Ansprechpartner: Prof. Dr. Stephan Theobald (WAWI)
Beteiligte Projektpartner: CESR, IGB, USF, UNU-EHS, WI, KIMA, WAGU, mundialis
In vier regionalen Fallstudien, den Einzugsgebieten „Ober- und Mittelweser“ und „Obere Donau“ in Deutschland sowie „Rio dos Patos“ in Brasilien und „Drâa-Valley“ in Marokko, werden die direkten und auch die indirekten Auswirkungen ausgewählter Energiesysteme auf die regionale Wassersituation erarbeitet und bewertet. Existierende Methoden zur Bestimmung des Wasserfußabdrucks und zur Bewertung von Wasserentnahme und -verbrauch nach Nachhaltigkeitskriterien werden systematisch verglichen und durch die Integration der Aspekte Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität erweitert. Ergänzend werden gewässerökologische Auswirkungen bestimmt und Umweltverträglichkeitsstudien durchgeführt. Darauf aufbauend werden anhand eines Bewertungsschemas Möglichkeiten identifiziert, um gewässerökologische Auswirkungen zu minimieren. In enger Zusammenarbeit mit regionalen Praxispartnern werden konkrete Maßnahmen erarbeitet, die auf eine Reduzierung des energiewirtschaftlichen Wasserbedarfs in den Fallstudien abzielen. Mögliche Synergien und Austauschbeziehungen im Energie-Wasser Nexus werden mit dem Konzept der Ökosystemleistungen und Indikatoren analysiert.
Thermische (Kohle-)kraftwerke im Einzugsgebiet „Ober- und Mittelweser“ (Deutschland)
SENTINEL-Stallitenaufnahme der Ortschaft Ranzenbüttel an der Weser im Studiengebiet der Fallstudie „Ober- und Mittelweser“ (Echtfarbenbild; zu finden unter maps.mundialis.de, Suche nach „Ranzenbüttel“). Das Kohlekraftwerk „Farge“ ist rot eingekreist.
Die Energierzeugung erfolgt hier auf konventionellem Weg mittels thermischer (Kohle-)kraftwerke. Auf Grundlage eines großskaligen Wassernutzungsmodells für Kühlwasser und eines Fließgewässermodells vom Einzugsgebiet der Oberweser werden die lokale und regionale Wassernutzung und -verteilung entlang der Weser analysiert und die Auswirkungen auf die Wasserressourcen im oberirdischen Einzugsgebiet unter Berücksichtigung konkurrierender Nutzer und möglicher Änderungen des Wasserdargebots identifiziert. Die direkten Einflüsse der thermischen Kraftwerke hinsichtlich Wasserquantität, Wasserqualität und aquatischer Biodiversität sowie die indirekten Auswirkungen auf die Ressource Wasser durch z.B. Import von Kohle werden ermittelt und bewertet. Ferner werden die Auswirkungen der Energiewende durch Wegfall von thermischen Kraftwerken und Kompensation durch andere Energieträger analysiert und hinsichtlich möglicher Zielkonflikte beurteilt.
Wasserkraft im Einzugsgebiet „Obere Donau“ (Deutschland)
Für die Wasserkraftanlagen einer Staustufenkette soll ein technisches Steuerungskonzept zur Optimierung der energetischen Produktion unter Berücksichtigung von weiteren Nutzungsinteressen (z.B. Hochwasserbewirtschaftung von Poldern) entwickelt werden. Hierbei werden Optimierungsroutinen (z.B. IPOPT) in ein Simulationswerkzeug zur hydraulischen und energetischen Analyse einer Staustufenkette eingebettet und auf die Modellregion angewendet. Es erfolgt die Identifizierung der energetischen und hydraulischen Auswirkungen im Bestand und bei veränderter bzw. optimierter Betriebsweise sowie die Ermittlung des zusätzlichen energetischen Potenzials aus der erneuerbaren Energiequelle Wasserkraft. Die Bewertung der Umweltwirkungen beim Betrieb der Wasserkraftanlagen erlaubt Aussagen bezüglich des Spannungsfeldes Energie und Wasserökosystem. Zusammen mit dem Industriepartner KIMA erfolgt eine Kopplung von Simulations- und Optimierungsmodellen mit Automatisierungstechnik sowie die Entwicklung eines Trainingssimulators für zukünftige Anwender.
Wasserkraftwerk Günzburg an der Donau im Studiengebiet der Fallstudie „Obere Donau“.
SENTINEL-Stallitenaufnahme von Günzburg an der Donau (Ortschaft ganz rechts im Bild, unterhalb des roten Pfeils) und Umgebung im Studiengebiet der Fallstudie „Obere Donau“ (Echtfarbenbild; zu finden unter maps.mundialis.de, Suche nach „Günzburg“, Auswahl des Suchergebnisses „Günzburg, Bahnhofplatz, Denzingen“). Die roten Pfeile markieren jeweils Staustufen.
Wehre des Kraftwerks Gundelfingen an der Donau im Studiengebiet der Fallstudie „Obere Donau“.
Biomasse im Einzugsgebiet „Rio dos Patos“ (Brasilien)
SENTINEL-Stallitenaufnahme des Rio dos Patos im Studiengebiet der Fallstudie „Rio dos Patos“ in Brasilien (Echtfarbenbild, zu finden unter maps.mundialis.de, Suche nach „Rio dos Patos“, Auswahl des Suchergebnisses „Rio dos Patos, Vila Propício, Microrregião do Entorno de Brasília...“).
Das Einzugsgebiet wurde mit dem Praxispartner Embrapa ausgewählt, um den Wasserbedarfs und vor allem die Wasserverschmutzung bei der Energieproduktion aus Biomasse zu analysieren. Mit Hilfe von Sekundärdaten, Wasserqualitätsanalysen sowie Befragungen von Landwirten und Betreibern von Zuckerrohrfabriken wird der Wasser Fußabdruck der Produktion und Verstromung von Zuckerrohr ermittelt, um die Auswirkungen auf die Ressource Wasser und die (aquatischen) Ökosysteme im Einzugsgebiet zu erfassen. Die Frage nach der Beeinträchtigung der Wasserqualität durch die Landwirtschaft wird hierbei besonders in den Fokus der Untersuchungen gerückt, unterstützt durch Datenerhebungen zu Beginn der Regenzeit. Vorhandene technische und regulatorischer Optionen werden transparent dargestellt und weitere Möglichkeiten zur Reduzierung dieser Auswirkungen gemeinsam mit lokalen und globalen Akteuren entwickelt. Um die Übertragung der Ergebnisse zu ermöglichen, werden die lokalen Bedingungen des Zuckerrohranbaus und der -verstromung, des Klimas sowie der Wasserressourcen in den Kontext eines globalen Vergleiches gestellt.
Solarthermie im Einzugsgebiet „Drâa-Valley“ (Marokko)
Im ersten Schritt werden Szenarienbündel zum langfristigen Wasserdargebot, beeinflusst durch den Klimawandel, und zur langfristigen Wassernachfrage, beeinflusst durch den geplanten Ausbau der Solarthermie und die starke sozioökonomische Entwicklung, in der betrachteten Region um Quarzazate entwickelt. Durch den Vergleich von Angebots- und Nachfrageszenarien werden anschließend in Bezug auf die Wasserverfügbarkeit kritische Szenarien identifiziert. Diese stellen zugleich die Basis zur Entwicklung von sowohl sozio-ökonomischen als auch energieseitigen Einsparmaßnahmen des Wasserverbrauchs dar (z.B. effizientere Bewässerungsmethoden oder Ersatz von Nasskühlung durch Hybrid- oder Trockenkühlung). Die identifizierten Maßnahmen werden mittels eines partizipativen Ansatzes mit lokalen Entscheidungsträgern vor Ort bewertet. Für die präferierten und im Kontext der regulatorischen Rahmenbedingungen vor Ort umsetzbaren Maßnahmen werden Lösungsansätze für die Umsetzbarkeit entwickelt.
SENTINEL-Stallitenaufnahme des Sonnenwärmekraftwerks Noor im Studiengebiet der Fallstudie „Drâa-Valley“ in Marokko (Falschfarbenbild, zu finden unter maps.mundialis.de, Suche nach „Barrage al mansour ad dahbi“).