Wasserförderung - Wasserkraftbetriebene Pumpsysteme

Hintergrund

Für die Wasserförderung aus großer Tiefe stellt in Anbetracht des damit verbundenen hohen Energiebedarfs sowie der in entlegenen Gebieten oftmals fehlenden Elektrifizierung die Nutzung von Wasserkraft eine sinnvolle autarke Lösung dar. Auch in der Projektregion existieren aufgrund der topographischen Höhenunterschiede große Wasserkraftpotenziale, welche bislang lediglich durch einzelne Kleinwasserkraftanlagen genutzt werden.

Schematische Darstellung der Hauptkomponenten der Hochdruckanlage Seo Ho und des neues Wasserfördersystems

Eines dieser Kraftwerke ist die in den 1990er-Jahren im Distrikt Dong Van errichtete, mit 2 Peltonturbinen ausgestattete Hochdruckanlage Seo Ho. Für deren Betrieb wird vom Seo Ho-Fluss Triebwasser über ein Wehr mit Sohlentnahme, Sandfang, Ausleitungskanal, Einlaufbecken und Fallleitung dem Krafthaus zugeführt. Aufgrund der ausgeprägten Regen- und Trockenzeiten ist der Seo Ho-Fluss durch starke zeitliche Abflussschwankungen gekennzeichnet. Dies erschwerte die Auslegung der Turbinen, welche mit einer installierten Ausbauleistung von ca. 700 kW wie gewöhnlich auf die vergleichsweise hohen Abflüsse während der Regen- bzw. Übergangszeit abzielte. Zu Zeiten geringen Wasserdargebots kann somit ein wirtschaftlicher Betrieb aufgrund des reduzierten Leistungspotenzials und abfallender Turbinenwirkungsgrade im unteren Teillastbereich trotz der für Schwellenländer typischen geringen Lohnkosten nicht dauerhaft gewährleistet werden. In der Trockenzeit hat dies einen teils mehrwöchigen Stillstand der Anlage zur Folge, während zur gleichen Zeit die Bevölkerung in höhergelegenen Siedlungen unter erheblichem Wassermangel leidet.

Die ungenutzten Restwassermengen können jedoch mit speziell auf diese Bedingungen ausgelegten Maschinensätzen effizient genutzt werden, um die Antriebsenergie für die Wasserförderung zu generieren. Vor diesem Hintergrund wurde ein Konzept entwickelt und in Form einer Pilotanlage implementiert, welches die Erweiterung der WKA Seo Ho durch ein mechanisch angetriebenes Pumpsystem vorsieht. Hierbei flossen langjährige Erfahrungen bzgl. der Konzeption innovativer Maschinentechnik ein, welche im Rahmen vorausgegangener BMBF-geförderter Verbundvorhaben in Indonesien gewonnen wurden.

Das Pumpsystem besteht aus zwei parallel geschalteten Fördermodulen, welche als mechanisch gekoppelte Einheit einer „Pumpe als Turbine“ (PAT) und einer Förderpumpe beschrieben werden können. „Pumpen als Turbinen“ werden als Antriebsaggregate für Hochdruckpumpen eingesetzt, da invers betriebene Pumpen eine kostengünstige Alternative zu Wasserturbinen darstellen. Insgesamt zeichnet sich dieser Aufbau durch hohe Robustheit sowie geringen Betriebs- und Wartungsaufwand aus. Die Innovation des Konzepts liegt in der erstmaligen Auslegung eines solchen Moduls für Hochdruckbedingungen sowie in der hydraulischen und betrieblichen Anbindung an eine bestehende WKA.

Zielsetzung

Aufbauend auf den Errungenschaften des KaWaTech-Vorhabens sind die fachliche Begleitung der Referenzanlage in der initialen Betriebsphase, die umfassende Validierung sowie ggf. die weitergehende betriebsbegleitende Optimierung der Maschinentechnik im Speziellen und des Förderkonzepts im Gesamten vorgesehen. Ein wesentlicher Aspekt für die erfolgreiche Umsetzung dieser Vorhaben ist die kontinuierliche Zusammenarbeit mit dem Betreiber sowie mit lokalen Fachkräften, um einen umfassenden Wissensaustausch zwischen den Partnern beider Länder zu ermöglichen.