Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach

Hannes Blindenhöfer; Wolfgang Richter

Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach

Hannes Blindenhöfer^*
, Wolfgang Richter

^*Korrespondierende/r Autor/-in für diese Arbeit

Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (2130)

Publikation: Beitrag in Buch/Bericht/Konferenzband › Beitrag in einem Konferenzband › Begutachtung

Abstract

Im Zuge der Erneuerung und Erweiterung des Rudolf-Fettweis-Werks Forbach beabsichtigt die EnBW AG den Bau und Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks (PSW) Forbach mit einem Neubau des Schwarzenbachwerks als hochflexibles Pumpspeicherkraftwerk und des Murgwerks als Hochdruckanlage in Kavernenbauweise. Dabei wird die vorhandene Schwarzenbachtalsperre weiterhin als
Oberbecken genutzt. Zur Erhöhung der Speicherkapazität des PSW Forbach muss ein zusätzliches Volumen von ca. 200'000 m³ im Unterwasserbereich bereitgestellt werden. Nicht zuletzt, um die ökologischen Auswirkungen möglichst gering zu halten und die Akzeptanz in der Bevölkerung zu erhöhen wurde die
Möglichkeit eines untertägigen Kavernenspeichers zur Erhöhung des unterwasserseitigen Stauraumvolumens ausgewählt. Der Kavernenspeicher wurde von der Tractebel Engineering GmbH auf der Grundlage einer 1D-Berechnung und der Erfahrung der Hydraulikingenieure dimensioniert. Der Fokus lag hierbei auf
der Sicherstellung, dass während des Pumpbetriebs keine Luft in die Pumpturbine eingezogen werden kann. Um ein ausreichendes Nachfließen sicherzustellen wurden die Fließwiderstände und die Stollenneigungen genauer untersucht und festgelegt.
Die Auslegung des Kavernenspeichers wurde von der TU Graz mittels hydraulischen 1D- und 3D-Berechnungen überprüft und dessen Funktionalität bestätigt.
Die hydraulischen Verluste im Unterwasserbereich konnten im Zuge einer Optimierung um nahezu 30% reduziert werden. Außerdem wurde die Wellenbildung im Kavernenspeicher mittels 1D numerischer Simulationen untersucht und als unbedenklich erachtet.
Die Untersuchungen ergaben interessante Fragestellungen für weitere Forschung, zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Kavernenspeichern. Auch aus diesem Grund stellt die Abwicklung des PSW Forbach ein Projekt dar, das neben seinen technischen Herausforderungen auch ein gutes Beispiel dafür ist, dass
aus einer Zusammenarbeit von Forschung und Consulting neue und wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden können

Titel in Übersetzung	Hydraulic design and optimisation of the underground storage cavern of the Forbach PSP
Originalsprache	deutsch
Titel	Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel
Untertitel	Strategie und Innovation in der Wasserkraft Gewässerschutz als Herausforderung für die Wasserkraft Naturgefahren
Redakteure/-innen	Robert Boes
Seiten	83-92
Band	1
Publikationsstatus	Veröffentlicht - 15 Sept. 2021
Veranstaltung	Wasserbau-Symposium 2021: Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel - ETH Zürich, Zürich, Schweiz Dauer: 15 Sept. 2021 → 17 Sept. 2021

Publikationsreihe

Name	VAW Mitteilungen
Band	262
ISSN (Print)	0374-0056

Konferenz

Konferenz	Wasserbau-Symposium 2021
Land/Gebiet	Schweiz
Ort	Zürich
Zeitraum	15/09/21 → 17/09/21

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Blindenhöfer 2021 Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeicher des PSW ForbachAkzeptiertes Autorenmanuskript, 514 KBLizenz: CC BY-NC-SA 4.0

Dieses zitieren

Blindenhöfer, H., & Richter, W. (2021). Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach. in R. Boes (Hrsg.), Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel: Strategie und Innovation in der Wasserkraft Gewässerschutz als Herausforderung für die Wasserkraft Naturgefahren (Band 1, S. 83-92). (VAW Mitteilungen; Band 262).

Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach. / Blindenhöfer, Hannes; Richter, Wolfgang.
Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel: Strategie und Innovation in der Wasserkraft Gewässerschutz als Herausforderung für die Wasserkraft Naturgefahren. Hrsg. / Robert Boes. Band 1 2021. S. 83-92 (VAW Mitteilungen; Band 262).

Publikation: Beitrag in Buch/Bericht/Konferenzband › Beitrag in einem Konferenzband › Begutachtung

Blindenhöfer, H & Richter, W 2021, Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach. in R Boes (Hrsg.), Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel: Strategie und Innovation in der Wasserkraft Gewässerschutz als Herausforderung für die Wasserkraft Naturgefahren. Bd. 1, VAW Mitteilungen, Bd. 262, S. 83-92, Wasserbau-Symposium 2021, Zürich, Schweiz, 15/09/21.

Blindenhöfer, Hannes ; Richter, Wolfgang. / Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach. Wasserbau in Zeiten von Energiewende, Gewässerschutz und Klimawandel: Strategie und Innovation in der Wasserkraft Gewässerschutz als Herausforderung für die Wasserkraft Naturgefahren. Hrsg. / Robert Boes. Band 1 2021. S. 83-92 (VAW Mitteilungen).

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abstract = "Im Zuge der Erneuerung und Erweiterung des Rudolf-Fettweis-Werks Forbach beabsichtigt die EnBW AG den Bau und Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks (PSW) Forbach mit einem Neubau des Schwarzenbachwerks als hochflexibles Pumpspeicherkraftwerk und des Murgwerks als Hochdruckanlage in Kavernenbauweise. Dabei wird die vorhandene Schwarzenbachtalsperre weiterhin als Oberbecken genutzt. Zur Erh{\"o}hung der Speicherkapazit{\"a}t des PSW Forbach muss ein zus{\"a}tzliches Volumen von ca. 200'000 m³ im Unterwasserbereich bereitgestellt werden. Nicht zuletzt, um die {\"o}kologischen Auswirkungen m{\"o}glichst gering zu halten und die Akzeptanz in der Bev{\"o}lkerung zu erh{\"o}hen wurde die M{\"o}glichkeit eines untert{\"a}gigen Kavernenspeichers zur Erh{\"o}hung des unterwasserseitigen Stauraumvolumens ausgew{\"a}hlt. Der Kavernenspeicher wurde von der Tractebel Engineering GmbH auf der Grundlage einer 1D-Berechnung und der Erfahrung der Hydraulikingenieure dimensioniert. Der Fokus lag hierbei auf der Sicherstellung, dass w{\"a}hrend des Pumpbetriebs keine Luft in die Pumpturbine eingezogen werden kann. Um ein ausreichendes Nachflie{\ss}en sicherzustellen wurden die Flie{\ss}widerst{\"a}nde und die Stollenneigungen genauer untersucht und festgelegt. Die Auslegung des Kavernenspeichers wurde von der TU Graz mittels hydraulischen 1D- und 3D-Berechnungen {\"u}berpr{\"u}ft und dessen Funktionalit{\"a}t best{\"a}tigt. Die hydraulischen Verluste im Unterwasserbereich konnten im Zuge einer Optimierung um nahezu 30\% reduziert werden. Au{\ss}erdem wurde die Wellenbildung im Kavernenspeicher mittels 1D numerischer Simulationen untersucht und als unbedenklich erachtet. Die Untersuchungen ergaben interessante Fragestellungen f{\"u}r weitere Forschung, zur Erh{\"o}hung der Wirtschaftlichkeit von Kavernenspeichern. Auch aus diesem Grund stellt die Abwicklung des PSW Forbach ein Projekt dar, das neben seinen technischen Herausforderungen auch ein gutes Beispiel daf{\"u}r ist, dass aus einer Zusammenarbeit von Forschung und Consulting neue und wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden k{\"o}nnen",

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AB - Im Zuge der Erneuerung und Erweiterung des Rudolf-Fettweis-Werks Forbach beabsichtigt die EnBW AG den Bau und Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks (PSW) Forbach mit einem Neubau des Schwarzenbachwerks als hochflexibles Pumpspeicherkraftwerk und des Murgwerks als Hochdruckanlage in Kavernenbauweise. Dabei wird die vorhandene Schwarzenbachtalsperre weiterhin als Oberbecken genutzt. Zur Erhöhung der Speicherkapazität des PSW Forbach muss ein zusätzliches Volumen von ca. 200'000 m³ im Unterwasserbereich bereitgestellt werden. Nicht zuletzt, um die ökologischen Auswirkungen möglichst gering zu halten und die Akzeptanz in der Bevölkerung zu erhöhen wurde die Möglichkeit eines untertägigen Kavernenspeichers zur Erhöhung des unterwasserseitigen Stauraumvolumens ausgewählt. Der Kavernenspeicher wurde von der Tractebel Engineering GmbH auf der Grundlage einer 1D-Berechnung und der Erfahrung der Hydraulikingenieure dimensioniert. Der Fokus lag hierbei auf der Sicherstellung, dass während des Pumpbetriebs keine Luft in die Pumpturbine eingezogen werden kann. Um ein ausreichendes Nachfließen sicherzustellen wurden die Fließwiderstände und die Stollenneigungen genauer untersucht und festgelegt. Die Auslegung des Kavernenspeichers wurde von der TU Graz mittels hydraulischen 1D- und 3D-Berechnungen überprüft und dessen Funktionalität bestätigt. Die hydraulischen Verluste im Unterwasserbereich konnten im Zuge einer Optimierung um nahezu 30% reduziert werden. Außerdem wurde die Wellenbildung im Kavernenspeicher mittels 1D numerischer Simulationen untersucht und als unbedenklich erachtet. Die Untersuchungen ergaben interessante Fragestellungen für weitere Forschung, zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Kavernenspeichern. Auch aus diesem Grund stellt die Abwicklung des PSW Forbach ein Projekt dar, das neben seinen technischen Herausforderungen auch ein gutes Beispiel dafür ist, dass aus einer Zusammenarbeit von Forschung und Consulting neue und wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden können

KW - Unterground pumped storage plant

KW - 3D CFD

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KW - Pumped-Storage Hydropower

M3 - Beitrag in einem Konferenzband

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T3 - VAW Mitteilungen

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EP - 92

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A2 - Boes, Robert

T2 - Wasserbau-Symposium 2021

Y2 - 15 September 2021 through 17 September 2021

ER -

Hydraulische Auslegung und Optimierung des Kavernenspeichers des PSW Forbach

Abstract

Publikationsreihe

Konferenz

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