Arbeitspaket AP 2: Wasserförderung und -verteilung

Nachhaltige Wasserförderkonzepte

Im Vorgängerprojekt KaWaTech wurde bereits eine technische Lösung zur Erweiterung vorhandener Wasserkraftanlagen um ein wasserkraftbetriebenes Wasserfördersystem (Förderkonzept 1) entwickelt und in Form einer Referenzanlage mit einer Förderleistung von bis zu 1,5 Mio. l/d umgesetzt. Weiter wurde eine Konzeptstudie zu gekapselten Fördermodulen mit Energiegewinnungs- und Wasserfördereinheit für den dezentralen Einsatz unter Extrembedingungen (Förderkonzept 2) entwickelt.

Aufbauend auf den dabei gewonnenen Ergebnissen und Erkenntnissen zielen die Arbeitsinhalte von AP2 auf die Erschließung von Anwendungsbereichen innovativer photovoltaikbasierter Pumpsysteme (Förderkonzept 3) an äußerst dezentral gelegenen Standorten (Hofanlagen, Einzelgehöfte, kleine Siedlungen) ab, die nicht von den bisherigen Versorgungssystemen erreichbar sind bzw. deren Anbindung ökonomisch nicht vertretbar ist. Die Produktentwicklung soll bewährte Standartkomponenten des Pumpenherstellers KSB AG, Frankenthal, mit Systembausteinen moderner Photovoltaik-Technik in idealer Weise kombinieren. Im Rahmen der Projektlaufzeit soll eine Systemimplementierung an ausgewählten Standorten erfolgen.

Zudem sind flexible und widerstandsfähige bautechnische Lösungen für eine nachhaltige Maschineninstallation zu entwickeln. Hierfür finden u.a. die im Rahmen des Vorgängerprojekts entwickelte Betonrezeptur sowie die entwickelte Kapselungstechnologie Verwendung. Begleitend werden im Feldversuch umfangreiche Hydroabrasionsuntersuchungen durchgeführt, welche der weiteren Optimierung der Kapselung sowie der Entwicklung der am KIT entworfenen Hydroabrasionsverschleißprüfeinrichtung zur Marktreife dienen.

Oberflächen- und Karsthöhlengewässer führen in der Regel eine hohe Anzahl an Partikel und Feststoffe mit sich. Bei der Förderung von Wasser stellt dies ein erhebliches Problem dar. Die Pumpen können verstopfen. Ein autarker Pumpenbetrieb an dezentralen Standorten ist daher ohne eine kontinuierliche Wartung derzeit nicht möglich. Die geplante Entwicklung verstopfungsresistenter Pumpen durch den Industriepartner KSB AG stellt insbesondere bei der Nutzbarmachung von Karstgewässern eine Aufgabe mit großem FuE-Bedarf und hohem Verwertungspotential dar.

Zusätzlich ist im Rahmen des Vorhabens KaWaTech Solutions die Fortführung der betrieblichen Begleitung des Pilotfördersystems Seo Ho (Förderkonzept 1) vorgesehen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse im Dauerbetrieb leisten einen wesentlichen Beitrag zur Erschließung des technologischen Multiplikationspotentials.

Vorgesehene Arbeitsschritte zur Wasserförderung innerhalb AP2 sind u.a.:

• Evaluierung der Anwendbarkeit photovoltaikbasierter Pumpsysteme (PVPS) (Förderkonzept 3)
• Identifikation potentieller Standorte in der Modellregion und Konzeptentwicklung zu PVPS
• Vorentwurf und Detailplanung zur Implementierung ein oder mehrerer Pilot-PVPS
• Implementierung und Inbetriebnahme ein oder mehrerer Pilot-PVPS
• Validierung der Hydroabrasionsbeständigkeit von Betonkapselungen im Feldversuch
• Entwicklung eines Prüfstands und Durchführung von Messungen verschiedener Pumpen-verstopfungsarten
• Erstellung eines Simulationsmodells sowie eines Algorithmus zur Steuerung/Regelung und Entwicklung eines verstopfungsresistenten Pumpenprototypen
• Fortführung der Betriebsanalyse des wasserkraftbetribenen Pumpsystems an der Seo Ho-Pilot-Anlage bzgl. Förderleistung, Verschleiß und Resilienz

Angepasste Wasserverteilungskonzepte

Im Vorgängerprojekt KaWaTech wurde bereits ein angepasstes Wasserverteilungskonzept für den urbanen Bereich entwickelt und zum Transport von Wasser der Seo Ho-Pilotanlage (Förderkonzept 1) in die Distrikthauptstadt Dong Van implementiert. Der rurale Bereich der Projektregion sieht sich jedoch nach wie vor mit erheblichen Defiziten in der Wasserversorgung konfrontiert. Insbesondere die heterogene Siedlungsstruktur sowie das limitierte und schwankende Wasserdargebot erfordern die Entwicklung einer technischen Lösung, die eine kontrollierte und gerechte Auf- und Verteilung der verfügbaren Wassermenge ermöglicht. Hierfür ist es notwendig, neben Druckabfluss auch Freispiegelabfluss und Zweiphasenströmungen zuzulassen und zu berücksichtigen. Daraus ergeben sich neuartige Anforderungen an die Planungsgrundlagen und die Funktionen von Armaturen. Mit der Entwicklung einer robusten, neuartigen Steuerungsarmatur soll der selbstregelnde Betrieb der Anlage erreicht werden. Durch die Implementierung der Lösung in einer Pilotzone wird eine Demonstrationsanlage für die Evaluierung und Optimierung sowie die Förderung der Multiplikation des Konzeptes auf weitere Regionen geschaffen.

Im Kontext dieser Lösung erfolgt des Weiteren die Entwicklung angepasster Baustoffe für den Bau fugenarmer Freispiegelgerinne mit den im Projektgebiet verfügbaren Materialien und Techniken zur Erhöhung der Bauteillebensdauer und zur Vorbeugung von Wasserverlusten/Wasseraustritt im Förderverlauf.

Vorgesehene Arbeitsschritte zur Wasserverteilung innerhalb AP2 sind u.a.:

• Entwicklung eines dargebotsorientierten Verteilungskonzepts für den ruralen Bereich der Projektregion
• Entwicklung einer robusten Steuerungsarmatur inkl. Evaluierung unter Laborbedingungen
• Entwicklung angepasster Baustoffe und -techniken (u.a. zum Bau fugenarmer Freispiegelgerinne)
• Entwurfsplanung einer Pilotimplementierung der dargebotsorientierten Wasserverteilung und Begleitung der Implementierungsarbeiten
• Monitoring und Evaluierung einer Pilotzone im Projektgebiet
• Ableitung von Planungs- und Bemessungsgrundlagen