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Forschendes Lernen an neuem innovativen Kleinwasserkraftwerk

Forschendes Lernen und Experimentieren für Kinder im Grund- und Vorschulalter anhand der Stromerzeugung mit einem innovativen Kleinwasserkraftwerk.

Am neu zu errichtenden Kleinwasserkraftwerk Binzen-Eimeldingen in innovativer Kompaktbauweise soll ein Bildungsstandort integriert werden, um Kindern die Erzeugung regenerativer Energie durch Wasserkraft im Einklang mit den ökologischen Erfordernissen nahezubringen. Im Gegensatz zu Wasserkraftstandorten am Rhein gibt es bis jetzt keine Angebote an der Kander bzw. im Markgräflerland. Diese Lücke soll mit dem Projekt geschlossen werden. Die Kinder sollen durch eigenes Experimentieren vor Ort die Kraft des Wassers erfahren und die Grundlagen der Stromerzeugung kennenlernen. Der Fokus wird auf Kinder im Vor- und Grundschulalter gelegt. Entsprechend werden für jede Altersgruppe spezifische Schulungseinheiten entwickelt, um dem Alter entsprechend passende Schwerpunkte zur Thematik zu vermitteln. Das resultierende „Forscher“-Angebot wird dann vor Ort von geschulten und erfahrenen Personen durchgeführt. Es kann von Kindergärten und Schulen im Landkreis kostenlos genutzt werden. Es sollen ganz explizit bereits Kinder in so jungem Alter erreicht werden, da der Drang, die Welt zu verstehen, in diesem Alter sehr hoch ist. Daher ist dieses Alter ein idealer Zeitpunkt, um bei der jungen Generation über das Verständnis ein Interesse an regenerativer Energiegewinnung zu erzeugen und sie so letztendlich zu einem nachhaltigen Umgang mit ihrer Umwelt zu erziehen. Die innovative Kompaktbauweise des Kleinwasserkraftwerks „Powergate“ hat die Besonderheit, dass das Powergate mittels Spülklappe sowohl überspült als auch durch minimales Anheben unterspült werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die bodennahen Sedimente samt Mikroorganismen einfach weitertransportiert werden können, was den neuesten ökologischen Vorgaben entspricht. Zudem kann das Powergate im Hochwasserfall einfach aus dem Kanal gehoben werden, um zum einen den Hochwasserabfluss zu vergrößern und zum anderen die Anlage vor Schäden zu schützen.

Projektdaten

Projektnummer 2020-03
Projektart Bau und Anwendung
Projektträger Bürgerenergie Dreiländereck eG
Laufzeit 01.01.2020 - 31.12.2022
Zuschuss 46.900€

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Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Einrichtung und Betrieb eines Gründerzentrums Oberrhein für Nachhaltigkeit und Mikrosystemtechnik in Breisach
Breisach

Ein Gründerzentrum Nachhaltigkeit und Mikrosystemtechnik für Südbaden

In der Region Südbaden gibt es bereits ein dichtes Netzwerk an Universitäten, Forschungseinrichtungen, Unternehmen, und Vereinen, die sich mit den Themen Klimaschutz und Nachhaltigkeit beschäftigen. Für potentielle Unternehmer ist aber trotzdem oft schwer, Hilfe, Rat und Unterstützung zu erhalten, um innovative Ideen in marktreife Produkte umzusetzen und erfolgreich Unternehmen zu gründen. Die Stadt Breisach etablierte deshalb das Gründerzentrum Oberrhein für Nachhaltigkeit und Mikrosystemtechnik, das Neuunternehmer durch Patentanmeldung, Suchen nach Partnern und Geschäftsmodellen, Marktstudien bis hin zur Unternehmensgründung begleitet. Im ersten Projektschritt erstellten die Partner eine Geschäftsstrategie, um das Zentrum auch nach der Anschubfinanzierung wirtschaftlich und ohne zusätzliche Förderung betreiben zu können. Dabei entstanden Konzepte, wie die Räumlichkeiten als Coworking-Spaces und für Veranstaltungen, Events und Workshops zur Verfügung zu stellen, sowie Dienstleitungen oder Kurse, die das Gründerzentrum selbst oder mit Zunahme des bereits entstandenen Netzwerks, aus Beratern, Experten und Mentoren. Das zentral in der Nähe des Bahnhofes liegende Gebäude beherbergt einen Start-Up-Accelerator, dessen Angebote sich in erster Linie an potentielle Unternehmer aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und Firmen richtet, die zu Finanzierung, Gesellschaftsgründung und Personalentwicklung geschult werden. Zudem betreut der Accelerator bis zu fünf Jahre junge Unternehmen, welche die Gründungsphase bereits hinter sich haben und sich nun auf dem Markt etablieren wollen. Dabei werden die Themenfelder Energy & Cleantech, Smart City & Industry sowie Life Science & Healthcare angesprochen. Die Konzeptentwicklungsphase ist ein sehr wichtiger Abschnitt bei der Initiierung komplexer Vorhaben. Mit Hilfe der großzügigen Förderung durch den Innovationsfonds konnte ein umfangreiches Konzept entwickelt werden und schlussendlich ein erfolgreiches Gründerzentrum in Breisach entstehen. Proof of Concept - Die Idee eines Gründerzentrums in Breisach bewies eindrücklich ihren Wert. In den ersten Jahren nach der Gründung des badenCampus wurden die Angebote (z.B. Start-up Accelerator) vielseitig durch Gründerteams oder mittelständische Unternehmen nachgefragt. Die Nachfrage nach CoWorking Plätzen ist in der ländlichen Region Breisach geringer als erwartet. Um das Raumangebot dennoch effizient zu nutzen, ist ein höherer Marketing- und Vertriebsaufwand nötig.

Ein Batterie-Kleinspeicher für Balkon-Solaranlagen - Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Mikro-PV-Anlagen
Offenburg

Mikro-PV-Anlage mit Batterie-Kleinspeicher

Mikro-PV-Anlagen sind kleine Solaranlagen bestehend aus ein bis zwei Solarmodulen mit einer Leistung von 300 bis 600 W(p), die mit einem Inverter für die Einspeisung in das Hausnetz mit Hilfe einer Einspeisesteckdose ausgerüstet sind. Diese Anlagen können neben dem Dach auch im Garten, auf der Terrasse, auf dem Balkon, auf einem Carport oder auch an der Fassade montieren werden. Scheint die Sonne und wird im Haushalt Strom verbraucht, senken die 300 bis 600 W(p) großen Anlagen den Strombezug. Wird im Haushalt kein Strom verbraucht, geht der Produktionsüberschuss, wie bei „großen“ PV-Anlagen, ins Stromnetz. Die Zahl der in Deutschland installierten Anlagen wird bereits auf 30.000 geschätzt. Allerdings haben Untersuchungen im Rahmen des Innovationsfonds-Projektes „Mikro-PV“ gezeigt, dass trotz der geringen Leistungen der Anlagen nur etwa die Hälfte des erzeugten Stroms im eigenen Haushalt verwendet werden kann, denn oftmals fallen die Zeiten der PV-Stromproduktion nicht mit den Zeiten des Verbrauchs zusammen. Tagsüber sind die Anlagenbesitzer z.B. bei der Arbeit, Großverbraucher wie die Wasch- und Spülmaschine werden erst am Abend angeschaltet, wenn der Punkt der höchsten Sonneneinstrahlung bereits über-schritten ist. Im Projekt soll daher versucht werden, die Eigennutzungsquote des in Mikro-PV-Anlagen erzeugten Stroms durch Batteriespeicher zu erhöhen. Dabei ist der Batteriespeicher einer Mikro-PV-Anlage so auszulegen, dass er einerseits eine deutlich höhere Nutzung des eigenerzeugten Stroms erlaubt, andererseits aber nicht zu groß und damit teuer ausgelegt wird. Somit wäre es sinnvoll, vorhandene Bauteile einer Mikro-PV-Anlage, wie z.B. Mikro-Inverter und Einspeisesteckdose für das Gesamtsystem aus PV-Anlage und Batterie mit zu nutzen, also anders als bei „großen“ PV-Anlagen für die Batterie keinen separaten Wechselrichter vorzusehen. Bei der Wahl der Batterie ist entweder eine günstige und robuste Technik zu wählen oder vorhandene Batterien z.B. von Elektrokleinfahrzeugen (eBikes, eRollern) ein-zusetzen. Gelingt dies, ließe sich ein Mikro-PV-Batteriesystem sehr wirtschaftlich betreiben, was zu einer weiteren Verbreitung dieser Systeme führen würde.

Entwicklung und Bau einer Wasserkraftmaschine mit hohem Nutzungsgrad für bestehende Bauwerke im Abwasserbereich
Waldshut-Tiengen

Innovative Wasserkraft für Kläranlagen

Abwasser zu reinigen ist energieintensiv und damit relativ teuer. Gleichzeitig bieten die rund 10.000 deutschen Kläranlagen mit ihrem komplexen Kanal- und Röhrennetz ein ungenutztes Wasserkraftpotential. Dieses blieb aber bisher aus technischen Gründen weitgehend ungenutzt, denn herkömmliche Wasserkraftanlagen eignen sich kaum für die besonderen Gegebenheiten einer Kläranlage. Dazu zählen unter anderem schwankende Abwassermengen und hohe Fallhöhen in engen Röhren von oftmals nur anderthalb Metern Durchmesser. Aufbauend auf zwei erfolgreichen Prototypen entwickelt die Ühlinger Firma Karl Kraus Maschinenbau - Umwelttechnik eine Wasserkraftanlage, die - an diese speziellen Erfordernisse angepasst - ohne bauliche Veränderungen eingebaut werden kann. Mehrere hintereinander geschaltete, oberschlächtige Wasserräder nutzen in den engen Röhren, Schächte und Kanälen die Wasserkraft optimal. Dabei ist besonders der ungestörte Wasserstrom in und zwischen den Wasserrädern ein Kernpunkt der Entwicklungen. Hergestellt aus rostfreiem Stahl, eignen sich die Wasserräder sowohl für gereinigtes als auch für Schmutzwasser. Sie sind mit besonderen Stauschildern ausgestattet, die unabhängig vom Wasserfluss immer die gleiche Staumenge halten. Kraus Maschinenbau testete ein solches System bereits auf kleinem Versuchsmaßstab und erprobt nun eine Pilotanlage in der Kläranlage Waldshut-Tiengen. Das Projekt analysierte, wie wirtschaftlich diese Anlage arbeitet und vergleichte Herstellungskosten mit den eingesparten Stromkosten, um möglichst kurze Amortisationszeiten zu erzielen. Kraus Maschinenbau rechnete mit einer Durchschnittsleistung von 2 kW pro Anlage oder einer jährlichen Stromerzeugung von ca. 16.000 kWh, da das Wasser konstant Tag und Nacht fließt. Für die ca. 10.000 deutschen Abwasserreinigungsanlagen mit ihrem etwa 540.000 Kilometer Kanalnetz bieten innovative Wasserkraftanlagen ein großes Potential, um den eigenen Strombedarf teilweise zu decken und so die Abwasserreinigung klimafreundlicher und wirtschaftlicher zu gestalten. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Das oberschlächtige Wasserrad ist bei stark schwankenden Wassermengen zwischen 1l/s und 200l/s und Fallhöhen über 1 Meter wohl die beste Lösung zur Stromerzeugung aus Abwasser. Trotz Konstruktionshilfen in Form von Formeln, Skizzen und Fachliteratur sind die praktischen Versuche insbesondere zur Verkleinerung der Geometrie der Raddurchmesser unverzichtbar. Der Innovationsfonds ist besonders für kleine Unternehmen ein einzigartiges Instrument , damit eine zukunftsweisende Idee in ein reales Projekt umgesetzt werden kann.