendung von Lithium-IonenGrossbatterien (Li-BESS) Li-BESS sind nach den Pumpspeicher werken die weltweit meist gebauten Ener giespeicher, und sie sind die am schnells ten wachsende Speichertechnologie über haupt (McKerracher et al., 2020; Vandepaer et al., 2019). Projektionen zeigen für 2028 eine weltweite Kapazität von 200 GW (McKerracher et al., 2020). Zudem ist zu erwarten, dass sich die Nachfrage nach Li-BESS bis 2029 verzehnfachen wird (Kane, 2020). Dennoch dominieren Wasser speicherkraftwerke weltweit den Markt für Energiespeicherung. Die Stauseen aller be stehenden konventionellen Speicherkraft werke zusammen können insgesamt 1500 Terawattstunden (TWh) an elektrischer Energie speichern das entspricht fast der Hälfte des derzeitigen jährlichen Strom bedarfs der Europäischen Union. Das ist etwa 170 Mal mehr Energie, als die welt weite Anzahl der Pumpspeicherkraft werke heute speichern kann und etwa 2200 Mal mehr als die gesamte Li-BESS-Kapa zität, einschliesslich derjenigen von Elek trofahr zeugen (International Energy Agency, 2021). In der Schweiz bestehen erste Erfah rungen mit Li-BESS zur Energiespeiche rung. In Volketswil steht eine von den Elek trizitätswerken des Kantons Zürich (EKZ) erstellte Li-BESS. Sie hat eine Leistung von 18 MW. In Jona steht eine vom Elektrizi Bild 2: Mögliches Betriebsprinzip eines Speicherkraftwerkes, das mit einem BESS gekoppelt ist. Mit dem BESS ist es möglich, die Turbinen-Stromproduktion langsamer hoch- resp. herunterzufahren. Dies führt zu einer Reduktion der Abflussresp. Pegeländerungsrate unterhalb der Wasserrückgabe (Schwall- resp. Sunkrate).

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Erwähnenswert ist auch ein vorteil hafter Aspekt der Kopplung von BESS mit Speicherkraftwerken. Heutzutage nehmen die Bedeutung und der Bedarf an primärer Frequenzregelung von Wasserkraftwerken aufgrund des steigenden Anteils an schwan kenden erneuerbaren Energiequellen deut lich zu. Dies bringt das Problem der zu nehmenden Abnutzung der Turbinen mit sich (Yang et al., 2016). BESS werden be reits heutzutage eingesetzt, um die schnel len Änderungen des Energiebedarfs aus zugleichen, sodass die Turbinen gleich mässiger und im optimalen Betriebsbereich laufen können, wodurch ihre Abnutzung verringert wird (Bellgraph et al., 2021). 3.2 Investitionskosten von Retentions becken und LithiumIonen-Grossbatterien (Li-BESS) Erfahrungswerte in der Schweiz zeigen, dass die Investitionskosten pro m 3 Reten tionsvolumen zwischen CHF 240 und 850 pro Kubikmeter variieren, je nach örtlichen Gegebenheiten. Die Dimensionierung des Retentionsbeckens und damit das Rück haltevolumen für die ökologische Sanierung eines Speicherkraftwerkes hängt massgeblich von den hydrologischen Anforde rungen bei der Rückgabe des turbinierten Wassers ab. Für ein Retentionsbecken in der Grösse von 6000 m 3 muss mit Kosten zwischen CHF 1,4 Mio. und CHF 5,1 Mio. gerechnet werden. Ein Retentionsbecken in der Grösse von 80 000 m 3 kostet demnach zwischen CHF 19,2 Mio. und CHF 68 Mio.,

je nach lokalen Gegebenheiten. Retentions becken sind auf eine Betriebsdauer von bis zu 80 Jahren ausgelegt. Die Kostenbetrachtungen zu BESS sind etwas komplizierter. Zur Vereinfachung wer den Zahlen zu Lithium-Ionen-Grossbatte rien (Li-BESS) beigezogen. Li-BESS sind eine kommerziell verbreitete Technologie. Aufgrund immer weiter sinkender Kosten wird für die Zukunft neben dem Einsatz in Elektroautos auch von einer starken Zu nahme stationärer Anwendungen, z. B. zur Sicherung der Netzstabilität, ausgegan gen (Beuse et al., 2020). Heute liegen die Energiespeicherkosten für Li-BESS bei knapp 200 CHF/kWh. Viele Studien deu ten auf eine weitere Kostensenkung um mindestens 50 Prozent bis zum Jahr 2050 hin (Cole et al. 2021). Für eine Investitions rechnung sind ausserdem die Leistungs aufnahme, die Entladezeit, die Anzahl La dezyklen sowie die Kosten für Betrieb und Unterhalt einzubeziehen. Zur Berechnung stellen Schmidt et al. (2019) ein Onlinetool zur Verfügung.FüreinBerechnungsbeispiel

• Leistung: 10 MW • Entladezeit: 1 Stunde

3.3 Überlegungen zum Potenzial Schwall-Sunk(Li-BESS)Lithium-Ionen-GrossbatterienvonzurSanierungvon

Mittels der Ausbauwassermenge und der Leistung ab Generator des Speicher kraftwerkes wird in einem zweiten Schritt ermittelt, wie viel elektrische Energie er zeugt wird, bis das entsprechende Becken gefüllt wird. Ein fiktives Speicherkraftwerk mit einer Leistung ab Generator von 15 MW und einer Ausbauwassermenge von 5 m 3 pro Sekunde würde gut 25 MWh bis zur kompletten Füllung des Beckens mit ei nem Volumen von 30 000 m 3 erzeugen.

Der Batterie-Becken-Hybrid wird im Arti kel von Höfkes et al. (2022) ausführlich be schrieben.Austechnischen

den. Dieser vereinfachte Vergleich geht von folgenden Annahmen aus: • Ein Li-BESS wird als Alternative zu einem Retentionsbecken zur Sanierung von Schwall-Sunk ein gesetzt. Die Verbindung einer Batterie mit einem Retentionsbecken (BatterieBecken-Hybrid) wird im Artikel von Höfkes et al. (2022) besprochen, vgl. Artikel in dieser WEL-Ausgabe.

In einem ersten Schritt werden für den Vergleich die Investitionskosten für die Beckengrössen 30 000 m 3 und 80 000 m 3 berechnet. Dies entspricht einer mittleren und einer grösseren Beckengrösse, wel che zur Schwall-Sunk-Sanierung eines Speicherkraftwerkes geplant werden könn te. Bei Kosten zwischen 240 CHF/m 3 und 850 CHF/m 3 ergeben sich Investitionskos ten in der Grössenordnung von CHF 7,2 Millionen und CHF 25,5 Millionen bei einer Beckengrösse von 30 000 m 3 respektive CHF 19,2 Millionen und CHF 68 Millionen bei einer Beckengrösse von 80 000 m 3 .

• Die Turbinen des Speicherkraftwerkes sind regulierbar.

Die Investitionskosten für eine Li-BESS belaufen sich für dieses einfache Fallbei spiel inklusive Betriebs- und Unterhalts kosten auf CHF 5,2 Mio. Die Lebensdauer der Li-BESS beträgt 10 Jahre. Der Ersatz der Li-BESS würde rund CHF 2,29 Mio. kosten.

• Das Retentionsvolumen des Beckens entspricht umgerechnet der Energie menge, welche vom Li-BESS abge geben werden muss. Dazu gerechnet werden 20 Prozent, um die Energie menge auch nach 10 Jahren noch zu gewährleisten.

• Die Batterieleistung entspricht der Leistung des Speicherkraftwerkes ab Generator.

• Betriebs- und Unterhaltskosten für 10 Jahre: CHF 0,7 Millionen • Ersatz der Li-BESS (nach 10 Jahren): CHF 2,29 Millionen

der In vestitionskosten wurden für eine Li-BESS folgende Parameter angenommen:

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• Zyklen pro Jahr: 600

Gründen können nicht alle Turbinen(typen) die ökologisch erfor derlichen Abfluss- resp. Pegeländerungs rate erreichen. Insbesondere Francis-Tur binen weisen typischerweise eine be grenzte Möglichkeit zur Regulierung im Teillastbereich auf. In solchen Fällen könn te ein BESS zur Sanierung von SchwallSunk nur in Kombination mit einem Turbi nenersatz oder mit dem Einsatz einer zu sätzlichen Turbine zum Überbrücken von gewissen Leistungsschritten eingesetzt werden. Je nach Anlagenkonstellation kann ein solcher Turbinenersatz konzessions rechtliche Folgen haben, was wiederum erhebliche Verfahrensrisiken birgt.

• Lebensende bei 600 Zyklen pro Jahr: 10 Jahre • Energiespeicherkosten der Batterie: 200 CHF/kWh

Das Berechnungstool (www.energystorage. ninja) ergibt folgende Ergebnisse: • Investitionskosten Li-BESS: CHF 4,5 Millionen

Um das schweizweite Potenzial von Li-BESS zur Sanierung von Schwall-Sunk grob ab zuschätzen, können die Investitionskosten für ein Retentionsbecken mit den Investi tionskosten für ein Li-BESS verglichen wer gespeichert und wieder entladen (Bild 2) Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten: BESS lassen sich als Alter native zu Retentionsbecken (und / oder be trieblichen Massnahmen) einsetzen oder aber BESS werden mit einem Retentions becken verbunden (vgl. Höfkes et al., 2022)

In einem dritten Schritt lässt sich nun berechnen, mit welchen Investitionskosten gerechnet werden müsste, falls ein Li-BESS die Schwall-Sunk-Sanierung «übernehmen» würde. Die Li-BESS hätte die Eckwerte 15 MW Leistung, 30 MWh Energieaufnah me (25 MWh plus 20 Prozent, um die Ener giemenge auch nach 10 Jahren noch zu gewährleisten), 600 Speicherzyklen pro Jahr und einer Investitionsdauer von 80 Jahren. Das Tool von Schmidt et al. (2019)

• Die Batterie durchläuft jährlich 600 Ladezyklen und erreicht damit nach 10 Jahren das Lebensende.

Der einfache Vergleich von geschätzten In vestitionskosten für ein Retentionsbecken und für ein Li-BESS als Alternative kann eine Grundlage sein, um zu entscheiden, kommt auf Investitionskosten von CHF 11,85 Millionen für die ersten 10 Jahre. Auf 80 Jahre hochgerechnet ergeben sich da mit Investitionskosten von CHF 63,3 Mil lionen, einschliesslich Batteriewechsel (7 Mal) und der Kosten für Betrieb und Un terhalt. Bei der Hochrechnung auf 80 Jahre liegen die Kosten für den Ersatz der Bat te rie deutlich unter den ursprünglichen An schaffungskosten (CHF 6 Millionen). Die Kosten für Betrieb und Unterhalt werden als konstant angenommen (ca. CHF 1,18 Millionen alle 10 Jahre). In einem letzten Schritt können die In vestitionskosten des Li-BESS (CHF 65 Mi llionen) mit den Investitionskosten des Re tentionsbeckens (CHF 7,2 Millionen bis CHF 25,5 Millionen) verglichen werden. In diesem fiktiven Fallbeispiel wäre das LiBESS als Alternative zu einem Retentions becken deutlich teurer, selbst wenn mit Retentionsvolumenkosten von 850 CHF/m 3 gerechnet werden müsste. Eine solche Berechnung lässt sich für alle sanierungspflichtigen Speicherkraft werke vornehmen. Die entsprechenden Eckwerte können der Statistik der Wasser kraftanlagen (WASTA) für 82 der knapp über 100 sanierungspflichtigen Anlagen entnommen werden. Das Bild 3 zeigt das Ergebnis dieser Berechnung. Das Bild 3 zeigt, dass die Investitions kosten für Li-BESS mit zunehmender Leis Bild 3: Investitionskosten (y-Achse) der sanierungspflichtigen Speicherkraftwerke (farbige Punkte) für Li-BESS als Alternative zu einem Retentionsvolumen als Funktion der maximalen Leistung ab Generator der Anlage (x-Achse). Die Farbe der Punkte gibt zusätzlich den Energiegleichwert der Anlagen an. Die Berechnung wurde für zwei Beckengrössen, A) 30 000 m 3 und B) 80 000 m 3 , und für 82 der knapp 100 sanierungspflichtigen Anlagen gemacht.

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ob eine Li-BESS ins Variantenstudium ein bezogen werden soll. Für eine ausführliche Potenzialbetrachtung und eine Betrach tung im Rahmen des Variantenstudiums selbst, greift der einfache Vergleich aber zu kurz. Es sind weitere, auch grundsätz lichere Überlegungen notwendig und es müssen offene Fragen beantwortet wer

•••den:Einzelfallbetrachtung:IstderBaueinesRetentionsbeckensausräumlichenGründenmöglich?GibtesEinschränkungen,z.B.ausraumplanerischen,geologischenoderlandschaftsschützerischenGründen?WelcheMöglichkeitenergebensichdurchdieKombinationvonRetentionsbeckenundBESS(hybridesBecken-BESS-System)oderbetrieblichenMassnahmenundBESS?LässtsichdurchdieKombinationbspw.eineKaverneverhindernoderdieAuswirkungenaufdasLandschaftsbildreduzieren?LässtsicheinBESStechnischundbetrieblichindasKraftwerkssystemeinbinden(Stichwort:begrenzteRegulierbarkeitderTurbine)?TechnischeundbetrieblicheFragen:WiewirdsichdieFragederbegrenztenRessourcen(Li)unddienotwendigeFragederPriorisierungihrerAnwendungen,z.B.fürdieElektromobilität,entwickeln?WelchenEinflusshatdieEinbindungeinerBESSindenBetriebeinesSpeicherkraftwerkes?DurchdenEinsatzvonBESSistesmöglich,vomEnergieregelungsmarktzuprofitieren.AberwieverlässlichwirddieseEinnahmequelle,wenninZukunftsämtlicheVerbraucheraufBatterienumsteigen(z.B.PhotovoltaikanlagenundBatterienfürdenHausgebrauch)?AllgemeineFragenundFragenzumSanierungsverfahren:WelcheRollespieltBESSzukünftigimStrommarkt?KannderEinsatzvonBESSimregionalenKontextzueinemverändertenBedarfnachSpitzenstromführenunddamitindirektEinflussaufSchwall-Sunkhaben?WiehochistderResidualwerteinerLi-BESS,wenndasBESSfüreinezweiteAnwendungverwendetwird?WelchenEinflusshatdieUmweltverträglichkeiteinerBESSaufdieVerhältnismässigkeit (vgl. auch Kap. 2.3)? tung und zunehmendem Energiegleichwert grösser werden. Der Energiegleichwert de finiert sich als kWh/m 3 und wird aus der maximalen Leistung ab Generator, dividiert durch die Ausbauwassermenge, berechnet. Ausserdem lässt die Grösse des Reten tionsbeckens kaum Rückschlüsse auf die Rentabilität von Li-BESS zu. Für unsere Grundannahme, die Li-BESS als Alternative zu einem Retentionsbecken einzusetzen zeigt sich ein ziemlich deutli ches Bild: Trotz der konservativen Annah men (Li-BESS als Alternative und nicht als Ergänzung zu einem Retentionsvolumen, hohe Investitionskosten für die Energie speicherung, geringe Anzahl von Zyklen bis zum Erreichen des Lebensendes und daher zahlreiche Ersetzungen von Li-BESS über 80 Jahre, Energieüberschuss von 20 Pro zent gegenüber der maximalen Leistung ab Generator) haben wir einige sanie rungspflichtige Anlagen evaluiert, bei de nen sich eine Li-BESS als Alternative zu einem Retentionsbecken finanziell lohnen könnte. Wie bereits mehrfach erwähnt, lie fern Höfkes et al. (2022) Überlegungen zu einem hybriden Becken-BESS-System. 3.4 Diskussion und offene Fragen

Carlos R. Wyss, Wasser Agenda 21, carlos.wyss@wa21.ch Jannik Haas, Senior Lecturer, Department of Civil and Natural Resources Engineering, jannik.haas@canterbury.ac.nz Stefan Vollenweider, Wasser Agenda 21, stefan.vollenweider@wa21.ch

Das Sanierungsverfahren sieht eine vollständige Entschädigung für die Gesamtinvestitionen einschliesslich der mit dem Betrieb verbundenen Kosten für 40 Jahre vor. Gelten BESS als betriebliche oder bauliche Massnahmen?

White Paper: Deployment of Energy Storage to Improve Environmental Outcomes of Hydropower. Beuse,https://www.ntis.gov/aboutM.,Steffen,B.,&Schmidt, T. S. (2020). Projecting the Competition between Energy Storage Technologies in the Electricity Sector. Joule, 4(10), Bruder,https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.0172162–2184.A.,Schweizer,S.,Vollenweider,S.,Tonolla, D., & Meile, T. (2012). Schwall und Sunk: Auswirkungen auf die Gewässerökologie und mögliche Sanierungsmassnahmen. Wasser Energie Luft, 104(2012/4), 257–264. Bruder, A., Vollenweider, S., Schweizer, S., Tonolla, D., & Meile, T. (2012). Schwall und Sunk: Planung und Bewertung von Sanierungsmassnahmen. Möglichkeiten und Empfehlungen aus wissenschaftlicher Sicht. Wasser Energie Luft, 104(2012/4), 265–272. Castelvecchi, D. (2021). Electric cars: The battery challenge. Recycling batteries and reducing the use of scarce metals will be key to the world’s transition to electric vehicles. Springer Nature Limited, 596, 336–339.

genügend grossen Retentionsvolumens nicht zulassen? Die Kombination von BESS mit einem Retentionsbecken wurde in die sem Artikel nicht näher betrachtet, könnte aber eine Möglichkeit sein. Höfkes et al. (2022) machen dazu erste Überlegungen. Allgemein bestehen noch viele offene Fragen. Die Entwicklung rund um BESS ist dynamisch. Es lohnt sich bestimmt, das Thema weiter zu begleiten und einzelne Fragen zum Sanierungsverfahren und BESS anzugehen. Danksagung Wir danken Dr. Nico Bätz (Eawag) für seine Unterstützung bei der Entwicklung der in diesem Artikel vorgestellten Überlegungen.

Der Artikel wurde unter anderem dank den Kommentaren von Dr. Steffen Schweizer (Krarftwerke Oberhasli), Dr. Pedro Manso (EPFL) und Dr. Klaus Jorde (KJ Consult) verbessert. Dieser Artikel wurde ausser dem unterstützt von der German Research Foundation (DFG-NO 805/11-1).

Tonolla, D., Chaix, O., Meile, T., Zurwerra, A., Büsser, P., Oppliger, S., & Essyad, K. (2017). Schwall Sunk –Massnahmen. Ein Modul der Vollzugshilfe Renaturierung der Gewässer. Umwelt Vollzug, 1701. Vandepaer, L., Cloutier, J., Bauer, C., & Amor, B. (2019). Integrating Batteries in the Future Swiss Electricity Supply System: A Consequential Environmental Assessment. Journal of Industrial Ecology, 23(3), Yang,https://doi.org/10.1111/jiec.12774709–725.W.,Norrlund,P.,Saarinen,L.,Yang, J., Guo, W., & Zeng, W. (2016). Wear and tear on hydro power turbines – Influence from primary frequency control. Renewable Energy, 87, 88–95. Autoren:https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.10.009

4. Fazit und Ausblick Die Auslegeordnung in diesem Artikel zeigt, dass Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) bereits heute eine bedeutende energiewirtschaftliche Rolle spielen. Nach den Pumpspeicherkraftwerken sind BESS die weltweit zweitgrössten Energiespeicher, und sie sind die am schnellsten wachsen de Speichertechnologie überhaupt. Die im Titel dieses Artikels gestellte Frage, ob BESS zur Sanierung von SchwallSunk einen Beitrag leisten können, lässt sich noch nicht abschliessend beantwor ten. Heute werden bauliche und allenfalls betriebliche Massnahmen realisiert, um die negativen ökologischen Auswirkungen von Anindito,Quellen: Y., Haas, J., Olivares, M., Nowak, W., & Kern, J. (2019). A new solution to mitigate hydropeaking? Batteries versus re regulation reservoirs. Journal of Cleaner Production, 210, Bammatter,https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.040477–489.L.,Baumgartner,M.,Greuter,L., Haertel Borer, S., Huber Gysi, M., Nitsche, M., & Thomas, G. (2015).

Schwall-Sunk zu minimieren. Hauptsächlich werden Retentionsbecken geplant. Diese sollen das Wasser speichern und gedämpft an das beeinträchtigte Fliessgewässer zu rückgeben. In Kapitel 3 wurde aufgezeigt, dass es theoretisch möglich ist, statt Was ser Energie in BESS zu speichern. Entwe der indem statt eines Retentionsbeckens ein BESS eingesetzt wird oder indem ein BESS in Kombination mit einem Retentions becken realisiert wird. Mit einer vereinfach ten Investitionsvergleichsrechnung wurde dargelegt, dass der Einsatz von LithiumIonen-Grossbatterien (Li-BESS) als Alterna tive zum Bau eines Retentionsvolumens bereits heute für einige Fälle eine attraktive Lösung darstellen könnte (Speicherkraft werke mit geringer Kapazität und niedrigem Energiegleichwert). Für die meisten sanie rungspflichtigen Speicherkraftwerke dürfte sich heutzutage Li-BESS als Alternative zu einem Retentionsbecken finanziell nicht loh nen. Welche Sanierungsvarianten werden aber betrachtet, wenn die örtlichen und geo logischen Gegebenheiten einen Bau eines

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flussen (Bruder et al., 2012). Eine direkte Möglichkeit, im Rahmen einer Sanierung diese Einwirkungen zu minimieren, stellen Ausgleichsbecken dar (z. B. Schweizer et al., 2021). Als bauliche Massnahme zielen diese darauf ab, den Betrieb der Wasser kraftanlagen (WKA) ohne Einschränkungen weiterführen zu können. Neben dem be nötigten Beckenvolumen hängen die Kosten für den Bau von Ausgleichsbecken von di versen Einflussgrössen ab. Diese umfassen unter anderem die Auslegung des Beckens, d. h. ob das Becken ober- oder unterirdisch gebaut werden soll, ob das Becken aktiv oder passiv gesteuert wird, oder ob das tur binierte Wasser über Pumpen zwischenge speichert oder in den Vorfluter abgelassen werden muss (Widmann, 2008). Neben diesen technischen Einflussgrössen kön nen allerdings auch die Kosten für den Landerwerb bzw. überhaupt die Flächen Einleitung Speicherwasserkraft ermöglicht eine fle xible Bereitstellung elektrischer Energie. Neben einer saisonalen Verlagerung der Produktion, z. B. vom Sommer in den Win ter, kann die Strombereitstellung dem im Tagesverlauf wechselnden Bedarf unmit telbar angepasst werden. Insbesondere auch in Verbindung mit der Integration neuer erneuerbarer Energien wie Photo voltaik und Windkraft kommt der Spei cherwasserkraft eine Schlüsselrolle zu, was gleichzeitig erhöhte Anforderungen an ihre kurzfristige Verfügbarkeit stellt. Diese Flexibilität erfordert häufige und schnelle Lastwechel der Turbinen. Die da durch verursachten künstlichen Schwallund Sunkabflüsse verändern das natürli che Abflussregime in Flüssen und können aquatische Ökosysteme nachteilig beein Zusammenfassung Speicherwasserkraftwerke sind in der Lage, flexibel Strom zu erzeugen, um einen schwankenden Strombedarf zu decken. Dies führt jedoch zu stark intermittierenden Produktions mustern mit einem schnellen An- und Herunterfahren der hy draulischen Maschinen. Bereits heute spielen Speicherkraft werke eine zentrale Rolle für die Versorgungssicherheit und die Anforderungen an ihre Flexibilität werden durch Zubau von neuen erneuerbaren Energien tendenziell zunehmen. Der Flexibilität sind einerseits jedoch technische Grenzen gesetzt, da häufige, schnelle Lastwechsel die Turbinen stärker be anspruchen können. Andererseits erfordert das Gewässer schutzgesetz eine Dämpfung künstlicher Abflussschwankun gen (Schwall-Sunk), um bei der Rückgabe in den Vorfluter nachteilige Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme zu li mitieren. Eine mögliche Alternative ist, die Lastwechsel durch stationäre Grossbatterien zu glätten und so Speicherkraft werke weiter zu flexibilisieren. Die vorgestellte Abschätzungs methode ermöglicht eine Vordimensionierung von Gross batterien als Ergänzung zu einer Schwall-Sunk-Sanierung mittels Ausgleichsbecken. Neben technischen werden dabei auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt. Anhand dreier Fallbeispiele wird die Abschätzungsmethodik auf bestehende Kraftwerkanlagen angewendet.

Résumé Les centrales hydrauliques à accumulation sont capables de produire de l’électricité de manière flexible afin de répondre à une demande en électricité fluctuante. Il en résulte toutefois des schémas de production fortement intermittents, avec des démarrages et des arrêts rapides des machines hydrauliques. Aujourd’hui déjà, les centrales à accumulation jouent un rôle central dans la sécurité d’approvisionnement et les exigences en matière de flexibilité auront tendance à augmenter en rai son de l’augmentation des nouvelles énergies renouvelables. D’une part, la flexibilité est toutefois soumise à des limites techniques, car les changements de charge fréquents et rapides peuvent solliciter davantage les turbines. D’autre part, la Loi sur la protection des eaux exige un amortissement des variations artificielles de débit (éclusées) afin de limiter les effets négatifs sur les écosystèmes aquatiques lors de la restitution dans les eaux réceptrices. Une alternative possible est de lisser les va riations de charge par de grandes batteries stationnaires et de flexibiliser ainsi davantage les centrales à accumulation. La méthode d’évaluation présentée permet de pré-dimensionner les grandes batteries en complément d’un assainissement des éclusées au moyen de bassins de compensation. Outre les aspects techniques, les aspects économiques sont égale ment pris en compte. La méthode d’évaluation est appliquée à des centrales existantes à l’aide de trois exemples de cas.

verfügbarkeit einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtkosten einer Sanierungs massnahme haben. Insbesondere in ver gleichsweise dicht besiedelten Regionen wie an vielen Talflüssen in der Schweiz kann dies für die Umsetzung eines Sanie rungsprojekts entscheidend sein.

Schwall-Sunk-Sanierung mit Ausgleichsbecken-Batterie-Systemenhybriden Gereon Höfkes, Frederic Evers, Benjamin Hohermuth, Robert Boes

Als Alternative zu Ausgleichsbecken schlagen Anindito et al. (2019) den Einsatz von Kostenaufgrundeinevonruntergefahrenmalenmässwiederschezwischenzuspeichern,(BESS)Batterie-Energie-Speicher-Systemenvor.AnstattdasturbinierteWasserwirddabeielektriEnergiezeitweisegespeichertundentladen,währenddieTurbinengeökologischenVorgabenfürdiemaxiSchwall-undSunkratenhoch-undwerden.BESSaufBasisLithium-Ionen-AkkumulatorensindkommerziellverbreiteteTechnologie;voraussichtlichweitersinkenderwirdfürdieZukunftnebendem

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Einsatz in Elektroautos auch von einer starken Zunahme stationärer Anwendun gen, z. B. zur Sicherung der Netzstabilität, ausgegangen (Beuse et al., 2020). Gegen über Ausgleichsbecken haben BESS als Schwall-Sunk-Sanierungsmassnahme den Vorteil, weniger abhängig von den topo grafischen Gegebenheiten sowie beste henden Flächennutzungen in Kraftwerk nähe zu sein und können daher prinzipiell flexibler positioniert werden. Denkbar wä re in diesem Zusammenhang auch eine örtliche Bündelung mehrerer BESS einer Wasserkraftkaskade.WährendderArtikel

Um an potenziellen Standorten den Sanie rungsansatz eines Ausgleichsbeckens mit anderen Optionen der Schwall-Sunk-Sa nierung, namentlich BESS und hybriden Becken-BESS, vergleichen zu können, wur de zunächst eine Abschätzungsmethode in drei Schritten entwickelt. In einem ersten Schritt werden anhand von Produktions daten und hydrologischen Daten des be Bild 1: Flussdiagramm zur Ableitung der Bemessungsszenarien.

Im Rahmen der Abschätzungsmethode werden dabei die benötigten Volumina der Zyklen zur Regulierung der Schwall- und Sunkabflüsse addiert. Dieser Ansatz folgt der Annahme, dass der Zyklus zur Regu lierung des Schwallabflusses zeitlich un mittelbar an jenen des Sunkabflusses an schliesst. Dabei handelt es sich um eine einflussten Gewässers massgebliche Be messungsszenarien abgeleitet. Diese Sze narien dienen in einem darauffolgenden Schritt als Eingangsgrössen für die Dimen sionierung eines Beckens, eines BESS bzw. eines hybriden Becken-BESS. Der letzte Schritt umfasst eine Wirtschaftlich keitsbetrachtung anhand von Preisent wicklungsprognosen für BESS über die kommenden Jahrzehnte. Die einzelnen Schritte der Abschätzungsmethode wer den im Folgenden näher erläutert. Bemessungsszenarien Die Bemessungsszenarien wurden anhand bestehender Produktionsdaten der drei Fall beispiele abgeleitet. Bild 1 zeigt ein Fluss diagramm der Vorgehensweise. Neben den turbinierten Abflüssen der einzelnen Anla gen wurden als hydrologische Randbedin gung statistische Abflussdaten der beein flussten Gewässer berücksichtigt. Im Falle der WKA A und B handelte es sich dabei um auf Tagesmittelwerte reduzierte Abflüsse, während aufgrund der Datenverfügbarkeit für WKA C das 5-Prozent-Perzentil der Ta gesmittelwerte jeweils eines Monats ver wendet wurde. Als ökologische Randbedin gungen wurden hypothetische Szenarien auf Basis von maximalen Abflussanstiegsbzw. -abnahmeraten definiert, da für die un tersuchten Standorte noch keine einzuhal tenden Vorgaben bestanden. Im Zeitraum Mitte März bis Mitte Mai betrugen die öko logischen Vorgaben für die Abflussände rungsraten rund 10 Prozent der Werte des restlichen Jahrs. Weitere ökologische Rand

bedingungen, wie beispielsweise Maximal abflüsse, wurden nicht berücksichtigt. An hand der Produktionsdaten sowie der übri gen Eingangsparameter wurde dann eine Ereignisanalyse durchgeführt um festzu stellen, in welchen Zeiträumen die ökologi schen Randbedingungen durch eine WKA ohne Sanierungsmassnahmen nicht ein gehalten werden können. Die betreffenden Ereignisse wurden dann als diskrete, syn thetische Regulierungsereignisse erfasst, welche als Eingangsgrössen für die Di mensionierung der einzelnen Sanierungs optionen verwendet wurden. Ausgleichsbecken Ausgleichsbecken werden als Sanierungs massnahme für gewöhnlich bezüglich ihrer Höhenlage zwischen den Turbinen und dem Gewässer angeordnet und dienen dazu, die Abflussanstiegs- und -abnahme raten durch Zwischenspeicherung zu re duzieren (Bild 2a). Als bauliche Massnah men ermöglichen ausreichend dimensio nierte Ausgleichsbecken der WKA ohne betriebliche Einschränkungen elektrische Energie zu produzieren. Bild 3 zeigt ein vereinfachtes Schema zur Regulierung eines Schwall-Sunk-Ereignisses mit Hilfe eines Ausgleichsbeckens. Der Turbinen durchfluss Q turb [m 3 /s] kann dabei anhand des Energiegleichwerts EGW [kWh/m 3], auch als Arbeitswert bezeichnet, in die mo mentane Nettoleistung der WKA umgerech net werden: P [kW] = 3600 Q turb EGW. Die Regulierung wird im Folgenden als aus zwei unabhängig voneinander ablaufenden Zyk len bestehend betrachtet. Zur Regulierung des Schwallabflusses wird zunächst durch Entleerung eines bereits teilgefüllten Be ckens ein Vorschwall gemäss den ökolo gischen Vorgaben eingeleitet. Sobald die Turbinen angefahren werden und deren Durchfluss den Momentanabfluss aus dem Becken übersteigt, füllt sich das Becken wieder. Der Regulierungszyklus ist abge schlossen, wenn der Turbinendurchfluss dem Beckenabfluss ins Gewässer ent spricht. Der Zyklus zur Regulierung des Sunkabflusses läuft entsprechend in um gekehrter Reihenfolge ab. Das für einen Regulierungszyklus benötigte Beckenvo lumen lässt sich anhand der in Bild 3 schraffiert dargestellten Flächen ermitteln.

von Wyss et al. (2022) in dieser WEL-Ausgabe auf die grundlegenden Voraussetzungen für den Einsatz von BESS als Möglichkeit zur Schwall-Sunk-Sanierung fokussiert, stellt dieser Beitrag eine Methode zur Abschät zung benötigter BESS-Kapazitäten, -Leis tungen und -Kosten vor. Anhand dreier Fallbeispiele bestehender Anlagen wird insbesondere das Potenzial hybrider Be cken-Batterie-Systeme untersucht. Abschätzungsmethode

BESS Die Steuerung eines BESS zur Regulierung von Schwall-Sunk gestaltet sich sehr ähn lich zu jener eines Ausgleichsbeckens. In Bild 2b ist die Integration eines BESS zwi schen WKA und Netz dargestellt. Der Tur binenabfluss wird dabei weiterhin direkt in das Gewässer geleitet. Anstelle eines Vor schwalls aus einem Becken wird der Schwallzyklus durch ein kontinuierliches Anfahren der Turbinen gemäss den öko logischen Vorgaben eingeleitet (Bild 4). Es wird dafür zunächst angenommen, dass die Turbinen vollständig von 0 bis 100 Pro zent regelbar seien. Zu Beginn des Anfah rens wird noch keine elektrische Energie an das Netz abgegeben, sondern das BESS wird geladen. Wenn die Turbinen eine Teil beaufschlagung von 50 Prozent erreicht haben und die an das Netz zu liefernde Energie die Momentanproduktion über steigt, wird die Differenz durch das BESS bereitgestellt, bis der Regulierungszyklus abgeschlossen ist. Für den Sunk zyklus er folgt die Regulierung erneut in umgekehrter Reihenfolge. Als Vereinfachung wird das BESS zunächst als ideale Batterie an genommen, d. h. dass die geladene Energie 1:1 ohne Verluste wieder entladen werden kann. Um eine möglichst geringe Kapa zität des BESS zu erreichen, werden die ge- und entladene Energie ausgeglichen. Die benötigte BESS-Nettokapazität lässt sich analog zum Beckenvolumen anhand der schraffierten Flächen in Bild 4 bestim men. Eine Umrechnung von Beckenvolu men V [m3] zu BESS-Nettokapazität C [kWh] kann in erster Näherung durch Multiplikation mit dem Energiegleichwert EGW [kWh/m 3] erfolgen: C = V EGW. Für die Berechnung der BESS-Bruttokapazität wurden Aufschlä ge für den Batteriewirkungsgrad (10 Pro zent), die Entladetiefe (20 Prozent) sowie kalendarische Alterung der Batteriezellen (20 Prozent) berücksichtigt. Dadurch, dass für das Laden des BESS mehr Energie pro duziert werden muss als später genutzt werden kann, muss die WKA mit dieser Sa nierungsmassnahme mehr produzieren als ohne. Dieser Umstand wird bei der Wirt schaftlichkeitsbetrachtung mit einbezogen. Wie bereits bei den Ausgleichsbecken wer den die BESS-Kapazitäten zur Regulierung von Schwall- und Sunkabfluss addiert und Optimierungen zwischen den Regulierungs zyklen nicht berücksichtigt. Neben der Ka pazität ist auch die installierte Leistung des BESS für die Dimensionierung und insbe sondere auch für die Kostenberechnung von Bedeutung. Die zu installierende Leistung ergibt sich aus der maximalen Differenz zwischen der Momentanproduktion der dass der Schwallzyklus noch nicht abge schlossen ist und der Sunkzyklus bereits eingeleitet wird. Im Rahmen der Abschät zungsmethode wurden solche Optimierun gen der Beckensteuerung jedoch nicht be rücksichtigt. konservative Annahme, denn durch eine kontinuierliche Entleerung des Beckens zwischen den beiden Zyklen liesse sich das benötigte Volumen im Idealfall um bis zu 50 Prozent reduzieren. Ein geringerer Volumenbedarf bestünde auch für den Fall, Bild 2: Integration von Schwall-Sunk-Sanierungsmassnahmen: (a) nur Ausgleichsbecken, (b) nur BESS und (c) hybrides Becken-BESS (WKA: Wasserkraftanlage, BESS: Batterie-Energiespeichersystem).

Bild 3: Funktionsprinzip einer Schwall-Sunk-Regulierung mit einem Ausgleichs becken: Durchfluss (oben) und im Becken gespeichertes Wasservolumen (unten) über die Zeit (−: Entleerung des Beckens, +: Füllen des Beckens).

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5: Funktionsprinzip einer Schwall-Sunk-Regulierung mit einem BESSBecken-Hybrid an einer WKA mit Pelton-Turbine: Durchfluss (oben), im Becken gespeichertes Wasservolumen (Mitte) und im BESS gespeicherte Energie (unten) über die Zeit (−: Entleerung des Beckens, +: Füllen des Beckens bzw. +: Laden des BESS, −: Entladen des BESS).

gestellten Abschätzungsmethode jedoch jener einer vollständigen Sanierung mit ei nem BESS. Da Francis-Turbinen einen ein geschränkteren Regelbereich von ca. 70 bis 100 Prozent aufweisen, wird für das hybride Becken-BESS ein im Vergleich zum Ansatz für Pelton-Turbinen grösseres Beckenvolumen benötigt (Bild 6). Die Ka pa zität des BESS kann in diesem Fall je doch kleiner dimensioniert werden als bei einer vollständigen BESS-Sanierung. So wohl für Pelton- als auch Francis-Turbinen erfolgt die Regulierung eines Sunkzyklus in entgegengesetzter Reihenfolge. Analog zu einem reinen Ausgleichsbecken oder BESS liesse sich der Betrieb des hybriden Becken-BESS zwischen Schwall- und Sunk zyklen optimieren, um das Becken volumen und/oder die BESS-Kapazität zu reduzieren. Gerade hinsichtlich des Aus gleichsbeckens ergibt sich bei der hybri den Variante ein gewisser zeitlicher Spiel raum, da die Beckenregelung zu Beginn des Schwallzyklus und am Ende des Sunk zyklus erfolgt (Bilder 5 und 6). Ein optimier ter Betrieb zwischen den Zyklen wird je doch im Rahmen der Abschätzungsmetho de auch für das hybride Becken-BESS nicht berücksichtigt und die BESS-Kapa zitäten der einzelnen Zyklen addiert. Für dabei analog einer vollständigen BESSSanierung. Die schraffierten Flächen in Bild 5 zeigen eine deutliche Reduktion des benötigten Beckenvolumens im Vergleich zu einer vollständigen Sanierung mit einem Ausgleichsbecken. Demgegenüber ent spricht die BESS-Kapazität mit der vor Turbinen und der an das Netz gelieferten Energie (Bild 4). Für die Abschätzungs methode wird die Netto- gleich der Brutto leistung angesetzt. Da Turbinen nicht von 0 bis 100 Prozent regelbar sind und bei ab nehmender Beaufschlagung unterhalb eines Minimalwer tes erhebliche Einbussen beim Wirkungsgrad aufweisen, würde eine voll ständige Sanierung mit einem BESS als Option ausscheiden, wenn die ökologischen Vorgaben ohne Ausnahme einzuhalten sind. Insbesondere Francis-Turbinen haben eine untere Grenze des Betriebsbereichs von ca. 70 Prozent der maximalen Beaufschlagung. Daher wird im Folgenden die Dimensionie rung einer hybriden Kombination von Aus gleichsbecken und BESS betrachtet. Hybrides Becken-BESS Bild 2c zeigt die kombinierte Sanierung mit Ausgleichsbecken und BESS. Der Ein satz eines BESS ermöglicht es dabei, das Beckenvolumen gegenüber einer vollstän digen Sanierung mit einem Ausgleichsbe cken zu reduzieren. In den Bildern 5 und 6 sind die Regulierungsschemata eines hybri den Becken-BESS für Pelton- bzw. FrancisTurbinen dargestellt. Bei der Schwallre gulierung für Pelton-Turbinen wird ein Vor schwall durch ein vergleichsweise kleines Ausgleichsbecken eingeleitet, bevor die Turbine direkt zur unteren Grenze ihres Betriebsbereichs bei einer Teilbeaufschla gung von ca. 20 Prozent hochgefahren wird (Bild 5). Nach einer kurzen Dauer konstan ter Produktion werden die Turbinen gemäss den ökologischen Vorgaben weiter hoch gefahren bis die gewünschte Gesamtleis tung erreicht ist. Die Regulierung erfolgt Bild 4: Funktionsprinzip einer Schwall-Sunk-Regulierung mit einem BESS: Durchfluss (oben) und im BESS gespeicherte Energie (unten) über die Zeit (+: Laden des BESS, −: Entladen des

BESS).Bild

Cole et al. (2021) geben die Einheitskosten pro Kilowattstunde für drei Preisszenarien «Hoch», «Mittel» und «Tief» an. Bild 7 zeigt die Berechnung der Bruttokapazität der BESS-Komponente sind ebenfalls Auf schläge für den Batteriewirkungsgrad (10 Prozent), die Entladetiefe (20 Prozent) so wie Alterung der Batteriezellen (20 Pro zent) zu berücksichtigen; auch die Bestim mung der installierten Netto- bzw. Brutto leistung des BESS leitet sich aus der ma ximalen Differenz der Momentanproduk tion der Turbinen und der an das Netz ge lieferten Energie ab. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Bild 7: Preisszenarien für ein 2-Stunden-BESS, abgeleitet nach Cole et al. (2021), 1 $ ≈ 0,9 CHF.

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als Beispiel die Preisent wicklung bis 2050 für ein 2-Stunden-BESS, d. h. das System kann in 2 Stunden vollständig ge- bzw. ent laden werden. Für die Wirtschaftlichkeits betrachtung der Fallstudien wurden jeweils die zu installierenden BESS-Brutto-Kapa zitäten bzw. -leistungen berücksichtigt. Die Betriebslebensdauern von Aus gleichsbecken und BESS unterscheiden sich erheblich. Während Ausgleichsbe cken als wasserbauliche Anlagen mehrere Jahr zehnte betrieben werden können, er reichen BESS das Ende ihrer Lebensdauer bereits nach ca. 10 bis 15 Jahren; unter günstigen Randbedingungen auch etwas später (Cole et al., 2021). Daher werden BESS nach dem Erreichen des Endes ihrer Betriebslebensdauer, welches meist mit einer Reduktion der ursprünglichen Kapazität um 20 Prozent definiert wird (Stroe et al., 2015, Naumann et al., 2018), ersetzt. Ein etwaiger Restwert oder Teiler satz der BESS-Komponenten nach Ende der Lebensdauer wurde für das Abschät zungsverfahren nicht berücksichtigt. Da der Ansatz von Cole et al. (2021) nur Preis szenarien von 2020 bis 2050 angibt (Bild 7), wurden die BESS-Kosten ab 2050 als kons tant angenommen. Neben den Kosten für die BESS-Erneuerung wurden auch jährli che Betriebskosten in Höhe von 5,4 CHF/kW sowie die Produktionsverluste infolge des BESS-Wirkungsgrades mit 0,05 CHF/kWh angesetzt. Im Rahmen einer dynamischen Investitionsrechnung wurden ab 2030 alle Zahlungsströme über einen Zeitraum von 40 Jahren mit internen Zinssätzen von 3 Prozent bzw. 5 Prozent auf das Jahr 2020, dem Referenzjahr der Preisszenarien nach Cole et al. (2021), diskontiert, um schliess lich den GGP zu berechnen.

Ansatz von Cole et al. (2021) in Abhängig keit der installierten Kapazität [kWh] und Leistung [kW] berechnen. D. h. bei zwei BESS mit gleicher Kapazität ist jenes teu rer, welches die höhere Leistung hat, also schneller ge- bzw. entladen werden kann.

Da die Kosten für Ausgleichsbecken in ho hem Masse standortabhängig sind, er folgt im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbe trachtung kein direkter Vergleich einer voll ständigen Sanierung mit einem Becken und einem hybriden Becken-BESS. Es wird stattdessen ein Gleichgewichtspreis GGP [CHF/m 3] ermittelt, für welchen die Gesamtkosten der BESS-Komponente der hybriden Variante durch das gegenüber einer vollständigen Beckensanierung ein gesparte Volumen geteilt wird. Der GGP lässt sich dann mit den spezifischen Ein heitspreisen eines Ausgleichsbecken an einem bestimmten Standort vergleichen. Die Einheitskosten eines BESS pro Kilo wattstunde [kWh] lassen sich gemäss dem

Bild 6: Funktionsprinzip einer Schwall-Sunk-Regulierung mit einem BESSBecken-Hybrid an einer WKA mit Francis-Turbine: Durchfluss (oben), im Becken gespeichertes Wasservolumen (Mitte) und im BESS gespeicherte Energie (unten) über die Zeit (−: Entleerung des Beckens, +: Füllen des Beckens bzw. +: Laden des BESS, −: Entladen des BESS).

Bild 9: Spezifische Gleichgewichtspreise GGP für das Ersetzen eines Kubik meters Beckenvolumen in Abhängigkeit von Preisszenario, BESS-Betriebs lebensdauer und internem Zinssatz für WKA A, B und C.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden172 Fallstudien Eine Übersicht der technischen Daten der drei untersuchten Wasserkraftanlagen (WKA) A, B und C ist Tabelle 1 zu entneh men. Der maximale Turbinendurchfluss und die installierte Leistung sind dabei als gerundete Werte angegeben. In WKA A und B sind Francis-Turbinen installiert, während WKA C Pelton-Turbinen aufweist. Zur Vereinfachung wurden allerdings alle drei WKA als Anlagen mit einer einzelnen Maschineneinheit betrachtet. Dadurch er geben sich als untere Grenzen des Regel bereichs 70 Prozent bzw. 20 Prozent. Die Energiegleichwerte EGW liegen zwischen 0,35 und 2,35 kWh/m 3 . Die ökologischen Vorgaben für WKA B beziehen sich sowohl auf Schwall- als auch Sunkabfluss, wäh rend bei WKA A und C nur der Sunkabfluss zu regulieren ist. Alle Vorgaben bezüglich Sunkabfluss unterliegen einer zusätzlichen saisonalen Einschränkung zwischen Mitte März und Mitte Mai, welche den Sunkab fluss auf 10 Prozent der Werte des übrigen Jahres reduziert. Die für eine Dimensionie rung jeweils massgeblichen Bemessungs szenarien wurden anhand des 95. Perzen tils der Ereignisanalyse abgeleitet, d. h. die ökologischen Vorgaben können in 95 Pro zent der Regulierungsereignisse eingehal ten werden. Bild 8 zeigt die durch den Einsatz ei nes hybriden Becken-BESS mögliche Vo lumenreduktion des Ausgleichsbeckens gegenüber einer vollständigen Sanierung mit einem Ausgleichsbecken. Aufgrund des eingeschränkten Regelbereichs der FrancisTurbinen in WKA A und B beträgt die Vo lumenreduktion «nur» 51 Prozent im Ver gleich zu den 96 Prozent bei WKA C mit einer Pelton-Turbine (Tabelle 1). Aus Bild 8 ist ferner ersichtlich, dass das Verhältnis von installierter BESS-Kapazität zu -Leis tung nicht konstant ist. Bild 9 zeigt die GGP als Ergebnis der in der Wirtschaftlich keitsbetrachtung untersuchten Szenarien. In Abhängigkeit der Preisszenarien, der Be triebslebensdauer des BESS und des in ternen Zinssatzes liegen die GGP ungefähr zwischen 350 und 1000 CHF/m 3 , 2000 und 5600 CHF/m 3 bzw. 1000 und 3000 CHF/m 3 für die WKA A, B bzw. C. Die Analyse der Produktionsdaten und Regulierungsereig nisse ermöglicht darüber hinaus Rück schlüsse auf die BESS-Betriebs- und Stand zeiten. Während das BESS von WKA A im Durchschnitt einmal pro Tag in Betrieb ge nommen werden müsste, wäre dies bei WKA B und C wesentlich seltener der Fall. Bild 10 verdeutlicht, dass der BESS-Be trieb zur Schwall-Sunk-Regulierung saiso Bild 8: Reduktionspotenzial der Ausgleichsbecken durch hybrides Becken-BESS (oben) und dazugehörige BESS-Kapazitäten und -Leistungen für WKA A, B und C.

Einheit WKA A WKA B WKA C

Turbinentyp [ ] Francis Francis Pelton

Diskussion Die vorgestellte Abschätzungsmethode basiert auf einer Reihe von Vereinfachun gen und Annahmen. Daher sind bei einer Anwendung der Methode die folgenden Punkte zu berücksichtigen:

Die Vereinfachungen und Annahmen der Abschätzungsmethodik sorgen tenden ziell für eine Überschätzung der Kosten für die BESS-Komponente bei einer Sanie rung mit einem hybriden Becken-BESS und damit auch zu einem höheren GGP. Der GGP ist stark von den angesetzten Preisszenarien abhängig. So beträgt die Zunahme des GGP von Szenario «Tief» zu «Hoch» bei den untersuchten Fallbeispie len ca. 80 bis 100 Prozent. Die Unsicher heiten infolge der angenommenen BESSBetriebslebensdauer und des internen Zinssatzes sind wesentlich geringer. Wer den alle variierten Parameter berücksich tigt, nehmen die jeweiligen GGP vom niedrigsten zum höchsten Wert um ca. 200 Prozent zu. Da die Wirtschaftlichkeit eines hybriden Becken-BESS letztlich von den Kosten für ein Ausgleichsbecken als Alternative abhängt, ist eine abschliessen zum für die können.LebenseinenreduziertezudemTurbinensondereBeckenvoluminahybridenreduzieren,untereZusätzlichRegelbereichTurbinenkannvorausgesetztenAbschätzungsmethodeEin-Turbinen-SystembeieinerWKAmitmehrerendieEffizienzüberdenganzenverbessertwerden.liessesichsoauchdieGrenzedesRegelbereichswodurchsichimFalledesBecken-BESSgeringereergäben.InsbebeiAnlagenmitFrancis-wärediesvonVorteil.Esistzuberücksichtigen,dassAn-undAbfahrgradientenpositivenEinflussaufdiedauerderTurbinenhaben

• Die ökologischen Vorgaben beziehen sich nur auf die Einhaltung maximaler Schwall- bzw. Sunkgradienten. Ein maximaler Gesamtabfluss wird beispielsweise nicht berücksichtigt.

Ausbaudurchfluss [m³/s] 60 20 20 Installierte Leistung [MW] 90 60 190 Energiegleichwert [kWh/m³] 0.35 0.86 2.35 Ökol. Vorgaben [ ] Sunk Schwall + Sunk Sunk Beckenvolumen (nur Becken) [10³ m³] 37 11 25 BESS Kapazität (nur BESS) [MWh] 20 15 94 BESS Leistung (nur BESS) [MW] 12 24 51 Beckenvolumen (Hybrid) [10³ m³] 18 5 1 BESS Kapazität (Hybrid) [MWh] 17 13 94 BESS Leistung (Hybrid) [MW] 18 42 51 Volumenreduktion [%] 51 51 96

• Die Abschätzungsmethode umfasst keine zeitabhängige, dynamische Regelstrategie. Um eine effiziente Steuerung von Ausgleichsbecken und BESS zu ermöglichen, wird z. B. eine gewisse Vorlaufzeit benötigt, um eine Vorentleerung des Beckens zu starten oder das BESS durch eine Vorpro duktion zu laden. Für eine standort spezifische Detailuntersuchung sollte eine dynamische Regelstrategie implementiert werden.

• Die angesetzten BESS-Preisszenarien berücksichtigen neue Batteriezellen, und das Ende von deren Betriebs lebensdauer wird allgemein bei 80 Prozent der ursprünglich installierten Kapazität angesetzt. Es bestehen allerdings auch Überlegungen, die Batterien von E-Autos nach Ende ihrer Betriebslebensdauer für stationäre BESS-Anwendungen einzusetzen. Die Option des Einsatzes gebrauchter Batteriezellen könnte zusätzliche Kosteneinsparungen ermöglichen. nal beeinflusst wird. Allgemein sind in den Sommermonaten weniger Regulierungen notwendig. Im Falle von WKA B treten Re gulierungsereignisse ausschliesslich in den Monaten März, April und Mai auf, d. h. im Frühjahr, wenn die ökologischen Vorgaben wesentlich strenger sind.

• Der Wirkungsgrad sowohl von Turbinen als auch BESS wurde als konstant angenommen. Im Vergleich

Tabelle 1: Technische Daten und abgeschätzte Beckenvolumina, BESS-Kapazi täten und -Leistungen der drei untersuchten Fallbeispiele WKA A, B und C.

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• Der Einsatz von BESS zur SchwallSunk-Sanierung soll die ökologischen Auswirkungen der Wasserkraftnutzung reduzieren. Die Abschätzungs methodik fokussiert auf technische und wirtschaftliche Aspekte eines (teilweisen) Ersatzes von Ausgleichs becken durch BESS; es wird kein Vergleich der direkten Umweltaus wirkungen des Baus bzw. der Pro duktion von Ausgleichsbecken bzw. BESS durchgeführt. Während im Falle von Ausgleichsbecken die direkten Auswirkungen als eher lokal bis regional begrenzt anzunehmen sind, können diese bei der ressourcen- und energieintensiven Produktion von BESS auch zu grossen Teilen im Ausland anfallen (Dehghani Sanij et al., 2019).

Bild 10: WKAereignissenvontretenssaisonaleRelativeAufhäufigkeitRegulierungsfürA,BundC.

de Beurteilung in hohem Masse standort spezifisch. Der GGP von WKA A liegt bei spielsweise bereits im Bereich der Kosten für ein Ausgleichsbecken in Kavernenbau weise mit ca. 500 bis 800 CHF/m 3 (Widmann, 2008; Bieri et al., 2016). Doch auch bei WKA, bei welchen in Anlagennähe nur ein begrenztes Ausgleichsbeckenvolumen realisiert werden kann und bei einer not wendigen Vergrösserung die spezifischen Grenzkosten pro Einheitsvolumen sprung haft ansteigen würden, kann der ergänzen de Einsatz eines BESS interessant werden, auch wenn das vollständige Reduktions potenzial hinsichtlich des Beckenvolumens nicht vollständig ausgeschöpft wird. Die Wirtschaftlichkeit eines hybriden BeckenBESS kann weiterhin verbessert werden, wenn das BESS nicht ausschliesslich zur Schwall-Sunk-Regulierung genutzt wird. Wie in Bild 10 ersichtlich, sind die jeweili gen BESS nicht permanent für diese eine Aufgabe in Betrieb. Durch Mehrfachnut zungen wie beispielsweise zur Frequenz regulierung oder Strom-Arbitrage können Einnahmen generiert werden, die den GGP senken würden. Insbesondere in der Schweiz stellt sich allerdings die Frage, Anindito,Quellen: Y., Haas, J., Olivares, M., Nowak, W., Kern, J. (2019). A new solution to mitigate hydropeaking? Batteries versus re regulation reservoirs. Journal of Cleaner Production, 210, 477–489. Beuse, M., Steffen, B., Schmidt, T. S. (2020). Projecting the competition between energy storage technologies in the electricity sector. Joule, 4(10), 2162–2184. Bieri, M., Zünd, B., Gasser, M., Schleiss, A. (2016). Intervention strategies to mitigate hydropeaking: Two case studies from Switzerland. In HYDRO 2016, International Conference and Exhibition «Achievements, opportunities and challenges». Bruder, A., Schweizer, S., Vollenweider, S., Tonolla, D., Meile, T. (2012). Schwall und Sunk: Auswirkungen auf die Gewässerökologie und mögliche Sanierungsmassnahmen. Wasser Energie Luft, 104(4), Cole,257–264.W.,Frazier, A. W., Augustine, C. (2021). Cost Projections for Utility Scale Battery Storage: 2021 Update. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory. NREL/TP 6A20–79236. Dehghani Sanij, A. R., Tharumalingam, E., Dusseault, M. B., Fraser, R. (2019). Study of energy storage systems and environmental challenges of batteries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, 192–208. Morf, S. (2021). Einsatz verschiedener Wasserturbinen an Schweizer Wasserkraftanlagen. Bachelorarbeit, VAW, ETH Zürich (unveröffentlicht). Mühlmann, S. (2021). Einsatz verschiedener Wasserturbinen an Schweizer Wasserkraftanlagen. Bachelorarbeit, VAW, ETH Zürich (unveröffentlicht).

Autoren: Gereon Höfkes, ehemals ETHZ Masterstudent an der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), 8093 gereon.hoefkes@alumni.ethz.chZürich, Frederic Evers, ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), 8093 Zürich, evers@vaw.baug.ethz.ch Benjamin Hohermuth, ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), 8093 Zürich, hohermuth@vaw.baug.ethz.ch Robert Boes, ETH Zürich, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), 8093 Zürich, boes@vaw.baug.ethz.ch

Naumann, M., Schimpe, M., Keil, P., Hesse, H. C., Jossen, A. (2018). Analysis and modeling of calendar aging of a commercial LiFePO4/graphite cell. Journal of Energy Storage, 17, 153–169.

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Die für die drei Fallbeispiele abgeschätz ten spezifischen Grenzkosten, ab denen der Teilersatz eines Ausgleichsbeckens durch ein BESS wirtschaftlich ist, liegen jedoch am oberen Ende der Baukosten spanne von heutigen Ausgleichsbecken oder überschreiten diese um ein Mehrfa ches. Die Wirtschaftlichkeit eines BESS zum Teilersatz eines Beckens ist daher in hohem Masse standortspezifisch. Da BESS gegenüber Ausgleichsbecken auch weite re, wertschöpfende Nutzungen zulassen, liessen sich höhere Kosten jedoch zumin dest teilweise wieder kompensieren. Offene Fragen hinsichtlich des Einsatzes von BESS zur Schwall-Sunk-Sanierung umfassen un ter anderem die Regelbarkeit der Turbinen entsprechend ökologischer Vorgaben, den BESS-Betrieb sowie Aspekte der Finan zierung. Danksagung Die Autoren danken der Axpo AG und ins besondere Martin Kuhn für die Bereitstel lung der Daten der untersuchten Anlagen. wie mögliche Mehrfachnutzungen bei der Entschädigung der Schwall-Sunk-Sanie rungmassnahmen berücksichtigt werden. Ähnlich verhält es sich bei der Notwendig keit einer regelmässigen Erneuerung der Batteriezellen nach 10 bis 15 Jahren. Fazit Aus technischer Sicht können BESS eine interessante Ergänzung für Ausgleichs becken darstellen, insbesondere wenn der für ein Becken zur Verfügung stehende Platz sehr begrenzt ist. An Anlagen mit Pelton-Turbinen ergibt sich dabei ein grös seres Potenzial zur Reduktion des Becken volumens als bei Francis-Turbinen. Da der Anteil von Pelton-Turbinen am gesamten Turbinenpark in der Schweiz im internatio nalen Vergleich besonders hoch ist (Morf, 2021; Mühlmann, 2021), vor allem auch an Hochdruck-Speicherkraftwerken, ist die Verwendung von BESS a priori für die na tionale Schwall-Sunk-Sanierung von Inte resse. Gleichzeitig weisen Anlagen mit Pelton-Turbinen jedoch tendenziell einen höheren Energiegleichwert auf, wodurch auch die benötigte BESS-Kapazität steigt.

Coanda-Rechen sind Feinrechen mit scharfkantigen und ho rizontal angeordneten Stäben. Sie nutzen den «aqua shear» oder «Coanda-Effekt», der auf den rumänischen Physiker Henri Coandă (1886 1972) zurückzuführen ist. Seit mindes tens mehreren Jahrzehnten werden Coanda-Rechen vor al lem in den USA im Bergbau eingesetzt. Ihre Spaltweiten lie gen im Bereich von ca. 0,2 bis 3,0 mm, so dass Treibgut und schwebende Feststoffteilchen weitgehend vom Triebwasser system ferngehalten werden. Oft kann auf eine Rechenreini gungsanlage und sofern die Verhältnisse bzgl. HydroabrasivVer schleiss an elektro-maschinellen Anlagenteilen unkritisch sind auch auf einen Sandfang verzichtet werden, wodurch sich Bau- und Betriebskosten von Wasserkraftwerken mar kant reduzieren lassen. In den USA wird die innovative Technologie des CoandaFeinrechens häufig angewandt, in der Schweiz bis heute hin gegen eher selten und zögerlich. Eine erste Pilotanlage in der Schweiz wurde durch «Energie 2000» gefördert und 1998 am Räppierbach in der Gemeinde Hinterrhein GR erstellt. Bis 2015 wurden hierzulande ca. zwanzig Anlagen errichtet. In Kreisen von Ökologie und Fischerei haben die wenigen in der Schweiz installierten Coanda-Rechen als ausgesprochen fischfreundliche Wasserfassungen rasch Anklang gefunden, da infolge des geringen Stababstands die Fische vom Trieb wassersystem ferngehalten werden. Zudem ist der Fischab stieg über den Rechen im Gegensatz zum traditionellen Tiroler wehr mit seinen meist grösseren Spaltweiten problemlos möglich, wenn es im Unterwasser entsprechend tiefe Wasser polsterNebstgibt.der Rentabilität müssen die Anlagen möglichst naturnah ausgelegt sein und die Fischwanderung zulassen. Ein Forschungsprojekt untersuchte den Coanda-Rechen bezüglich seiner tatsächlichen Schluckfähigkeit, seines Ab weisungsgrades bezüglich Feststoffen sowie allfälliger Beein trächtigungen der Fische, wenn sie über den Coanda-Rechen absteigen. Einige gängige Ansichten müssen komplett revi diert werden, andere wurden bestätigt. Résumé Les grilles Coanda sont des grilles fines avec des barres à arêtes tranchantes et disposées horizontalement. Ils utilisent « l’aqua shear » ou « effet Coanda », qui doit son nom au physicien roumain Henri Coandă (1886 1972). Depuis au moins plusieurs décennies, les grilles Coanda sont utilisés dans les mines, prin cipalement aux États-Unis. Leur largeur entre les barres se situe dans un espace d’environ 0,2 à 3,0 mm, de sorte que les ma tières flottantes et les particules solides en suspension sont en grande partie tenues à l’écart du système d’eau motrice. Il est souvent possible de se passer d’un système de nettoyage des grilles et dans la mesure où les conditions ne sont pas critiques au niveau de l’usure hydro-abrasive des parties électriques et mécaniques de l’installation – d’un dessableur, ce qui permet de réduire considérablement les coûts de construction et d’ex ploitation des centrales hydroélectriques.

Wasserfassungen sind insbesondere an Gebirgsbächen aufgrund der meist gros sen Geschiebemengen eine Herausforde rung. Auch heute noch ist der überwie gende Anteil der Fassungen mit Tiroler wehren ausgerüstet. Es sind vor allem die mitgeführten Feststoffe, welche den Tur binenbauteilen grossen Schaden zuführen können und weshalb ein Entsander vorge schaltet werden muss. Allerdings können für Fische diese Installationen unüber wind bar sein. Aus diesem Grund und bei den heutigen Ansprüchen nachhaltiger und na tur verträglicher Stromgewinnung entspre chend, wird dieser Typ Wasserfassung in Fischgewässern kritisch betrachtet. Überwiegend an Gebirgsbächen wird alternativ zum Tirolerwehr seit vielen Jahren der Coanda-Rechen eingesetzt. Aufgrund

La technologie innovante de la grille fine Coanda est sou vent utilisée aux États-Unis, mais jusqu’à présent, son utilisa tion est plutôt rare et hésitante en Suisse. Une première ins tallation pilote en Suisse a été soutenue par « Energie 2000 » et construite en 1998 sur le Räppierbach dans la commune de Hinterrhein GR. Jusqu’en 2015, une vingtaine d’installations ont été construites dans notre pays. Dans les milieux de l’écologie et de la pêche, les quelques grilles Coanda installées en Suisse ont rapidement trouvé un écho favorable en tant que prises d’eau particulièrement respectueuses des poissons, car le faible espace entre les barreaux permet de tenir les poissons à l’écart du système d’eau motrice. De plus, contrairement au barrage tyrolien traditionnel, dont les espaces sont généralement plus larges, la dévalaison des poissons par la grille ne pose aucun problème si l’eau est suffisamment profonde en aval. Outre la rentabilité, les installations doivent être conçues de manière aussi naturelle que possible et permettre la migra tion des poissons. Un projet de recherche a examiné la grille Coanda sous l’angle de sa capacité d’absorption réelle, de son degré de rejet des matières solides et des éventuels effets négatifs sur les poissons lorsqu’ils descendent par-dessus la grille Coanda. Certaines idées reçues doivent être complète ment revues, d’autres ont été confirmées.

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1. Einleitung

Coanda-Rechen

Zusammenfassung

Optimierter für Wasserkraft und Fisch Imad Lifa, Seraina Braun, Max Witek, Barbara Krummenacher, Armin Peter, Claudia Beck, Robert Boes

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Baden

Das vom Rechen geschluckte Wasser wird ins untere Stockwerk abgeleitet. Dort

der176 geringen Spaltabstände im (Sub-)Milli meterbereich wirkt er wie ein Filter für das Triebwasser und gilt ausserdem als fisch freundliche Variante zum Tirolerwehr. Wis senschaftliche Untersuchungen zu beiden Annahmen existierten aber bislang nicht.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts der Fachhochschule Graubünden (FHGR) in Zusammenarbeit mit der Versuchsan stalt für Wasserbau, Hydrologie und Gla ziologie (VAW) der ETH Zürich wurde in der Versuchshalle der VAW eine Ver suchs vorrichtung im Massstab 1:1 erstellt, um die Fassungskapazität (in der Literatur wird auch häufig das Wort Schluckvermögen verwendet), das hydraulische Verhalten so wie die Geschiebeabweisung von CoandaRechen zu testen. Anschliessend wurden ethohydraulische Versuche mit Bachforel len (Salmo trutta) aus Wildfang durchge führt, um die Eignung des Coanda-Rechens als Abstiegshilfe zu untersuchen. 2. Methodik und Vorgehensweise 2.1 Versuchsanlage Die für diese Forschungsarbeit aufgebaute Versuchsanlage erstreckt sich über zwei Stockwerke. Im oberen Stock ist die An lage insgesamt 8,5 m lang, 2,4 m hoch und 1,6 m breit. Das Wasser wird über ein Zu leitungsrohr ins Einlaufbecken gepumpt, anschliessend fliesst das Wasser über ei nen Überlauf in die 5 m lange, 0,85 m hohe Bild 1: Versuchsvorrichtung. Bild Unterstrom).lert0,5RechenbreiteVersuchsstand,2:aufmverschmä(Anblickvom und 1,115 m breite Zulaufstrecke. Sie führt das Wasser zum Testrahmen, in welchen der zu untersuchende Coanda-Rechen ein gespannt wird. Die Rechenbreite beträgt 1,115 m, der Testrahmen ist 1,68 m lang (vgl. Bilder 1 und 2)

In nachfolgender Tabelle 1 sind alle Rechen aufgelistet, welche im For schungsprojekt verwendet wurden. Es handelt sich dabei um zehn verschiedene Rechen der Firma Wild Metal GmbH aus Ratschings (I) sowie einen Rechen der Firma Quellfrosch (ehem. Höhenergie) aus St. Gallen. 2.2 Klarwasserversuche Veränderungen im Zulaufbereich können zu inhomogenen Geschwindigkeitsver tei lungen in der Zuströmung führen und die Schluckfähigkeit des Coanda-Rechens be einflussen. In Versuchen ohne Geschiebe wurde dies untersucht, indem eine Zulauf strecke mit einem Absatz vor dem Wehr rücken sowie eine ebene Geschiebezu laufstrecke auf Höhe der Wehrkrone ge testet wurden. Letzteres (Bild 1) simuliert bis zur Wehrkrone reichende Geschiebe auflandungen. Alle Versuche erfolgten mit einer idealen, geradlinigen, frontalen An strömung des Coanda-Rechens. An den zehn unterschiedlichen Rechen der Firma Wild Metal GmbH und dem Re chen von Quellfrosch wurde ohne Geschie be in einem ersten Schritt die Schluck fähigkeit überprüft und dokumentiert. Da durchströmt es zuerst einen Geschiebe fangsack, welcher die Entnahme und da mit die Untersuchung des Geschiebes er möglicht, und gelangt schliesslich wieder zurück in den Wasserkreislauf. Das Wasser, welches den Rechen überströmt und so mit als Überfallwasser anfällt, gelangt in eine Aussparung im Hallenboden (analog einem Kolk in einem Bach) mit Geschiebe korb, welcher sich ebenfalls im unteren Stockwerk befindet. Dort wird das Ge schiebe abgesetzt und das Wasser wie der dem Kreislauf zugeführt (Bild 1) Aufgrund von Herstellerangaben wurde die maximale spezifische Fassungskapazi tät von Coanda-Rechen mit weniger als 300 l/(s∙m) abgeschätzt. Mit den versuchs technisch maximal möglichen Durchflüs sen von 300 l/s ergab sich für die Rechen breite von 1,115 m eine spezifische Fas sungskapazität von 269 l/(s∙m).

Standardrechen

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Nr. Hersteller Rechentyp / Profiltyp Spaltweite Zustand

Bei einigen Klarwasserversuchen so wie bei allen ethohydraulischen Unter su chungen wurde die Rechenbreite mittels eingesetzten Plexiglaswänden auf eine Brei te von 0,5 m verschmälert (Bild 2). Dadurch konnte eine maximale spezifische Durch flussrate von 600 l/(s∙m) erreicht werden.

2.3 Geschiebeversuche

1 Wild Metal GmbH Sb18 0.4 0,4 mm neu 2 Wild Metal GmbH Sb18 0.6 0,6 mm neu 3 Wild Metal GmbH Sb18 1.0 1,0 mm neu 4 Wild Metal GmbH Sb18 1.5 1,5 mm neu 5 Wild Metal GmbH Sb18 2.0 2,0 mm neu 6 Wild Metal GmbH Sb18 3.0 3,0 mm neu 7 Wild Metal GmbH Sb18 0.6 0,6 mm verschlissen

bei wurden die Pegelstände und Fliess geschwindigkeiten mit und ohne Einlauf schwelle am Wehr ermittelt. Ebenso wurden Klarwasserversuche durchgeführt, indem am oberen und unte ren Ende respektive an den seitlichen Rän dern des Rechens Abklebungen vorge nommen wurden, welche eine Verstopfung simulierten (siehe Bild 4).

Es wurden insgesamt drei standardisierte Geschiebemischungen eingesetzt, wel che bereits im Vorprojekt (Lifa et. al, 2016) er folgreich zur Anwendung gekommen waren. Die Kornver teilung ist typisch für Schweizer Wildbäche. Im nachfolgenden Bild 3 sind die gemittelten Siebkurven des verwendeten Ausgangsmaterials darge stellt.Die beiden gebräuchlichsten Rechen der Firma Wild Metal GmbH (Typ Sb18 0.6 und Sb18 1.0, Tabelle 1, Nr. 2 bzw. 3) wur den dabei der kompletten Serie unterzo gen. Sie wurden bei sechs verschiedenen Durchflüssen (50 l/s, 100 l/s, 150 l/s, 200 l/s, 250 l/s, 300 l/s) mit allen drei Geschiebe mischungen getestet. Die anderen Rechen wurden einem gekürzten Untersuchungs programm unterzogen. Die Geschiebezugabe erfolgte direkt in die Zulaufstrecke. Das Geschiebe, wel ches den Rechen passierte, wurde im Ge schiebefangsack gesammelt. Dieses Ma terial wurde für die weitere Untersuchung in einem Trocknungsofen getrocknet und anschliessend einer Siebanalyse unterzo gen. 2.4 Ethohydraulische Versuche Da Coanda-Rechen hauptsächlich an alpi nen Gewässern mit der Bachforelle als Leit fischart zur Anwendung kommen, wurden

Spezialrechen

8 Wild Metal GmbH Sb34 0.6 0,6 mm neu 9 Wild Metal GmbH Sb34 1.0 1,0 mm neu 10 Wild Metal GmbH Sb42 1.0 1,0 mm neu 11 Quellfrosch Bec de Canard 1,05 mm neu, unverzinkt Tabelle 1: Im Projekt verwendete Coanda-Rechen. Bild 3: Gemittelte Kurven des Ausgangsmaterials.

3. Ergebnisse 3.1 Fassungskapazität Klarwasserverhältnissenbei Gemäss unzuverlässigen Literaturangaben liegt das maximale Schluckvermögen des Coanda-Rechens bei 140 l/(s∙m). Diese be grenzte Kapazität ist in der Praxis oftmals der wichtigste Grund, weshalb das Tiroler wehr dem Coanda-Rechen vorgezogen wird. Mit den durchgeführten Klarwasser versuchen konnten diese Angaben aller dings nicht bestätigt werden.

die Versuche zum Fischabstieg mit wild lebenden Bachforellen aus dem Schaniela bach (Kanton Graubünden) durchgeführt. Alle Fische wurden biometrisch vermasst und mittels PIT-Tag-Markierung individuell erkennbar gemacht. Die Fische wurden aufgrund ihrer Länge in kleine (< 16 cm Körperlänge) und grosse Forellen (> 16 cm) unterteilt. Des Weiteren wurden zwei verschiedene spe zifische Durchflüsse (100 l/(s∙m) und 300 l/ (s∙m) sowie die zwei Standardrechen der Firma Wild Metal GmbH mit 0,6 mm und 1,0 mm Spaltweite verwendet (Tabelle 1, Nr. 2 und 3)

c) 37,5 % Abklebung 300 l/s ≙ 269 l/s∙m 9 10 l/s Überfallabfluss d) 50 % Abklebung 300 l/s ≙ 269 l/s∙m 30 l/s Überfallabfluss (10 %) Bild 4: Ermittlung der Fassungskapazität bei schrittweiser Verlängerung der Beschleunigungsstrecke am Standardrechen der Firma Wild Metal GmbH mit 1,0 mm Spaltweite.

Die untersuchten Standardrechen der Firma Wild Metal GmbH mit 0,6 mm res pektive 1,0 mm Spaltweite weisen eine Fassungskapazität von über 500 l/(s∙m) auf. Auch der Rechen der Schweizer Fir ma Quellfrosch mit einer Spaltweite von 1,05 mm weist bereits bei nicht optimalem Einbauwinkel eine Fassungskapazität von über 300 l/(s∙m) auf. Auf Basis der Forschungsergebnisse liegt das Schluckvermögen oftmals etwa beim 3- bis 4-fachen Wert des angegebe nen Literaturwertes, wenn ein Überfall eines gewissen Teils des Zuflusses akzeptiert wird, der nicht gefasst wird. Dieser Überfall kann allfällig in die ökologisch vorgesehene Dotierwassermenge integriert und dadurch die Rechenbreite reduziert werden.

b) 25 % Abklebung 300 l/s ≙ 269 l/s∙m 1 2 l/s Überfallabfluss

Mit Teilabklebung des Rechens Sb18 1,0 mm (Tabelle 1, Nr. 3) wurde die Ver stopfung durch Geschiebe, Laub, Eis oder Moos simuliert. Die Abklebung der Re chenoberflächen erfolgte, ausgehend von der Wehrkrone, in Schritten von 12,5 Pro zent (Bild 4). Bei Abklebungen bis zu 25 Prozent konnte bei einem spezifischen Anlagendurchfluss von 269 l/(s∙m) keine grossflächigere Benetzung am Rechen als ohne Abklebungen festgestellt werden.

Man kann daher für die Praxis davon aus gehen, dass in diesem Fall die Fassungs kapazität ohne Überfall nicht massgeblich beeinträchtigt ist. Bei einer Abklebung von 37,5 Prozent der oberen Rechenoberfläche verliert der Rechen ca. 3 Prozent seiner Schluckfähigkeit, bei 50 Prozent ergibt sich eine Reduktion von 10 Prozent. Of fensicht lich führt die Beschleunigung zur Erhöhung der spezifischen Fassungskapa zität des Rechens bezogen auf die Rechenfläche (vgl. Bild 4) Die Ergebnisse zur simulierten Verstop fung des Rechens sind aber mit Vorsicht zu geniessen. In der Realität beeinflusst auch die Form der Partikel, welche zur Verlegung des Rechens führen, das Strö mungsverhalten. Eine knapp dimensio nierte Anlage hat zwar tiefere Errichtungs kosten zur Folge, bei Lastfällen mit einem erhöhten Abfluss (z. B. Schneeschmelze oder Starkregenereignisse) fällt allerdings auch deutlich mehr Überwasser an, so dass die Energie nicht vollständig genutzt werden kann. Entsprechend ist eine ge samtheitliche und individuelle Betrachtung von technischen, wirtschaftlichen und um weltrelevanten Faktoren unabdingbar. 3.2 Abschereffekt statt CoandaEffekt Insgesamt wurden elf Rechen mit unter schiedlichen Spaltweiten, Stabgeometrien, Durchflüssen und Zuständen untersucht. Alle Rechen haben eine konkave oder ge rade Oberfläche und beginnen unmittel bar an der Unterseite der Wehrkrone. Auf grund dieser Anordnung und Form der Re chenoberfläche kann kein Coanda-Ef fekt auftreten. Um den Coanda-Effekt auszu nutzen, müsste der Rechen bereits in der ausgerundeten Krone eines Standardüber

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a) 12,5 % Abklebung 300 l/s ≙ 269 l/s∙m kein Überfall (Dotierwasser)

Pro Konfiguration wurden zwölf Repli kationen mit je drei Forellen durchgeführt; jeder Fisch wurde für den Versuch zwei mal verwendet. Bei der Durchführung der Versuche wurden die Fische ins Startabteil des Zulaufkanals gegeben. Diese schwam men meist mit positiver Rheotaxis, d. h. mit der Schwanzflosse voraus, über den Rechen in den simulierten Kolkbereich. Hinzu kamen sogenannte Kontrollfische, welche dieselbe Prozedur erlebten, aller dings nicht den Rechen passierten, son dern direkt in den Kolk gesetzt wurden. Dadurch konnten die effektiven Auswir kungen des Coanda-Rechens auf die Fische herauskristallisiert werden. Vor und nach den Ver suchen wurden alle Fische jeweils beidseitig fotografiert, sodass all fällige Fischverletzungen, welche vom Re chen stammen könnten, aufgenommen wurden.Die Bildauswertung der Fische vor und nach einem Versuch erfolgte mithilfe der Software ImageJ (aus dem Jahr 2019). Sie errechnete den prozentualen Anteil der Fläche mit Schuppenverlusten im Vergleich zur gesamten Oberfläche des Fisches.

Bei kritischen Verhältnissen in Bezug auf Hydroabrasiv-Verschleiss (z. B. sehr gros se Fallhöhe und / oder hartes Gestein) kann man also auch bei Verwendung eines Coanda-Rechens nicht auf einen Sand fang verzichten. Der Vorteil eines CoandaRechens ist dann im Wesentlichen die Ver ringerung des Sedimenteintrags (und damit der Anzahl an Spülungen bzw. der Spül wasser verluste) gegenüber einem klassi schen Fallrechen oder einer üblichen Sei tenentnahme. Bei Kraftwerken mit gerin gerer Fallhöhe und weichem Gestein kann ein Rechen mit 0,4 mm Spaltweite jedoch eine Variante sein, um auf den Sandfang zu verzichten. 3.4 Abweisungsgrad von Feststoffen Bei geringen Zuflüssen bis zu 260 l/s∙m wird der Abweisungsgrad von der Konzentration des Geschiebes geringfügig beeinflusst. Die allgemein verbreitete Aussage der Her steller, dass 90 Prozent der Partikel mit äqui valenten Durchmessern der halben Spalt weite abgewiesen werden, konnte durch unser Forschungsprojekt nicht bestätigt werden. Für die am häufigsten verwende ten Rechen der Firma Wild Metal GmbH betrug der Abweisungsgrad von Partikeln mit Durchmessern der halben Spaltweite und kantigem Korn 37 bis 39 Prozent.

3.3 Mit oder ohne Sandfang? Feststoffe, die ins Triebwassersystem ge langen, können dort Abrasionsschäden an hydraulischen Anlagenteilen verur sachen. Will man bei Mittel- und Hochdruckkraft werken auf die Anordnung eines Sandfangs verzichten, so empfiehlt es sich aufgrund unserer Untersuchungen, eine maximale Spaltweite von 0,4 mm zu wählen. Diese neigen jedoch stärker zu Verstopfungen als die Rechen mit 0,6 mm Spaltweite und haben sich daher in den Versuchen als nicht ideal erwiesen. Schon nach drei Ver Bild 5: Vergleich der Abweisungsgrade für ver schiedene Geschiebekonzentrationen bei einer spezifischen Durchflussrate von 400 l/s ∙ m in Abhängigkeit der Partikelgrösse für Kantkorn beim Standardrechen der Firma Wild Metal GmbH mit 0,6 mm Spalt weite.

falls beginnen und eine leicht konvexe oder gerade Oberfläche haben, was bei den unter suchten und marktüblichen Rechen nicht der Fall ist. In diesem Sinne weisen die Coanda-Rechen keinen eigentlichen Coanda-Effekt, sondern lediglich einen Wasser-Abschereffekt auf, weil die Rechen stäbe schräg zur Strömung angeordnet sind. Diese Anordnung wirkt wie eine aus serordentliche und gleichmässige Aufrau ung der Rechenoberfläche. Dabei wird die turbulente Grenzschicht an der Rechen oberfläche quasi abgeschert und wie ein ebener Wasserstrahl umgelenkt. Entspre chend beeinflusst die Anordnung der Re chenstäbe und ihre Geometrie die Fas sungskapazität des Rechens.

suchen mit Geschiebeeintrag zur Er fas sung des Abscheidungsgrades wurde er sichtlich, dass der Rechen an vielen Stel len verstopft war und sich nicht einfach mit einem Besen oder dergleichen reini gen liess. Da das Grenzkorn für Sandfänge in der Schweiz bei Mittel- und Hochdruckkraftwerken (Fallhöhe > 50 m) je nach Fall höhe üblicherweise 0,2 bis 0,3 mm be trägt, ist bei abrasivem Gestein und gros ser Fallhöhe auch für eine Spaltweite von 0,4 mm ein Sandfang oder ein spülbares Absetzbecken nach dem Coanda-Rechen zu empfehlen. Ob ein Sandfang erforderlich ist, muss durch die Ermittlung der kritischen Korngrösse festgelegt werden. CoandaRechen mit Spaltweiten von 0,2 mm ver stopfen erfahrungsgemäss sehr rasch durch Feinsand und sind für geschiebe führende Gewässer daher nicht zu emp fehlen. Ein weiterer Einflussfaktor sind Baumblätter und gemäss Herstelleranga ben spezifisch die Stiele von Buchenblät tern, welche einen Coanda-Rechen ver stopfen können. Gemäss Aussagen von Betreibern sind davon oftmals Rechen mit einer Spaltweite von 1 mm und mehr be troffen. Deshalb werden von den Herstel lern meistens Rechen mit einer Spaltweite von 0,6 mm empfohlen, wenn sich Buchen im Einzugsgebiet des Gewässers befinden.

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aller Standardrechen der Wild Metal GmbH bei spezifischen Durchflüssen von 89,7 l/s ∙ m für Kant- und Rundkorn. Bild 7: Vergleich der Abweisungsgrade am neuen und am verschlissenen Rechen mit 0,6 mm Spaltweite für Kantkorn bei verschiedenen Durchflüssen.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden180 Bild 6: Abweisungscharakteristik

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 181 schen Durchflüssen von 89 l/(s∙m) darge stellt. Die Unterschiede zwischen den ver schiedenen Gesteinskörnungen in der Ab weisungscharakteristik sind nicht ausge prägt. Beim Rundkorn (gestrichelte Kurven) werden die feinsten Fraktionen schlechter abgewiesen als beim Kantkorn (ausgezo gene Kurven). Hingegen waren für die Re chen mit Spaltweite 1,5 bis 3,0 mm die Ab weisungsgrade für die Partikeldurchmesser jeweils halber Stabweite höher beim Rund korn als beim Kantkorn. Bei den Rechen mit Spaltweiten ≤ 1,0 mm verhält es sich gegensätzlich. sung bei geringen Geschiebekonzentratio nen effizienter ist als bei hohen Geschiebe konzentrationen. Partikel, deren äquivalen te Durchmesser der Stabweite entsprechen, werden für Durchflüsse von 400 l/(s∙m) nur bei geringen Geschiebekonzentrationen zu mehr als 95 Prozent abgewiesen; bei mitt leren und grösseren Geschiebekonzentra tionen hingegen betragen die Abweisungs grade lediglich rund 90 und 80 Prozent. Im Bild 6 sind die Abweisungscharak teristika von Kant- und Rundkorn für die un terschiedlichen Standardrechen der Firma Wild Metal GmbH bei moderaten spezifi Bei Hochwasser muss man unterschei den, ob der Abweisungsgrad bei höheren Durchflüssen oder die Abweisung von hö heren Geschiebekonzentrationen betrach tet wird. Höhere Durchflüsse verbessern den Abweisungsgrad grundsätzlich, hö here Geschiebekonzentrationen hingegen verschlechtern ihn. Dieser Umstand tritt al lerdings erst bei höheren Durchflüssen auf. Bei geringen Durchflüssen ist der Abwei sungsgrad kaum von der Geschiebekon zentration abhängig. In Bild 5 ist ersicht lich, dass bei höheren spezifischen Durch flüssen von 400 l/s m die Geschiebeabwei Bild 8: Gesamtheit der Schuppenverluste aller Fische bei zwei spezifischen Durchflussraten von 100 und 300 l/(s∙m) an den zwei Rechentypen Nr. 2 und 3 nach Tabelle 1.

Die Versuche des Standardrechens mit 0,6 mm Spaltweite wurden mit Untersu chungen eines baugleichen, verschlisse nen Rechens ergänzt (Tabelle 1, Nr. 2 vs. Nr. 7). Die Abweisungscharakteristika der beiden Rechen zeigen aber für verschie dene spezifische Durchflüsse keine nen nenswerten Unterschiede, wenngleich der verschlissene Rechen tendenziell höhere Abweisungsgrade für kleine Partikelgrös sen aufweist (vgl. Bild 7). Die Abweisungs charakteristik scheint sich also im laufen den Betrieb mit zunehmendem Verschleiss eines Coanda-Rechens nicht zu verschlech tern. 3.5 Fischgängigkeit Die ethohydraulischen Versuche bei den getesteten Rechen mit 0,6 mm und 1,0 mm Spaltweite lassen den Schluss zu, dass keine relevanten Verletzungen beim Fisch abstieg zu erwarten sind. Die Bachforellen erlitten Schuppenverluste im Bereich von maximal 1 Prozent ihrer Körperoberfläche, in den meisten Fällen jedoch sogar weit unterhalb dieses Wertes (Bild 8). Diese Er gebnisse treffen sowohl für einen geringe ren spezifischen Durchfluss von 100 l/s∙m, als auch für einen hohen spezifischen Durchfluss von 300 l/s∙m zu. Die Mehrzahl der Fische wies keine Schuppenverluste auf. Es ist kein signifikanter Unterschied 1Quellen:NøvikH.,

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zwischen den über den Rechen abgestie genen Fischen und den Fischen der Kon trollgruppe auszumachen. Da die Verlet zungen in erster Linie von der Stabform und dem Anstellwinkel abhängen, ist da von auszugehen, dass ähnlich konstruier te oder baugleiche Coanda-Rechen ande rer Hersteller eine gleichwertige Fischver träglichkeit aufweisen. Nicht untersucht wurde allerdings der Fischabstieg beim Coanda-Rechen, wenn über dem Rechen ein Schutzrechen ange bracht ist. Je nach Bauart können diese eine zusätzliche Verletzungsgefahr dar stellen.

5. Danksagung Wir danken dem Bundesamt für Energie (BFE) für die Finanzierung dieses Projekts (Projektnummer SI/501288-01).

4. Interpretation und Ausblick Es konnte nachgewiesen werden, dass die Fassungskapazität der Coanda-Re chen wesentlich höher ist als bisher ange nommen. In einer Weiterführung der For schungsarbeit könnten Druckmessungen am Coanda-Rechen dazu dienen, die ge nauen Funktionsmechanismen zu eruie ren. Der Coanda-Rechen greift grundsätz lich auf die Abscherung von Wasser zu rück, nicht auf den Coanda-Effekt. Des Weiteren konnte festgestellt wer den, dass der Abweisungsgrad nicht so gross ist, wie bis anhin suggeriert wurde. Allerdings konnte mit dem Abkleben der

Rechenfläche vom oberen Rand begin nend beobachtet werden, dass der Abwei sungsgrad mit höherer Fliessgeschwin digkeit erhöht wird. Somit liegt in der Ver längerung der Beschleunigungsplatte Op timierungspotenzial im Hinblick auf den Abweisungsgrad.Amwichtigsten war die Erkenntnis, dass alle Akteure im Markt bisher auf die selben wissenschaftlichen Ressourcen zu rückgreifen, deren Wurzeln in der Entwick lungsphase des Coanda-Rechens liegen. Planer, Betreiber und Hersteller stützen sich bei der Dimensionierung der Anlagen mit Coanda-Rechen auf Fakten, die offen sichtlich aus einer Quelle stammen (Nøvik et al., 2014). Über drei Jahrzehnte wurden Dimensionierungsgrundlagen kopiert, ohne die Quelle dieser Grundlagen infrage zu stellen. Das Projektteam konnte neue Daten zum Schluckvermögen, Abweisungsgrad von Feststoffen sowie zur Fischver träglich keit Esliefern.bleibt zu hoffen, dass die neuen Er kenntnisse auch bald ihren Weg in die Pra xis finden werden.

Umgang mit alternden Schutzsystemen in ErfahrungenWildbächenundEmpfehlungen

Ausgangslage

Der Wiederbeschaffungswert der heute be stehenden Hochwasserschutzinfrastruk tur in den Schweizer Gewässern liegt ge mäss verschiedenen Abschätzungen des Bundesamts für Umwelt BAFU im Bereich von 35 bis 40 Mrd. CHF. Ein grosser Teil die ser Schutzinfrastruktur befindet sich in Wild

In den Wildbächen der Schweiz wurden seit Mitte des 19. Jahrhunderts tausende Schutzbauten und viele Schutzsysteme erstellt. Mit der Zeit haben sich die Schutz systeme selber, die dazugehörenden Einzugsgebiete und die Ansprüche der Gesell schaft an diese Schutzsysteme verändert. Viele der Wildbachverbauungen sind in die Jahre gekommen und erfüllen die an sie gestellten Anforderungen nicht mehr –sind nicht mehr zweckmässig. Wie weiter? Soll das Schutzsystem in seiner Funktion erhalten, angepasst oder vollständig neu konzipiert werden? Im Auftrag des Bundes amts für Umwelt BAFU wurde dieser Frage nachgegangen. Das Resultat ist eine Publikation in der Reihe Umwelt-Wissen zum Umgang mit alternden Schutzsystemen, welche in der gesamtheitlichen Lösungsfindung auf Konzeptstufe unterstützen soll. Die Publikation führt strukturiert durch den Entscheidungsprozess und regt zu einer ergebnisoffenen Prüfung aller Möglichkeiten an. Erfahrungen aus zehn Schwei zer Wildbächen, bei welchen unterschiedliche Lösungen für den Umgang mit dem jeweiligen alternden Schutzsystem gefunden wurden, veranschaulichen das Vor gehen. Konkrete Abklärungsschritte und Handlungsempfehlungen unterstützen Planende und Verantwortliche bei der Lösungsfindung. Résumé Depuis le milieu du 19ème siècle, des milliers d’ouvrages et de nombreux systèmes de protection ont été construits dans les torrents de Suisse. Avec le temps, les sys tèmes de protection eux-mêmes, les bassins versants correspondants et les exi gences de la société vis-à-vis de ces systèmes de protection ont évolué. De nom breux aménagements de torrents ont pris de l’âge, ne répondent plus aux exigences qui leur sont posées et ne sont plus appropriés. Quelle est la suite ? Faut-il conser ver la fonction du système de protection, l’adapter ou le reconcevoir entièrement ? L’Office fédéral de l’environnement (OFEV) s’est penché sur cette question. Le ré sultat est une publication dans la série Connaissance de l’environnement sur la gestion des systèmes de protection vieillissants, qui doit aider à trouver une solution globale au niveau conceptuel. La publication guide de manière structurée à travers le processus de décision et incite à un examen ouvert de toutes les possibilités. Les expériences de dix tor rents suisses, pour lesquels différentes solutions ont été trouvées pour faire face au système de protection vieillissant, illustrent la procédure. Des étapes concrètes de clarification et des recommandations d’action aident les planificateurs et les respon sables à trouver des solutions.

Zusammenfassung

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 183

Über die Jahre fanden Veränderungen der Schutzsysteme statt, z. B. durch Ergän zungen, Anpassungen oder Auflassen von Massnahmen. Die Einzugsgebiete der Wild bäche haben sich z. B. durch eine Nutzungs änderung, Ereignisse oder den Klimawan del verändert. Auch Schutzansprüche, das Verständnis für den Umgang mit Naturge fahren und die technischen Möglichkeiten haben sich gewandelt. In Anbetracht der vielfältigen Veränderungen stellen sich die Fragen, ob das bestehende, über die Zeit gewachsene Schutzsystem noch zeitge mäss ist sowie ob und wie die Bauten in die Zukunft überführt werden sollen. An schaulich präsentiert wird diese Ausgangs lage z. B. an der Gürbe, die bereits im Ar tikel «Schutzkonzepte und ihre Bauten am Lebensende was nun?» (WEL 2021, Heft 3) vorgestellt wurde. Eine grosse Rutschung im Einzugsgebiet beschädigte 2018 viele Betonsperren und Holzverbauungen und intensivierte die Diskussionen und Abklä rungen, die jahrzehntealte Schutzstrategie zu überdenken (Bild 1) Zielsetzung Beispiele wie die Gürbe gibt es viele und das Bedürfnis, einen geeigneten Umgang mit alternden Schutzsystemen zu finden, wird in den nächsten Jahren zunehmen. Dies hat das Bundesamt für Umwelt BAFU dazu be wogen, Erfahrungen bei der Überprüfung von alternden Schutzsystemen aus der Praxis aufzuarbeiten und als Empfehlung einem breiten Publikum von Fachleuten zu gänglich zu machen. Anhand einer Analyse von zehn Wildbach-Fallbeispielen aus dem Schweizer Alpen- und Voralpenraum (Bild 2), bei denen eine bewusste Überprüfung des alternden Schutzsystems stattgefunden hat, konnten wichtige Erkenntnisse und Er fahrungen gewonnen und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet werden. Das Wort «alternd» bezieht sich dabei weniger auf das absolute Alter als vielmehr auf die Tatsache, dass ein bestehendes Schutzsystem den aktuellen Ansprüchen bächen in Form von Tausenden von Schutz bauten unterschiedlichen Alters und Zu stands. Mit Schutzbautenmanagement und Unterhalt lässt sich die Lebensdauer von Schutzbauten verlängern. Viele der seit Mit te des 19. Jahrhunderts errichteten Schutz systeme haben dennoch das Lebensende erreicht und können die an sie gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen.

Catherine Berger, Maike Schneider, Sandro Ritler, Markus Zimmermann, Eva Gertsch-Gautschi, Adrian Schertenleib

Wildbach Kanton (Gemeinde) Wildbach Kanton (Gemeinde) Formigario Tessin (Faido) Merdenson Wallis (Val de Bagnes) Guppenrunse Glarus (Glarus Süd) Nasenbach St. Gallen (Wildhaus – Alt St. Johann) Gürbe Bern (viele Gemeinden vom Gantrischgebiet bis Wattenwil) Palanggenbach Uri (Seedorf, Attinghausen) Kleine Melchaa Obwalden (Giswil, Sachseln) Ri del Bess Graubünden (Mesocco) Lammbach Bern (Brienz, Hofstetten, Schwanden)

Jedes Schutzsystem durchläuft einen Le benszyklus, der beginnend bei der Identi fizierung des Schutzbedarfs über die Kon zeption, Planung, Realisierung und den Betrieb bis zum Überprüfen des Schutz systems an seinem Lebensende reicht (Le benszyklusmodell des Systems Enginee ring für Schutzsysteme (SE) nach PLANALP 2014, Bild 3).

Der Lebenszyklus läuft wiederholt ab. Die Frage nach dem Umgang mit dem al ternden, d. h. dem bisherigen Schutzsys tem stellt sich am Ende des Lebenszyklus (Phase 7SE) und ist auf Konzeptstufe be antwortet, sobald die Konzeption des künf tigen Schutzsystems abgeschlossen ist (Phase 2SE). In Bezug auf die Funktionstypen der baulichen Massnahmen wurde in der Publi kation unterschieden zwischen einem Sys temerhalt, einer Systemanpassung und ei nem Systemwechsel. Dabei sind die Über gänge fliessend und die Abgrenzung ist nicht an einzelnen Bauten erkennbar, son dern erst über das gesamte Schutzsystem verständlich.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden184

Gesamtheitliches Management

nicht mehr gerecht wird und folglich nicht mehr zweckmässig ist. Dies kann bereits bei wenige Jahre oder Jahrzehnte alten Bauten der Fall sein. Beispielsweise haben einige in den 1990er-Jahren an der Gürbe erstellte Betonsperren das Lebensende erreicht. Der Fokus der Publikation liegt auf dem gesamten Schutzsystem und dem Aufzeigen von generellen Überlegungen auf Stufe eines Konzeptstudiums und we niger auf den einzelnen Bauwerken. Die Schutzsysteme werden in ihrer Gesamt heit (Einzugsgebiet bis zur Mündung der Wildbäche in den Vorfluter und unter Be rücksichtigung von Wechselwirkungen, be dingt durch gesellschaftliche Aspekte) be trachtet. Neben der aktuellen Situation wer den sowohl vergangene als auch künftige Entwicklungen berücksichtigt.

Bild 1: Gürbesperren um 1900 (links, C. Bähler aus Salvisberg 2017) und im Jahr 2021 (rechts, Ingenieurbüro Speerli GmbH). Bild 2: Zehn Fallbeispiele aus dem Schweizer Alpen- und Voralpenraum wurden untersucht. Jedes Beispiel zeigt eine Lösung für den Umgang mit alternden Schutzsystemen auf. (Datengrundlage © swisstopo).

Steinibach b. Hergiswil Nidwalden (Hergiswil) ! Schutzsystem 7 SE 1 SE 2 SE 3 SE 4 SE 5 SE 6 SE Schutzbedarf derUntersuchungkonzeption,SystemAlternativen OptimierungPlanung, Realisierung Betrieb,Inbetriebnahme,ÜbergabeÜb erwachung, Insta ndhaltungUmbau,Anpassung,Rückbau Bild 3: Lebenszyklusmodell des Systems Engineering für Schutzsysteme (SE) in sieben Phasen (1SE 7SE) (nach PLANALP 2014). Die Empfehlungen zum Umgang mit alternden Schutzsystemen unterstützen bei den dunkel her vorgehobenen Phasen 7SE 2SE. Das Ausrufezeichen steht für den Zeitpunkt des Überprüfens eines Schutzsystems und entspricht dem Ende eines Schutzsystem-Lebenszyklus.

Abklärungsschritte

Um einen geeigneten Umgang mit dem bisherigen Schutzsystem zu finden, wird sein gesamter zurückliegender Lebens zyklus betrachtet (Vergangenheit Gegen wart) und der aktuelle Zustand erfasst (Ge genwart = Zeitpunkt des Überprüfens). Der Blick auf den neu anstehenden Lebens zyklus unterstützt die Erarbeitung eines zweckmässigen und zukunftsgerichteten neuen Schutzsystems (Gegenwart Zukunft).

• die Ausgangslage und damit ein bestehendes Schutzsystem von Grund auf neu beurteilt wird.

• Abklärungsschritt 1: Kenntnis der einstigen, aktuellen und künftigen Rahmenbedingungen aus Naturraum (physische Gegebenheiten) und Kulturraum (Nutzung und Inwertsetzung des Naturraums durch den Menschen).

• Massnahmen überstürzt in Angriff genommen werden. Eine vorgängig aus gearbeitete Strategie für den Umgang mit dem bestehenden Schutzsystem im jeweiligen Bach hilft, dass unter Zeit- und Handlungsdruck keine wenig reflektier ten Sofortmassnahmen ergriffen werden.

• Abklärungsschritt 2: Verständnis für das bisherige Schutzsystem inklusive Auslösung seines Überprüfens.

Naturgefahrenereignisse mit oder ohne Schadenfolgen üben nebst ihren Auswir kungen auf den Naturraum Einfluss auf viele weitere Bereiche aus. Ereignisse im entsprechenden Bach, in benachbarten Gebieten oder schweizweite Hochwasser katastrophen können bewirken, dass

• sich die Sichtweise und Wahrnehmung von Risiken und Risikoreduktion verändern.

• die Notwendigkeit für einen Systemwechsel vor Augen geführt wird.

• Fragen in Bezug auf die Ausgangslage geklärt werden.

Rahmenbedingungen kennen (Abklärungsschritt 1) Im Naturraum sowie im Kulturraum be stehen Voraussetzungen und Bedürfnisse, die sich mit der Zeit verändern. Die Rah menbedingungen beeinflussen die Schutz systeme physisch und im Hinblick darauf, wie sie verstanden und bewertet werden. men werden angesprochen und es wird da zu inspiriert, über eine mögliche Verände rung oder Anpassung bestehender Schutz systeme nachzudenken. Diese Abklärungen finden primär in den SIA-Phasen 1 (Strate gische Planung) und 2 (Vorstudien) statt (SIA 102). Erfahrungen und Handlungs empfehlungen Die zehn untersuchten Fallbeispiele unter stützen das vorgeschlagene Konzept zum Umgang mit alternden Schutzsystemen aus Bild 4 und Tabelle 1. Die Abklärungen gemäss den vier Abklärungsschritten wur Ein vierteiliges Konzept wurde im Rahmen der neuen Publikation erarbeitet und unter stützt Fachpersonen beim Übergang von einem Lebenszyklus in den nächsten, vom bisherigen Schutzsystem bis zur Konzep tion des künftigen Schutzsystems (Bild 4):

• das Infragestellen eines bestehenden Schutzsystems überhaupt möglich wird.

• die Bereitschaft für Massnahmen und die Akzeptanz von Massnahmen vergrössert werden.

• das Bewusstsein über eine Gefahr gefördert und die Bevölkerung sensibilisiert wird.

• Abklärungsschritt 4: Berücksichtigung von übergreifenden Aspekten wie dem allgemeinen Umgang mit Naturgefahren, den sich wandelnden Ansprüchen an ein Schutzsystem oder die Kommuni kation mit den Beteiligten.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 185 den bewusst oder unbewusst in vielen Fällen bereits umgesetzt. Die Theorie wird im Folgenden durch ausgewählte Erfah rungen aus den Beispielen illustriert. Aus den Erfahrungen konnten konkrete Hand lungsempfehlungen abgeleitet werden, wel che in der Publikation beschrieben sind.

Die vier Abklärungsschritte führen struktu riert durch den ergebnisoffenen Planungsund Entscheidungsprozess (Tabelle 1), wie das bisherige Schutzsystem in die Zukunft überführt werden soll. Die relevanten The Bild 4: Vier Abklärungsschritte strukturieren den Umgang mit alternden Schutzsystemen. Die verblassende Farbe symbolisiert die zunehmende Prognoseunsicherheit für die Zukunft. Das Ausrufezeichen steht für den Zeitpunkt des Überprüfens eines Schutzsystems. Ausgewählte Erfahrungen: Rahmenbedingungen sowohl aus dem Naturraum (z. B. Topographie, Nebenbäche) als auch aus dem Kulturraum (z. B. Schadenpotenzial wie Siedlungsgebiet, Infrastrukturanlagen oder gesetzliche Vorgaben) können vor handene Platzverhältnisse und somit das Variantenstudium für den Umgang mit bestehenden Schutzsystemen einschränken.

• Abklärungsschritt 3: Erarbeitung eines Schutzkonzepts für ein zweck mässiges und nachhaltiges künftiges Schutzsystem.

• Gremien für die Ereignisbewältigung gegründet sowie Kommunikationswege und administrative Abläufe geschaffen werden, die auch für spätere Hochwasserschutz projekte genutzt werden können.

• Entscheidungsprozesse zur Verbesserung beschleunigt werden.

1.2 Entwicklung des Kulturraums

3.1 Zielformulierung und Zielvergleich

3.2 Variantenstudium Variantenentscheidund

2.2 Beurteilung der Zweckmässigkeit • Erfüllt das bestehende Schutzsystem die aktuellen Ansprüche?

• Welche Variante ist im Hinblick auf ihren gesamten Lebenszyklus zu bevorzugen?

• Was sind mögliche Hürden auf dem Weg vom bisherigen zum künftigen Schutzsystem und wie können sie gemeistert werden?

• Wie kann das Erhaltungsmanagement langfristig sichergestellt werden?

Konzept

• Was sind die Ansprüche an das künftige Schutzsystem?

• Welche Varianten sind denkbar, sollen weiterverfolgt und optimiert werden?

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden186

• Was war das ursprüngliche Schutzkonzept und welche Schutzziele wurden angestrebt?

4.2 Kommunikation • Wie können Vertrauen und Akzeptanz geschaffen werden?

Schritt Thema Zentrale Fragen (Auswahl)

• Wie wird der integrale und nachhaltige Umgang mit Naturgefahren gewährleistet?

Verständnis für das bisherige Schutzsystem 2.1 Kenntnis und Verständnis bisheriger Massnahmen

• Was sind mögliche Szenarien für die künftige Entwicklung im Natur und Kulturraum?

Erarbeitung Schutzsystemkünftiges

• Welche Schutzmassnahmen bestehen in welchem Zustand, mit welcher Funktion, Zuverlässigkeit und Wirkung, mit welchem Nutzen und mit welcher emotionalen Bedeutung für wen?

3.3 Überführung des bisherigen Schutzsystems in ein zweckmässiges künftiges Schutzsystem

• Ist ein Systemerhalt, eine Systemanpassung oder ein Systemwechsel möglich und sinnvoll?

Rahmenbedingungen

4.3 Umgang mit Naturgefahren

Tabelle 1: Struktur zur Analyse eines Schutzsystems: Konzept, Abklärungsschritte, Thema und zentrale Fragen.

• Welche Voraussetzungen und Bedürfnisse bestehen im Natur und Kulturraum zum Zeitpunkt des Überprüfens?

• Was sind die weiteren Planungsschritte?

2.3 Auslösung des Überprüfens • Was hat ein Überprüfen ausgelöst?

• Wie hat sich das bisherige Schutzsystem seit seiner Errichtung bis zum Zeitpunkt des Überprüfens entwickelt und bewährt?

1.1 Entwicklung des Naturraums

• Worin unterscheiden sich die künftigen Ansprüche und das bestehende System?

• Welche Veränderungen im Natur und Kulturraum haben seit der Errichtung des Schutzsystems bis zum Zeitpunkt des Überprüfens stattgefunden?

Übergreifende Aspekte 4.1 Projektgrundlagen • Welche Entscheidungsgrundlagen werden benötigt?

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 187

systemSchutz-künftigesErarbeitungSchutzsystebisherigesm

Die Konzeption eines durch alle Beteilig ten getragenen, zweckmässigen künftigen Schutzsystems kann nur mit Berücksichti gung der Rahmenbedingungen (Abklärungsschritt 1) und Verständnis für das bis herige Schutzsystem (Abklärungsschritt 2) erfolgen. Für jedes alternde Schutzsystem wird geprüft, ob in Bezug auf die baulichen Massnahmen ein Erhalt, eine Anpassung oder ein Wechsel des bisherigen Systems zweckmässig ist und welche Massnahmen kombination das Schutzsystem optimiert (Bild 5) Zeit

Bild 5: Variantenstudium auf Konzeptstufe. Das bisherige Schutzsystem wird überprüft und durch eine optimale Massnahmenkombination ein künftiges Schutzsystem ausgearbeitet.

System-erhaltÜberprüfung Funktionstypen der Bauten Ausarbeiten der

management kann das Altern der Schutz bauwerke verzögert und das bestehende Sicherheitsniveau möglichst lange auf rechterhalten werden. Die Dokumentation der heutigen Überlegungen erleichtert ein künftiges Überprüfen. Alle Möglichkeiten sollen ergebnisoffen geprüft werden und bereits bei der Kon zeption der gesamte anstehende Lebens zyklus des Schutzsystems berücksichtigt werden. Auch das künftige Schutzsystem wird altern und eines Tages sein Lebens ende erreichen. Mit geeignetem Erhaltungs

MassnahmenkombinationoptimalenSystemanpassung Systemwechsel

Geschichte nachzeichnen und dadurch die Gegenwart verstehen (Abklärungsschritt 2) Aus dem umfassenden Blick in die Ver gangenheit ergibt sich ein Verständnis für das bestehende Schutzsystem. Ausgewählte Erfahrungen: Schutzsysteme sind in den meisten Fällen nicht Resultat einer einmaligen Planung, sondern sie sind über die Zeit gewachsen. Ergänzungen oder Anpas sungen erfolgten meist als Reaktion auf Ereignisse. Schutzsysteme sowie die damit verfolgten Ziele können sich im Verlauf der Geschichte wandeln und infolgedessen verlagerte sich in einigen Beispielen der Standort der Schutz bauten mit der Zeit immer näher zum KegelZustand,hin. Unterhalt und die getätig ten sowie die geplanten Investitionen in ein Schutzsystem geben Hinweise auf das Risikobewusstsein und/oder auf die Verbundenheit der Bevölkerung mit ei nem Schutzsystem. Gut unterhaltene und intakte Bauwerke haben oft auch emotional eine grosse Bedeutung und werden selten infrage gestellt. Entspre chend kann ein unhinterfragtes und un begründetes Ändern oder Auflassen von z. T. emotional bedeutenden Bauten als «Verrat am Lebenswerk» aufgefasst wer den. Ist der räumliche Zugang zu den Schutzbauten nicht gewährleistet und sind diese im Alltag der Bevölkerung nicht sichtbar, geschieht die Auseinan dersetzung mit dem Bestehenden nicht von selbst, sondern muss bewusst und aktiv angegangen werden. Die Beispie le zeigen, dass Massnahmen umso leichter umzusetzen sind, wenn Hand lungsbedarf nicht nur vorhanden, son dern auch anerkannt wird. Durch Auf zeigen der Geschichte kann der Hand lungsbedarf veranschaulicht werden. Ausgewählte Erfahrungen: Grösse, Zustand und Wirkung von Schutzbauten sind in jedem Fallbeispiel unter schiedlich. Die Systematik des Überprüfens ist aber in allen Einzugsgebieten die Gleiche. Bei allen Fallbeispielen mit Sperren oder Sperrentreppen im z. T. schwer zugänglichen Einzugsgebiet wurde geprüft, ob die bestehenden Bauten beibehalten werden sollen, ob der Erhalt einzelner Schlüsselbauwerke zweckmässig ist oder ob ein Auflassen der Sperren/Sperrentreppen möglich ist. Die angedachten Varianten beeinflussen die Prozessszenarien, z.B. die auf dem Kegel zu erwartende Geschiebe fracht. Die Beispiele zeigen, dass die Prüfung des Systemerhalts, der Systeman passung und des Systemwechsels in jedem Fall einen Mehrwert bringt. Auch wenn sich eine Bestvariante bereits bei Projektbeginn abzeichnet, macht ein Varianten vergleich den Entscheid nachvollziehbar und belastbarer, z. B. gegen Einsprachen.

In den vier untersuchten Beispielen, bei welchen es zu einem funktionalen System wechsel kam, wurde dieser Wechsel als Investition in die Zukunft betrachtet und es wird erwartet, dass die künftigen Erneuerungskosten des Schutzsystems tiefer aus fallen als bisher. Bei allen Fallbeispielen wurde das künftige Schutzsystem durch eine gebietsspezifische Kombination von Massnahmentypen optimiert. Zukunft planen (Abklärungsschritt 3)

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden188

PLANALP Broschüre 2014. Salvisberg M. (2017): Der Hochwasserschutz an der Gürbe. Eine Herausforderung für Generationen (1855 2010). Wirtschafts , Sozial und Umweltgeschichte (WSU), Band 7. Schwabe Verlag, Basel. SIA 102 (2020): Ordnung für Leistungen und Honorare der Architektinnen und Architekten. Planungsphasen. Schweizer Ingenieur und Architekten Verein, Zürich.

Die Auftragnehmenden danken dem Bun desamt für Umwelt BAFU für die Finanzie rung, insbesondere Eva Gertsch Gautschi und Adrian Schertenleib von der Sektion Hochwasserschutz für die Projektleitung. Das ganze Projektteam bedankt sich bei der Begleitgruppe für die vielen wert vollen Inputs und das Teilen ihres grossen Erfahrungsschatzes. Herzlicher Dank geht auch an alle Personen, die beim Erfahrungs austausch zu den zehn Fallbeispielen offen und engagiert mitgewirkt haben.

alternden Schutzsystemen mit beschränk ten finanziellen Mitteln die langfristig beste Wirkung zu erzielen.

Publikation

PLANALPQuellen: Plattform Naturgefahren der Alpenkonvention (Hrsg.) (2014): Beständigkeit von Schutzsystemen gegen Alpine Naturgefahren. Erfüllung vielseitiger Ansprüche durch die Anwendung der Prinzipien des Systems Engineering und des Lebenszyklusmanagements in den Ländern der Alpenkonvention.

Link deutsche www.bafu.admin.ch/uw-2210-dFassung: • Link französische www.bafu.admin.ch/uw-2210-fFassung:

Erst wenn die Geschichte bekannt ist und der Schutzbedarf sowie weitere Anforde rungen ermittelt sind, werden mögliche Varianten gesucht und ein Schutzkonzept für das künftige Schutzsystem definiert. Mit dem vorgestellten Konzept und dem Vorgehen gemäss Bild 4 und Tabelle 1 werden grundsätzliche Überlegungen zum bisherigen Schutzsystem, seiner Wirkung und Erfüllung der aktuellen und künftigen Anforderungen angestellt sowie struktu riert behandelt. Insbesondere wird über die Frage diskutiert, ob das bisherige Schutz system noch zeitgemäss ist oder aufgrund von Veränderungen (in Bezug auf den Na tur- und Kulturraum) allenfalls eine System anpassung oder ein Systemwechsel zweck mässig und möglich ist. Jeder Fall wird individuell, aber strukturiert betrachtet und der Umgang mit dem alternden Schutz system ergebnisoffen mit Berücksichti gung aller Möglichkeiten geprüft. Zehn Fall beispiele aus der ganzen Schweiz zeigen exemplarisch Möglichkeiten für die Lö sungsfindung. Die Erfahrungen verschie dener Betroffener und Fachpersonen hel fen beim Entscheidungsprozess. Dieses Vorgehen, die Erfahrungen und Empfeh lungen soll allen Akteuren im Hochwasser schutz dazu dienen, beim Umgang mit

Aspekte (Abklärungsschritt 4) Zentrale Erfolgsfaktoren für ein Projekt (nicht nur im Zusammenhang mit altern den Schutzsystemen) sind gemäss den Erfahrungen das Vorhandensein korrekter, nachvollziehbarer Projektgrundlagen, das Verständnis für den allgemeinen Wandel beim Umgang mit Naturgefahren und eine erfolgreiche Kommunikation.

Berücksichtigung übergreifender

Autorinnen und Autoren: Dr. Catherine Berger, geo7 AG geowissenschaftliches Büro, Neufeldstrasse 5 9, CH 3012 Bern, catherine.berger@geo7.ch, (korrespondierende Autorin) Maike Schneider, geo7 AG geowissenschaftliches Büro, Neufeldstrasse 5 9, CH 3012 Bern Sandro Ritler, HOLINGER AG, Bahnhofquai 2, CH 4601 Olten Dr. Markus Zimmermann, NDR Consulting GmbH, Riedstrasse 5, 3600 Thun

Dank

Die Publikation «Umgang mit alternden Schutzsystemen in Wildbächen» in der Reihe Umwelt-Wissen des Bundesamts für Umwelt BAFU besteht aus dem Bericht sowie dem Anhang mit Faktenblättern zu Fallbeispielen. Die Dokumente können un ter den folgenden Links in Deutsch und Französisch heruntergeladen werden. Die italienische Fassung wird bis Ende 2022 •vorliegen.

Ausgewählte Erfahrungen: Das dokumentierte Wissen über Rah menbedingungen und das bisherige Schutzsystem (sowohl zur Entwicklung als auch zum aktuellen Zustand) bildet den Grundpfeiler für alle Entscheidun gen.Eine klare Regelung und Offenle gung der Projektorganisation ist Vor aussetzung und vereinfacht die Abläu fe sowie die Kommunikation. Zum Pro jektmanagement gehören u. a. • die Identifikation der relevanten Beteiligten (Akteuranalyse) • die Bekanntgabe von Handlungs spielräumen • die Klärung von Aufgaben, Zuständigkeiten und Kompetenzen • die Definition von Ansprechperso nen und Kommunikationswegen. Die Beispiele zeigen, dass sich eine sorgfältige Organisation und frühzeiti ge Umsetzung der Kommunikation aus zahlt, da sie sonst zu einem späteren Zeitpunkt nachgeholt werden muss. Durch die Beispiele wird deutlich, dass sich der Umgang mit Naturgefah ren im Verlauf des 20./21. Jahrhunderts stark verändert hat. Sowohl die Mög lichkeiten für den Umgang mit Natur gefahren als auch die Werte und An sprüche haben sich verändert.

Schlussfolgerung Das vorgestellte Konzept zum Umgang mit alternden Schutzsystemen regt dazu an, «einen Schritt zurück» zu machen und gemeinsam mit allen relevanten Akteuren das Gesamtsystem (gesamtes Einzugs- und Wirkungsgebiet mit allen seinen Wechsel wirkungen) in seiner Entwicklung (Vergan genheit Gegenwart Zukunft) zu beurtei len. Es geht darum • die Geschichte zu kennen • die Gegenwart zu verstehen • die Zukunft zu planen.

Dr. Eva Gertsch-Gautschi, Bundesamt für Umwelt BAFU, Abteilung Gefahrenprävention, Sektion Hochwasserschutz, Postfach, 3003 Bern, eva.gertsch@bafu.admin.ch Adrian Schertenleib, Bundesamt für Umwelt BAFU, Abteilung Gefahrenprävention, Sektion Hochwasserschutz, Postfach, 3003 Bern, adrian.schertenleib@bafu.admin.ch

Das in den 1960er-Jahren von der ebs Energie AG erbaute Stauwehr Schlattli be steht aus einer Schwergewichtsmauer mit einer Höhe von 25 m und einer Kronenlän ge von 40 m und liegt eingebettet in die Muotaschlucht auf der Gemeindegrenze von Schwyz und Muotathal (vgl. Bild 1) Mit dem Stauwehr Schlattli wird die Muota im Ausgleichsbecken (AGB) Selgis aufge staut und für die Stromproduktion im Kraft werk Wernisberg (KWW) gefasst. Über das AGB Selgis verläuft die Trasse der Zusammenfassung Das Stauwehr Schlattli besitzt als Hauptdurchlass eine Öf f nung von 7 x 6 m (B/H), welche von einer geteilten Haupt- und Regulierschütze, bestehend aus einer Roll- und einer Gleit schütze reguliert wird. Beim Anheben entstand typenbedingt eine Öffnung von 1,3 m Höhe zwischen den beiden Schützen tafeln. Im Verlauf des Hochwasserereignisses vom 12. Juli 2010 transportierte die Muota erhebliche Mengen an Schwemm holz. Als die Hauptschütze zur Entlastung des Stauwehrs Schlattli gezogen werden sollte, verkeilte sich Schwemmholz in dieser Öffnung zwischen den Schützentafeln und blockier te damit das leistungsfähigste Entlastungsorgan. In der Folge stieg der Wasserspiegel im Ausgleichsbecken Selgis an und grosse Mengen an Schwemmholz und Geschiebe lagerten sich im Stauraum ab. Glücklicherweise kam es in der Folge nicht zu einer Überströmung des Stauwehrs, was erhebliche Schäden an den Schützenantrieben und den Installationen im Betriebsgebäude des Stauwehrs nach sich gezogen hätte. Als Reaktion auf diese kritische Situation veranlasste die ebs Energie AG eine eingehende Überprüfung der Hochwasser sicherheit des Stauwehrs und beschloss die Umsetzung ver schiedener Massnahmen zu deren Erhöhung. Als Hauptele mente der Massnahmen wurde der Antrieb der geteilten Hauptund Regulierschütze entkoppelt, sodass das Verklausungs risiko minimiert wird. Ausserdem wurde eine bestehende Öff nung im Wehrkörper von 1 x 6 m auf 4 x 6 m vergrössert und neu mit einer Stauklappe reguliert. Mit den Massnahmen wurde neben der betrieblichen Sicherheit die Abflusskapazität vom Stauwehr Schlattli deutlich erhöht. Beim Bemessungshoch wasser (HQ1000) können unter Einhaltung der (n 1)-Regel rund 610 m 3 /s und beim Sicherheitshochwasser rund 1100 m 3 /s ab geleitet werden. Résumé Le barrage de Schlattli dispose comme passage principal une ouverture de 7 x 6 m (l/h), qui est régulée par une vanne princi pale et une vanne de régulation partagées, composées d’une vanne wagon et d’une vanne à glissière. Lors du levage, une ouverture de 1,3 m de hauteur s’est formée entre les deux vannes en raison de leur spécificité. Lors de l’événement de crue du 12 juillet 2010, la Muota a transporté des quantités consi dérables de bois flottant. Alors que la vanne principale devait être tirée pour décharger le barrage de Schlattli, du bois flottant s’est coincé dans cette ouverture entre les panneaux, bloquant ainsi l’organe de décharge le plus performant. Le niveau de l’eau est alors monté dans le bassin de compensation de Selgis et de grandes quantités de bois flottant et de sédiments se sont déposées dans la retenue. Heureusement, il n’y a pas eu par la suite de débordement du barrage, ce qui aurait entraîné des dommages considérables aux mécanismes d’entraîne ment des vannes et aux installations du bâtiment d’exploitation du barrage. En réaction à cette situation critique, ebs Energie AG a fait procéder à un examen approfondi de la sécurité du barrage contre les crues et a décidé de mettre en œuvre dif férentes mesures pour l’améliorer. Les principaux éléments de ces mesures ont consisté à découpler les mécanismes d’en traînement de la vanne principale et de la vanne de régulation partagées, afin de minimiser le risque d’occlusion. En outre, une ouverture existante dans le corps du barrage a été agran die de 1 x 6 m à 4 x 6 m et régulée par un nouveau clapet de retenue. Outre la sécurité d’exploitation, ces mesures ont per mis d’augmenter sensiblement la capacité d’écoulement du barrage de Schlattli. Lors de la crue de référence (HQ1000), il est possible d’évacuer environ 610 m 3 /s en respectant la règle n-1 et environ 1100 m 3 /s lors de la crue de sécurité.

Wehrorgan Typ Abmessungen B/H in [m]

Tabelle 1: zeigt eine Übersicht der Wehrorgane des Stauwehrs Schlattli im Ausgangszustand.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 189 1.

Objektbeschreibung

Erhöhung Hochwassersicherheit Stauwehr Schlattli John Kolberg, Lukas Schneider

Stauklappe unreguliert 6,0/1,0

Einlaufschütze Fassung KWW Rollschütze 6,0/3,0

Hauptschütze Rollschütze 7,0/4,7

Grundablass G1 Gleitschütze 1,2/2,0 Grundablass G2 Gleitschütze 0,8/2,0

Regulierschütze Gleitschütze 7,0/1,3

Dichtungsschütze Umleitstollen Rollschütze 4,0/4,5

Einlaufschütze Umleitstollen Rollschütze 4,0/5,0

Bild 3: Oberwasseransicht des Stauwehrs Schlattli im Ausgangszustand. Oben links: Öffnung der Stauklappe mit Schwimmerschacht, Mitte: Haupt- und Regulierschütze, unten rechts: Grundablässe 1 und 2. Bild 4: Oberwasseransicht des Hauptdurchlasses mit Haupt- (1) und Regulierschütze (2).

Bild 2: Situation mit rot gekennzeichnetem Projektperimeter. (Quelle: Ingenieurbüro K. J. Fetz, bearbeitet von AFRY Schweiz AG).

Stoosbahn, der weltweit steilsten Stand seilbahn.ImAusgangszustand stellten drei re gulierte und eine unregulierte Wehröffnung sowie der Umleitstollen die Durchleitung von Hochwasserabflüssen sicher (vgl. Bild 2 und Tabelle 1)

Bild 1: Übersicht des Standorts des Stauwehrs Schlattli. (Quelle: www.map.geo.admin.ch, bearbeitet von AFRY Schweiz AG).

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden190

Die Stauklappe wurde mittels Schwim mermechanismus ab einer gewissen Was serspiegellage im AGB Selgis automatisch abgelegt. Eine eigentliche Regulierung war nichtEinemöglich.Besonderheit beim Stauwehr Schlattli stellt die geteilte Haupt- und Re gulierschütze dar, welche bis anhin mit einem gemeinsamen Antrieb angehoben wurde. Die Regulierschütze liegt auf der Hauptschütze auf und schliesst somit mit ihrer Schwellendichtung auf der Ober kante der Hauptschütze ab (vgl. Bild 4)

Der mechanische Kettenantrieb war an der Regulierschütze angeschlossen und ermöglichte deren unabhängigen Betrieb bis zu einer maximalen Öffnungshöhe von 1,3 m. Dadurch konnte die Regulierschütze zur Feinregulierung des Wasserspiegels im AGB Selgis eingesetzt werden. Erst bei einem weiteren Anheben der Regulier schütze wurde die Hauptschütze mit an gehoben. Wenn die kombinierte Haupt- und Regulierschütze, welche das leistungsfä higste Wehrorgan darstellt, zur Durchlei tung eines Hochwasserabflusses gezogen werden musste, wurde zuerst die Regu lierschütze um 1,3 m angehoben und da durch eine Öffnung über der Hauptschütze erzeugt. Im Fall von erhöhtem Schwemm holzaufkommen führt diese Betriebsart zu einem erhöhten Verklausungsrisiko.

3. Massnahmen zur Erhöhung der Hochwassersicherheit

Bild 5: AGB Selgis nach dem Hoch wasserereignis vom 12. Juli 2010. Blick vom Oberwasser in Richtung Stauwehr Schlattli (oben) und vom Stauwehr in Richtung Oberwasser (unten). (Quelle: ebs).

Bild 6: Situation des Stauwehrs Schlattli mit umgesetzten Massnahmen zur Erhöhung der Hochwassersicherheit und Instandhaltung.

Das Hochwasserereignis vom Juli 2010 gab den Ausschlag, die Hochwasser sicherheit des Stauwehrs Schlattli grundlegend zu überprüfen und sowohl bauliche als auch betriebliche Massnahmen zu deren Erhö hung auszuarbeiten. Die Bilder 6 und 7 geben einen Überblick über die umge setz ten baulichen Massnahmen.

Für die Regulierung der Wehröffnung wurde eine Stauklappe gewählt, da diese 3.1 Vergrösserte Wehröffnung, neue Stauklappe und Entlastungsrinne Zur Erhöhung der Entlastungskapazität des Stauwehrs Schlattli wurde der Durchlass im Bereich der bestehenden Stauklappe von 1,00 x 6,00 m auf 4,00 x 6,00 m (B/H) ver grössert. Diese Massnahme stellte einen wesentlichen Eingriff in das Gesamtbau werk dar, weshalb vertiefte Untersuchun gen zur Stand- und Erdbebensicherheit des Stauwehrs durchgeführt wurden.

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Die Schwergewichtsmauer besteht aus ei nem mittleren Hauptblock und zwei seitli chen Nebenblöcken. Massgebend für die Stand- und Erdbebensicherheit ist der mittlere Hauptblock. Der vom Projekt stark betroffene linke Nebenblock ist diesbe züglich von untergeordneter Bedeutung, sodass die vergrösserte Wehröffnung in diesem Bereich realisiert werden konnte.

2. Hochwasserereignis

Bild 7: Längsschnitt durch die vergrösserte Wehröffnung mit Stauklappe und anschliessender Entlastungsrinne.

2010

Während des Hochwasserereignisses vom 12. Juli 2010 gelangte Schwemmholz in die Öffnung zwischen der Haupt- und Re gulierschütze und verunmöglichte dadurch den Eintritt der kombinierten Schütze in den Schützenschacht. Dadurch wurde das leistungsfähigste Wehrorgan des Stau wehrs Schlattli blockiert. Der Vorfall führte zu einem Anstieg des Wasserspiegels im Stauraum des AGB Selgis und zu einem Unterbruch des Feststofftransportes durch das Stauwehr, wodurch grosse Mengen an Geschiebe- und Schwemmholz im AGB Selgis zurückgehalten wurden (vgl. Bild 5)

3.3 Neuer unabhängiger Antrieb der Regulierschütze Der Antrieb der Haupt- und Regulierschüt ze wurde entkoppelt, um ein Anheben der geteilten Haupt- und Regulierschütze zu ermöglichen, ohne dass zwischen den bei den Schützentafeln eine Öffnung entsteht.

ein geringes Verklausungspotenzial auf weist und Schwemmholz schadlos abge leitet werden kann. Zudem ermöglicht sie eine einfache Feinregulierung des Wasser spiegels im AGB. Neben der Vergrösserung der beste henden Wehröffnung wurde im anschlies senden Abflussbereich eine Entlastungs rinne an der steil abfallenden linken Tal flanke der Muotaschlucht, in Lockerge stein und Fels realisiert. Zudem musste die bestehende Winkelstützmauer und der Zugangssteg zur Dichtungsschütze des Umleitstollens unterfangen werden (vgl. Bild 8) Bild 8: Ausgangszustand (oben), Aus hub/Ausbruch für die neue Entlastungsrinne (Mitte) und fertiggestellte Leit wand der Entlastungsrinne (unten).

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden192 ausgeschrieben und vergeben. Nach Vor arbeiten im August 2019 wurde Anfang September mit den eigentlichen Bauar beiten begonnen.

3.2 Errichtung eines Parapets Entlang der Mauerkrone wurde ein Para pet (Brüstungsmauer) von 1,10 m Höhe er richtet, um das Sicherheitsfreibord beim Bemessungshochwasser (HQ1000) einzu halten. Seitlich schliessen mobile Damm balken die Durchgänge vom Parapet zum Gelände ab. Der dank des Parapets reali sierbare Überstau führt bei einem Hoch wasser > HQ1000 zur zusätzlichen Steige rung der Entlastungskapazität aller Wehr organe, sodass auch beim Sicherheits hochwasser ausreichend Kapazitäten zur sicheren Durchleitung des Abflusses vor handen sind.

Bild 9: Bauwand im Oberwasser des Stauwehrs Schlattli auf der Schwelle der alten Wasserfassung zur Umleitung der Muota durch den Umleitungsstollen (Aufnahme während des Einstauversuchs).

4.1 Baustelleneinrichtungen Aus Platzgründen musste der wesentliche Teil der Baustelleneinrichtung wie Mate rialumschlag, Container, Depots etc. auf einem Teil des Vorplatzes der Talstation der Stoosbahn installiert werden. Hierbei wurde u. a. auch ein auf Mikropfählen fun dierter Turmdrehkran installiert, mit wel chem auch in 50 m Entfernung auf der ge genüberliegenden Flussseite im Bereich der Stauklappe noch Lasten von rund 4 t angehoben werden konnten.

4. Bauausführung

3.4 Installation eines Schwemmholz krans

Im ersten Halbjahr 2019 wurden die Bau meister- sowie die Stahlwasserbauarbeiten

4.2 Bauumleitung und Wasserhaltung Zur Instandsetzung der wasserseitigen Maueroberfläche sowie zur Sanierung der Wehrorgane musste die Oberwasserseite des Stauwehrs von September bis De zember 2019 komplett trockengelegt wer den. Mit der Errichtung einer 3 m hohen Bauwand rund 50 m oberhalb des Stau wehrs auf der bestehenden Schwelle der alten Wasserfassung konnte die Muota über den bestehenden Umleitstollen um die Baustelle geleitet werden (vgl. Bild 9) Im Unterwasser verhinderte ein geschüt teter Fangedamm einen Rückfluss der um geleiteten Muota in den Baustellenbereich. Die Bauwand wurde so ausgelegt, dass sie bei Zuflüssen von mehr als 130 m 3 /s überströmt werden konnte. Dies entspricht etwa einem Hochwasserereignis mit einer mittleren Wiederkehrperiode zwischen 2 und 5 Jahren. Aufgrund der engmaschigen

Bis anhin wurde jeweils bei einem Hoch wasserereignis nach Bedarf ein Mobilkran aufgeboten, um Schwemmholz zu entneh men. Um im Ereignisverlauf bereits früh zeitig eingreifen zu können wurde entschie den, einen fest installierten Schwemmholz kran zur Reduktion des Verklausungsrisi kos zu installieren.

4.4 Bauwerksüberwachung während der Ausführung Das Stauwehr Schlattli ist als Stauanlage der Klasse II der Aufsicht des Bundes un terstellt. Sämtliche baulichen Eingriffe in die Struktur des Stauwehrs wurden vor gängig mit dem Bundesamt für Energie abgestimmt. Zudem wurde ein Konzept zur Bauwerksüberwachung während der Bauausführung festgelegt. Je nach Bau phase wurden wöchentlich geodätische Aufnahmen gemacht, laufend ausgewer tet und nötigenfalls Massnahmen ergrif fen. Die maximalen Verschiebungen traten im Bereich der Entlastungsrinne an der unterfangenen Stützmauer auf und betru gen 11 mm. 4.5 Abdichtungsmassnahmen Im Zuströmbereich der Stauklappe wird die bergseitige Böschung mit einer Win kelstützmauer gesichert, welche auf hal ber Höhe auf Fels fundiert ist. Nach Ab senkung des Sees und nach entsprechen der Reinigung der Felsoberfläche im Zu strömbereich wurde festgestellt, dass das Fundament der Stützmauer erheblich un terspült worden war. Das Fundament der Stützmauer musste entsprechend mit ei ner Ergänzung des Mauerfusses verstärkt werden. Auch war der anstehende Fels deutlich stärker durchtrennt als ursprüng lich angenommen. Es musste somit für den Bauzustand mit erheblich grösseren Wasserzutritten in die Baugrube gerech net werden, zumal der Aushub für die Stauklappe und den Zylinderschacht weit unter die genannte Felsoberfläche reichte. Weiter war infolge der starken Durchtren nung auch mit erheblich grösseren Um strömungen des Wehrkörpers zu rechnen. Aus diesen Gründen wurde entschieden, im Baugrund aus Fels und Lockergestein auf der linken Wehrseite den bestehenden Injektionsschirm zu verstärken. Ober was spiegel auf 548,50 m ü.M.) und ab Mai 2020 den normalen Betrieb mit einem maximalen Betriebswasserspiegel auf 550,00 m ü. M. aufnehmen. Während dieser Phase wurde im Schutze einer 6 m hohen Bauwand di rekt im Oberwasser des Einlaufs zur ver grösserten Wehröffnung der linksseitige Injektionsschirm fertiggestellt sowie die vergrösserte Wehröffnung und die Entlas tungsrinne erstellt (vgl. Bild 10). Die Bau wand wurde infolge Auftrieb auf einer im Fels verankerten Betonplatte erstellt und bestand aus einer Stahlkonstruktion aus HEB 300-Trägern sowie 30 mm starken Stahlblechen. Die Fugen zwischen den Stahlblechen wurden abgedichtet. 4.3 Sicherheits- und Alarmkonzept Für die Ausführung des Projekts wurde ein Sicherheits- und Alarmkonzept erstellt. Die ses diente den beteiligten Unternehmun gen als Grundlage für ihre eigenen Sicher heitskonzepte. Das Ziel des Alarmkonzepts lag darin, die Bauarbeiten beim Stauwehr Schlattli sicher und möglichst gut planbar zu gestalten. Dazu wurde von ebs anhand der Abflussmessungen in den Zuflüssen, den aktuellen Schneeverhältnissen sowie Niederschlags- und Temperaturprognosen im Einzugsgebiet ein täglicher respektive wöchentlicher Alarmierungsbericht erstellt und verteilt. Darin beurteilte die ebs jeweils die zu erwartenden Verhältnisse und teilte sie in Phasen von Grün, Orange oder Rot (Normalbetrieb, erhöhte Alarmbereitschaft oder Ausnahmesituation) ein, sodass die Arbeiten oder eine eventuelle Evakuierung des Baustellenbereichs entsprechend ge plant werden konnten.

Zudem wurden zu Beginn auf alle relevan ten Bauphasen abgestimmte Alarmstufen von Grün bis Rot definiert, welche sich so wohl auf Zuflüsse als auch auf die Wasser spiegellage im AGB Selgis bezogen und vom Überwachungssystem der ebs auto matisch ausgelöst wurden. Ein Alarmie rungsschema legte das Vorgehen bei einer Alarmierung fest. Die Alarmierung erfolgte akustisch mittels Signalhorn und visuell mittels einer zentral platzierten Ampel so wie per SMS-Alarm an die Vorarbeiter und die Bauleitung. Die Entwarnung und He rabsetzung der Alarmstufe erfolgte aus schliesslich durch die ebs oder die Bau leitung.

Überwachung des Einzugsgebiets durch den Wetterdienst der ebs konnte mit dem in Kapitel 4.3 dargelegten Sicherheits- und Alarmkonzept die temporäre Räumung der Baustelle mit ausreichend Vorlaufzeit or ganisiert werden. Während der Umleit phase (September bis Dezember) wurde die Kapazität der Bauumleitung einmal überschritten und das Wasser strömte in der Folge durch die geräumten Arbeitsbe reiche bei den Grundablässen und den unterwasserseitigen Kolk. Ab Januar 2020 konnte das KWW einen eingeschränkten (max. Betriebswasser

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Bild 11: Bauwand oberwasserseitig vor Stauklappe, links ohne, rechts mit Einstau.

Bild 10: Errichtung des Zylinder schachtes und des Schwellenriegels im Schutz der Bauwand (Blick Richtung Oberwasser).

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Der Mauerbeton war im Bereich der Stauklappe auf eine Höhe von bis zu 6 m abzubauen. Hierzu wurden nach entspre chenden Frässchnitten und Kernbohrun gen einzelne Stücke mittels hydraulischem Betonspaltgerät aus dem Verbund gelöst und nachfolgend für den Abtransport zer kleinert. Der Fels wurde teilweise eben falls vorgefräst und mit dem Abbauham mer für den Krantransport im Kübel vor bereitet. ser seitig vom künftigen Stauklappenfun dament wurde zudem ein rund 2 m tiefer, abdichtender Betonriegel erstellt. Der Injektionsschirm besteht aus 13 fächerförmig angeordneten Injektionsboh rungen von 13 bis 15 m Länge, welche mit Manschettenrohren ausgerüstet und unter Drücken bis 12 bar mit Feinzement Typ Normo 5R ausinjiziert wurden. 4.6 Beton- und Felsabbruch im Bereich der neuen Stauklappe Da die neue Stauklappe innerhalb des be stehenden Wehrkörpers zu erstellen war, musste im Stauklappenbereich der Wehr beton abgebrochen bzw. der anstehende Fels ausgebrochen werden. Die zu erstel lende Öffnung im Wehrkörper musste 7,0 m breit und 9,50 m hoch sein. Aufgrund der eingeschränkten Platzverhältnisse und Zu gänglichkeit konnte der Beton- und Felsab bau nur durch Schneidarbeiten und Klein bagger erfolgen (vgl. Bild 13). Der Abbruch Bild 12: Planausschnitt bei den Injektionsbohrungen vor dem Stauklappenfundament (Ansicht vom Oberwasser). Bild 13: Betonabbruch/Felsausbruch mit Kleinbagger und Abbauhammer im Stauklappenbereich. Im Hintergrund ist die Bauwand zu erkennen (Blick Richtung Oberwasser).

des Mauerbetons gestaltete sich arbeits intensiv, unter anderem auch wegen der hohen Langzeitdruckfestigkeit, welche an Bohrkernen auf 81 MPa bestimmt wurde. Auf einen sprengtechnischen Ausbruch wurde zur Schonung des Bestandes ver zichtet.Daauch die Wehrbrücke aus Stabili tätsgründen nicht abgebrochen werden konnte, musste sämtliches Ab- und Aus bruchmaterial mit dem Kran zum Instal lationsplatz befördert werden.

cke über der Wehröffnung wurde deshalb als Druckbrücke konzipiert. Um Einwirkun gen wie Unterdruck oder Schwingungsan regung bei Druckabfluss zu minimieren, wurde entlang der Brückenunter sicht ein Belüftungsschlitz eingebaut, welcher über 6 Belüftungsrohre DN250 von der Unter wasserseite her gespeist wird. Aus Grün den der Erdbebensicherheit wurde die Wehrbrückenuntersicht mit einem 70 cm starken Aufbeton verstärkt (Bild 14)

Bild 14: Vergrösserte Wehröffnung bei abgelegter Stauklappe mit ausgerundetem Zuströmbereich, Belüftungsschlitz an der Brückenuntersicht und Parapet auf der Mauerkrone (Blick Richtung Unterwasser).

Bild 15: Betonarbeiten an der Entlas tungsrinne und dem Zylinder schacht im Bereich der Stauklappenver anke rung (Blick Richtung Unterwasser).

4.7 Baugrube Entlastungsrinne

Im Hinblick auf eine möglichst hohe Betriebssicherheit wurde der Hydraulik zylinder im Schutze der Stauklappe im Un terwasser angeordnet. Als Alternative da zu wurde auch untersucht, ob ein seit licher Antrieb der Stauklappe mittels Hy draulikzylinder im Oberwasser zur Anwen dung kommen könnte. Baulich und be trieblich hätte diese Alternative durchaus Vorteile gehabt. Aufgrund des Schwemm holzaufkommens im Hochwasserfall konn te jedoch eine Beschädigung eines ober wasserseitigen Hydraulikzylinders nicht

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 195 rung verbunden. Teilweise sind hierzu Rip pen angeordnet. Die Bodenplatte ist mit Pfählen fundiert. Die Verankerung und die Pfähle dienen zur weiteren Stabilisierung und Aussteifung der Entlastungsrinne, u. a. auch zur Verminderung des Risikos von Schwingungen.

Die Entlastungsrinne ist im Grundsatz als Winkelstützmauer konzipiert. Die Leit wand ist mit den permanenten unge spannten Ankern mit der Baugrubensiche

4.8 Betonbau Entlastungsrinne und Stauklappe Der Einlauf der vergrösserten Wehröffnung inklusive der darüber verlaufenden Brücke wurde hydraulisch optimiert ausgebildet. Deshalb ergaben sich runde und elliptische Geometrien (vgl. Bild 14). Die entsprechend aufwändigen Schalungen wurden in einer Schreinerei vorgefertigt. Bei maximalem Überstau kann die Wehröffnung zuschlagen und es kann sich zeitweise Druckabfluss einstellen. Die Brü

4.9 Neue Stauklappe Die mittig vom Unterwasser her angetrie bene Stauklappe reguliert den Abfluss durch die vergrösserte Wehröffnung. Der Hydraulikzylinder ist in einem Schacht an geordnet und somit vor Beschädigungen durch anprallendes Schwemmholz ge schützt. Für künftige Revisionsarbeiten am Hydraulikzylinder ist in der Wehrbrücke eine Öffnung eingebaut. Ein in den Mauer beton und die linksseitige Böschung inte grierter Belüftungsschacht mit Ansaug öffnung über der Gefahrenkote sorgt für eine ausreichende Belüftung unter der Stauklappe. Damit wird eine Schwingungs anregung auch bei vollständig abgelegter und überströmter Stauklappe verhindert.

Bei der Anordnung der Anker musste zudem auf den nahe verlaufenden Umleit stollen Rücksicht genommen werden. Das Risiko eines Auslaufens der Ankerinjektion in den Umleitstollen wurde mittels geome trischen Massnahmen (Mindestabstand), Injektionsstrümpfen bei sämtlichen Ankern sowie permanenter Überwachung des In jektionsprozesses minimiert.

Im Sohlbereich der Entlastungsrinne wurde beim Aushub ein absturzgefährde tes Felspaket festgestellt. Dieses musste sprengtechnisch entfernt und die Lücke mit Beton verfüllt werden.

Mit der vergrösserten Stauklappe musste auch die neue Entlastungsrinne auf einem tieferen Niveau erstellt werden. Dies be dingte einen Baugrubenaushub von stel lenweise fast 7 m ab bestehendem Terrain. Die bergseitige Böschung ist mit einer Winkelstützmauer gesichert. Neben einem Teilabbruch des Mauerfusses musste die Mauer auf einer Höhe von bis zu 6 m unter fangen werden. Das Baugrubensicherungs konzept sah vor, die bestehende Mauer vor Abbruch des Mauerfusses mittels per manenten ungespannten Ankern zu sichern. Die Unterfangung erfolgte mit einer eben falls mit permanenten ungespannten Ankern gesicherten Nagelwand. Die Anker wurden so ausgebildet und angeordnet, dass sie beim nachfolgenden Bau der Entlastungs rinne verlängert und in das Betonbauwerk integriert werden konnten.

Da die Baugrube während des Betriebs des Kraftwerks, d. h. bei bis zu 8 m über der Baugrubensohle aufgestautem See, zu erstellen war, traten beim Aushub ne ben stellenweise auftretendem Hangwas ser auch Wasserzutritte aus der Umströ mung auf. Diese Wasserzutritte wurden mit Drainagematten gefasst und zu den am Fusse der Leitwand liegenden Drainage leitung geführt. Die Leitwand der Entlas tungsrinne wurde einhäuptig an die Nagel wand betoniert, wobei die Drainagematten nur im Bereich zwischen den Ankern an geordnet wurden.

Durch die Erstellung der neuen Entlas tungsrinne musste das alte Messkonzept überarbeitet werden. Die neue Konstruk tion ist so ausgebildet, dass die in Kapitel 4.7 erläuterten Wasseraustritte aus der Baugrube am Fuss der Leitwand mit Drai nageleitungen gefasst und zur Messstelle am Ende der Entlastungsrinne geleitet wer den. Dabei wurden zwei Leitungsstränge definiert, die das Wasser aus zwei separa ten Bereichen abführen. Dadurch kann bei der Messstelle weiterhin zwischen Sickerund Hangwasser unterschieden werden, wobei die Entwässerung neu bis in ungleich tiefere Bereiche erfolgt. Erste Auswertun gen der Wassermengen zeigen für das Sickerwasser eine vergleichbare Abhän gigkeit zum Wasserstand im AGB Selgis wie vor den Baumassnahmen, allerdings auf etwas höherem Niveau. Das Hangwas ser weist weiterhin keine Abhängigkeit zum Wasserstand im AGB auf. 4.11 Unabhängiger Antrieb für Hauptund Regulierschütze Da die Hauptschütze die grösste Entlas tungskapazität aller Wehrorgane aufweist, wurde nach Massnahmen zur Reduktion des erkannten Verklausungsrisikos ge sucht.Über der Hauptschütze ist ein Joch angebracht, welches bislang die Führung der Regulierschütze (Gleitschütze) und die Aufhängung der Hauptschütze bildete. Darauf wurden zwei Hydraulikzylinder in stalliert, welche die Regulierschütze neu unabhängig von der Hauptschütze antrei ausgeschlossen werden, weshalb diese Alternative verworfen wurde.

Bild 17: Vollständig angehobene Stau klappe (Blick Richtung Oberwasser).

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Durch den Einsatz von Seitenschild heizungen kann ein Festfrieren der Seiten dichtungen auch bei den am Standort zeit weise sehr tiefen Temperaturen verhindert werden. Zudem wurde eine Luftschleier anlage in der Wehrschwelle eingelegt.

Für die Versorgung des Hydraulik zy linders der Stauklappe sowie der beiden Hydraulikzylinder der Regulierschütze und des Schwemmholzkrans wurde ein ein ziges kombiniertes Hydraulikaggregat im bestehenden Betriebsgebäude unterge bracht. Jeder der drei Verbraucher verfügt über einen eigenen Motor. Im Falle einer Störung eines Motors kann ein anderer ein gesetzt werden, wodurch eine Redundanz geschaffen wurde, welche die Betriebs sicherheit insgesamt erhöht. 4.10 Messstelle Sicker- und Hang wasser Schon vor den Umbaumassnahmen wurde das Sicker- und Hangwasser im Rahmen der Stauanlagenüberwachung wöchent lich gemessen. Dazu wurde mittels örtlich getrennter Messbecken das Sickerwasser und das Hangwasser separat gefasst. Bild 16: Einheben der Stauklappe mit einem Pneukran auf dem Vorplatz der Stoosbahn (oben links).

Bild 18: Blick vom Oberwasser auf die unabhängigen Antriebe der Regulier schütze (1 4) und der Hauptschütze (5 7). Neu wurden die Positionen 2 4 installiert. 1 Regulierschütze, 2 Hydrau lik zylinder in rostfreier Tauchglocke, 3 Leitungsführung, 4 Schlauchtrommeln, 5 Hauptschütze, 6 Kettenaufhängung, 7 mechanischer Kettenantrieb (Quelle: Fäh Maschinen- und Anlagenbau AG, angepasst von AFRY Schweiz AG).

Die rund 9 t schwere Stauklappe wurde von einem Pneukran mit einer Reichweite von rund 50 m über die Muotaschlucht bis zum Einbauort gehoben (vgl. Bild 16). Der Pneukran stand dabei auf dem Vorplatz der Stoosbahn. Mittels Kettenzügen wurde die Stauklappe schliesslich unter die Wehr brücke in ihre Endposition gezogen.

ben. Der Gleichlauf der beiden Hydraulik zylinder wird mittels einer Master-SlaveSteuerung erreicht. Die Hauptschütze kann nun direkt über den bestehenden Ketten antrieb angehoben werden und die Regu lierschütze bleibt dabei geschlossen. Das Bild 18 zeigt die Hauptbestandteile der bei den unabhängigen Antriebe.

Bild 19: Rechenanlage beim Einlauf zum Druckstollen (links) mit neuem Schwemmholzkran inkl. Fundament (rechts) vor dem Betriebsgebäude.

Die Position wurde so gewählt, dass der Schwemmholzkran den Bereich zwi schen Fassung und Hauptdurchlass über streicht und Schwemmholz und Ge schwemmsel aus dem AGB Selgis und den Geschwemmselmulden der Rechen reinigungsanlage auf LKWs laden kann, welche auf die Mauerkrone fahren kön nen. Das rund 11 m 3 grosse Betonfunda ment des Schwemmholzkrans musste auf 6 Mikropfählen fundiert werden, wobei 2 Pfähle als Zugpfähle fungieren. Die Bedienung des Schwemmholzkrans kann einerseits direkt am Kran oder via Fernbedienung erfolgen. Der Schwenkbe reich wurde im Nahbereich steuerungs technisch eingeschränkt, sodass beispiels weise der Hydraulikzylinder der Einlauf schütze und die Rechenreinigungsanlage nicht beschädigt werden. Das Hydraulikaggregat ist im beste henden Betriebsgebäude untergebracht.

Die Gelegenheit wurde genutzt, um einen neuen Vorbeton am Dammfuss zu erstel len sowie im Bereich des Kolks eine Ver schleissschicht auf den Wehrköper aufzu bringen. Zudem wurden 3 t schwere Blöcke vor den neuen Mauerfuss im Kolk platziert (vgl. Bild 21). 5. Nebenprojekte Im Zuge der Realisierung der Bauarbeiten zur Erhöhung der Hochwassersicherheit wurden verschiedene Nebenprojekte um gesetzt. 4.12 Schwemmholzkran Als Schwemmholzkran wurde ein Palfinger PK 33002 ortsfest installiert, welcher bei einer maximalen Ausladung von 21 m noch rund 600 kg heben kann. Ein rotierbarer Holzgreifer ermöglicht die Entfernung von Stämmen und grösserem Geschwemmsel. Damit kann einer Verklausung der Wehr organe vorgebeugt werden. Während ei nes Hochwasserereignisses sind grosse Mengen an Schwemmholz zu erwarten, welche im Grundsatz durch das Stauwehr abgeleitet werden.

Auf den Einsatz eines Mehrschalen greifers wurde verzichtet, da im Hochwas serfall mit Baumstämmen gerechnet wer den muss, welche mit dem Holzgreifer besser zu greifen sind.

5.1 BetoninstandsetzungStauwehr

Nach Entleerung des Kolkes im Unter wasser des Stauwehrs wurden Abrasions erscheinungen am Dammfuss und am an stehenden Fels festgestellt (vgl. Bild 20)

Die Oberflächen des Stauwehrs mussten alterungsbedingt saniert werden. Hierzu wurde auf der gesamten Fläche der Oberund Unterwasserseite die bestehende Be schichtung und Spachtelung mittels Hoch druck-Wasserstrahl-Verfahren (HDW) ent fernt und eine neue Spachtelung aufge bracht. Auf das Aufbringen einer neuen Beschichtung wurde verzichtet. Unter wasserseitig war aufgrund der Rauigkeit vor der Spachtelung ein Ausgleichsmörtel aufzubringen. 5.2 Sanierung von erscheinungenAbrasions-amDammfuss

Bild 20: Dammfuss mit KolksowieamneuerGrundschützeundläufenunterschleissBilderkennen.Grundlauflinksschütze,undlaufrechtskungen.sowieamerscheinungenAbrasions-WehrbetonAuskolObenistderAus-derHaupt-RegulierobenderAusderbeidenablässezu21:NeueVerschichtdenAusderHaupt-Regulierundderablässe,VorbetonDammfussBlöckealsschutz.

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• ebs Energie AG, Schwyz

Die Panzerung im Grundablass 1 wies stel lenweise starke Abrasionsspuren auf und wurde teilweise erneuert. Die beiden Be triebsschützen wurden inklusive Hydraulik zylinder demontiert und saniert. An den Schützentafeln mussten insbesondere Auf schweissungen von Verschleissspuren vor genommen und neue Messingdichtleisten angebracht werden. Die Hydraulikzylinder wurden gehont und die Kolbenstangen teilweise ersetzt. Die rund 22,5 t schwere Hauptschütze wurde von einem Pneukran mit Fachwerk ausleger vom Vorplatz der Stoosbahn aus dem Schützenschacht gehoben. Die Zug kraft am Kran zur Überwindung der initia len Reibungskräfte lag allerdings bei rund 26,5 t und somit fast 18 Prozent über dem Eigengewicht der Schütze. Für den Stras sentransport musste die Schützentafel in zwei Teile zerlegt werden. Die Schützentafeln der Hauptschütze, der Regulierschütze sowie der Dichtungs schütze des Umleitstollens wurden eben falls saniert. An der Unterkante und seit lich mussten Aufschweissungen vorge nommen werden, zudem wurde die Haupt schütze so modifiziert, dass sie mittels Ver schraubungen in zwei Teile zerlegt werden kann.Sämtliche oben genannten Schützen tafeln wurden im Werk mit einem neuen Korrosionsschutzsystem beschichtet. Die Schützenschächte der Grundablässe und die Seitenführungen der Haupt- und Re gulierschütze waren mit einer PCB-halti gen Altbeschichtung versehen, sodass die Sanierungsarbeiten im Hinblick auf die geltenden Arbeits- und Umweltschutzbe stimmungen mit besonderer Sorgfalt um zusetzen waren. 5.4 Dotierkraftwerk Parallel zur Verbesserung der Hochwasser sicherheit des Stauwehrs Schlattli hat ebs die Planung eines Dotierkraftwerks am Fusse des Stauwehrs in Auftrag gegeben. Die Realisierung wird im Rahmen der Neu konzessionierung nach der Festlegung der Restwassermengen weiterverfolgt, sodass die ökologisch sinnvolle energetische Nut zung des Restwassers künftig ermöglicht wird. 6. Schlussbemerkungen

Die anspruchsvollen Arbeiten konnten trotz ihrer Komplexität und der hohen Anzahl von Schnittstellen über die einzelnen Fach bereiche hinweg erfolgreich und termin gerecht abgeschlossen werden. Die ein Bild 22: Unterwasserseite Stauwehr Schlattli nach Abschluss der Bau arbeiten. Im Vordergrund ist die Leitwand der Entlastungsrinne mit neuer Sickerwassermessstelle, rechts dahinter die neue Stauklappe erkennbar.

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• AFRY Schweiz AG, Brunnen und Zürich

Autoren: John Kolberg, AFRY Schweiz AG, Föhneneichstrasse 13d, 6440 Brunnen, seit 1.8.2022 beim Tiefbauamt Kanton Schwyz Abt. Kunstbauten, Postfach 1231, 6431 Schwyz john.kolberg@sz.ch Lukas Schneider, AFRY Schweiz AG, Herostrasse 12, 8048 Zürich, lukas.schneider@afry.com geschränkten Platzverhältnisse und die erschwerte Zugänglichkeit erforderten eine ausgeklügelte Baustellenlogistik und eine intensiveInsbesondereKoordination.beiden Instandsetzungs arbeiten am Wehr und den Stahlwasser baukomponenten war eine gewisse Flexi bilität aller beteiligten Unternehmungen notwendig, da der Umfang der auszufüh renden Arbeiten meist erst nach der Aus serbetriebnahme vollständig bekannt wur de und der Termin für die Wiederinbetrieb nahme grundsätzlich bereits feststand. Auch bei der Vergrösserung des Wehr durchlasses inklusive Anpassung des Zu strömbereichs und der Erstellung der neuen Entlastungsrinne bestand ein Restrisiko beim Baugrund, welches durch vorgängi ge Untersuchungen nicht vollständig aus geräumt werden konnte. Dadurch musste flexibel auf die jeweiligen Gegebenheiten reagiert und die Planung entsprechend an gepasst werden.

• Gebrüder BRUN AG, Emmen • Fäh Maschinen- und Anlagenbau AG, Glarus • Ingenieurbüro Felix Steiger, Zürich

6.1 An der Umsetzung beteiligte Unternehmungen

6.2 Dank Die Autoren bedanken sich bei allen an der Umsetzung beteiligten Unternehmun gen und insbesondere bei der ebs Energie AG für die hervorragende Zusammenarbeit und das entgegengebrachte Vertrauen.

5.3 Instandsetzung Stahlwasserbau

Rolf Weingartner, Rouven Sturny

Extremhochwasser dank neuem

Zusammenfassung

Dem Restrisiko auf der Spur Die Sommerhochwasser 2021 in Deutsch land sind geradezu ein Aufruf, dem Rest risiko eine noch grössere Aufmerksamkeit zu widmen, und dies gerade auch aus Sicht des Bevölkerungsschutzes. Zwar wird beim Hochwasserschutz oft auch vom Restri siko gesprochen. Aber seien wir ehrlich: Es ist schwierig, sich extreme Hochwasserer eignisse jenseits unseres Erfahrungsschat zes vorzustellen. Forschende des Mobiliar Lab für Naturrisiken an der Uni Bern haben nun solche extremen Hochwasserereignis se simuliert und darauf basierend ein digi tales Werkzeug entwickelt, welche diese Hochwasser in ihrer räumlichen und zeitli chen Dimension visualisieren (www.hoch wasserdynamik.ch). Aber nicht nur das: Eine Zoom-Funktion erlaubt es, diese Extremereignisse sowohl im nationalen Kontext wie auch aus der Sicht einzelner Häuser und Wohnquartiere zu betrachten (vgl. Bilder) Neue Sicht auf die Dynamik von extremen Hochwasserereignissen

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Online-Tool besser verstehen

Neun extreme Niederschlagsszenarien bil deten den Ausgangspunkt der Simula tionen. Diese wurden aus Wettervorher sagemodellen abgeleitet, sind glücklicher weise bisher noch nicht aufgetreten, aber jederzeit möglich. Extreme Niederschlags ereignisse, wie wir sie hier verstehen, ha ben besondere «Eigenschaf ten». Allen ge meinsam ist die grosse räumliche Betrof fenheit. Innert kürzester Zeit führen viele Bäche und Flüsse sehr grosse Abfluss mengen. In der Folge kommt es vielerorts zu Überschwemmungen beträchtlichen Ausmasses. Zudem sind Gebäude und Infrastrukturen in verschiedenen Einzugs gebieten und an unterschiedlichsten Or ten gleichzeitig betroffen. Es entstehen nie dagewesene Schäden. Beim schlimmst möglichen Ereignis könnten Gebäudeschä den zwischen 5 und 6 Milliarden Franken auftreten, was die gesamten ökonomischen Schäden von 3 Milliarden Franken des

Die Hochwasser und Überschwemmungen in Deutschland im Sommer 2021 waren sintflutartig und überschritten den bisherigen Erfahrungsbereich bei weitem. Sogar Expertinnen und Experten konnten sich das Ausmass dieser Hochwasser kaum vorstellen: Mit so was hatte schlicht niemand gerechnet. Doch auch in der Schweiz sind Extremhochwasser, die sich im Bereich des sog. Restrisikos bewegen, jederzeit möglich, wie neueste Forschungsergebnisse des Mobiliar Lab für Naturrisiken der Universität Bern belegen. Résumé Les crues et les inondations qui ont frappé l’Allemagne au cours de l’été 2021 étaient cataclysmiques et dépassaient de loin le cadre de l’expérience acquise jusqu’à présent. Même les expert.e.s avaient du mal à imaginer l’ampleur de ces crues : personne ne s’attendait tout simplement à une telle situation. Mais en Suisse aussi, des crues ex trêmes, qui se situent dans la zone dite de risque résiduel, sont possibles à tout mo ment, comme le prouvent les derniers résultats du Laboratoire Mobilière de recherche sur les risques naturels de l’Université de Berne (www.dynamiquedecrues.ch)

Bild 1: Schlimmstmögliches Szenario in der nationalen Dimension. Alle Karten lassen sich online auf hochwasserdynamik.ch auch im Stundenverlauf animiert anzeigen.

Ein wertvolles Tool für den Bevölkerungsschutz Grosse räumliche Betroffenheit, Gleich zeitigkeit, gewaltige Schäden, unterbro chene Verkehrswege: Diese Stichworte beschreiben nicht nur das Aussergewöhn liche extremer Hochwasserereignisse, son dern zeigen dem Bevölkerungsschutz klar auf, wie wichtig es ist, sich mit solchen Hochwasserkatastrophen auseinanderzu setzen, und zwar bevor sie sich ereignen. Denn: Eine koordinierte überregionale Not fallplanung ist der Schlüssel, um mit sol chen Situationen umgehen zu können. Und genau dafür wurde das digitale Werkzeug «Hochwasserdynamik» geschaffen: Durch das Antizipieren solch dramatischer Ab läufe mittels einer sorgfältigen Massnah men- und Evakuierungsplanung lassen sich ein unüberlegtes Handeln, Panik oder gar Chaos vermeiden. Bisherige Hoch wasser schutzmassnahmen, welche auf den Er fahrungen der Hochwasser der letz ten Jahr zehnte aufbauen, können bei ext remen Ereignissen nicht nur versagen, sondern es ist auch mit neuen und uner Jahrhunderthochwassers in der Schweiz von 2005 bei weitem übertrifft.

Autoren: Rolf Weingartner, rolf.weingartner@giub.unibe.ch Rouven Sturny, rouven.sturny@mobi.ch

nur das: Die Einwohner/-innen, welche vor dem Regen nach Hause eilten, überquer ten die vielbefahrene SBB-Strecke. Das Tool Hochwasserdynamik hilft, solche uner war teten Auswirkungen zu antizipieren und entsprechende Planungen einzuleiten.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden200 war teten Situationen zu rechnen. Das Tool ermöglicht es, solche Situationen in die Präventionsplanung miteinzubeziehen.

Relevanz von unterbrechungenStrassenDie Simulationen beschränken sich aber nicht nur auf die räumlich-zeitliche Dyna mik der Überschwemmungen und der da raus resultierenden Schäden. Sie zeigen vielmehr auch, wie die Verkehrswege be troffen sind, wo es zu Unterbrüchen von Strassenverbindungen kommt und auf wel che Routen ausgewichen werden muss. Im Worst-Case-Szenario werden derart vie le Strassen unterbrochen, dass gesamt schweizerisch Umfahrungen und Umleitun gen von insgesamt 3000 km notwendig sind, um den Verkehr einigermassen auf rechtzuerhalten. Dies entspricht in etwa der Strecke von Genf bis zum Nordkap. Solche Strassenunterbrüche sind auch für die Einsatzkräfte von hoher Relevanz, wie das Beispiel des Starkregens in Zofingen im Juli 2017 eindrücklich belegt: Die SBBLinie Olten-Luzern trennt die Stadt in zwei Teile. Beim Starkregenereignis wurden al le Bahnunterführungen überflutet, sodass die Stadtteile voneinander abgeschnitten waren. Das hatte weitreichende Folgen. Den Einsatzkräften war demzufolge der direkte Zugang zum westlichen Stadtteil abgeschnit ten, und sie mussten Umwege bis zu 20 km in Kauf nehmen. Aber nicht Bild lokalerEreignismöglichesSchlimmst2:aufEbene.

Das Undenkbare visualisieren, um vorbereitet zu sein Das digitale Werkzeug gibt dem Undenk baren also Inhalt und Form, ausgedrückt in einem dynamischen Kartenbild. Letz teres hilft, auf Extremereignisse besser vorbereitet zu sein. Die neun regungennicht,benendenführen(derzurzeug,dynamik»sergewöhnliche.schärfentreten.könnennurExtremniederschlagsereignissesimuliertensindzwareineAuswahlmöglicherAbläufe.EsauchganzandereSituationenaufTrotzdemsindsiesehrwertvoll,siedochdenBlickfürdasAusDasTool«HochwasseristnunbereitsdasvierteWerkdasvomMobiliarLabfürNaturrisikenUnterstützungderPraxisimBereichHochwasserrisikenentwickeltwurdewww.hochwasserrisiko.ch).DieseToolsvonderHochwassergefahrüberSchadensimulatorzurhierbeschrie«Hochwasserdynamik».ZögernSieunsbeiFragen,AnliegenundAnzukontaktieren.

Marco Lamberti, Riccardo Arrigoni, Andrea Balestra Zusammenfassung

Fachtagung STK 2022 in Meiringen Zwischen Messtechnologien und Grossbaustellen

Im ersten Block wurden die verschiedenen Messtechnologien vorgestellt: in-situ oder berührungslos, punktweise oder flächen haft und epochenweise oder kontinuier lich. Im Bereich der In-situ-Technologien wurden Anwendungen der verteilten faser optischen Messtechnik wie Temperatur messung im Dammbau oder Dehnungs messungen gezeigt, während bei der be rührungslosen Messtechnik der Schwer Am 29. und 30. Juni 2022 fand in Meiringen die vom Schweizerischen Talsperrenkomi tee (STK) organisierte Fachtagung zum Thema «Neue Messtechnologien für die Überwachung von Stauanlagen» statt. Am 29. Juni ab 12.30 Uhr trafen die Teilnehmer vor der Aula Schulhaus Kapellen in Meiringen ein. Nach der Kontaktaufnah me wurden die Namensschilder abgeholt und der Saal begann sich zu füllen. Die Fachtagung wurde mit einer Be grüssung und Einführung durch STK-Prä sident Professor Robert Boes eröffnet. Da nach ergriff Rocco Panduri, Leiter Aufsicht Talsperren des BFE und Präsident der Ar beitsgruppe Talsperrenüberwachung, das Wort und informierte die Anwesenden über die Entwicklung der Aktivitäten des BFE. Beat Sievers schliesslich führte in das The ma Überwachung ein und präsentierte ei nen interessanten Rückblick auf die geodä tischen Beiträge der letzten hundert Jahre zur Talsperrensicherheit.DienachfolgendenFachvorträge waren in zwei Blöcke unterteilt: Der erste Block befasste sich mit Grundlagen und Entwick lung des Überwachungssystems. Der zwei te Block befasste sich mit Fallstudien zu den Einsatzmöglichkeiten der neuen Mess technologien.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 201 punkt auf LiDAR, Radar, digitale Bildkor relation gelegt wurde. Als Teil der Präven tions- und Überwachungssysteme inner halb des BAFU wurde die Überwachung und Detektion von Rutschgefahren und Felsinstabilitäten mit InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) vorgestellt. Diese Überwachungsmethode basiert auf Inter ferogrammen aus Phasenverschiebungen von zwei Aufnahmen und ist Teil des Prä ventionsprogramms «Warnung vor Massen bewegungsgefahren» (WARMA) des BAFU. Schliesslich wurde die Überwachung der Rutschung Marsc in Luzzone vorgestellt, bei der der Wasserdruck im Rahmen einer durch die ETH Zürich geleiteten Feldkam pagne mittels Porenwasserdrucksensoren, die Verschiebung mittels verschiedener Ins trumente (Inklinometer, Shape Array SAA und Faser Optik) und die seismische Über wachung durch im Boden installierter Seis mographen gemessen wurde. Im zweiten Teil nach der Kaffeepause wurde der Schwerpunkt auf die Anwendun gen von Messtechnologien gelegt. Erstens wurden die Möglichkeiten der Zustands über wachung von benetzten Anlagentei len (Betonbauwerke sowie hydromechani sche Komponenten) mittels nicht-invasiver

Die diesjährige Fachtagung des Schweizerischen Talsperrenkomitees (STK) führte die interessierten Teilnehmenden in das malerische Dorf Meiringen. Am ersten Tag wurden Fachvorträge zum Thema neue Messtechnologien für die Über wachung von Stauanlagen gehalten. Am zweiten Tag war eine Besichtigung der Baustelle der neuen Bogenmauer Spitallamm auf dem Programm, einer einzigartigen Baustelle, die die bestehende Staumauer aus den 1930er-Jahren ersetzen wird. Résumé Cette année, les journées d'études du Comité suisse des barrages (CSB) a mené les participants intéressés dans le pittoresque village de Meiringen. Le premier jour, des présentations techniques ont été tenues sur le thème des nouvelles technologies de mesure pour la surveillance des barrages. Le deuxième jour, une visite du chantier du nouveau barrage voûte de Spitallamm était au programme, un chantier unique en son genre qui remplacera le barrage existant datant des années 1930.

Bild 1: Gemeinsamer Apéro im Anschluss an die Vorträge.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden202

Zum Schluss des technischen Teils be richtete Andres Fankhauser der KWO über die Ersatznotwendigkeit der langfristig nicht mehr betriebstauglichen Staumauer Spital lamm und über die Organisation des Bau stellenbesuchs am Folgetag. Mitteilungen von Rocco Panduri (Präsident des Organi sationskomitees) und von Prof. Robert Boes (Präsident vom STK) schlossen die Fach tagungNachab.den Vorträgen folgte der kulina rische Teil der Veranstaltung mit einem ge selligen Apéro und anschliessendem Abendessen in der Tramhalle beim Bahn hof Meiringen. Bild 2: Blick auf die ersten im Bau stehenden Betonblöcke der neuen Bogenmauer Spitallamm.

Wir freuen uns bereits auf die nächste Fachtagung des Schweizerischen Talsper renkomitees, die Anfang September 2023 in Interlaken stattfinden und zugleich das 75-jährige Jubiläum des STK feiern wird. Im Rahmen der Fachtagung findet das Symposium ICOLD EC 2023 statt, eine unumgängliche Gelegenheit, sich mit dem Thema «Die Rolle von Talsperren für eine erfolgreiche Energiewende» zu befassen.

Nach dem feinen Nachtessen kehrten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer in ihre Unterkünfte zurück, einige in Meiringen selbst, während die Abenteuerlustigen mit einer Extra-Bergfahrt der Seilbahn auf den Hasliberg fuhren. Am nächsten Morgen um ca. 8 Uhr fuhren die Busse vom Bahnhofplatz Mei ringen in Richtung Grimselpass ab. Auf dem Weg zu den letzten Kehren des Pas ses eröf fnete sich der erste Blick auf die bestehende Staumauer und Teile der Bau stelleneinrichtung.NachderAnkunft auf dem Parkplatz neben dem Hospiz konnten die Teilneh mer, die in vier Gruppen aufgeteilt wurden, den Experten an vier verschiedenen Pos ten für jeweils etwa 20 Minuten zuhören.

Am Ende der interessanten Vorträge er frischte ein kurzer Regenschauer den Vormittag und veranlasste die Teilnehmer, ins Hospiz zu gehen. Die diesjährige STKFachtagung endete mit dem anschliessen den gemeinsamen Mittagessen im Hospiz.

Methoden wie optischer und akustischer Kamera und Scanning Sonar vorgestellt. Diese Technologien bieten auch die Mög lichkeit, die Sedimentationsdynamik oder die Überwachung während einer Spülung zu überwachen. Weiter führte uns der Weg in die Luft, zunächst mit Oberflächenüber wachung, gezielt zur Risserkennung an Betonoberflächen, mit Inspektion mittels Drohne und Auswertung der Daten mit spezieller Software bis hin zur 3D-Model lierung. Es folgte die flächenhafte Gelände messung mit berührungslosen Messtech nologien, wie luftgestütztes Laserscanning, Photogrammetrie und (Fächer-)Echolot. Der zweite Block endete mit dem Vortrag über Erfahrungen aus den Messungen an der Stauanlage Schiffenen (FR), wo der terrestrische Laserscanner (TLS) als Er gänzung zur Geodäsie eingesetzt wurde.

An einem Posten wurden die Baugrund verhältnisse und die getroffenen Mass nahmen erläutert, ein anderer Posten be fasste sich mit dem Beton und der Opti mierung der Rezeptur, ein weiterer mit der Überwachung und schliesslich gab es am letzten Posten verschiedene Ausstellungs stände und einen Verpflegungsposten.

Trotz der angenehmen Atmosphäre verab schiedeten sich am frühen Nachmittag immer mehr Personen, um die Rückreise anzutreten.

Die Veranstaltung war mit 213 Teilneh mern, davon 189 an beiden Tagen, ein grosser Erfolg, ein Teilnehmerrekord in der Geschichte der Fachtagung. Wir möchten uns auch ganz herzlich bei den Kraftwerken Oberhasli AG (KWO) für die Gastfreundschaft, bei der Arbeits gruppe Talsperrenüberwachung für die Organisation sowie bei den übrigen Spon soren bedanken, ohne die der Anlass nicht möglich gewesen wäre: • Bundesamt für Energie (BFE) • Gruner Stucky AG • Lombardi AG • Dr. Baumer AG • Huggenberger AG • Rittmeyer AG • Hydro Exploitation SA • Geisseler Law Ein grosses Dankeschön gehört ebenfalls unseren Referenten und Moderatoren.

Bild 3: Experten informierten die Teilnehmer an vier interessanten Posten über verschiedene Aspekte.

Die seit 1976 bis heute unter dem Namen «Wasser Energie Luft» bekannte Pub likation wurde im Jahr 1908 unter dem Titel «Schweizer Wasserwirtschaft» zum ersten Mal herausgegeben. Die anfänglich alle drei bis vier Wochen erschienene Zeitschrift änderte 1930 zum ersten Mal den Namen und wurde bis 1975 unter «Schweizerische Wasser- und Energiewirtschaft» geführt. Heute erscheint das «WEL» vier Mal pro Jahr und konzentriert sich auf die Themen Wasserkraft und Hochwasserschutz. In früheren Jahren beschäftigte sich die Zeit schrift auch mit Themen wie der Binnenschifffahrt. Die reichhaltige Geschichte des «WEL» und der Wasserwirtschaft in der Schweiz kann anhand aller publizierten Ausgaben online unter www.swv.ch/wel-archiv er kundet werden.

Oberingenieur Georg Bloch; Schweizerische Wasserwirtschaft, Band 14 (1921 1922), Seite 168 ff; doi.org/10.5169/seals 920311 Einleitung

Das Jahr 2022 markiert den 114. Jahrgang der Fachzeitschrift des Schweizerischen Wasserwirtschaftverbandes (SWV). In dieser Serie zollen wir der langen Geschichte der Zeitschrift Tribut und wiederholen einen Artikel, welcher vor hundert Jahren ver öffentlicht wurde.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 203 Strom. Taucht man beispielsweise ein Stück eines stabförmigen Widerstandskörpers, der mit dem einen Pol einer Stromquelle verbunden ist, ins Wasser, das anderseits mit dem anderen Pol dieser Stromquelle in Verbindung steht, so fliesst ein elektri scher Strom von der Stromquelle über den Leitungsdraht, durch den Widerstands körper und durch das Wasser nach der Stromquelle zurück. Senkt man den Wi der standskörper tiefer in das Wasser ein, so wird der von der Flüssigkeit umspülte Teil des Widerstandes elektrisch abge schaltet und durch den Stromkreis fliesst nunmehr eine grössere Strommenge. Auf diese Weise ist es möglich, bei richtiger Bemessung des Widerstandskörpers den Strom in dem Verhältnis zu ändern, wie der Flüssigkeitsspiegel steigt oder fällt, ohne dass eine Änderung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit die Genauigkeit der Mess grössen beeinträchtigt. Man braucht dann in diesen Stromkreis nur noch ein passen des Amperemeter einzufügen, um dann an dem Ausschlag des Instrumentes die Höhe des Wasserstandes ablesen zu kön nen. Es können beliebig viele Amperemeter an einen Messstab angeschlossen wer den, ebenso wie sich durch Umschalten mehrere Messstellen an ein Amperemeter legenEslassen.gehtdaraus hervor, dass bei obi gem System alle beweglichen Teile, wie Schwimmer, Ketten, Relais, Zahnräder, drehbare Kontakthebel usw., in Fortfall kommen, da die Flüssigkeit selbst ein in tegrierender Bestandteil des Stromkreises wird und gemeinschaftlich mit dem fest stehenden Widerstandskörper die Stelle eines Regulierwiderstandes übernimmt. Hierdurch ist erreicht, dass die Ausschlä ge am Zeiger-Instrument nicht sprung weise vor sich gehen, sondern dass diese stetig stattfinden müssen, so dass auch kleine Änderungen des Flüssigkeitsspie gels deutlich ablesbar werden. Um zu ver meiden, dass elektrolytische Wirkungen auftreten, wird Wechselstrom in den Span nungen von 55 bis 220 Volt verwendet. der Flüssigkeitshöhen übernehmen sollen. Diese Aufgabe zeigte sich jedoch deshalb sehr schwierig, weil die Anwesenheit von Flüssigkeit ein Rosten aller mechanisch beweglichen Teile, die notwendigerweise in der Nähe oder in Berührung mit dem Wasser sind, veranlasste und so die Be triebssicherheit der Anlage in Frage stell te. Da ausserdem Schnee- und Eisbildung die Funktion von Schwimmern usw. beein trächtigt, so hat man mancherorts von mechanischen Kontroll-Apparaten Abstand genommen. Denn eine unzuverlässige Si cherheitsvorrichtung kann gefährlicher wir ken, als der völlige Mangel einer solchen überhaupt.Erstdurch die von der Firma Georg Bloch & Cie. in Böblingen (Dresden) auf den Markt gebrachten Aegir-Fernmesser ist diese Lücke in der Reihe der Sicherheits vorrichtungen ausgefüllt. Dieser Fernmes ser erfüllt alle für die Sicherheit notwen digen Bedingungen und erfordert infolge seiner Einfachheit einen geringeren Anla gewert als alle ähnlichen Vorrichtungen. Bei dem Aegir-System ist ein elektri sches Prinzip angewandt, welches in sei ner Einfachheit nicht übertroffen werden kann. Bekanntlich leitet alles in der Natur vorkommende Wasser den elektrischen Die Ausnutzung von Wasserkräften hat in unserer Zeit eine ausserordentliche Be deutung für das wirtschaftliche Leben ge wonnen. Wo es irgend möglich ist, werden teils zur Wasserversorgung, teils zur Aus nutzung der Wasserkräfte grosse Wasser mengen in Talsperren, Reservoirs, Kes seln, Kanälen usw. angesammelt. Die ver brauchten Wassermengen werden durch zufliessendes Wasser ersetzt, so dass der Wasserspiegel in diesen Behältern sich fort während ändert. Diese Änderung be dingt eine ständige Kontrolle, da ein Über fluten, oft aber auch ein zu geringer Was serstand nachteilige Wirkungen auf die Anlage oder auf die öffentliche Sicherheit haben können. Es liegt meistens im Cha rakter dieser Anlagen, dass der Stand, von dem aus der Wasserspiegel beobachtet und reguliert werden soll, örtlich von dem Wasserbehälter selbst durch mehr oder weniger grosse Entfernung getrennt ist, so dass die Überwachung der Flüssigkeits höhen durch den verantwortlichen Wärter zeitraubend, umständlich, wenn nicht gar unmöglich ist. Die Technik hat sich des halb schon seit längerer Zeit mit der Auf gabe befasst, mechanische Kontroll-Ap parate zu schaffen, welche an Stelle der örtlichen Beobachtung das Fernmessen

Das «WEL» vor hundert Jahren: Ein neuer Fernmesser für Flüssigkeitshöhen

www.swv.ch/wel-archiv

Die Schaltung ist derart, dass, solange der Minimalkontakt unter Wasser ruht, in der Brückenschaltung gewissermassen ein elektrisches Gleichgewicht besteht. Dieses wird erst dann gestört, wenn der Wasserstand unter diese Kontaktplatte fällt und hierdurch eine Klingel oder eine elektrische Hupe in Tätigkeit versetzt. Ein ähnlicher Vorgang findet beim Maximal kontakt statt. Die Aegir-Fernmessanlage ist durch mehrere deutsche Reichspatente, sowie zahlreiche Auslandspatente geschützt. In folge der Beschlagnahme des Hauptpa tentes durch das Reich und seiner Ver wendung in der Marine, speziell für U-Boot Zwecke, wurde die Möglichkeit, diese wertvolle Erfindung auch der Industrie und dem öffentlichen Leben zuzuführen, erst Anfangs 1920 gegeben. Trotz dieser kur zen Zeit sind bereits jetzt über 200 zum Teil sehr umfangreiche Anlagen an staat liche und städtische Behörden, sowie an industrielle Betriebe für die verschiedens ten Zwecke geliefert worden und seit dem ersten Tage in einwandfreiem Betrieb.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden204 des Apparates an dem Dampfkessel ist ausserordentlich einfach, da der etwa 250 bis 300 mm lange, dünne Widerstandsstab in den jetzt immer mehr zur Aufnahme kommenden Dampftopf des Wasserstands anzeigers eingehängt oder in einem der Wasserstandsarmatur ähnelnden Gefäss ebenfalls ausserhalb des Kessels unter gebracht werden kann. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit, die sowohl durch die Einfachheit und den geringen Platzbedarf bis auch durch die Betriebssicherheit, auch bei Anwesenheit von Säure gegeben ist, stellt die Verwen dung des Aegir-Fernmessers als Bunker peilanlage für grössere Seeschiffe dar. An den verschiedenen Bunkerpeilstellen ist hierbei in einem Rohr ein Aegir-Messstab angeordnet, der mit einem umschaltbaren Anzeigeinstrument im Maschinenraum oder auf der Kommandobrücke in Verbindung steht. Hierdurch wird das sonst so zeit raubende Abpeilen jederzeit und ausser ordentlich zuverlässig von den Überwa chungsstellen aus vorgenommen. Baut man diese Einrichtung auf Personen dampfern noch derart aus, dass auch alle wichtigen Ouerschotten in obiger Weise angeschlossen werden, so bietet diese eine wertvolle Unterstützung des Kapitäns bei Schiffsunfällen. Man kann Grösse und Lage eines Leckes sofort feststellen und alle notwendigen Massnahmen treffen, ohne die örtliche Untersuchung der Schiffs wand erst abzuwarten. Eine Ergänzung für die Fernmesser für Flüssigkeitshöhen bilden die Fernsignal vorrichtungen zum Melden des höchsten und tiefsten Flüssigkeitsstandes. Diese Signalvorrichtungen sind gleicherweise ohne mechanisch bewegliche Teile aus geführt. Das Prinzip beruht ebenfalls auf einem sehr einfachen, elektrischen Vor gang. Die Vorrichtung besitzt für den höchsten und tiefsten Wasserstand, der signalisiert werden soll, je eine einfache, kleine Kontaktplatte, welche den Strom über eine Widerstandsschaltung nach Art der Brücke zu einer Alarmvorrichtung führt.

Falls die Kraftquelle, für die jede Licht- und Kraftanlage in Betracht kommt, eine an dere Stromart besitzt, so wird durch einen kleinen Transformator oder bei Gleich strom durch einen kleinen Umformer die Spannung oder Stromart entsprechend transformiert.DerWiderstandskörper besteht aus einem säurebeständigen, mechanisch sehr widerstandsfähigen Material von unver änderlichem, elektrischem Widerstands koeffizient. Dieser Widerstandsstab, der einen Durchmesser von 9 bis 18 mm je nach dem zur Verfügung stehenden Platz be sitzt, ist isoliert an einem metallischen, dünnwandigen Profilmaterial befestigt, das gleichzeitig Schutzhülse und Rückleiter darstellt. Das Anzeiger-Instrument ähnelt dem normalen Amperemeter, doch ist seine Skalenplatte mit einer gleichmässi gen, der Flüssigkeitshöhe entsprechenden Teilung versehen. Die Verbindung zwi schen Messstelle und Anzeigervorrichtung, die beliebig gross gewählt werden kann, besteht aus einem Fernleitungsdraht kleins ter Dimension, da der Maximal-Energie verbrauch der Anlage nur 10 Watt beträgt. Wie praktische Versuche ergaben, kann man selbst bei Entfernungen von vielen Kilometern mit einer Genauigkeit von we nigen Zentimeter ablesen. Infolge seiner Einfachheit bedarf der Aegir-Fernmesser fast keiner Wartung, so dass er auch da wertvolle Dienste leistet, wo sich die Mess stelle an schwer zugänglichen Orten be findet.Das Anwendungsgebiet für den AegirFernmesser beschränkt sich nicht nur auf das Anzeigen des Wasserstandes für Re ser voire, Talsperren, Flussläufe und Brun nen, sondern es kann auch erfolgreich für das Ablesen des Wasserstandes bei Dampfkesseln angewendet werden. Dies gilt ganz besonders für Steilrohrkessel, deren Wasserstandsglas infolge der Bau höhe dieser Kessel vom Fussboden aus nur schwer ablesbar ist. Ferner kann der Wasserstand ganzer Kessel Batterien mit Hilfe des Apparates von einem beliebigen Ort kontrolliert und das Ergebnis graphisch festgelegt werden, was insofern wertvoll ist, da die meisten Explosionen an Dampf kesseln auf eine Nachlässigkeit beim Spei sen zurückzuführen sind. Wenn das Was ser im Kessel zu tief gesunken ist, glühen die bespühlenden heissen Feuergase die Kesselwand aus. Hierdurch wird das Kes selmaterial in seiner Festigkeit stark be einträchtigt, und es vermag dann dem Dampfdruck nicht mehr standzuhalten, so dass das im Kessel befindliche Wasser explosionsartig verdampft. Die Montage

Frühere Ausgaben der des Schweizerischen Wasserwirtschaft verbandes sind unter www.swv.ch/welarchiv für die Öffentlichkeit verfügbar.

Fachzeitschrift

Der Alleinvertrieb der Aegir-Anlagen ist für die gesamte Schweiz, Frankreich, Belgien, Italien, Spanien und Portugal der Firma Ernst A. Rueger, Maschinen und Apparate für die Metall- und Holzindustrie, Basel, Freiestrasse-Rüdengasse 1, über tragen. Eine Musteranlage kann in dem Verkaufsbüro dieser Firma jederzeit in Be trieb unverbindlich besichtigt werden.

InformationenNachrichtenausderWasser-undEnergiewirtschaft EWA-energieUri.Bild:

Schweizer Energieverbrauch 2021 um 6,3 Prozent gestiegen Der Endenergieverbrauch der Schweiz ist 2021 gegenüber dem Vorjahr um 6,3 Pro zent auf 794 720 Terajoule (TJ) gestiegen. Hauptgründe dafür sind die im Vergleich zum Vorjahr kältere Witterung und die Lockerung der Restriktionen zur Bekämp fung der COVID-19-Pandemie. Der Anstieg des Endenergieverbrauches um 6,3 Prozent gegenüber dem Vorjahr ist hauptsächlich auf zwei Faktoren zurück zuführen. Erstens sorgten die gelockerten Restriktionen zur Bekämpfung der COVID19-Pandemie für einen generellen Anstieg des Energieverbrauchs. Zweitens führte die im Vergleich zum Vorjahr deutlich käl tere Witterung zu einer Zunahme des Ver brauchs der Energieträger, die zu Heiz zwecken eingesetzt werden. Die Anzahl Heizgradtage, ein wichtiger Indikator für den Energieverbrauch zu Heizzwecken, nahm um 15,3 Prozent zu. Leicht zuge nommen haben ebenfalls Faktoren, die den langfristigen Wachstumstrend des Ener gieverbrauchs bestimmen: die ständige Wohnbevölkerung (+0,8 %), das Bruttoin landprodukt (+3,7 %), der Motor fahrzeug bestand (+1,1 %) und der Wohnungsbestand. Effizienzsteigerungen und Substitutions effekte wirken sich hingegen dämpfend auf das Wachstum des Energieverbrauchs aus. Elektrizität Der Landesverbrauch an Elektrizität inkl. der Übertragungsverluste nahm um 4,3 Prozent von 59 904 auf 62 483 GWh zu. Die Nettoerzeugung, also die Produktion abzüg lich Verbrauch der Speicherpumpen, nahm dahingegen um 8,2 Prozent von 65 464 auf 60 070 GWh ab und liegt damit um mehr als 2400 GWh unter dem Verbrauch. Im Vorjahr resultierte noch ein Produktionsüberschuss.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 205 Wasserkraftnutzung

Über eine mögliche Strommangellage im kommenden Winter wird aktuell viel spekuliert. Deshalb erfreut es uns vom Redaktionsteam, einige Erfolgsmeldungen im Hinblick auf Kraftwerkneubauten und erweiterungen mitteilen zu können, welche bereits eingeweiht wurden oder noch im Bau sind und nächsten Winter mit grosser Wahrscheinlichkeit zur Verfügung stehen werden. Kraftwerk Erstfeldertal eröffnet «Aus der Vision ist Wirklichkeit geworden!»

Mit diesen Worten eröffnete Werner Jauch, Verwaltungsratspräsident der Kraftwerk Erstfeldertal AG, die Einweihung des Kraft werks Erstfeldertal. Werner Jauch sprach über den enormen Effort, welchen alle Be teiligten für die Realisierung dieses Pro jek tes geleistet haben. «Trotz anspruchs vollem Zeitplan und gleichzeitiger CoronaPandemie gelang es uns, das Kraft werk projekt in rekordverdächtiger Zeit erfolg reich zu bauen. Nur zweieinhalb Jahre hat es vom ersten Bewilligungsschritt bis zur Inbetriebnahme des Kraftwerks gedauert. Das ist für ein Projekt in dieser Grössen ordnung einmalig.» Jauch nützte auch die Gelegenheit, um allen zu danken, die das Projekt erst möglich gemacht haben. Er ist überzeugt, dass Wasserkraftwerke wie das Kraftwerk Erstfeldertal ein wichtiger Pfeiler für die erfolgreiche Energie- und Klimawende in der Schweiz sind: «Durch die erneuerbare Stromproduktion aus lo kaler Wasserkraft für rund 7200 Haushalte werden beim KW Erstfeldertal jährlich um die 40 000 Tonnen CO 2 gegenüber einem Kohlekraftwerk eingespart. Gerade die ak tuellen Zeiten zeigen, wie wichtig die loka le Stromproduktion ist.» Anschliessend überbrachten Regie rungsrat Roger Nager, die Erstfelder Ge meindepräsidentin Pia Tresch und Wendelin Loretz, Korporationsvizepräsident, kurze Grusswor te. Über 700 Besucherinnen und Besucher nutzten den Tag der offenen Tür, um das neue Kraftwerk zu besichtigen. Ne ben einem spannenden Rundgang durch die Kraftwerkzentrale war der Besuch der Wasserfassung beim Alpbach ein beson deres Highlight. Umrahmt wurde der ge lungene Anlass mit einer Fest wirtschaft und musikalischer Unterhaltung im Fest zelt vor der Zentrale. Am Kraftwerk Erst felder tal sind die Gemeindewerke Erstfeld und EWA-energieUri mit je 38 Prozent be teiligt, der Kanton Uri mit 16 Prozent und die Korporation Uri mit 8 Prozent. Der Bau kostete rund 37 Millionen Franken, wovon mehr als 75 Prozent in Form von Aufträgen im Kanton Uri blieben. Jetzt im Betrieb sorgen Wasserzinsen, Dividenden und Steuern für weitere Wertschöpfung zu gunsten des Kantons Uri, der Korporation Uri und der Gemeinde Erstfeld.

Energiewirtschaft

auf Nach 14 Jahren Arbeit mit intensiven Testphasen hat das Pumpspeicherkraftwerk Nant de Drance im Wallis am 1. Juli 2022 seinen Betrieb aufgenommen. Mit den äusserst flexiblen sechs Maschinengrup pen und einer Leistung von 900 MW spielt Nant de Drance eine wesentliche Rolle für die Stabilisierung des Stromnetzes der Schweiz und Europas. Es trägt zur Strom versorgungssicherheit in der Schweiz bei. Offiziell wird Nant de Drance SA das Kraft werk zusammen mit den Aktionären Alpiq, SBB, IWB und FMV im September ein weihen. Die Öffentlichkeit hat die Gele genheit, das Bauwerk an den Tagen der offenen Tür am Samstag, den 10. Sep tember, und Sonntag, den 11. September 2022, zu erkunden. Vierzehn Jahre nach Beginn der Bauarbei ten ging das Pumpspeicherkraftwerk Nant de Drance am 1. Juli 2022 in Betrieb. Es liegt 600 Meter unter der Erde in einer Ka verne zwischen den Speicherseen Emosson und Vieux Emosson in der Gemeinde Fin haut im Wallis und besitzt sechs Pump turbinen mit einer Leistung von je 150 MW.

Dank ihrer Flexibilität können die Maschi nengruppen innerhalb von weniger als fünf Minuten vom Pumpbetrieb bei Vollleistung zum Turbinenbetrieb bei Vollleistung wech seln; das heisst, von -900 MW zu +900 MW. Die von Nant de Drance turbinierte Wasser menge beträgt 360 m 3 pro Sekunde, also in etwa die Durchflussmenge der Rhône bei Genf im Sommer. Der obere See Vieux Emosson speichert alleine 25 Millionen m 3 Wasser, was einer Speicherkapazität von 20 Millionen kWh entspricht. Dank dieser Eigenschaften spielt Nant de Drance eine fundamentale Rolle bei der Stabilisierung des AngesichtsStromnetzes.derZunahme erneuerbarer Energien wie Windkraft und Photovoltaik mit unregelmässiger Produktion ist eine solche Flexibilität notwendig, um Schwan kungen im Stromnetz auszugleichen und jederzeit ein Gleichgewicht zwischen Strom erzeugung und Stromverbrauch aufrecht zuerhalten. Nant de Drance fungiert als gigantische Batterie, die auch kurzfristig überschüssigen Strom aus dem Netz spei chert oder notwendige Energie produziert, wenn die Nachfrage höher ist als die Pro duktion. Ein Werk, das Spitzentechnologie mit geschichtsträchtigem Know-how vereint Der Bau des Pumpspeicherkraftwerks Nant de Drance war eine aussergewöhnliche Anstrengung. Genauso wie die grossen Stauanlagen aus der Mitte des letzten Jahr hunderts erforderte auch diese Baustelle eine koordinierte Aktivierung ausserge wöhnlicher menschlicher, finanzieller und technischer Ressourcen. Bis zu 650 Ar beitskräfte und etwa 60 Unternehmen ar beiteten auf dem Höhepunkt der Bauar beiten an der Realisierung des Kraftwerks, dessen Kosten etwa 2 Milliarden Schwei zer Franken betrugen. Für die unterirdische Maschinenkaverne mit einer Länge von 194 m, einer Höhe von 52 m und einer Breite von 32 m mussten 400 000 m 3 Fels entfernt und Stollen mit einer Länge von 17 km gelegt werden. Der Staudamm Vieux Emosson auf 2200 Metern Höhe wurde um 21,5 Meter erhöht, um die Kapazität des Speichersees zu verdoppeln und eine angemessene Speicherkapazität für die Anlage zu bieten. Die sechs Turbinenpumpen des Kraft werks zeichnen sich durch modernste Was serkrafttechnologie aus. Die Drehzahl der Maschinengruppen kann im Pumpen- und Turbinenmodus stufenlos geregelt werden und ermöglicht es dem Kraftwerk, eine möglichst optimale Leistung zu liefern und sich an die kleinsten Schwankungen des Strommarkts anzupassen. Eine ausgeglichene Umweltauswirkung Um seine Umweltauswirkung zu minimie ren, hat Nant de Drance von Anbeginn der Arbeiten eng mit den bedrohtseltenwiediesonEbeneaufStromnetzspannungsleitung,PumpspeicherkraftwerksauswirkungenKürzedenzwanzigKostenzusammengearbeitet.UmweltorganisationenVierzehnProjektemitinHöhevoninsgesamtzweiundMillionenSchweizerFrankenwurbereitsbzw.werdenaktuelloderinumgesetzt.DiesesollendieUmweltausgleichen,diederBaudesundderHöchstdiedasWerkmitdemverbindet,mitsichbringen.DiemeistenMassnahmenzielendarab,bestimmteBiotopeaufregionalerwiederauflebenzulassen,insbedereFeuchtbiotope.DadurchsollenseOrtemitTier-undPflanzenartenderbesiedeltwerden,dieinderSchweizvorkommenodervomAussterbensind.

Nachrichten

NantPumpspeicherkraftwerkdeDrancenimmtBetrieb

Feierlichkeiten im Zeichen kommender Generationen Nant de Drance SA und ihre Aktionäre Alpiq, SBB, IWB und FMV weihen das Kraftwerk im September 2022 ein. Die Feierlichkeiten werden ganz im Zeichen der heutigen Ju gend, der zukünftigen Generationen und der Energiezukunft stehen. Schüler aus dem Vallée du Trient werden die Gelegenheit haben, das Kraftwerk, das zur Zukunft des Energiesystems beitragen wird, zu erkun den und aktiv an den Feierlichkeiten teil zunehmen. Die allgemeine Öffentlichkeit wird eingeladen, das Kraftwerk an den Tagen der offenen Tür zu erleben.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden206

Gemeinschaftskraftwerk Inn: Der Einstau wird im Spätsommer beginnen Die Errichtung des Gemeinschaftskraft werks Inn (GKI) startete im Jahr 2014. Es ist ein Laufkraftwerk mit Schwellbetrieb und nutzt das Gefälle des Inn von 160 m zwischen der Wasserfassung in Ovella (CH) und dem Maschinenhaus in Prutz (AT). Der rund 23 km lange Druckstollen verläuft orographisch rechts im Glockturmkamm.Bild: Alpiq.

Die Ausbauwassermenge beträgt 75 m 3 /s. Zusammen mit dem Dotierkraftwerk wird eine mittlere Jahresproduktion von ca. 450 GWh erwartet. Die Einweihung dieses beachtlichen Ausleitkraftwerks zur Reduk tion der Auswirkungen von Schwall und Sunk ist auf den 4. November 2022 termi niert. Bild: SWV. Erneuerung Kraftwerk Zilfuri in Kandersteg Die Licht- und Wasserwerk AG Kandersteg erneuert die Wasserkraftanlage Zilfuri aus dem Jahr 1903. Die Gesamterneuerung umfasst eine Sanierung und einen teilwei sem Neubau der Fassungsbauwerke Holz spicher, Chalberspissi und Weissenbach sowie des Wasserschlosses. Im Weiteren werden die Hang- und Druckleitungen er neuert und einer um über 20 Prozent ge steigerten Ausbauwassermenge ange passt.Die alte Zentrale im Zilfuri wird kom plett abgebrochen und durch einen Neu bau ersetzt. Die Zentrale ist auf die aktu ellen Naturgefahren dimensioniert. Das Gebäude bietet Platz für die neue horizon talachsige Peltonturbine, die Trinkwasser turbine sowie sämtlichen für die Stromver sorgung nötigen Anlageteile. Das Kraftwerk nutzt neu eine Wasser menge von 900 l/s. Die jährliche Produk tion wird damit um über 20 Prozent gesteigert und auf knapp 9 GWh prognostiziert.

Bild: SWV. KW Meiental; Bild: CKW.

jeder Zeit auch im Winter zuverlässig und planbar ökologisch nachhaltigen, erneuer baren Strom. Aufgrund von ökologischen Auflagen steht die Wasserkraft bis 2050 jedoch vor Produktionseinbussen von rund 10 Prozent. CKW will mit dem Lauf wasser kraftwerk Meiental einen wichtigen Beitrag zu mehr erneuerbarer Stromproduktion und zur Versorgungssicherheit im Kanton Uri leisten. Die anvisierte Jahresproduk tion beträgt 32 GWh. Das entspricht dem Verbrauch von rund 7100 durchschnitt lichen 4-Personen-Haushalten.

KW Meiental: Urner Regierung weist Einsprache der Umweltverbände gegen Konzessionserneuerung ab Die CKW will mit lokalen Partnern im Meiental ein neues Laufwasserkraftwerk bauen. Damit liesse sich jährlich rund 32 GWh Strom für die Urner Bevölkerung produzieren. 2018 reichte CKW hierzu ein Gesuch zur Erneuerung ihrer Kon zession von 1944 für die Nutzung der Meienreuss ein. Die Umweltverbände WWF und Pro Natura haben dagegen Einsprache erhoben. Diese Einsprache hat nun der Urner Regierungsrat an sei ner Sitzung vom 5. Juli 2022 abgewiesen. Der Urner Regierungsrat hat 2018 das an gepasste Konzessionsgesuch zur Nutzung der Meienreuss öffentlich aufgelegt und sprach sich damit für den Ausbau der er neuerbaren Energien im Kanton Uri aus. Die Umweltverbände WWF und Pro Natura haben daraufhin Einsprache erhoben. CKW suchte wiederholt den Dialog mit den Ein sprechern, um eine Einigung zu erzielen, jedoch ohne Erfolg. An seiner Sitzung vom 5. Juli 2022 hat die Urner Regierung nun die Einsprache der Umweltverbände abge wiesen und damit ein wichtiges Zeichen für die Energiewende gesetzt. Die Umweltver bände können auf diesen Entscheid Be schwerde beim Urner Obergericht einrei chen und damit den Gerichtsweg beschrei ten, welcher bis vor Bundesgericht gehen kann. Dies würde eine massive Projekt ver zögerung auslösen. CKW-CEO Martin Schwab erhofft sich jedoch, dass auch sie den Ernst der Lage erkannt haben: «Im Sinne der Energiewende und angesichts der aktuellen Energiekrise muss es mög lich sein, dass wir solch wichtige Projekte von nationaler Bedeutung zügig realisieren können. Dazu braucht es zielgerichtetes Handeln aller Seiten. Man kann nicht für die Energiewende, den Ausbau erneuerba rer Energien und mehr Klimaschutz sein und gleichzeitig wichtige Projekte blockie ren», so Schwab Kraftwerk von nationaler Bedeutung produziert Strom für die Urner Bevölkerung Das Kraftwerk Meiental kommt auf das Gemeindegebiet von Wassen zu liegen und ist ein Gemeinschaftsprojekt von CKW und mehreren lokalen Partnern. Die Investi tionssumme beträgt rund CHF 37 Mio. Die Wasserkraft bildet in der Schweiz seit über 100 Jahren das Rückgrat der Stromversorgung. Denn sie produziert zu

Nachrichten «Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 207

Ursprüngliches Projekt überarbeitet und reduziert Das Kraftwerkprojekt erfüllt sämtliche An forderungen des « Schutz- und Nutzungs konzepts Erneuerbare Energien im Kanton Uri » (SNEE ). Der SNEE zeigt auf, wo im Kanton Uri Anlagen für die Energieproduk tion aus erneuerbaren Quellen wie Wasser, Wind und Sonne erstellt werden können und wo Landschaften und Fliessgewässer ungeschmälert erhalten bleiben sollen. Auf Basis des SNEE hat CKW ihr 2008 eingereichtes ursprüngliches Projekt über arbeitet und von zwei auf eine Kraftwerk stufe im Unterlauf der Meienreuss redu ziert. Auf die Nutzung des ökologisch wert volleren Oberlaufs mit teilweisem Auen charakter sowie der alpinen Seitengewäs ser wird verzichtet. Mit einer Schutz- und Nutzungsplanung werden diese Gewässer teile für die beantragte Konzessionsdauer von 80 Jahren von der Nutzung zur Ener gieproduktion ausgeschlossen. Aufgrund der grossen Produktions menge gilt das Kraftwerk Meiental gemäss Schweizer Energiegesetz als Kraftwerk von nationaler Bedeutung. Das nationale öffent liche Interesse an einer sicheren Strompro duktion geht somit regionalen Schutzinte ressen vor. Weiter ist es für den Kanton Uri ohne dieses Kraftwerk nicht möglich, sein gesetztes Ausbauziel auf eigene Energie produktion von 150 GWh realisieren zu kön nen.

Wiederherstellung der Fischgängigkeit in der Wasser fassung Vallember

Gewässerschutz

Zusammen mit diesen Arbeiten hat EKW in Zusammenarbeit mit dem kantonalen Amt für Natur und Umwelt (ANU) sowie dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) das Sanierungsprojekt zur Wiederherstellung der Fischgängigkeit entwickelt, das sich nun im Bau befindet.

Im vergangenen Jahr wurden darum um fassende Revisionsarbeiten notwendig.

Die Wasserfassung Vallember der Engadi ner Kraftwerke liegt am Eingang zum Val Susauna auf dem Gemeindegebiet von S-chanf. Seit 1970 in Betrieb, hat sie in zwischen über 50 Betriebsjahre hinter sich.

Ein künstliches Hochwasser, das die Saane für die Zukunft rüstet Groupe E hat Ende Mai 2022 zwischen der Staumauer von Rossens und dem Schif fenensee ein künstliches Hochwasser der Saane herbeigeführt. Der gemein sam mit den betroffenen Dienststellen des Kantons organisierte Eingriff soll wissenschaftliche Daten zur Analyse der Auswirkungen von Hochwasser auf Fauna und Flora liefern. Das durch die kantonalen Behörden und den Bund validierte Hochwasser erfolgte im Rahmen von Studien betreffs Mass nahmen zur Sanierung des Geschiebehaus halts zwischen Rossens und Hauterive, die der Kanton im November 2020 in Auf trag gegeben hat. Groupe E wurde mit der Durchführung von Studien beauftragt, um die Defizite zu bestimmen und die Ziele für die Sanierung des Geschiebehaushalts unterhalb der Staumauer von Rossens zu definieren.DasZiel dieses «Pilothochwassers» be steht in der Sammlung wissenschaftlicher Daten zur Prüfung der durch die Auf trag nehmer von Groupe E entwickelten Mo delle. Dabei soll die Effizienz verschiede ner Hochwassermengen und -abflüsse bei sachgemässer Wassernutzung geprüft werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sol len es ermöglichen, die Sanierungsmass nahmen an der Saane für die kommenden vierzig Jahre zu planen und zu optimieren. Groupe E arbeitet dabei mit spezialisier ten Unternehmen zusammen und koordi niert sich mit den betroffenen Dienststel len des Kantons. Zudem hat Groupe E die Umweltorganisationen und den Freiburgi schen Verband der Fischervereine über das Vorgehen informiert. Die Wasserablässe erzeugen eine ge wisse Dynamik, die es ermöglicht, das Bett des Wasserlaufs zu reinigen, Algen zu ent fernen und die Kolmation zwischen der Staumauer von Rossens und dem Schif fenensee zu reduzieren. Aufgrund der feh lenden Hochwasser und der Rückhaltung von Kies durch die Staumauer von Rossens ist das Bett der Saane kolmatiert und Al gen breiten sich aus. Dies wirkt sich nega tiv auf die Gesundheit und Fortpflanzung von Fischen und Wirbellosen aus. In Übereinstimmung mit dem Gewäs ser schutzgesetz hat der Kanton Freiburg in seiner strategischen Planung die Anla Wasserfassung und Vallember unter halb Fassung; Bild: SWV.

gen ermittelt, die die Fliessgewässer be lasten und Sanierungsmassnahmen vor geschlagen. Die Wiederherstellung des Ge schiebehaushalts unterhalb der Staumauer von Rossens dank der Erzeugung künstli cher Hochwasser und dem Eintrag von Kies gehört zu den Massnahmen, die im Rah men der Sanierung umgesetzt werden sol len. Zudem kann ein zweites künstliches Hochwasser im Herbst geplant werden.

Das neue Gewässerschutzgesetz ver langt die Wiederherstellung der Fischgän gigkeit in den Schweizer Flüssen. Hinder

Die Überwachung der Kleinen Saane durch die Fischerverbände, die Dienst stellen des Kantons und Groupe E zeigt eine allgemeine Verschlechterung des Zu stands des Flusses. Regelmässige künst liche Hochwasser sollen den guten Allge meinzustand des Gewässers zum Schutz von Flora und Fauna gewährleisten.

Nachrichten «Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden208 nisse, die diese wesentlich beeinträchti gen, müssen saniert werden. Aus verschie denen geprüften Varianten zeigte sich die aktuell im Bau stehende Lösung als Best variante. Dabei können die Fische im rechtsufrigen Bereich mittels einer Fisch treppe vom unteren in den oberen Fluss lauf aufsteigen. Der Höhenunterschied zwi schen Ober- und Unterwasser wird da durch abgebaut, dass Wasserbecken mit dazwischenliegenden Trennwänden ge bautDerwerden.Fischabstieg erfolgt über eine spe ziell konstruierte Überfallkante im Entsan derbecken. Diese ist mit einem speziellen, sehr fein gegliederten Rechen ausgestattet, einem sogenannten Coanda-Rechen, der es den Fischen erlaubt, unbeschadet in ein Becken im Unterwasser abzusteigen. Für das Projekt investiert EKW insge samt 3,5 Millionen Franken. Als Sanierungs massnahme im Rahmen des Gewässer schutzgesetzes werden EKW nach Ab schluss der Arbeiten die gesamten Kosten vom Bund erstattet. Die Auf- und Ab stiegshilfe soll noch vor dem nächsten Winter den Fischen ermöglichen, die bis herige unüberwindbare Barriere an der Wasserfassung Vallember über die neuen Anlageteile zu durchwandern. Der Lebens raum im Gebirgsbach Vallember wird da durch erheblich aufgewertet. Personen Giacum Krüger übernimmt die Direktion der Engadiner Kraftwerke AG Der Verwaltungsrat der Engadiner Kraftwerke AG (EKW) hat Giacum Krüger aus Maloja als neuen EKW Direktor gewählt. Giacum Krüger (40) ist diplomierter Elektro ingenieur der Fachhochschule in Rappers wil und bringt eine breite Fach- und Füh rungserfahrung aus der Energiebranche mit. Zurzeit arbeitet er für Boess Ingenieure als Gebietsleiter Graubünden und Tessin. In dieser Funktion ist er unter anderem für zahlreiche Elektrizitätswerke tätig. Giacum Krüger ist verheiratet und Vater von drei Töchtern. Er wird seine neue Tätig keit bei EKW im Januar 2023 aufnehmen.

A main outcome of Dr. van Rooijen’s research is the newly developed BASEmeso tool that is based on an agglomerative hier archical clustering algorithm, where a spa tial contiguity criteria is enforced. His results show that when employing a contiguity con straint, a patch’s extent is better captured, different patches can be distinguished bet ter and the distribution of patch character istics is smoother compared to a conven tional method without spatial constraints. This holds for different investigated mor phologies, suggesting that the inclusion of a spatial contiguity constraint can improve the automatic delineation of river mesohabitat patches. The proposed methodology might positively contribute to the development of automatic, objective and predictive mesoscale habitat assessment workflows.

Publikationen

The Development and Application of a New Automatic Fluvial Mesohabitat Approach Publikation: 2022; Autor: Dr. Erik van Rooijen; Herausgeber: Prof. Dr. Robert Boes, VAW ETH Zürich, VAW Mitteilung 267, A5 Format, 162 Seiten, kostenloser Download unter: vaw.ethz.ch/das institut/ publikationen/vaw mitteilungen.html. Beschrieb: Water protection legislation demands measures to counter the degra dation of rivers and fluvial ecosystems, and to enhance river morphology and aquatic

Die von der Kommission Hydrosuisse des SWV durchgeführte Tagung bezweckt den Austausch aktueller technischer Entwick lungen rund um die Wasserkraftnutzung. / Sur l’initiative de la commission Hydrosuisse de l’ASAE, le symposium a pour objectif de faciliter les échanges en matière de déve loppements techniques liés à l’utilisation de l’énergie hydraulique. Zielpublikum / Publique cible Angesprochen werden insbesondere Inge nieure und technische Fachleute von Was serkraftbetreibern, Beratungsbüros und der Zulieferindustrie. / Le symposium est destiné en particulier aux ingénieurs et aux spécia listes des exploitations hydrauliques, des bureaux de conseil et des activités induites. Zielsetzung, Inhalt / But, contenu Die Fachtagung bezweckt den Austausch zu aktuellen Entwicklungen aus Forschung und Praxis und ist ein exzellenter Treff punkt der Fachwelt. Das Tagungsprogramm kann unter www.swv.ch heruntergeladen werden. / La journée téchnique a pour ob jectif de faciliter les échanges en matière de développements techniques actuels. Pour les détails voir le programme sur le site web.

Kommission KOHS des SWV www.swv.ch 2.11.2022, Olten vonBau,WasserkraftHydrosuisse-Fachtagung2022:BetriebundInstandhaltungWasserkraftwerkenX(d/f)

Kommission Hydrosuisse des SWV www.swv.ch 15. /16.11.2022, Sursee WasserbauKOHS-Weiterbildungskurs5.8(d)

Kommission KOHS des SWV www.swv.ch 28. 30.6.2023, Wallgau, Oberbayern Wasserbau – krisenfest und zukunftsweisend 21. Wasserbau-Symposium der ETH Zürich, der TU Graz und der TU München symposiumwww.cee.ed.tum.de/wb/veranstaltungen/wallgau2023 4. 6. Juli 2023, Lindau Mit Talsperren nachhaltig in die Zukunft 19. Deutsches Talsperren-Symposium www.talsperrensymposium.de

Nachrichten «Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 209 Agenda 22. / 23.9.2022, Innsbruck, Österreich 25. Internationales KleinwasserkraftwerkeAnwenderforum

Veranstaltungen

Fachtagung Wasserkraft 2022 / Journée Force hydraulique 2022 «Bau, Betrieb und Instandhaltung von Wasserkraftwerken X / Construction, exploitation et entretien des centrales hydroélectriques X» 2.11.2022, Hotel Arte, Olten

Universität Innsbruck www.kleinwasserkraft anwenderforum.de 26. / 27.10.2022, Saint-Aubin WasserbauKOHS-Weiterbildungskurs5.7(f)

habitats for flora and fauna. There are large restoration efforts going on in many coun tries, based e. g. on the European Water Framework Directive in EU countries or the Swiss Waters Protection Act at the nation al level. This in turn calls for better model ling and prediction tools for river managers and engineers to assess the likely medium to long-term effects of restoration mea sures, which are mainly carried out on river segment and reach scales. For the latter, the resolution of interest for habitat dynamics is most commonly the mesoscale. Common habitat assessment tools used are numer ical hydrodynamic river habitat models. This research project conducted by Dr. van Rooijen deals with the development of an automatic fluvial mesohabitat approach to be used in 2D habitat modelling to de lineate mesoscale patches, i. e. a contigu ous area of a river with somewhat similar, but non-identical hydraulic microhabitat conditions, bounded by other areas with distinctly different hydraulic conditions.

Die vier Partner des im Juli 2021 gegrün deten Hydro Alps Lab haben sich ein ehrgeiziges Ziel gesetzt. Durch eine effi ziente Verbindung von Wasserkraft, mo dernen digitalen Technologien und er neuerbaren Energien sollen die zukünf tigen energetischen Herausforderungen bewältigt werden. Seit einigen Jahren wächst die Bedeutung der erneuerbaren Energien anhaltend, weshalb der Wasserkraft in den nächsten Jahr zehnten eine wichtige Rolle zukom men dürfte. Aus diesem Grund hat die HES-SO Valais-Wallis zusammen mit drei Partnern – Alpiq, Forces Motrices Valai sannes (FMV) und HYDRO Exploitation –im Juli 2021 das Hydro Alps Lab gegrün det. Die Kompetenzen der Industriepartner sollen dank modernster Technologien ge stärkt werden, um den zukünftigen Heraus forderungen im Energiebereich begegnen zu können.FürCécile Münch Alligné, die Leiterin dieses neuen Labors, ist die Gründung dieses Forschungszentrums eine unglaub liche Chance. «Zwei unserer Partner sind Eigentümer von Wasserkraftwerken, der dritte ein Betreiber. Sie haben alle mit un Das «Hydro Alps Lab» steht für anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung. Bild: Alpiq.

HydroForschungszentrumAlpsLab

Nachrichten

Um diese kritischen Bauteile zu dimen sionieren, führen die Teams des Hydro Alps Lab numerische Simulationen und Messungen sowohl im Labor als auch vor Ort durch. Auch die Studierenden können sich im Rahmen ihrer Bachelorarbeiten oder anderer Projekte mit diesen Proble matiken beschäftigen und zum Beispiel präzise Analyseverfahren entwickeln.

Dazu müssen wir die individuellen Bedürf nisse analysieren und alle Parameter be rücksichtigen», erklärt sie.

Druckleitungen Druckleitungen und Druckschächte be fördern das Wasser vom Staudamm zu den Turbinen des Wasserkraftwerks. Ihr reibungsloser Betrieb und ihre Sicherheit sind daher für die Stromerzeugung von grösster Bedeutung. Die mechanischen Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, haben zugenommen, da sich die Nutzung der Wasserkraft seit der Inbetriebnahme von Wasserkraftwerken vor rund 70 Jah ren stark weiterentwickelt hat. Heutzutage werden Hydraulikmaschinen nicht mehr nur zur Energieerzeugung eingesetzt, son dern auch für den Leistungsausgleich zwi schen Verbrauchern und Erzeugern. Dazu ändern die Maschinen ihre Drehzahl, star ten und stoppen häufiger, wodurch die Er müdung des Stahls in den Leitungen be schleunigt wird. Das Hydro Alps Lab ent wickelt neue Ansätze für die Zustands über wachung, die auf innovativen Senso ren und Digital Twins basieren. So kann die Beanspruchung dieser für die Strom erzeugung kritischen Bauteile in Echtzeit bewertet werden, um ihre Lebensdauer zu beurteilen sowie Betriebskosten und Aus fälle zu begrenzen. Drosselklappen Absperrorgane werden für die automati sche Öffnung und Schliessung von Lei tungen im Rahmen der Wartung und der Sicherheit verwendet. Wie alle anderen mechanischen Bauteile in der Wasserkraft werden auch diese Organe speziell für die Anlage konzipiert, in der sie zum Einsatz kommen. Sie müssen etwa enormen Be lastungen standhalten: Eine Klappe mit ei nem Durchmesser von 2 m muss einen Druck aushalten, der dem Druck von 15 da ran aufgehängten 40-Tönnern entspricht.

Um den Verschleiss von Turbinen zu unter suchen, entwickelt ein Team des Hydro Alps Lab eine Überwachungsmethode mit hochempfindlichen, nicht-intrusiven Mikro fonen, mit denen die Geräusche des turbi nierten Wassers interpretiert werden kön nen. Auf diese Weise kann der Zustand einer Turbine genau vorhergesagt werden, ohne dass ihr Betrieb unterbrochen wer den muss.

Kein einfaches Unterfangen! Um das Ziel der Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen, muss die Wasserkraft ein durch schnittliches Wachstum von rund 70 GWh pro Jahr verzeichnen. Dies bedeutet, dass die Speicherkapazitäten erhöht, der Wir kungsgrad verbessert und die Sicherheit der Infrastrukturen optimiert werden müs sen. Die verschiedenen Forschungsteams werden sich daher mit allen Facetten der Wasserkraft befassen: Flexibilität der An lagen, Überwachung der Maschinen, Mo nitoring der Druckleitungen, Untersuchung der Drosselklappen und Durchflussmes sung. Überwachung der Maschinen Das Auswechseln von Turbinen ist eine kostspielige und zeitaufwändige Opera tion. Deshalb müssen innovative Metho den entwickelt werden, um ihre Lebens dauer zu erhöhen und um möglichst genau vorhersagen zu können, wann sie ersetzt werdenTurbinenmüssen.werden durch Schwingun gen, die Erosion von Sedimenten aus dem Wasser und vor allem durch Kavitation abgenutzt. Bei starkem Unterdruck kann Wasser zu Dampf umgeformt werden und implodieren. Geschieht dies in der Nähe einer Wand, kann diese nach und nach beschädigt werden.

Forschungs institutionen-

terschiedlichen Problemen zu kämpfen, für die wir nach effizienten Lösungen suchen.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden210

Themen der Ausgabe 6 / 2022

• Trùòng T., Bresinsky L., Sauter M.: Grundwasseranreicherung mit ent salztem Meerwasser in Festgesteins grundwasserleitern Xanke J., Ohmer M., Liesch T.: Konzepte zur Wiederver wendung von aufberei tetem Abwasser im Unteren Jordantal

• Bölli M.: EntschädigungWasserkraftSanierungsmassnahmenGrundlagender

«Kleinwasserkraft» Themen der Ausgabe 1 / 2022

• Bölli M., Wojtas W.: Swiss Small Hydro Jahresbericht 2021 • DVZO – Dampfbahn Verein Zürcher

Oberland: Nachruf Hans-Peter Bärtschi Industriefotograf

• Wojtas W.: Fachtagung und General versammlung in Münchenstein (BL) Generalversammlung mit Grund satzentscheid für Initiative

• Roth M. S., Wagner F., Rößger T., Stamm J.: Ethohydraulische Labor versuche zum Abstieg von Fischen in beschleunigten Strömungen

• Bach M.: Diskussionsbeitrag zur Anwendung des Modellverbunds AGRUM im Gewässerschutz

• Geschäftsstelle Naturpark Beverin: Aus Überfluss wird Energie Strom aus Quellwasser im Naturpark Beverin

• Steinbrunner B., Wenk M., Fuchs S.: Überlegungen zu einer risikoange passten Betrachtungsweise in der Raumplanung

• Geiler N.: Woran das Gebot zur Bürgerbeteiligung bei der WRRLUmsetzung scheitert

• Rusteberg B., de Bourgoing P., Bensabat J.: entsalzungWassertransferGrenzüberschreitenderausderMeerwasserimNahenOsten

• Choulot A.: Druckrohrleitungen aus thermoplastischen Verbundwerk stoffen Nahtlos von der Wasser fassung bis zur Turbine

• Klein M., Theobald S.: Wasserkraft nutzung am See Genezareth im Zusammenspiel mit Meerwasserent salzung und Solarenergie Schär S., Geldermann J.: Technoökonomische Analyse Wasserinfrastrukturprojekteintegrierter

• Leutwiler H P.: Geschichte(n) von ISKB / Swiss Small Hydro Rückblicke am Jubiläumsessen

• Zeitfogel H., Feigl M., Schulz K.: Österreichweite bodenhydraulischerRegionalisierungEigenschaften

•

• Adam B., Engler O., Lehmann B.: Zum Einfluss der Beleuchtung auf die Funktion von Fischaufstiegsanlagen und Kreuzungsbauwerken

• zek HYDRO: Mit Höchstdruck Strom erzeugen – Das Kraftwerk Adont vom Elektrizitätswerk der Stadt Zürich ewz

«ÖWAW» Themen der Ausgabe 1 2 / 2022

• Brunetti G., Schübl M., Santner K., Stumpp C.: Sensitivitätsanalyse zu Infiltrationsprozessen in Böden

• Vogl C.: Rechtliche Möglichkeiten der wasserwirtschaftlichen Planung

• Fenz R.: Der Nationale Gewässer bewirtschaftungsplan • Neuhold C., Wenk M.: Der nationale serrichtlinieUm2021Hochwasserrisikomanagementplan–AktualisierungenimzweitensetzungszyklusderEU-Hochwas

• Julen N.: Das Kraftwerk Tobel profitiert doppelt 3 Wochen Umbau, kaum 2 Wochen Stillstand

• Schöggl J. P., Stumpf L., Rusch M., Baumgartner R. J.: Die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft in österreichischen Unternehmen Praktiken, Strategien und Auswirkungen auf den Unter nehmenserfolg • Schwabl D., Bauer M., Köhldorfer P., Lehner M.: Weiterentwicklung einer nass-mechanischen Aufbereitungs anlage zur Gewinnung von hochreinen Polyolefinkonzentraten für ein chemisches und mechanisches Recycling

Themen der Ausgabe 2 / 2022

• Smati L.: Optimale Reduktion von Reibung und Verschleiss – Radiallager und Axiallager für kleine Turbinen

• Bölli M.: «Jede einheimische und erneuerbare Kilowattstunde zählt!».

• Sarc R., Pomberger R.: «ReWaste4.0» – Abfallwirtschaftliches Kompetenz zentrum am AVAW der Montanuniversität Leoben

Swiss Small Hydro startet Vorarbeiten zur Lancierung einer Volksinitiative

• Schwevers U., Steineck S., Boris Lehmann und Andreas Eichhorn: Auffinde- und Passagedauer als Parameter zur Funktionsbewertung von Fischaufstiegsanlagen

•

• Klein M., Theobald S.: Modellbasierte prädiktive Regelung des Sees Genezareth zur verbesserten Wasser versorgung des Unteren Jordantals

Zeitschriften

Nachrichten «Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 211

• Henning M., Heneka P., Zinkhahn M., Schütz C., Prinz F., Heimann W.: Abgerückte Einstiege für Fischauf stiegsanlagen

• Wenk M., Mühlmann H.: Das Gewäs serentwicklungs- und Risikomanage mentkonzept Hintergründe und Er fahrungen aus dem Projekt LIFE IP IRIS

• Bölli M.: Vernehmlassung zur neuen Förderung der Wasserkraft mit Investitionsbeiträgen Verbesserungs vorschläge von Swiss Small Hydro

• Scheday M., Zarzar G.: Evaluierung von Transfersystemen zur Wasser ver sorgung von Jordanien und Palästina

• Choulot A.: Molekularer Wasser stoff Revolution für Verkehr und Stahlerzeugung?

«WasserWirtschaft»

Themen der Ausgabe 3 4 / 2022

• Choulot A., Renan Ermolieff: Das Kraftwerk «La Louve» am Genfersee – Gründliche Optimierung durch den Service de l’eau de la Ville de Lausanne

Themen der Ausgabe 7 8 / 2022

• Geiger H.: Wasserkraftnutzung und EG-Wasserrahmenrichtlinie

• Janowitz D., Schmitt J., Yüce S.: Innovative Konzepte zur großskaligen Meer wasserentsalzung im Nahen Osten

• Genossenschaft Elektra Baselland EBL: Das neue Kleinwasserkraftwerk Obermatt Mehr Strom, mehr Rest wasser, mehr Natur

• Schmid F., Neuhold C., Wenk M.: Die Gefahrenzonenplanung als Fachgrund lage zum integralen Hochwasserrisiko management • Blöschl G., Stiefelmeyer H., Hlatky T.: HORA Richtige Naturgefahrenkommunikation schafft Risiko bewusstsein • Seher W., Neuhold C.: Koordination von Raumplanung und Wasserbau als wesentlicher Bestandteil des Hoch wasserrisikomanagements

• Antrekowitsch J., Dornig C., Hanke G.: Holzkohle als CO2-neutrales Reduk tionsmittel in Recyclingprozessen der Nichteisenmetallurgie • Gerold E., Antrekowitsch H.: Potenzial abschätzung von Synergieeffekten zur simultanen Rückgewinnung von Wertmetallen aus komplexen, metall haltigen Reststoffen • Koinig G., Rutrecht B., Vollprecht D.: Recycling von Multilayerfolien

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden212 Fachtagung Wasserkraft 2022 Bau, Betrieb WasserkraftwerkenInstandhaltungundvon X Mittwoch, 2. November 2022, Olten Anmeldung | Inscription Anmeldungen bitte über die Webseite www.swv.ch. Die Teilnehmer zahl ist begrenzt. Wir berücksichtigen die Teilnahme in der Reihenfolge der Anmeldungen. Inscriptions par le site web www.swv.ch. Le nombre de participants est limité. Les inscriptions seront considérées par ordre d’arrivée. Journée d’étude Force hydraulique 2022 Construction, exploitation et entretien des hydro-électriquescentralesX Mercredi, 2 novembre 2022, Olten 19. Deutsches Talsperrensymposium Mit Talsperren nachhaltig in die Zukunft 04.–06. Juli 2023 Inselhalle www.talsperrensymposium.deLindau DIETZHAJOLUFTBILD,NÜRNBERG©

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«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden214

Gewässervermessung Revitalisierung an Fliessgewässern und Seeufern Varianten- und AusführungsplanungMachbarkeitsstudienundUmsetzung Gewässerentwicklung Entwicklungsziele und Initiierung Unterhaltskonzepte und Pflegepläne Erfolgskontrolle und Monitoring Begleitplanungen Aquatisch,Landschaftsgestaltungterrestrische Ökologie (UBB, UVB) Boden (Bodenschutzkonzepte, BBB) Naherholung und Besucherlenkung www.oeplan.ch | 071 722 57 22 | info@oeplan.ch Wir arbeiten in einem interdisziplinären Team aus Kulturingenieuren, Landschaftsarchitekten und Umweltfachleuten. Mit über 30 Jahren Erfahrung bieten wir ihnen kreative und nachhaltige Lösungen. OePlan

Die publizierten Beiträge geben die Meinung der jeweiligen Autoren wieder. Diese muss sich nicht mit derjenigen der Redaktion oder der Verbände decken. / Les articles publiés reflètent les avis des auteurs et ne correspondent pas forcément à ceux de la rédaction ou des associations.

«Wasser Energie Luft» – 114. Jahrgang, 2022, Heft 3, CH-5401 Baden 215 Branchen-Adressen Abdichtungen GewässerökologieGewässerpflegeImpressum Schweizerische Fachzeitschrift für Wasser wirtschaft / Revue suisse spécialisée sur l’aménagement des eaux Gegründet 1908 / Fondée 1908 Bis 1930 «Schweizerische Wasser wirtschaft»; 1931 1934 «Schweizerische Wasser und Energiewirtschaft»; 1935 1975 «Wasser und Energiewirtschaft»; ab 1975 «Wasser Energie Luft» Herausgeber / Éditeur Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband (SWV) / Association suisse pour l’aménagement des eaux (ASAE) Redaktionsleitung / Direction de la rédaction Andreas Stettler, andreas.stettler@swv.ch Layout, Anzeigen, Redaktion / Mise en page, annonces, rédaction Mathias Mäder, mathias.maeder@swv.ch ISSN Verlag,0377-905XAdministration / Édition, administration SWV, Rütistrasse 3 a, CH 5401 Baden Telefon +41 56 222 50 69, info@swv.ch, www.swv.ch Postkonto Zürich: 80 1846 5 Mehrwertsteuer Nr.: CHE 115.506.846 Abonnement / Abonnement Das Abonnement ist in der Mitgliedschaft SWV enthalten. / L’abonnement est compris dans l’affiliation ASAE. Preise / Prix Jahresabonnement CHF 120.–, zzgl. MwSt.; für das Ausland CHF 140.–; Einzelpreis Heft CHF 30.–, zzgl. MwSt. und Porto; erscheint 4 × pro Jahr. / Abonnement annuel CHF 120.–, plus TVA; pour l’étranger CHF 140.–; Prix au numéro: CHF 30.–, plus TVA et frais de port; paraît 4 fois par an. «Wasser Energie Luft» ist offizielles Organ des SWV und seiner Gruppen: / «Eau énergie air» est l’organe officiel de publication de l’ASAE est ses groupes régionaux: Associazione Ticinese di Economia delle Acque (ATEA), Verband Aare Rheinwerke (VAR), Rheinverband (RhV).

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Druck, Lektorat / Production, Correction Horisberger Regensdorf AG

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