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Technik & Wirtschaft - √Ėkologie

Foidl Hegland & Partner AG: Jede Schneeanlage ein Kraftwerk

Ausgabe 3/2009

In Zeiten mit markant steigenden Energiekosten und einer auf Umwelt- bzw. Ressourcen-Schonung sensibilisierten √Ėffentlichkeit r√ľckt bei den Pistenbetreibern immer mehr eine Tatsache in den Blickpunkt: Schneeanlagen verf√ľgen √ľber die meisten Elemente, die ein Wasserkraftwerk zur Stromerzeugung braucht! Martin Hug von den Schweizer Bauingenieuren Foidl Hegland & Partner AG (Chur- Thusis-Davos) hat dieses Thema anl√§sslich einer Exkursion auf den Corvatsch Gipfel f√ľr interessierte Bergbahnunternehmen aufbereitet.
R√ľckw√§rtslaufende Kreiselpumpe als Turbine.
R√ľckw√§rtslaufende Kreiselpumpe als Turbine.
‚ÄěDas Pendant zum Stausee bei einem Wasserkraftwerk ist in der Anlage zur Herstellung von technischem Schnee der Speichersee. Der Unterschied liegt meist nur in der Gr√∂√üe und Aufgabe. Der Speichersee hat die Aufgabe, das Wasser f√ľr die Produktion von Schnee zu speichern und in der kurzen Zeit f√ľr die Beschneiung abzugeben. Bei der Produktion von elektrischer Energie setzt man den Speichersee eher zum Optimieren der Turbine ein, da die f√ľr die Stromproduktion ben√∂tigten Wassersch√ľttungen (Quellen etc.) meist schwanken. Wasser ist logischerweise Voraussetzung zur Nutzung der Wasserkraft. Der Speichersee kann aber auch als Pumpspeicher eingesetzt werden. F√ľr die Produktion von technischem Schnee bedarf es eines gewissen Wasserdrucks. Um das unter Druck stehende Wasser im Feld zu transportieren, ben√∂tigt man Druckleitungen ‚Äď genau das, was ein Wasserkraftwerk auch ben√∂tigt. Denn die erzeugbare elektrische Energie wird umso gr√∂√üer, je h√∂her der Wasserdruck, sprich die H√∂hendifferenz des Speichers bis zur Turbine, ist. Somit ist bereits das zweite Element zur Stromerzeugung vorhanden.

Jede Kreiselpumpe als Turbine einsetzbar
Das dritte Element der Stromerzeugung ist die Turbine. Eine Anlage zur Erzeugung von technischem Schnee ben√∂tigt keine Turbine, jedoch Pumpen zur Erh√∂hung des Wasserdruckes. Und jede Kreiselpumpe kann als Turbine eingesetzt werden. Die Standardpumpe wird dabei r√ľckw√§rts (vom Druckstutzen zum Saugstutzen) durchstr√∂mt, √§ndert die Drehrichtung und erzeugt ein nutzbares mechanisches Moment an der Pumpenwelle. Da die Pumpe keine verstellbare Leiteinrichtung hat, l√§sst sich der Betriebspunkt nur gering variieren und der Wirkungsgrad ist eher schlecht. Daher lohnt es sich auf jeden Fall, den Einsatz einer Turbine im herk√∂mmlichen Sinn genauer anzuschauen. Zum Beispiel eine Peltonturbine (PT), die vertikal oder horizontal eingebaut werden und somit gut in eventuell bestehenden Geb√§uden integriert werden kann. Bei der PT f√§llt das Wasser nach der Beaufschlagung auf die Turbinenschaufel durch die Luft nach unten und hat somit einen Ausgangsdruck von Null bar. Seit wenigen Jahren ist auch die sogenannte Gegendruck- Peltonturbine (GDPT) auf dem Markt. Bei der GDPT dreht das Turbinenrad in einem Druckluftpolster und kann somit beim Austritt einen konstanten Gegendruck (0 bis 16 bar) wie die als Turbine eingesetzte Kreiselpumpe (bis 25 bar Standard) aufbauen. So kann die GDPT beispielsweise auch als Druckreduzierventil mit Energiegewinnung eingebaut werden. Die Wirkungsgrade bei der PT und GDPT bewegen sich zwischen 70 % bis 92 % und der Wasserdurchsatz ist variabel. Bei der Kreiselpumpe die als Turbine eingesetzt wird, betr√§gt der Wirkungsgrad zwischen 65 % bis 85 % und der Wasserdurchsatz ist meist fixiert. Als Turbinenstandort eignet sich vorzugsweise ein bestehendes Geb√§ude, sei dies die Garagierung einer Sesselbahn oder eine Pumpund Trafostation. Generell gesagt, l√§sst sich die Turbine in beinahe jedes bestehende Geb√§ude integrieren. Randbedingungen sind dabei die N√§he zur Druckleitung und die M√∂glichkeit der Abgabe der elektrischen Energie. Falls es die Randbedingungen nicht erlauben ein bestehendes Geb√§ude zu nutzen, ist der Bau eines Maschinenhauses f√ľr die Turbine und die elektromechanischen Einrichtungen zu erstellen.

Welche elektrische Leistung ist erzeugbar?
Wie bereits erw√§hnt, ist die erzeugbare elektrische Leistung abh√§ngig von der Fallh√∂he des Wassers. Bei der Planung einer Schneeanlage wird versucht, den Speicher m√∂glichst hoch im zu beschneienden Gebiet zu platzieren. Dies, um die ben√∂tigte Pumpleistung f√ľr tiefer gelegene Pisten so wie Talabfahrten zu reduzieren (geod√§tischer Druck), respektive ganz darauf verzichten zu k√∂nnen. Daher ist der Speichersee meist in entsprechender H√∂henlage. Durch die Beschneiung der Pisten bis ins Tal ben√∂tigt man auch Druckleitungen bis in tiefe Lagen, womit ideale Voraussetzungen f√ľr die Stromproduktion gegeben sind. Ein ebenso wichtiger Faktor ist die zur Verf√ľgung stehende Wassermenge. Um eine erste Gr√∂√üenordnung des Potenzials zur Strom - erzeugung der bestehenden Anlage in ihrem Gebiet absch√§tzen zu k√∂nnen, existiert eine einfache Faustformel: Die elektrische Leistung in Kilowatt entspricht in etwa der siebenfachen H√∂hendifferenz in Metern, multipliziert mit der Wassermenge in Kubikmetern pro Sekunde. So kann auf einfache Art grob die Rentabilit√§t abgesch√§tzt werden, bevor weitere Abkl√§rungen angegangen werden. Ein wichtiger, nicht zu untersch√§tzender Faktor, ist die Dimension der Druckleitung. Eine zu knapp dimensionierte Leitung hat aufgrund der h√∂heren Flie√ügeschwindigkeiten gr√∂√üere Verluste, die sich auf die Nettofallh√∂he und damit direkt auf die erzeugbare elektrische Leistung auswirken. Die damit verbundenen Verluste k√∂nnen schnell zehn und mehr Prozente der Nettofallh√∂he betragen. So l√§sst sich mit geringen Mehrkosten auf der Seite der Druckleitung betr√§chtlicher Mehrwert erwirtschaften.
Beispiel einer Peltonturbine.
Beispiel einer Peltonturbine.
Ganzjährige Nutzung der BSA
Sie sehen somit, dass der Titel dieses Artikels durchaus seine Berechtigung hat. Und im Zeitalter der Klimaerw√§rmung, wo alle von erneuerbaren Energien sprechen, l√§sst sich mit der Schneeanlage etwas f√ľr die Umwelt und das Image machen. Die Anlage, die ansonsten die meiste Zeit im Jahr stillsteht, kann durch die Stromerzeugung ganzj√§hrig genutzt werden und l√§sst sich dadurch auch ein St√ľck weit direkt amortisieren.
Abschlie√üend kann gesagt werden, dass die Nutzung der Schneeanlage f√ľr die Stromerzeugung mit verh√§ltnism√§√üig geringen Kosten realisiert werden kann. Die Schneeanlage wird dadurch aber ganzj√§hrig genutzt, wodurch weniger Standsch√§den entstehen und obendrein noch Gewinn erwirtschaftet werden kann. Vom Imagegewinn und Marketingeffekt f√ľr das Unternehmen einmal ganz abgesehen! mh