Titelaufnahme

Titel
Modellierung der Fließzeit in offenen Gerinnen für ein Wasserkraftwerkseinsatz-Optimierungsmodell / Bernhard Ungersböck
VerfasserUngersböck, Bernhard
Begutachter / BegutachterinTheil, Gerhard
Erschienen2012
UmfangVI, 91 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Gerinne / Fließzeit / Modellierung / Wasserkraft / Manning-Strickler / Rauheitsbeiwert / Wellengeschwindigkeit / Wellenlaufzeit / Hochwasserwelle
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-52521 Persistent Identifier (URN)
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Modellierung der Fließzeit in offenen Gerinnen für ein Wasserkraftwerkseinsatz-Optimierungsmodell [4.25 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In den letzten Jahren zeigte sich, besonders in Europa, ein Wandel im Energieversorgungssystem infolge der Energiewende. Unter der Energiewende versteht man den Übergang von einer fossil-nuklearen Energieversorgung hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung durch erneuerbare Energien. Es stellt sich nun die Frage, wie das europäische Energieversorgungssystem angepasst werden muss, um einen hohen Anteil von unregelmäßig zur Verfügung stehender, erneuerbarer Energie integrieren zu können. Um diese fundamentale Frage beantworten zu können, hat die EEG - Energy Economics Group der TU-Wien im Jahr 2008 ein Projekt gestartet, in dem ein sogenanntes HiREPS-Modell (High Resolution Power System Model) erstellt wird. Mit diesem Modell ist es möglich, verschiedenste Szenarien am europäischen Energieversorgungssystem zu simulieren.

In dieser Diplomarbeit wird eine Erweiterung für dieses HiREPS-Modell im Bereich der Wasserkraft entwickelt. Und zwar soll eine, bis dato noch nicht vorhandene, Modellierung der Fließzeiten von Flüssen entwickelt werden. Diese hat den Zweck, dass die in der Realität auftretende Beeinflussung der Energieerzeugung von Laufwasserkraftwerken durch Speicherkraftwerke auch im HiREPS-Modell berücksichtigt wird. Ohne korrekte Berücksichtigung der Fließzeiten würde z. B. das Wasser eines Speicherkraftwerkes in Tirol ohne zeitliche Verzögerung auch in allen Innkraftwerken und Donaukraftwerken zur Erzeugung von Strom führen. In der Realität entstehen aber zeitliche Verzögerungen von vielen Stunden zwischen der Stromerzeugung in einem Speicherkraftwerk in Tirol und der daraus folgenden zusätzlichen Stromerzeugung in den Donaukraftwerken. Da diese zusätzliche Stromerzeugung in den nachfolgenden Laufwasserkraftwerken bis zu 30% der Stromerzeugung eines Speicherkraftwerkes betragen kann, ist dieser zeitliche Effekt sehr wichtig.

Für die mathematische Beschreibung des Fließprozesses wird die empirische Fließformel nach Manning-Strickler verwendet und so umgeformt, dass leicht zu ermittelnde Parameter bzw. Input-Daten des HiREPS-Modells verwendet werden können. Für die Bestimmung des Parameters, der die Oberflächenbeschaffenheit (Rauheit) eines Flussbettes beschreibt, wurde eine Methodik entwickelt, die auf der Analyse der Zeitverschiebung von Durchflusswerten basiert. Die Ergebnisse der Modellierung anhand österreichischer Flüsse haben gezeigt, dass die entwickelte Fließzeit-Modellierung, für freie oder durch Kontrollbauwerke nur leicht beeinflusste Fließstrecken, sehr gut an den realen Fließprozess herankommt. Für die Berücksichtigung von Kontrollbauwerken, die das Fließverhalten jedoch stark beeinflussen, bedarf es einer Weiterentwicklung des Modells.

Zusammenfassung (Englisch)

The last years have shown a change in the energy supply system due to the energy transition. The energy transition is defined as the transition from a fossil-nuclear energy supply to a sustainable energy supply with renewable energy. It raises the question of how the European energy system needs to be adapted in order to integrate a high proportion of irregular available, renewable energy. To answer this fundamental question, the EEG - Energy Economics Group of the University of Technology in Vienna has started a project in 2008 in which a so-called HiREPS model (High Resolution Power System Model) is created.

By using this model it is possible to simulate different scenarios in the European energy supply system.

In this thesis, an extension for this HiREPS model in the field of hydro power is developed. It is about the modeling of the flow times of rivers that have not been taken into account so far.

The reason for developing this model is to consider the impact of the energy production from river power plants by storage power plants.

Without a proper consideration of the flow times the run of a storage power plant for example in Tirol would cause a generation of electricity in all Inn and Danube power plants without any delay. However, in reality occur delays of several hours between the power generation of the storage plant in Tirol and the resulting additional power generation in the Danube power plants. Since this additional power generation can be up to 30% of the generated power of storage power station, this temporal effect is very important.

For the mathematical description of the flow process, the empirical formula of Manning-Strickler is used. A transformation of the formula is performed to require only easily identifiable parameters or input data of the HiREPS model. For the determination of the parameter, which describes the surface condition (roughness) of a riverbed, a method has been developed, based on the analysis of the time difference of flow values. For rivers that are free or only slightly influenced by hydraulic structures the results, based on Austrian rivers, have shown that the modeling of the flow time is in good agreement with the real flow process. For the consideration of hydraulic structures, which greatly influence the flow behavior, it requires a further development of the model.