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Fallstudien

Ausbau der Wasserkraft und verbessertes Management als Reaktion auf die zunehmende Gletscherschmelze in Island

Ausbau der Wasserkraft und verbessertes Management als Reaktion auf die zunehmende Gletscherschmelze in Island

Island verfügt aufgrund seiner reichlichen hydro- und geothermischen Ressourcen über 100 % erneuerbare Elektrizität und Wärme. Trotz der eindeutigen Dominanz der geothermischen Ressourcen für die Hausheizung spielt Wasserkraft eine wichtige Rolle im isländischen Energiemix, so dass die Stromerzeugung Islands zu 100 % erneuerbare Energien mit 73 % aus Wasserkraft erzeugt; 27 % aus Geothermie und weniger als 0,01 % aus Wind. Die größten Wasserkraftwerke Islands werden von Gletscherflüssen gespeist. In den letzten Jahrzehnten wurden vermehrte Ströme und Veränderungen in der saisonalen Verteilung der Flussströme beobachtet. Aufgrund der globalen Erwärmung werden weitere Zuwächse von schmelzenden Gletschern erwartet. Wasserkraft wird aufgrund der durch den Klimawandel verursachten Gletscherschmelze von einem erhöhten Wasserfluss profitieren, aber das Reservoirmanagement muss angepasst werden, um diesen erhöhten Fluss zu berücksichtigen. Landsvirkjun, das nationale Energieunternehmen Islands, hat die Anpassung an den Klimawandel sowohl in Bezug auf das Management als auch in die Gestaltung, Aktualisierung und Erweiterung seiner Vermögenswerte entsprechend einbezogen.

Beschreibung der Fallstudien

Herausforderungen

Steigende globale Temperaturen, die durch den Klimawandel verursacht werden, werden voraussichtlich zu einer erhöhten Gletscherschmelze in Island führen und dadurch den Wasserfluss in Wasserkraftwerken erhöhen. Fast alle isländischen Gletscher haben seit Anfang der 1990er Jahre an Masse verloren; es wird erwartet, dass sich dieser Trend mit dem wärmenden Klima fortsetzen wird. Es wurde prognostiziert, dass im Jahr 2200 fast keine isländischen Gletscher übrig bleiben werden. Der Fluss in Gletscherflüssen wird gleichzeitig mit dem Gletscherschmelzen zunehmen. Der Abfluss wird voraussichtlich in den nächsten 50 Jahren ihren Höhepunkt erreichen, wonach der Abfluss aus der Gletscherschmelze im Jahr 2200 voraussichtlich auf Null zurückgehen wird.

Für das Jahr 2015 ist der Anstieg der Zustromszenarien unter Nutzung des Klimas 2015 um etwa 10 % höher, als es durch historische Klimaaufzeichnungen vorhergesagt wurde. Die Zuflussszenarien stellen historische Zuflüsse seit den 1950er Jahren bis heute dar, die auf (a) bestimmte Jahre in die Zukunft projiziert wurden, wobei sowohl geschätzte historische Trends bei Temperatur und Niederschlag als auch prognostizierte zukünftige Trends aufgrund des Klimawandels verwendet werden. Bis heute konnte das bestehende Stromsystem diesen Anstieg des Flusses ohne Investitionen größtenteils nutzen. Das Zustromvolumen dürfte bis 2050 im Vergleich zu 2015 um weitere 15 % steigen. Das bestehende Stromsystem kann nur 30 % dieses Anstiegs nutzen. Ohne Änderungen an bestehenden Wasserkraftwerken wird erwartet, dass der Rest des erhöhten Durchflusses über die Verschüttungen verschüttet wird. Um die erhöhten Durchflussraten voll ausschöpfen zu können, müssen sowohl die installierte Turbinenkapazität als auch die Speicherkapazität in bestehenden Wasserkraftwerken erhöht werden.

Ziele

Die Erwärmung der Atmosphäre unter dem Klimawandel führt zu einem beschleunigten Gletscherschmelzen, was zu einem erhöhten Wasserfluss an Wasserkraftwerken führt. Das erste Ziel von Landsvirkjun (National Power Company) ist es, die Projektionen des Wasserflusses unter dem Klimawandel zu verbessern. Bessere Projektionen erleichtern Anpassungsmaßnahmen, die unnötige Wasserverschüttungen durch die Verschüttungen minimieren. Diese Maßnahmen umfassen die Änderung von Plänen für das Reservoirmanagement, die Installation zusätzlicher Infrastrukturen und/oder die Neugestaltung bestehender Infrastrukturen zur Steuerung des erhöhten Abflusses. Ein Nebennutzen ist ein erhöhter Hochwasserschutz, da die Reservoirs bei extremen Überschwemmungen als zusätzliche Pufferkapazität fungieren können.

In diesem Fall umgesetzte Anpassungsoptionen
Lösungen

In Zusammenarbeit mit anderen nordischen Regierungen und Forschungsagenturen als Teil der Gruppe Norden nutzt Landsvirkjun hydrologische Modellierung, um zukünftige Wasserflüsse unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Klimawandels zu projizieren. Die Prognosen für zukünftige Flussflüsse wurden durch die Verwendung von beobachteten Temperatur- und Niederschlagsdaten verbessert, und die Gletscherflächen-Volumen-Höhenkurven wurden entsprechend den Trends aus Klimamodellsimulationen angepasst. Diese Informationen wurden dann in ein hydrologisches Modell eingespeist, um korrigierte Ströme zu erzeugen, die dem Klimawandel Rechnung tragen. Landsvirkjun integriert korrigierte Ströme in seine Reservoir-Management-Strategien. Die Organisation aktualisiert die Flow-Serie und danach ihr Reservoir-Management, alle fünf Jahre, um sich ändernden klimatischen Bedingungen anzupassen. Für das neue Design und die Sanierung älterer Pflanzen verwendet Landsvirkjun als Entwurfsspezifikation, die Zukunftsströme innerhalb von 15 Jahren und darüber hinaus berücksichtigt.

Die korrigierten Durchflussreihen von Landsvirkjun verwenden Daten aus IPPC sowie spezifische Ergebnisse für Island, wie die erwartete saisonale Verteilung von Temperatur- und Niederschlagsänderungen. Die Durchflussserie wird auf Basis von Überwachungsergebnissen jährlich weiter kalibriert. Diese Erkenntnisse dienen zur Anpassung des Reservoirmanagements und zur Bewertung möglicher Umgestaltungen und Modernisierungen aktueller Kraftwerke sowie Vorschläge für zukünftige Projekte. Im Wesentlichen wird die Verwaltung und Gestaltung bestehender und geplanter Anlagen angepasst, um erhöhte Gletscherströme zu nutzen, basierend auf verbesserten Daten über aktuelle und zukünftige Ströme. Diese Maßnahmen führen zu einer verstärkten Erzeugung erneuerbarer Energien in Island, da die Wasserressourcenverluste durch Verschüttungen verringert werden.

Das Wasserkraftwerk Búrfell ist ein Beispiel dafür, dass verbesserte Wasserflussdaten einen wirtschaftlichen Ausbau ermöglichen: die Kraftwerkskapazität wurde von 70 MW auf 100 MW erhöht. Landsvirkjun beschloss, ein neues Wasserkraftwerk zu bauen, das das ursprüngliche Kraftwerk erweitert und seine Last reduziert. Die neue Erweiterung von Búrfell wurde aus wirtschaftlichen und nachhaltigen Gründen unterirdisch gebaut; es ist seit Juni 2018 in Betrieb. Das Wasserkraftwerk Búðarháls ist ein neues Projekt, das 2014 in Betrieb genommen wurde. Die Kapazität dieser Anlage wurde von der ursprünglich geplanten 80 MW auf 95 MW als Reaktion auf den Klimawandel erhöht. Das Wasserkraftprojekt Hvammur ist ein zukünftiges Projekt, bei dem die Kapazität aufgrund der korrigierten Ströme ebenfalls von 82 MW auf 95 MW erhöht wurde. Das Hvammur-Projekt wurde vom isländischen Parlament im Rahmen des „Masterplans für Naturschutz und Energieverbrauch“ (siehe Abschnitt zu rechtlichen Aspekten) genehmigt, eine Entscheidung über den Baubeginn wurde jedoch nicht getroffen.

Relevanz

Fallbeispiel als Maßnahme zur Anpassung an den Klimawandel entwickelt und umgesetzt.

Zusätzliche Details

Stakeholderbeteiligung

Das Unternehmen hat mit Norden zusammengearbeitet, um die Auswirkungen des Klimawandels auf erneuerbare Energiesysteme zu identifizieren und zu analysieren. Norden ist eine regionale Kooperationsinitiative, an der Regierungen und Forschungseinrichtungen aus Dänemark, Finnland, Island, Norwegen, Schweden, Färöer, Grönland und Åland beteiligt sind. Das Programm wird vom Nordischen Ministerrat finanziert.

In dieser kollaborativen Forschung wurden beobachtete Temperatur- und Niederschlagsdaten sowie Gletscherflächen-Volumen-Höhenkurven entsprechend den Klimamodelltrends angepasst. Historische Daten über die Gletscherschmelze und die prognostizierte Zunahme des Abflusses und des daraus resultierenden Wasservolumens wurden erhalten. Dieser Austausch von Wissen und Forschung zwischen skandinavischen Ländern sorgte für eine gut entwickelte Evidenzbasis, die von einem Forschungskonsortium überprüft und als solche in der breiteren Gemeinschaft verbreitet wird.

Die öffentliche Konsultation wurde in die Planung des Ausbaus der derzeitigen Wasserkraftanlagen im Rahmen des Verfahrens zur Umweltverträglichkeitsprüfung einbezogen, wie dies gesetzlich gewährleistet ist. Die Akzeptanz wurde auch durch die Anwendung des Hydropower Sustainability Assessment Protocol (HSAP) für das Hvammur Wasserkraftprojekt und den Betrieb des Wasserkraftwerks Blanda beantragt. Letztere erhielt 2017 den Blue Planet Prize von der IHA.

Erfolgsfaktoren und Hemmnisse

Erfolgsfaktoren:

  • Die Zusammenarbeit mit anderen Energieunternehmen, Universitäten und Institutionen erleichterte und stärkte die Glaubwürdigkeit der Anpassungsbemühungen; dies geschah vor allem über das Norden-Konsortium.
  • Der Vorstand von Landsvirkjun ist am Anpassungsprozess beteiligt
  • Ein schrittweiser Ansatz zur Anpassung an den Klimawandel: alle fünf Jahre werden vergangene Trends und Prognosen von Niederschlag und Temperatur überprüft, während eine jährliche Kalibrierung von Modellen auf der Grundlage von Überwachungsergebnissen durchgeführt wird, um das aktuelle Management und die von Landvirkjun getätigten Investitionen anzupassen.
  • Angesichts der Unsicherheit in den Klimaprojektionen behält Landsvirkjun alternative Pläne bei, die umgesetzt werden können, wenn sich das ausgewählte Szenario als ungenau erweisen sollte. Zu diesen alternativen Plänen gehört es, Vereinbarungen mit Großverbrauchern zu kürzen, bei denen ein Teil der vertraglich vereinbarten jährlichen Energieverkäufe eingeschränkt werden kann, zusätzlich zu Plänen für den Bau neuer erneuerbarer Wasserkraft-, Geothermie- und Windkraftprojekte.

Begrenzender Faktor:

  • Es wird erwartet, dass der erhöhte Wasserfluss vorübergehend sein wird. Die Eisschmelzströme sollen bis 2030 ein Plateau erreichen und danach bis 2080 konstant bleiben. Bis 2080 wird das Volumen der Gletscher so stark zurückgegangen sein, dass die Strömungen beginnen werden zu reduzieren. Dieses langfristige Phänomen hat wenig Auswirkungen auf aktuelle Entscheidungen, die einen Entscheidungshorizont von 50 Jahren haben. Sobald die Strömungen auf das Niveau der 1990er Jahre zurückgekehrt sind, d. h. bevor die isländischen Gletscher an Masse verlieren, können die bestehenden Wasserkraftwerke etwas höhere Kapazität haben als nötig.
Kosten und Nutzen

Kosten:

  • Die Kosten für Investitionen in Forschungsprojekte im Rahmen einer skandinavischen Kooperationsinitiative (Norden) waren moderat, etwa 1 Million Euro.
  • Die Kosten für die Änderung der Reservoir-Managementpläne sind moderat und spiegeln sich als interne Kosten wider, wie z. B. die Hinzufügung von 2-3 Mitarbeitern.
  • Die Kosten für die Änderung der Planung der geplanten Anlagen (in den meisten Fällen wird die Kapazität von Wasserkraftprojekten erhöht) sind hoch, in der Größenordnung von zig Millionen Euro.

Hauptvorteile:

  • Die verbesserte hydrologische Modellierung lieferte wertvolle Informationen für die Entscheidungsfindung über zukünftige Investitionen in Wasserkraftwerke.
  • Die bisher um 10 % gestiegene Erzeugungskapazität als Reaktion auf die gestiegenen Wasserströme aufgrund des aktuellen und projizierten Klimawandels erhöht die Jahreseinnahmen.

Anlagen mit erhöhter Speicherkapazität können Pufferkapazitäten gegen extreme Überschwemmungen sicherstellen, was zu einem erhöhten Hochwasserschutz führt. Die extremsten Überschwemmungen in Island sind Gletscherausbrüche aufgrund von Vulkanausbrüchen. Gletscherausbrüche sind in Island häufiger als anderswo auf der Welt wegen der Wechselwirkung von Vulkanen mit Gletschern.

Der „Masterplan für Naturschutz und Energienutzung“ istein Instrument, um die konkurrierenden Interessen von Naturschutz und Energieerzeugung auf nationaler Ebene und in der frühesten Planungsphase miteinander in Einklang zu bringen. Der Aspekt der Anpassung an den Klimawandel wird jedoch in diesen Planungsphasen nicht berücksichtigt und wird auch nicht im Rahmen des Umweltverträglichkeitsprüfungsverfahrens berücksichtigt. Ein wichtiger Aspekt ist, dass die isländische Wasserkraft 73 % ihres Anteils an erneuerbaren Energien liefert und somit ein wichtiger Beitrag zum isländischen Energiemix ist.

Umsetzungszeitraum

Es dauerte vier Jahre (2006 bis 2010), bis die Firma Landsvirkjun bei der Entscheidungsfindung über Reservoir-Management und Investitionsentscheidungen über zukünftige Vermögenswerte korrigierte Strömungsreihen verwendete. Die Installation der zusätzlichen Kapazität im Kraftwerk Búrfell dauerte etwas mehr als zwei Jahre ab Baubeginn (2016).

Lebensdauer

Die Bewertung der erwarteten Gletscherschmelze und damit des Wasservolumens für die Wasserkrafterzeugung erfolgt alle fünf Jahre und kalibriert durch jährliche Überwachungsergebnisse. Infolgedessen werden Investitions- und Managemententscheidungen auf der Grundlage einer aktualisierten Bewertung unter Berücksichtigung historischer Messungen und zukünftiger Prognosen getroffen. Diese Strategie hat einen Zeithorizont von 50 Jahren, da die Kapitalrendite für Wasserkraftprojekte über einen Zeitraum von 50 Jahren berechnet wird und Abflussprojektionen von Gletschern über einen solchen Zeitraum mit ausreichender Zuversicht durchgeführt werden können.

Referenzinformationen

Kontakt

Óli Grétar Blöndal Sveinsson,
Landsvirkjun
Executive VP of Research and Development
E-mail: Oli.Gretar.Sveinsson@landsvirkjun.is 

Úlfar Linnet,
Landsvirkjun
Manager of Resources Department
E-mail: Ulfar.Linnet@landsvirkjun.is 

Halldór Björnsson
Icelandic Met Office
Head of Atmospheric research group
E-mail: halldor@vedur.is 

Referenz

Landsvirkjun and Iceland Met Office

Veröffentlicht in Climate-ADAPT Nov 22 2022   -   Zuletzt aktualisiert in Climate-ADAPT Mar 05 2024


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