Wenn bei Starkregen die Produktion einbricht

Technik

Prognosen - Hydrologische Vorhersagen zur Produktion von Wasserkraftwerken sowie solche zu Wassertemperaturen werden immer wichtiger. Modellierungen berücksichtigen auch Klimaeffekte.

18. November 2010

> Der Normalfall bei Wasserkraftwerken ist, dass sich über den Zeitraum von etwa ein bis zwei Wochen keine großen Leistungsschwankungen ergeben. Jedoch kann es bei Starkregenereignissen oder starker Schneeschmelze deut-liche Abweichungen geben. Bei Hochwasser bricht die Wasserkraftproduktion sogar regelrecht ein. Auch der räumliche Abstand des Wasserkraftwerkes zu diesen Ereignissen muss berücksichtigt werden, da sich Effekte je nach Einzugsgebiet verstärken oder abschwächen können.

Pauschale Aussagen, auch zu Tagesschwankungen, sind hier nicht möglich, da diese von Faktoren wie dem Betrieb von Speicherkraftwerken abhängen. »In Diskussionen mit Energieversorgern und Kraftwerksbetreibern hat sich herauskristallisiert, dass eine tägliche Vorausschau ausreichend ist, um den Fahrplan für den nächsten Tag abzugeben«, sagt Jon Meis, Geschäfts-führer von EWC Weather Consult. Mit meteorologischen Informationen unterstützt das Karlsruher Unternehmen das von Vista Geowissenschaftliche Fernerkundung GmbH in München betriebene Prognosesystem ›HydroSense‹. Der Kern des Systems, ein physikalisch basiertes Modell, simuliert alle relevanten Komponenten des Wasserkreislaufs räumlich verteilt und rasterbasiert. »Dieses vollständige Wasserhaushaltsmodell ermöglicht eine genaue Prognose der Wasserkraftproduktion für die Folgetage«, so die Geschäftsführerin Dr. Heike Bach von Vista.

Vielzahl von Teilprozessen

Eine Vielzahl von Teilprozessen sind für diese Szenarienrechnungen heranzuziehen, wie etwa der Energie- und Massenaustausch zwischen Landoberfläche und Atmosphäre, die Schnee- und Eisakkumulation und -ablation, die vertikale und laterale Wasserbewegung, der Gerinneabfluss oder die Speicherung durch Seen sowie die Dynamik hydraulischer Strukturen.

»Außerdem spielt die Fernerkundung eine außerordentlich wichtige Rolle. Sie liefert Parametrisierungen, etwa zu Landnutzung, Blattfläche oder Geländemodellen, und ist unabhängig von der Verfügbarkeit klassischer Datenquellen im gewählten Einzugsgebiet«, betont Dr. Bach. Die fernerkundungsgestützte Modellierung der Münchener erlaubt eine leichtere Regionalisierung und arbeitet in einem Raster von 1 km2.

Die Verfeinerung der Laufwasserprognose für den Folgetag erfolgt bei HydroSense durch die Verwendung von meteorologischen Daten, wie Lufttemperatur, Taupunkt, Windgeschwindigkeit, Niederschlag, Bedeckungsgrad oder Globalstrahlung, die EWC mittels area-MOS zuliefert. Das statistische Interpolationsmodell liefert Wetterprognosen für jeden beliebigen Ort in Deutschland und Europa, unabhängig von der Messstation, betont das Unternehmen.

»Der große Unterschied zur Stromproduktion aus Windkraft besteht darin, dass in Deutschland kaum neue Wasserkraftwerke gebaut werden, während sich die Zahl von einzelnen Windenergieanlagen und Windparks jährlich deutlich steigert«, so Meis. Zudem ist die Stromproduktion aus Windenergie viel volatiler als Strom aus Wasserkraft.

Steigende Nachfrage

Dem Energiehandel genügte bisher die tägliche Vorhersage der Stromproduktion aus Wasserkraft, während bei der Windenergie auch stündlich aktualisierte Vorhersagen – sogenannte Intraday-Prognosen – von Bedeutung sind. Ausnahme hier sind Speicherkraftwerke, die eine Hochpreisphase ausnutzen können.

Bei Laufwasserkraftwerken war die Nachfrage nach Prognosen bisher geringer. Erst in den letzten Monaten hätten Energieversorger Laufwasserprognosen angefragt, betont Wetterexperte Meis. Das betreffe sowohl das Thema Direktvermarktung als auch das Thema Stromhandel. Die Erfahrungswerte der EVU aus der Vergangenheit spielen hier eine wichtige Rolle. Diese reichen nun jedoch nicht mehr aus, um auch bei der deutlich geringeren Stromproduktion mittels Wasserkraft noch genau genug zu sein. Ein Hintergrund ist laut Meis unter anderem die teure Ausgleichsenergie.

ANWENDUNGSFELD KLIMAWANDEL

Dr. Bach erwartet, dass der Bedarf an entsprechenden Prognosesystemen zukünftig stark steigen wird: »Durch die Möglichkeit der Direktvermarktung von EE-Strom ist dies auch für Betreiber von nur einem einzigen, kleinen Wasserkraftwerk von Interesse.« Hinzu komme, dass eine sehr genaue Leistungsprognose den Betrieb der Wasserkraftwerke möglich profitabler mache.

Vista erweitert die Leistung ihrer Prognose-Lösung künftig durch das besondere Feature im Bereich der Laufwasserprognose: die Wassertemperatur. »Dies ist hilfreich und nützlich zur Vorhersage der maximalen Kühlleistung von thermischen Kraftwerken«, erläutert Meis.

Neu hinzu kommt auch der Aspekt des Klimawandels. Mit einem unkalibrierten Modell könne der Einfluss der zu erwartenden Klimaänderung auf die Abflüsse in den Gerinnen erfolgreich simuliert werden, betont Dr. Bach. Auffallend häufig verzeichnet man inzwischen Niedrigwasser.

Wasserkraftwerke können in Folge lediglich mit sehr geringem Wirkungsgrad oder teilweise gar nicht genutzt werden. Die Experten von EWC rechnen damit, dass der Markt »in den kommenden Jahren hier noch stark in Bewegung sein wird«. (mn)

Erschienen in Ausgabe: 9-10/2010