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Die natürlichen Zuflüsse zu Speicherseen unterliegen grossen Schwankungen. Das rechtzeitige Erkennen einer Zuflussänderung beeinflusst das Produktionsprofil und somit den Ertrag aus den flexiblen Wasserkraftwerken. Zu diesem Zweck erfolgt die tägliche Berechnung einer Zuflussprognose.

Die Zuflussprognose ist neben den Preisprognosen eine wichtige Einflussgrösse bei der Optimierung von Wasserkraftwerken. Je frühzeitiger und genauer die zu erwartenden Wassermengen bekannt sind, desto besser erfolgt die Einsatzplanung der Kraftwerke. Im Normalfall heisst dies, dass die Bewirtschaftung möglichst preisoptimal erfolgt. In extremeren Fällen lassen sich Überläufe und damit Wasserverluste vermeiden, indem rechtzeitig Gegenmassnahmen wie das Absenken von Speichern ergriffen werden.

Da Wasserkraftwerke in der Schweiz einen grossen Anteil an der Stromerzeugung haben, sind Korrelationen zwischen Preisen und erwarteten Zuflüssen feststellbar. Eine lange Trockenheit in kalten Wintermonaten bei allgemein niedrigen Speicherfüllständen wird deshalb in aller Regel mit hohen Preisen einhergehen. Eine genaue Zuflussprognose ist also insbesondere dann wichtig, wenn sich die Pegel der Speicher nahe am Minimum oder Maximum befinden.

Modellierung und Einflussgrössen

Für die Berechnung der Zuflussprognosen steht ein hydrologisches Modell im Einsatz. Diese Anwendung benötigt räumliche Informationen wie Höhenlage und Bodenbeschaffenheit des Einzugsgebietes sowie mindestens die meteorologischen Einflussgrössen Niederschlag und Temperatur. Verschiedene Routinen interpolieren die meteorologischen Grössen auf das Einzugsgebiet, berechnen Schneeschmelze/-akkumulation und Verdunstung, bilden Versickerungsvorgänge im Boden ab und modellieren die Abflussganglinie. In der nachfolgenden Abbildung sind die wichtigsten Elemente des hydrologischen Modells dargestellt:

Schematische Darstellung des hydrologischen Modells.

Langfristige Trends versus kurz- und mittelfristige Schwankungen

Eine gute Zuflussprognose berücksichtigt sowohl langfristige Trends wie auch mittel- und kurzfristige Schwankungen der natürlichen Zuflüsse. In der Grafik unten werden anhand des Beispiels Speichersee Grimsel sowohl die Schwankungsbreite kurz- und mittelfristiger Variationen wie auch die langfristige Entwicklung hin zu mehr Zuflüssen aufgezeigt. Langfristige Trends sind klimatisch bedingte Veränderungen wie Gletscherschwund, zu- respektive abnehmende Temperaturen oder Niederschläge und ihre Auswirkungen auf die Zuflüsse. Diese Effekte werden über die Bildung von geeigneten Temperatur- und Niederschlagsmittelwerten als Einflussgrössen ins Modell oder die Reduktion des Gletscheranteils für die Zukunft abgebildet.

Links ein Beispiel zur Schwankung des natürlichen Zuflusses Speichersee Grimsel von 1993 bis 2014. Während im Winter beinahe keine Variation festzustellen ist, kann der Zufluss im Sommer in Extremfällen bis zu +/- 50% des Durchschnitts variieren. Zudem ist rechts ein leichter Trend hin zu mehr Zuflüssen festzustellen. Dies korreliert mit steigenden Jahresmitteltemperaturen bei gleichzeitig weniger Jahresniederschlägen.

Die Stärken des hydrologischen Modells

Kurz- und mittelfristige Schwankungen werden durch aktuellere Ereignisse wie Starkniederschläge, längere Trockenperioden oder hohe/tiefe Schneemengen verursacht. Hier kommen die Stärken des hydrologischen Modells gegenüber einfacher Mittelwertbildung zum Vorschein. Die Simulation von Schneeschmelze und -akkumulation erlaubt bereits frühzeitig Erkenntnisse über die mittelfristig zu erwartenden Zuflussmengen aus dieser Quelle. Und die Verwendung von aktuellen Wettervorhersagen für die nächsten 14 Tage gibt Hinweise auf starke oder länger andauernde Niederschläge sowie Trockenheit mit den entsprechenden Zuflussauswirkungen.

Juerg Eschmann

Juerg Eschmann

Als Leiter Asset Optimisation & Analysis ist er für die optimale Bewirtschaftung aller Pumpspeicher- und thermischen Kraftwerke der BKW verantwortlich. Zu deren Vermarktung entwickelt und betreibt er energiewirtschaftliche Modelle und Marktanalysen.