Mark Musall

Ausstattung und Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks Geesthacht an der Elbe@@@Equipment and operation of the pumped-storage hydropower plant Geesthacht at the Elbe River

Das 1958 erbaute Pumpspeicherkraftwerk (PSW) Geesthacht wird von der Vattenfall Wasserkraft GmbH betrieben und ist das nördlichste seiner Art in Deutschland. Es dient je nach Be triebs weise zur Speicherung bzw. Erzeugung von Energie und leistet dabei einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität. Hierzu verfügt das PSW Geesthacht über insgesamt 3 Maschinensätze, welche jeweils mit einer Turbine und einer Pumpe sowie einem Generator ausgerüstet sind. Zur Unter stützung der Analyse der ökologischen Auswirkungen des Kraftwerksbetriebs erfolgten um fang reiche Unter suchungen unter Einsatz eines detaillierten numerischen Strömungsmodells. Der Beitrag stellt neben den technischen Informationen zum Kraftwerk und dessen Betriebsweisen insbesondere auch die Ergebnisse dieser Strömungssimulationen vor.

Numerische und physikalische Modelluntersuchungen für ein innovatives Fischaufstiegskonzept am Ruhrwehr Baldeney@@@Numerical and Physical Model Studies for an Innovative Fish Pass Concept at the Weir Baldeney (Ruhr)@@@Цифровые и физические модели исследований для разработки инновационной концепции рыбоподъемного сооружения на рурской плотине Бальденей (Baldeney)

Im Auftrag des Ruhrverbandes und gefördert durch das Land NRW wird derzeit am Standort Baldeney ein innovatives Fischliftsystem entwickelt, welches der aquatischen Fauna die Überwindung des Stauwehres ermöglichen soll. Die Positionierung dieser Fischaufstiegsanlage sowie die geometrische Ausgestaltung der Anlagenperipherie basieren auf umfangreichen Voruntersuchungen im Rahmen eines iterativen Optimierungsprozesses. Aufgrund der komplexen hydraulischen Randbedingungen sowie der hohen schökologischen Anforderungen kam ein hybrides Untersuchungskonzept zum Einsatz basierend auf detaillierten 3-D-Strömungssimulationen in Verbindung mit physikalischen (gegenständlichen) Modellversuchen sowie ethohydraulischen Tests. Im vorliegenden Beitrag werden schwerpunktmäßig die eingesetzten numerischen Methoden vorgestellt und in Bezug auf ihre Prognosefähigkeit diskutiert.

Design and application of a fish-shaped lateral line probe for flow measurement

We introduce the lateral line probe (LLP) as a measurement device for natural flows. Hydraulic surveys in rivers and hydraulic structures are currently based on time-averaged velocity measurements using propellers or acoustic Doppler devices. The long-term goal is thus to develop a sensor system, which includes spatial gradients of the flow field along a fish-shaped sensor body. Interpreting the biological relevance of a collection of point velocity measurements is complicated by the fact that fish and other aquatic vertebrates experience the flow field through highly dynamic fluid-body interactions. To collect body-centric flow data, a bioinspired fish-shaped probe is equipped with a lateral line pressure sensing array, which can be applied both in the laboratory and in the field. Our objective is to introduce a new type of measurement device for body-centric data and compare its output to estimates of conventional point-based technologies. We first provide the calibration workflow for laboratory investigations. We then provide a review of two velocity estimation workflows, independent of calibration. Such workflows are required as existing field investigations consist of measurements in environments where calibration is not feasible. The mean difference for uncalibrated LLP velocity estimates from 0 to 50 cm/s under in a closed flow tunnel and open channel flume was within 4 cm/s when compared to conventional measurement techniques. Finally, spatial flow maps in a scale vertical slot fishway are compared for the LLP, direct measurements, and 3D numerical models where it was found that the LLP provided a slight overestimation of the current velocity in the jet and underestimated the velocity in the recirculation zone.

Estimation of Flow Turbulence Metrics With a Lateral Line Probe and Regression

The time-averaged velocity of water flow is the most commonly measured metric for both laboratory and field applications. Its employment in scientific and engineering studies often leads to an oversimplification of the underlying flow physics. In reality, complex flows are ubiquitous, and commonly arise from fluid-body interactions with man-made structures, such as bridges as well as from natural flows along rocky river beds. Studying flows outside of laboratory conditions requires more detailed information in addition to time-averaged flow properties. The choice of in situ measuring device capable of delivering turbulence metrics is determined based on site accessibility, the required measuring period, and overall flow complexity. Current devices are suitable for measuring turbulence under controlled laboratory conditions, and thus there remains a technology gap for turbulence measurement in the field. In this paper, we show how a bioinspired fish-shaped probe outfitted with an artificial lateral line can be utilized to measure turbulence metrics under challenging conditions. The device and proposed signal processing methods are experimentally validated in a scale vertical slot fishway, which represents an extreme turbulent environment, such as those commonly encountered in the field. Optimal performance is achieved after 10 s of sampling using a standard deviation feature.

Forschung und Technik

Seit 2011 wurden durch die EnBW in Zusammenarbeit mit dem Institut fur Umwelt studien Versuche zum Scheuchen und Leiten von Fisch en mit elektrischem Strom durchgefuhrt. Dabei wurde neben der Barrierewirkung von elektrischen Feldern auch die Moglichkeit zum Stoppen und Leiten von Fisch en entlang elektrifizierter Rechenanlagen untersucht. Die Versuche wurden sowohl unter Freilandbedingungen vor dem Einlaufbauwerk eines Kraftwerks als auch in einem Versuchsbecken durchgefuhrt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch den Einsatz elektrischer Felder eine erhohte Abweise- oder Leitwirkung erzielt werden kann.

Fischlifte und Fischschleusensysteme

Die Herstellung der okologischen Durchgangigkeit war Auflage der Genehmigungsbehorde fur den Weiterbetrieb der Kraftwerke Hollenstein und Pulling am Schwarzen Regen im Bayerischen Wald. Der Betreiber, die Kraftwerk am Hollenstein AG, entwickelte fur die Talsperre Hollenstein eine neuartige Druckkammerfischschleuse mit energetischer Nutzung. Dadurch brachte man Okologie und Okonomie in Einklang. Diese Fisch aufstiegs anlage eignet sich fur Talsperren und Wehrkraftwerke mit groser Fallhohe und schwankenden Oberwasserpegel wie z. B. bei Hochwasserruckhaltebecken. Die Ergebnisse des Mo ni to ring werden in einem gesonderten Artikel in diesem Heft der Fachzeitschrift Was ser Wirtschaft vorgestellt.

Europas größte Fischaufstiegsanlage im Gewässerunterlauf

Angesichts der Vielzahl bestehender Querbauwerke, die ein Wanderhindernis fur stromaufwarts ziehende Fisch e bilden, leistet der Bau funktionsfahiger Fisch auf stiegs anlagen einen wertvollen Beitrag zur okologischen Aufwertung der Fliesgewassersysteme. Langst ist verstanden, dass die Wiederherstellung der Durchgangigkeit eine wichtige Voraussetzung fur einen nachhaltigen Erhalt, den Wiederaufbau und die Ausbreitung der gewassertypspezifischen Fisch artengemeinschaften bildet.