Wasserkraft, Fischschutz und Fischabstieg. U. Dumont, Lebus,

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1 Wasserkraft, Fischschutz und U. Dumont, Lebus,

2 Übersicht Schädigung von Fischen bei der Passage von WKA Fischschutzanlagen Flussgebietsstrategie ( UBA-Projekt) Dipl. Ing. Ulrich Dumont Ingenieurbüro Floecksmühle Bachstraße Aachen Tel. 0241/ ,

3 Spez. Maßnahmekosten bei Modernisierung von WKA ( EEG) spez. Investitionskosten Gesamtausbauleistung in kw

4 Aktuelle Wasserkraftnutzung nur Deutsche Anteile gesamt WKA mit P 1 MW WKA mit P < 1 MW Pumpspeicherkraftwerke Zahl der WKA ca. 750 Eigenbedarf 31 Install. Leistung [GW] Jahresarbeit D [TWh] 4,05 3,40 0,65 a (6,5) 20,9 17,5 (RAV) 2,8 c,a 0,6 d 100% 5% 80% 60% 40% 95% 85% > 1 MW < 1 MW 20% 15% 0% Zahl der WKA Jahresarbeit

5 Fischschutz?? Source: Karl Ebel

6 Weltweite Gefährdung der Aal-Populationen: Glasaal-Aufkommen 150 A.japonica A.rostrata Index of juvenile stocks (% of 1960s-1970s) A.anguilla Durchschnitt Quelle: U. Kils Year Quelle: AFS 2003 (Quebec)

7 Unterschiedliche Schädigungen

8 Schädigungen an WKA-Standorten Schädigungen beim Abstieg bei der Überwindung von Stauanlagen an Wasserentnahmebauwerken und Rechen bei der Passage von Turbinen Schädigungsursachen bei der Turbinenpassage Direkte Verletzungen durch Kontakt mit festen oder beweglichen Turbinenteilen Druckschwankungen Kavitation

9 Empirisches Modell für Turbinenpassage (Ebel, 2008) Kaplan-Turbinen (Beispiel: Aal) P = 44,6 13,56 * s max + 2,7 * u max * TL mit P = Mortalität TL = Länge des Fisches [m] s max = Schaufelabstand [m] = Umfangsgeschwindigkeit [m/s] u max Große WKA (Mosel etc): ca % geschädigt Kleine WKA: Aale bis 100 %

10 Weser-Studie für UBA: Untersuchung der Mortalität an Standorten Teil der Gesamtstudie zur Durchgängigkeit und den Entwicklungsmöglichkeiten Durchführung: Institut für angewandte Ökologie Ergebnisse werden vom UBA publiziert

11 Bericht im Internet unter TLUG, Suche nach Wasserkraftschnecke

12 Vertical Slot Pass neben Qmin-Schnecke (Werra)

13 Fischfreundlichere Turbinen Änderungen von Turbinen-Schaufeln und Drehzahl Neues Design Ersatz für bestehende große Turbinen Nur Voll-Last-Betrieb

14 Barrieren für Fischschutz Verhaltensbarrieren Nicht funktionssicher bei WKA Mechanische Barrieren physische Verhinderung der Passage von Fischen häufig auch Wirkung als Verhaltensbarriere abhängig von lichter Durchlassgröße, Anströmvektoren und Oberflächengestaltung

15 Verhalten an mechanischen Barrieren Fotos: Institut für Angewandte Ökologie

16 Verhalten an mechanischen Barrieren: Blankaale Fotos: Institut für Angewandte Ökologie

17 Verhalten an mechanischen Barrieren: Blankaale bei Va > 0,7 m/s Fotos: Institut für Angewandte Ökologie

18 Mechanischen Barrieren: Körpergröße von Smolts % Totallänge [mm] Lichte Weite soll <= 1/10 Körperlänge sein

19 Wichtigste Zielarten in NRW: Aal, Lachs, Meerforelle Für effektiven Schutz: Lachs-Smolt: d R < 10 mm Blankaal: d R < 15 mm Anströmgeschwindigkeit v A <= 0,5 m/s

20 Anströmgeschwindigkeit an Barrieren

21 Anströmung von Flusskraftwerken

22 Anströmung von Rechenfeldern

23 Bautypen mechanischer Barrieren Stationäre Abschirmungen Stabrechen (horizontal / vertikal) Lochbleche Siebe Umlaufende Abschirmungen Trommelsiebe

24 Anordnung mechanischer Barrieren & Bypässen Schräg zur Fließrichtung Schräg zur Sohle

25 USA (Westküste) : Feinrechen 1,5 mm, 15 m³/s

26 Horizontalrechen mit Bypass (Saale), Q a = 50 m³/s, d R = 20 mm

27 Horizontalrechen mit Bypass (Saale), Q a = 50 m³/s, d R = 20 mm Planena

28 Vertikaler Rechen Aalrohr, Bottom-Gallery

29 Vertikalrechen 5 mm (1,7 m³/s) --- heute anwendbar bis ca. 30 m³/s dr = 5 mm

30 WKA Mihla/Werra: 15 mm Rechen, Qa = 2 x 20 m³/s

31 Fischschutz-Rechen 10 mm Roermond/NL Qa = 16 m³/s

32 Fischschutzrechen Roermond (d = 10 mm), Qa = 16 m³/s, A = 100 m²

33 Fischschutz-Rechen 10 mm

34 Sohlennaher Aalbypass - WKA Lippe

35 Pilotanlage Fischschutz NRW - WKA Unkelmühle / Sieg 3 Francis-Turbinen Ausbaudurchfluss 27 m³/s 520 kw / 2,2 Mio kwh Pilotanlage im Bau

36 Pilotanlage Fischschutz NRW 10 mm - Rechen FAA-Neubau Monitoring

37 Belastungen der Rechenanlage Hochwasser am

38 Umlaufende Abschirmung mit Wannen (Hadamar, demontiert)

39 Rollrechen mit Segmenten (13 m³/s) Dauerhafte mechanische Stabilität?

40 Große WKA (Q >> 100 m³/s): dr = 10 / 15 mm nicht realisierbar

41 Frühwarnsystem für fischfreundlicheres Turbinenmanagement Fischschutz an großen Anlagen? Reduzierung der Anströmgeschwindigkeit (Drosselung der Turbinen), ggf. temporäres Abschalten der WKA Wahnhausen/Fulda; Quelle: ifö

42 UBA Weser-Projekt Ziel: Entwicklung einer Flussgebietsstrategie Diadrome Arten Durchgängigkeit (Morphologie)

43 Arbeitsschritte für Flussgebietsstrategie 1. Auswahl von Zielarten 2. Auswahl der Zielgebiete 3. Ermittlung von lokalen Aufstiegs- und Überlebensraten 4. Modellierung mit Variantenuntersuchung statisch dynamisch Ergebnis: Strategie mit erforderlichen Schutzraten für die Wanderrouten 5. Ableiten von Maßnahmen 6. Ermittlung von Kosten und Mehreinnahmen durch EEG

44 Auswahl der Zielgebiete Kriterien für Lachsareale Fließgewässerregion Dimension Laichsubstrat Gewässergüte Gewässerstruktur Historische Angaben Kriterien für Aalareale Fließgewässerregion

45 Statische Betrachtung: Gesamtüberlebensrate von Blankaalen Ist-Zustand: r = 0,5 %

46 Gesamtüberlebensrate von Blankaalen (statisch) Plan-Zustand: r = 74 %

47 Statische Betrachtung für Abstieg Beispiel: Leine-Rhume 18 Querbauwerke davon 12 WKA + 2 WKA in der Weser 49 14

48 Betrachtung von Lebenzyklus & Populationen Lachs Aal

49 Populationsdynamische Betrachtung (Lebenszyklus) Meer Erreichbarkeitsrate ab n adulte Lachspaare Einflussfaktoren für Lachs Aufkommen: Zahl der Smolts Natürliche Verluste bei Abstieg (Prädatoren) Turbinenschäden Erreichbarkeitsrate-Meer q Smolts Zahl Eier Erreichbarkeitsrate auf Rückkehrrate aus Meer Natürliche Verluste beim Aufstieg Wanderhindernisse Aufstieg Erreichbarkeitsrate-Areal p

50 Weser: Mögliche obere Ausbreitungsgrenze Lachs Optimierter Planzustand Annahme: Biologische Maximalwerte Zum Erhalt einer selbstreproduzierenden Lachspopulation können > 10 Wanderhindernisse (auf- und ab) überwunden werden

51 Programmgewässer der IKSR Grundsätzlich ähnlich Entwicklung der Programmgewässer Das entwickelte populationsdynamische Modell könnte ergänzend eingesetzt werden