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Dammintegrität
Kritische Infrastruktur soll sicher sein!
Wasserkraftwerke können über große Stauseen verfügen, in denen Wasser für einige Stunden bis hin zu mehreren Monaten gespeichert werden kann, so dass die Energie dann zur Verfügung steht, wenn sie am dringendsten benötigt wird. Das in einem Damm gespeicherte Wasser kann zerstörerisch wirken, wenn es unkontrolliert abgelassen wird. Es ist daher von größter Bedeutung, dass die Dämme intakt bleiben. Matthew Halso aus dem Team von Robert Boes untersucht die Prozesse, die zum Versagen eines Staudamms führen. Dies wird zu einer besseren Abschätzung der Auswirkungen von Dammbrüchen beitragen und bessere Notfallpläne und Risikobewertungen ermöglichen.
In der Schweiz gibt es landesweit fast 700 Stauanlagen. Diese Infrastrukturen unterscheiden sich durch ihre Grösse, ihren Zweck und ihr Alter. Staudämme wirken wie Batterien, die das Wasser zurückhalten und dann an eine Turbine abgeben, um Strom zu erzeugen, wenn die Nachfrage nach Elektrizität hoch ist. In der ganzen Schweiz werden 4 km3 Wasser durch diese Art von Stauseen gespeichert. Kleinere Staudämme in Flüssen kontrollieren und steuern den Wasserdurchfluss, um kontinuierlich Strom zu produzieren (Laufwasserkraftwerke). Zusammen decken die Wasserkraftwerke rund 57% des Schweizer Elektrizitätsbedarfs und bieten der Schweiz die Möglichkeit, Energie zu speichern. Darüber hinaus stauen sie Millionen von Litern Wasser und schützen die Menschen, die flussabwärts leben und arbeiten. Daher gelten Staudämme als kritische Infrastrukturen, die geschützt und erhalten werden müssen.
Staudämme können aus verschiedenen Gründen anfällig werden, z. B. durch Alterung, Sabotage und Klimawandel. Einige der aktivsten Forschungsarbeiten betreffen den Klimawandel. Ein wärmeres Klima führt dazu, dass Wasserabflussmengen, die Grenzwerte der Dämme überschreiten. Das überschüssige Wasser kommt in Form von Niederschlägen, die sich früher als Schnee in den Bergen angesammelt haben und im Frühjahr langsam geschmolzen sind. Eine weitere Quelle für zusätzlichen Abfluss ist das Schmelzen der Gletscher. Ein Thema, auf das das Mitglied des Energy Science Center, Professor Farinotti, spezialisiert ist. Ein weiteres Risiko, das sich aus dem Klimawandel ergibt, sind Extremereignisse, darunter Dürren, die sich negativ auf diese Infrastruktur auswirken können. Diese neuen klimatischen Belastungen nehmen an Häufigkeit und Intensität zu, belasten die bestehenden Dämme und machen weitere Dämme und deren Sanierung erforderlich.
Forscher des Energy Science Center wie Professor Boes und Professor Burlando bewerten die Risiken aus einer ingenieurwissenschaftlichen Perspektive und nutzen neue Szenarien zu Abflussmustern. Andere Forscher des ETH-Bereichs am Paul Scherrer Institut beurteilen die Risiken von Staudämmen anhand historischer Daten und führen statistische Analysen durch. Wiederum andere Forscher innerhalb des ESC betrachten die Wasserkraft aus einer grösseren Systemperspektive, um herauszufinden, wie die Wasserkraftressourcen für ein optimales Energiesystem genutzt werden sollten (z.B. das ReMap-Projekt oder Nexus-e).