Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Durch Stauanlagen wird die Sedimentdurchg\u00e4ngigkeit von Gew\u00e4ssern eingeschr\u00e4nkt. Dies f\u00fchrt zu Stauraumverladungen und daraus folgend zu Nutzungseinschr\u00e4nkungen. Weiterhin werden in dem abgelagerten Sediment durch anaeroben Abbau von Organik vermehrt Methangas produziert. Dieses emittiert in die Atmosph\u00e4re und tr\u00e4gt zum Klimawandel bei.
\nIm Rahmen des Projektes MinGAS wurde eine in Vorg\u00e4ngerprojekten entwickelte Modellanlage zur Sedimentverlagerung mit integrierter Methanernte weiter automatisiert und energetisch optimiert. Ziel des Projektes war eine Erh\u00f6hung des bestehenden Automatisierungsgrades und die Integration von erneuerbaren Energien und deren Speicherung in die Anlage, damit ein m\u00f6glichst autarker Betrieb erreicht wird. Weiterhin wurde ein Konzept zur Modularisierung der Anlage entworfen, um einen flexiblen Einsatz auf verschiedenen Stauseen zu erm\u00f6glichen. Durch die Modellanlage k\u00f6nnen die Methanemissionen aus Stauseen verringert und das Problem der Stauraumverlandung gel\u00f6st werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Ansteuerungsmodalit\u00e4ten der Frequenzumrichter wurden auf das Modbus-Protokoll umgestellt. Die Gasspeicherung wurde durch den Einbau eines direkt elektrisch ansteuerbaren und explosionssicheren Drei-Wege-Ventils automatisiert und durch die Beschaffung dichterer und stabilerer Gasbags verbessert. Durch den Einsatz erneuerbarer Energietechnologien, hier Photovoltaikanlagen, und einen intelligenten Energie- und Betriebsmanagementansatz, wurde der externe Energiebedarf minimiert. Au\u00dferdem wurde eine Batterie beschafft, die das Speichern von \u00fcbersch\u00fcssiger Energie erm\u00f6glicht und f\u00fcr eine sp\u00e4tere Benutzung zur Verf\u00fcgung stellt. Weiterhin wurde ein Modularisierungskonzept ausgearbeitet, um eine flexible Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingungen und eine breite Anwendbarkeit sicherzustellen. W\u00e4hrend des Praxistests im August 2023 wurde die Anlage mit den zuvor durchgef\u00fchrten Umbauarbeiten auf der Wupper-Vorsperre erfolgreich getestet. Die Pilotanlage wurde erfolgreich im Handbetrieb \u00fcber das beschaffte Panel betrieben.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Durch die Automatisierung einzelner Module, wie der Sediment-Methan-Aufnahmeeinheit, der Gasmessstrecke, sowie der Gasspeicherung und dem Einsatz neuer Messtechnik wurde sowohl eine kontinuierliche Sedimententfernung als auch eine Erfassung und Separierung des freigesetzten Methans erm\u00f6glicht. Eine Kopplung der Automatisierung an die Messdaten war nicht m\u00f6glich, dies bedarf in Zukunft einer weiteren Ausarbeitung. Weiterhin konnte der Personalaufwand, zum Betrieb der Pilotanlage, deutlich reduziert werden. Die Automatisierung erm\u00f6glicht ein teilweise autonomes Verfahren, das nicht nur effizient ist, sondern auch die Betriebssicherheit erh\u00f6ht.
\nDie bereits im Vorg\u00e4nger-Projekt entwickelte Aufteilung der Anlage in eine Uferstation und der Plattform auf dem Gew\u00e4sser, konnte in diesem Projekt erfolgreich getestet und verbessert werden. Au\u00dferdem k\u00f6nnen witterungs-, sowie wasserempfindliche Anlagenkomponenten sicher in der Uferstation gelagert werden. Auf der Plattform selbst wird, durch die Verringerung einzelner Anlagenkomponenten, das Gewicht reduziert, was zus\u00e4tzlichen Spielraum f\u00fcr die Implementierung weiterer Automatisierungskomponenten schafft. Zus\u00e4tzlich wird durch die Aufteilung die Arbeitssicherheit erh\u00f6ht, da das Personal nicht pr\u00e4sent sein muss auf der Plattform.
\nDurch den Umbau der Verfahrung von einer Winde auf vier Seilwinden ist ein Umspannen der Seile nicht mehr notwendig, wodurch Zeit und Personal gespart wird. Weiterhin kann ein gr\u00f6\u00dferer Bereich des Staugew\u00e4ssers bearbeitet werden.
\nDer Einsatz von Solarmodulen erm\u00f6glicht zusammen mit dem Potential, das aufgefangene Gas zu nutzen, einen Strommix aus erneuerbaren und fossilen Energien, wodurch die Anlage im Hinblick auf die Energieversorgung zunehmend autonomer wird. Der gezielte Ausbau der Kapazit\u00e4ten f\u00fcr erneuerbare Energien tr\u00e4gt dar\u00fcber hinaus zur Reduktion der Abh\u00e4ngigkeit von fossilen Brennstoffen bei und steigert den Autarkiegrad der Anlage. In Zukunft sind eine gr\u00f6\u00dfere Solaranlage, sowie weitere erneuerbare Energiequellen denkbar, um eine vollst\u00e4ndige Autarkie der Anlage zu erreichen.
\nDie Integration von energieoptimierten Betriebsweisen f\u00fchrt zu einer gesteigerten Energieeffizienz. Dies wird u. a. durch den Einsatz von drehzahlver\u00e4nderlichen Antrieben erreicht, wodurch der Arbeitspunkt der angetriebenen Maschine in energieeffizientere Bereiche verschoben werden kann. Weiterhin markiert die Implementierung des Modbus-Protokolls zur Ansteuerung der Frequenzumrichter einen wesentlichen Schritt hin zu einer verbesserten Systemsteuerung und Transparenz. Eine Quantifizierung dieser ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht m\u00f6glich. Durch Anpassungen in der Koordinationssteuerung konnten unterschiedliche Betriebsmodi realisiert werden, die eine effiziente Verteilung des Energiebedarfs erm\u00f6glichen. Die Erkenntnis, dass die Positionierung mit den bestehenden Winkelmessern nicht ausreichend pr\u00e4zise ist, f\u00fchrte zu einer Recherche alternativer Verfahren mit dem Ergebnis, dass ein GNSS-System am geeignetsten ist. Zuk\u00fcnftig muss dieses in Verbindung mit der Positionierung der Plattform getestet werden.
\nDas erarbeitete Konzept der Modularisierung bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf die Flexibilit\u00e4t und Anpassungsf\u00e4higkeit der Anlage an unterschiedliche Einsatzbedingungen und erm\u00f6glicht eine effiziente Durchf\u00fchrung der Sedimentabtragung. Dieses Konzept soll in weiteren Forschungsprojekten angepasst und in der Praxis getestet werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u0095\tPr\u00e4sentation der Projektergebnisse bei dem Wupperverband (11.03.2024)
\n\u0095\tPoster-Pr\u00e4sentation auf der LET2024: 19th IWA Leading Edge Conference on Water and Wastewater Technologies (24.06 – 28.06.2024)
\n\u0095\tZeitungsbericht: Welt am Sonntag, 19.11.2023: Fasel, A.: Von Grund auf erneuern
\n\u0095\tFachzeitschriftartikel: Brand eins, November 2023: Dahlmann, F.: Der Seesauger, S. 125
\n\u0095\tFernsehbeitrag: Servus TV P. M. Wissen Beitrag vom 02.11.2023: Was k\u00f6nnen wir gegen Methan in Stauseen tun?<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Zusammenfassend hat das Forschungsprojekt wichtige Erkenntnisse und Entwicklungen in der automatisierten Sedimentabtragung und Gasaufnahme erbracht. Durch die Analyse und Weiterentwicklung der verschiedenen Komponenten sowie durch die Implementierung innovativer Ans\u00e4tze in der Energieeffizienz und Automatisierungstechnik wurde ein bedeutender Beitrag zur Forschung in diesem Bereich geleistet. Zuk\u00fcnftige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind jedoch erforderlich, um die Technologie zur Marktreife zu f\u00fchren und ihre breite Anwendbarkeit zu gew\u00e4hrleisten. Dazu z\u00e4hlen im Wesentlichen, neben der Umsetzung des entwickelten Modularisierungskonzeptes, die Kopplung der Automatisierung an die Messdaten zur Optimierung des Gesamtanlagenbetriebes, der weitere Ausbau eines regenerativen Energiemixes zur zuk\u00fcnftigen Energieautarkie, sowie die Optimierung des Positionierungsverfahrens mittels GNSS-Empf\u00e4nger.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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