Masterarbeit von Line Moret
In den Alpenregionen verändert der Klimawandel die Verfügbarkeit von Wasserressourcen grundlegend. Das Problem ist nicht nur die im Laufe eines Jahres verfügbare Wassermenge, sondern auch ihre zeitliche Verteilung: Im Frühjahr sind die Zuflüsse durch die Schneeschmelze erheblich, während der Bedarf, insbesondere für die Bewässerung, in der zweiten Sommerhälfte während Trockenperioden steigt.
Das Projekt Lienne-Raspille, das im Zentralwallis liegt, soll diese Problematik lösen, indem ein Teil des während der Schneeschmelze verfügbaren Wassers aufgefangen und im Zeuzier-Stausee gespeichert wird. Diese Ressource kann dann wieder freigegeben werden, wenn die natürlichen Abflussmengen nicht mehr ausreichen, um den Bedarf der Region zu decken, und wird gleichzeitig durch mehrere Wasserkraftwerke energetisch genutzt.
In ihrer Masterarbeit hat Line Moret-Crittin versucht, die Probleme zu antizipieren, mit denen der Betreiber konfrontiert sein könnte, und Strategien zu ermitteln, mit denen die Bewirtschaftung dieser Ressource langfristig optimiert werden kann.
Eine Ressource, viele Verwendungsmöglichkeiten
Eine der Besonderheiten von Lienne-Raspille liegt in der Vielfalt der Nutzungsmöglichkeiten und der beteiligten Akteure. Die Ressource muss gleichzeitig den Bedürfnissen in folgenden Bereichen gerecht werden: Trinkwasser, Bewässerung, Naturschutz, Tourismus und Wasserkraft.
Das Projekt stellt somit ein echtes integriertes Wassermanagementsystem dar, bei dem festgelegt werden muss, wie die Ressource unter Berücksichtigung teilweise konkurrierender Prioritäten gespeichert, weitergeleitet und verteilt werden soll. Die Region weist zudem eine komplexe Verwaltungsstruktur auf, mit zahlreichen Gemeinden, Wasserkraftunternehmen und anderen Akteuren.
Der Ausbau selbst ist umfangreich: Er sieht insbesondere Folgendes vor: 12 Wasserentnahmestellen, drei Wasserkraftwerke mit insgesamt fünf Aggregaten, ein Pumpspeicherkraftwerk, fünf Regulierbauwerke und rund 24 km Druckleitungen.
Die Zukunft der Stadtplanung simulieren
Um das Verhalten dieses komplexen Systems zu analysieren, hat Line mit der Software ein numerisches Modell der Anlage entwickelt GoldSim. Dieses berücksichtigt die Wasserzuflüsse, den Verbrauch der verschiedenen Nutzer, die Speicherung, die Förderung, die Stromerzeugung aus Wasserkraft sowie die wirtschaftlichen Aspekte.
Das Modell wurde anschließend verschiedenen hydrologischen und klimatischen Szenarien unterzogen, insbesondere auf der Grundlage der Prognosen Hydro-CH2018, um die mögliche Entwicklung der Funktionsweise von Lienne-Raspille bis zum Ende des Jahrhunderts zu untersuchen. Mithilfe stochastischer Simulationen konnte zudem die Schwankung der Ressourcen von Jahr zu Jahr berücksichtigt werden.
Dieser Ansatz ist in einer Region besonders wichtig, in der das allmähliche Abschmelzen der Gletscher den Wasserhaushalt tiefgreifend verändern wird. Die untersuchten Szenarien deuten insbesondere darauf hin, dass der Gletscher „Plaine Morte“ im Laufe der Lebensdauer der Anlage vollständig verschwinden könnte, was die saisonale Verteilung der Wasserzuflüsse stark verändern würde.
Die Auswirkungen des Klimawandels vorhersehen
Die Simulationen zeigen, dass unter den derzeitigen Bedingungen und bei der untersuchten hydrologischen Variabilität die prognostizierte Speicherkapazität ausreicht, um den Bedarf zu decken. Sie zeigen jedoch auch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber den hydrologischen Bedingungen: Die Energieerträge und die entnommenen Wassermengen können je nach Jahr um etwa ±20 % schwanken, während die nicht genutzten Wassermengen an den Entnahmestellen noch größere Schwankungen aufweisen.
Langfristig zeigen die extremsten Klimaszenarien, dass bis dahin neue Herausforderungen entstehen könnten 2085, trotz des Baus von Lienne-Raspille. Das Projekt bietet somit eine wichtige Antwort auf den Klimawandel, doch sein Betrieb kann nicht auf Bewirtschaftungsregeln basieren, die für mehrere Jahrzehnte festgeschrieben sind.
Eine flexiblere Bewirtschaftung ermöglicht eine bessere Nutzung des Wassers
Es wurden verschiedene Betriebsstrategien getestet, um die Nutzung der Ressource zu verbessern: Änderung der Speichervorgaben, Reduzierung der Überläufe, Anpassung des Pumpbetriebs, bessere Verteilung des Wassers auf die verschiedenen Wasserkraftwerke und Berücksichtigung der Strommarktpreise.
Das Ziel bestand darin, das verfügbare Wasser besser zu nutzen und gleichzeitig die an die Verbraucher gelieferten Mengen aufrechtzuerhalten sowie am Ende der Schneeschmelze eine ausreichende Speicherkapazität zu gewährleisten.
Im Referenzszenario ermöglichen die getesteten Änderungen die überlaufenden Wassermengen um 5,6 % zu reduzieren, um um 5,3 % die entnommenen Mengen und vor allem um etwa 30 % – der Nettogewinn im Energiesektor, ohne dass dies Auswirkungen auf die an die Verbraucher gelieferten Wassermengen hat.
Diese Ergebnisse zeigen, dass der Wert einer solchen Anlage nicht nur von ihrer Infrastruktur abhängt, sondern auch von der Qualität ihrer Steuerung.
Wasserwirtschaft, Wetter und Strommarkt miteinander verknüpfen
Die Arbeit zeigt zudem mehrere Ansätze für eine dynamischere zukünftige Bewirtschaftung auf. Dürreprognosen und meteorologische Daten könnten eine präzisere Anpassung der Vorschriften für die Einlagerung und Auslagerung ermöglichen.
Ebenso könnte die Stromerzeugung aus Wasserkraft besser auf die Strommarktpreise abgestimmt werden. Die stündlichen Schwankungen können erheblich sein: Während der Abbauphase im September wurden in der Studie beispielsweise Durchschnittspreise festgestellt, die um etwa 5,6 bis 12,4 ct/kWh, je nach Tageszeit. Die Zwischenspeicher bieten somit die Möglichkeit, einen Teil der Produktion auf die günstigsten Zeiten zu verlagern.
Zu den weiteren identifizierten Möglichkeiten zählen der Eigenverbrauch der erzeugten Energie, der Einsatz von Miniturbinen an bestimmten Regulierbauwerken sowie die Nutzung der Wasserkraft, die derzeit beim Ablassen des Stausees in Plans-Mayens verloren geht und im Modell auf etwa 450 MWh.
Auf dem Weg zu einer anpassungsfähigen Bewirtschaftung des regionalen «Wasserturms»
Diese Arbeit zeigt letztendlich, dass der Erfolg des Lienne-Raspille-Projekts nicht nur von der Fähigkeit abhängt, mehr Wasser zu speichern, sondern auch von der Umsetzung einer proaktive, flexible und skalierbare Verwaltung der Ressource.
Die Betriebsvorschriften müssen an Veränderungen des Klimas, der Bedürfnisse der verschiedenen Nutzer und des Strommarktes angepasst werden können. Das entwickelte Modell stellt somit ein erstes Instrument dar, mit dem diese Entwicklungen antizipiert und der künftige Betrieb des Projekts Lienne-Raspille vorbereitet werden können.
