Wie können konventionelle Wasserkraftwerke für die Zukunft optimiert werden?

Wenn das letzte Atomkraftwerk vom Netz geht, muss eine zukunftsfähige Alternative zur Stromversorgung vorhanden sein. Natürlich wird auf erneuerbare Energien gesetzt – jedoch muss das klassische Wasserkraftwerk zukunftsorientiert überdacht werden. Innovative Ideen konnten beispielsweise die Wissenschaftler an der TU München sammeln und daraus ein Konzept für ein umweltverträgliches Wasserkraftwerk entwickeln. Über Jahre planten sie einen neuen Kraftwerktyp – das Wasserkraftwerk 2.0. Bereits 2015 ist die erste Demonstrationsanlage ans Netz gegangen. Turbine und Generator befinden sich bei dem Kraftwerk unterhalb der Wasseroberfläche in einem Schacht, der in einem Flussbett angelegt wurde.

Das Oberwasser fließt durch eine Öffnung in die Turbine, um diese anzutreiben. Über der Luke befindet sich ein engmaschiges Stahlnetz, das Fische vor dem Eindringen und einem qualvollen Tod bewahrt. Bereits durch diese Innovationen kann sich das Wasserkraftwerk der Zukunft von seinen Vorgängern unterscheiden. Da es unter Wasser liegt, ist die Fließgeschwindigkeit nur in einem minimalen Maß beeinflussbar. Dementsprechend entsteht für die umgebende Natur keine bemerkenswerte Veränderung. Speziell für die Flora und Fauna in der Umgebung stellt der Faktor einen deutlichen Vorteil gegenüber konventionellen Wasserkraftwerken dar.

Zusätzlich bietet das zukunftsorientierte Wasserkraftwerk einen beeindruckenden Wirkungsgrad. Während klassische Kraftwerke nur 70 % bis 80 % der Wasserkraft in Energie umwandeln können, erreicht das Schachtkraftwerk stolze 86 Prozent. Die Kosten für ein derartiges Wasserkraftwerk betragen durchschnittlich 3,5 Mio. €. Die Wissenschaftler der Technischen Universität in Bayerns Landeshauptstadt gehen davon aus, dass sich das Werk in zwölf bis dreizehn Jahren amortisieren kann. Allerdings bezweifeln Experten, dass die Zukunft der Wasserkraft in Europa liegt. In China und Afrika lasse sich die Energie durch Wasser vervielfachen.

Dementsprechend kann das revolutionäre Schachtkraftwerk auch in diesen Regionen zum Einsatz kommen. Die Besonderheit: der lokale Fischfang wird durch den Bau der Wasserkraftwerke 2.0 nicht in Mitleidenschaft gezogen. Immerhin werden dank der Stahlnetze kaum Tiere in die Turbine gezogen. Stattdessen leitet der Wasserstrom sie am Kraftwerk vorbei und in die Freiheit. Gelingt die Stromerzeugung durch diese zukunftsfähigen Anlagen, profitieren wir von einer umweltfreundlichen Energieversorgung – die weder lokale Wirtschaft, noch die Artenvielfalt gefährdet.

Aber auch die Digitalisierung trägt mithilfe künstlicher Intelligenz dazu bei, Wasserkraftwerke so zu unterstützen, dass diese den Bedürfnissen der gegenwärtigen und zukünftigen Gesellschaft gerecht werden können. Wasserkraftwerke sind heute bereits hoch automatisiert und werden in der Regel in regelmäßigen Wartungszyklen gewartet. Sollen Abweichungen aufgedeckt werden, vertrauen die Betreiber hier meistens auf Automatisierungssysteme. Das Problem: Betrifft die Störung Anlagenteile, die nicht kontinuierlich überwacht werden oder an eine Zustandsüberwachung angeschlossen sind, werden Probleme zu spät bemerkt oder können sogar zu Schäden an den Wasserkraftwerken führen. Aus diesem Grund brauchen Wasserkraftwerke eine intelligente Geräuschanalyse, um den Anforderungen der Zukunft gerecht werden zu können.

Ein Vorreiter ist hier das Wasserkraftwerk Budarhals in Island, wo Wasserkraftwerke tatsächlich bis zu 73 Prozent der landesweiten Stromerzeugung ausmachen. Dieses Wasserkraftwerk ist mit „OnCare.Acoustic“ ausgestattet. Das Pilotprojekt von Voith und Landsvirkjun im Zeichen der KI soll dazu beitragen, Störungen an Wasserkraftwerken zu erkennen, vorab einzustufen und somit Stillstände rechtzeitig zu verhindern. Auch gefährliche Störfälle sollen damit aufgedeckt werden.
Doch wie funktioniert diese intelligente Technik? Mithilfe eines akustischen Überwachungssystems sollen Algorithmen im Wasserkraftwerk frühzeitig Abweichungen der Turbinengeräusche zum Normalzustand als Anomalien erkennen. Das Geräuschüberwachungssystem ist mit einem Akustiksensor und einer BlueBox zur Anbindung der Daten an die Cloud ausgestattet. Die Basis hierfür ist die Plattform „OnCumulus“, mit der Informationen aus verschiedenen Quellen und Anwendungen sowie standort- und anwendungsübergreifende Datenansichten genutzt werden können. Verdächtige Geräusche werden in Warnungen und Alarme vorklassifiziert und können so beispielsweise einem bestimmten Gerät des Wasserkraftwerks zugeordnet werden. Dies erleichtert es dem Anlagenbetreiber zu entscheiden, ob weitere Maßnahmen ergriffen werden müssen.

Die intelligente Geräuschanalyse trifft als KI also auf die moderne Industrie und hat das Ziel, langfristig nicht nur Anomalien zu erkennen, sondern auch Daten kontinuierlich zu erfassen und auszuwerten und so die Abläufe zu optimieren. So könnten beispielsweise zukünftig Wartungsarbeiten und anstehende Reparaturen mithilfe der KI noch transparenter und effizienter geplant werden. Auf diese Weise trägt „OnCare.Acoustic“ also dazu bei, die Wasserkraftwerke zuverlässiger, sicherer und verfügbarer zu machen.