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Energy from water in motion: efficient, customisable off-grid hydro-electricity for rural areas with stream access

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Kostengünstige, grüne, netzunabhängige Energielösung mit Wasserkraft

Über eine Milliarde Menschen, hauptsächlich in ländlichen Regionen von Entwicklungsländern, haben keinen Zugang zu elektrischer Energie, aber bestehende Technologien können den Bedarf kaum decken. Zudem wird eine Zunahme des weltweiten Strombedarfs in den kommenden Jahrzehnten um 70 % erwartet.

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Die Vereinten Nationen haben ermittelt, dass netzunabhängige erneuerbare Energiequellen der einzige Weg sind, Energiearmut zu beenden und die Zielsetzungen in Bezug auf eine Dekarbonisierung zu erreichen. Kleine Wasserkraftanlagen zählen zu den verlässlichsten und günstigsten Technologien zur Stromerzeugung in netzunabhängigen Systemen. Allerdings generieren derzeit gängige Technologien, die mobil, leicht und einfach zu installieren sind, zu wenig Strom, um eine ganze Gemeinde zu versorgen. Es werden dringend effiziente neue Technologien zur Nutzbarmachung erneuerbarer Energiequellen benötigt, um die weltweite Stromerzeugung zu maximieren und gleichzeitig die Klimaziele zu erreichen. Allein in Europa werden mehr als 26 400 Standorte, die für die Produktion mit Kleinwasserkraftwerken (d. h. mit einer Leistung unter einem Megawatt) geeignet sind, nicht genutzt, teilweise weil sie schlecht zugänglich sind oder aufgrund der Untauglichkeit verfügbarer Lösungen im Bereich Kleinwasserkraftwerke. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts HYDROGO nahm man sich dieser Probleme an und entwickelte ein mobiles, einfach zu installierenden Wasserkraftsystem, das auf der Grundlage von Flussströmungen und Wasserfällen Strom für Einzelpersonen oder Gemeinschaften, die in abgelegenen Gebieten wohnen, bereitstellen kann. Wartung und Transport des Systems gestalten sich einfach, somit kann es an Standorten aufgestellt werden, an denen ein Betrieb bisheriger Lösungen nicht möglich ist. Außerdem stellt es keine Störung der Umwelt dar, weil es nicht in Strömungen eingetaucht werden muss. Neukonzeption einer bewährten Technologie Um die Effizienz erheblich zu steigern, nahmen die Forscher eine Neugestaltung der klassischen Kaplan-Wasserturbine mit Verstellpropeller mittels rechnergestützter Modellierung vor. Sie konnten eine Leistungsmaximierung sowie Gewichtsminimierung erzielen, zu den eingesetzten Materialien zählen Kohlenstofffasern. „Dank unserer Neukonzeption können unsere Turbinen auch mit geringeren Gefällen als üblich Strom erzeugen, was es uns ermöglicht, unsere Turbine in Serie herzustellen und somit Kosten einzusparen“, sagt Reidar Vestby, Projektkoordinator und Geschäftsführer von Deep River, einem norwegischen KMU. Bei der Erarbeitung zweier Modelle achtete das Projektteam auf die Kompatibilität mit Containermodulen, die für eine standardisierte Erzeugung erneuerbarer Energie entwickelt wurden. Dabei handelt es sich um das auf einer Europalette sitzende Modell Drop & Go sowie die containerbasierte Ausführung Plug & Go, die beide Strombedarf im Mikro- (weniger als 100 Kilowatt) und Mini-Bereich decken können. „Die Kraftwerke können bis zu 600 Kilowatt erzeugen, je nach Durchmesser des Zuflussrohres sowie dem Volumenstrom und der Höhe des Wasserfalls“, erklärt Vestby. Drop & Go wie auch Plug & Go können in weniger als einer Woche installiert werden und es ist lediglich eine Verankerung nötig, für die Montage sind keinerlei Baumaßnahmen erforderlich. Vestby erklärt: „Es ist die perfekte Lösung für schwer zugängliche Bereiche und Katastrophengebiete, wo unverzüglich eine netzunabhängige Stromversorgung gebraucht wird. Plug & Go kann bis zu 1 350 Haushalte pro Jahr mit Strom versorgen.“ Günstige erneuerbare Energie mit minimaler Auswirkung auf die Umwelt Beide Wasserkraftsysteme können mit den neuen, wartungsarmen und von HYDROGO entwickelten Energieanlagen für den Mikro- und Mini-Bereich verbunden werden, die wiederum für einen Anschluss an sowohl regionale wie auch nationale Stromnetze ausgelegt sind. In der Energieanlage befinden sich die Lithiumbatterien von Plug & Go, die sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Kapazität auszeichnen und zur Stromspeicherung eingesetzt werden. Kunden haben nun die Möglichkeit, eine kleine Wasserkraftanlage zu installieren, die die niedrigsten Energiekosten des Marktes aufweist (0,011-0,024 EUR pro kWh). Zudem muss keine bauliche Hülle errichtet werden, lediglich ein Betonfundament ist erforderlich, wenn sie sich für Plug & Go entscheiden. Kraftwerke von HYDROGO werden mit einer Vorrichtung zum Anschluss an andere netzunabhängige Systeme ausgestattet sein, über die die Aufnahme von Energie aus weiteren erneuerbaren Quellen, etwa Sonne und Wind, sowie deren Weiterverteilung an lokale Dienstleistungssysteme, beispielsweise Abwasserbehandlung und Bewässerungssystem, möglich ist. „Bis zum Jahr 2024 wird HYDROGO einer halben Million Menschen Zugang zu sauberer, verlässlicher Energieversorgung ermöglicht haben und dabei direkt und indirekt insgesamt über 380 Arbeitsstellen anbieten und schaffen“, merkt Vestby an.

Schlüsselbegriffe

HYDROGO, Wasserkraft, netzunabhängig, erneuerbar, Kraftwerk, Drop & Go, Plug & Go, Turbine

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