Umsetzungsprobleme bei der ökologischen Verbesserung von Wasserkraftanlagen

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Manuela Fuhrmann
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1 Umsetzungsprobleme bei der ökologischen Verbesserung von Wasserkraftanlagen Dr.-Ing. Reinhard Hassinger, Inhalt: Problemstellen in Fischaufstiegsanlagen Verbesserungen beim Fischschutz durch Feinrechen Umsetzungsprobleme beim Fischabstieg

2 Problemstelle 1: Auffindbarkeit Fischpass Problem: Konkurrierende Strömung! Großer Durchfluss wird benötigt! Mögliche Maßnahmen: a) Fischpass groß bauen (teuer; Wasserverlust) b) Zusatzdotation in letztes Becken (aufwändig wegen großer Leitung; Energieumwandlung; Wasserverlust c) Lockstrompumpe

3 Durchfluss Q in den Bemessungskriterien Kriterien für Einstieg/Auslauf Auffindbarkeit Abfluss: % des konkurrierenden Abflusses Winkel zum Hauptstrom Lage am Ende der besonders turbulenten Zone Lage auf Seite des Stromstrichs Keine Sackgassen Kriterien für eigentlichen Fischpass Passierbarkeit Wassertiefe = f( Bemessungsfisch ) Schlitzbreite = f( Bemessungsfisch ) Länge/Breite der Becken =f( Bemessungsfisch ) zul. max. Geschwindigkeit = f( h) = f(gewässerzone) Leistungsdichte = spez. Energiedissipation P spez g Q h V 100W / m 3 Fazit: Großer Durchfluss ist nur für Einstieg positiv, sonst negativ!

4 Leitstromverstärkung mit Lockstrompumpen Zusatzdotation nimmt Wasser aus dem Unterwasser Hydraulische Energie wird genutzt Kleiner Leitungsdurchmesser, da ¼ bis 1/10 von Q dot Turbinen Strahlpumpen befördern turbiniertes Wasser in den Fischpass Verstärkter Leitstrom

5 Längsschnitt Lockstrompumpe als Betonfertigteil Schieber Lockstromleitung Fischpassauslauf Düse Freistrahl

6 Pilotanlage Draukraftwerk Villach Zugabestelle

7 Pilotanlage Draukraftwerk Villach Düsenleitungen der Lockstrompumpen

8 Problemstelle 2: Hydraulik in Becken Problem: In vielen Fällen, insbesondere im Bestand, sind die hydraulischen Verhältnisse in den Becken nicht zufrieden stellend wegen: Kurzschlussströmungen Wandstrahlen zu hohe Leistungsdichte Maßnahme: Energieentzug mit Borsten

9 Problematische Hydraulik in den Becken

10 Gegenmaßnahme: Borstenelemente als Energieabsorber Beispiel: Becken im Fischpass des Draukraftwerks Villach, Österreich

11 Geschwindigkeitsniveau in einer bestimmten Höhe ohne Borsten mit Borsten

12 Schlitzpass nach Sanierung

13 Problemstelle 3: Schlitze in Schlitzpass Problem: Hydraulische Verhältnisse in den Schlitzen nicht gemäß Bemessung Breitenvariation Ausgespülte Sohle Hydraulisch wirksame Sohle nicht nach Bemessung Maßnahme: Gestaltung der Sohle im Schlitz mit Steinsack und Borsten

14 Ausstattung einer Schlitzsohle - Grundriss

15 Aussattung einer Schlitzsohle -Längsschnitt Schnitt B- B section B - B v-verteilung velocity distribution Borstenelement brush element Drahtwirrlage aus Kunststoff, Füllung aus Geröll not structured random wire, filling with river bed material Sohlauf lage aus Geröll bottom subtrate river bed material

16 Erste ausgeführte Neuanlage Rautibach (Schweiz)

17 Problemstelle 4: Fischschutz - Feinrechen Problem: Feine Rechen sollen für größere Kraftwerke ungeeignet sein. Zu hoher Widerstand Irreversible Verlegung Statische Probleme wegen Komplettverlegung Lösung: Moderne Rechenprofile insbesondere Fischschonrechen

18 Zustand eines 20-mm-Rechens mit Rechteckstäben

19 Untersuchte Rechenprofile Rechteckstab 6 x 60 FischSchon- Rechen Flügelprofil nach Walzwerke Einsal Klewa-Rechen Größe 16/6 6,0 6,0 8,0 16,0 ca. 6 58,0 68,0 ca.83,0 60 ca ,0 6,0 1,5

weit vorne -> Rechen leicht abstreifbar Dünnes Hinterteil ->

20 Fischschonender Rechen System Oppermann Umbördelung liefert runde Vorderkante und strömungsgünstiges Profil Engste Stelle weit vorne -> Rechen leicht abstreifbar Dünnes Hinterteil -> geringe Verluste Lichtweite beliebig durch Distanzhülsen einstellbar

21 Verlustbeiwerte

22 Modellfisch zur Messung der Auflagekräfte

23 Definitionen Verlustbeiwert Kraftbeiwert h W c w v 2g h 2 o ; 2 2g vo A 2 2W vo ; cw 2 A v Widerstandsbeiwert 2 Bezeichnungen: h = Energiehöhendifferenz am Rechen [m] W = Widerstandskraft [N] Z = Verlustbeiwert [-] v o = Anströmgeschwindigkeit [m/s] g = Erdbeschleunigung = 9,80665 m/s 2 C w = Widerstandsbeiwert [-] A = Querschnittsfläche aus Anströmrichtung gesehen [m 2 ] = Dichte des Mediums (= 1000 kg/m 3 ) 0

24 Auflagekraft in Abhängigkeit vom Verlustbeiwert 3,5 Widerstandsbeiwert der Auflagekraft cwr 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Klewa-Rechen Rechteckrechen Einsal-Rechen Fischschonrechen Freiwasser Stababstand: 20 mm Stababstand: 16,5 mm Stababstand: 12 mm y = 1,2632x + 0,501 R 2 = 0,9845 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Verlustbeiwert des Rechens

25 Problemstelle 5: Aalpassage Problem: Aale wandern mit der Hauptströmung direkt vor den Rechen und zwängen sich durch die Stäbe. Dies kann mit feinen Rechen verhindert werden. Es muss ein alternativer Wanderkorridor angeboten werden, der dem Verhalten der Aale entgegen kommt. Vorschlag Uni Kassel: Aalabstieg -> Vortrag Dr. Hübner

26 Aalabstieg Variante 6 = Vorzugsvariante

27 Aalabstieg (Systemskizze) Oberwasser Entlüftung mit Vakuumpumpe Spülwasserbehälter für Unter- und Überdruck Schieber Belüftung aus Druckluftspeicher Aal-Bypass- Rohr als Heber Gelände Unterwasser Rechen Fischpass: WSP Sohle Sammelrohr Borstenelemente TURBINEN

28 Problemstelle 6: Fischabstieg Problem: Senkenströmung zu Bypässen kann Fische nicht leiten.

29 Grundlegende Konzepte für Fischabstieg Fische leiten Fische über Rechen spülen Fische abholen Horizontaler Schrägrechen Stark geneigter Rechen Stromlinien müssen Rechen überall schräg schneiden Larinier: horizontal < 45 Grad; vertikal < 30 Grad Bei geneigtem Rechen: zusätzlich Aalabstieg erf. Geneigter Rechen mit starker Überströmung Tangentialkomponente so groß, dass Fische über Rechenfläche transportiert werden. Funktion nur nach Erschöpfung der Tiere Fischhebetrog Raumangebot und Bewegungsgeschwindigkeit müssen stimmen Kombination mit Rechenreinigung

30 Stromlinienverlauf Nur bei bestimmten geometrischen Randbedingungen schneiden die Stromlinien die Rechenstäbe unter einem schrägen Winkel. Optimum Realität v v n v t

31 Grundriss horizontaler Schrägrechen Grundriss M. 1 : 200 neue Rechenbühne Schienen für Horizontalreiniger ca. 2,40 33,50 m 45,0 Klappe Fischpass als Leerschuss Tür mit vertikaler Achse und 2 Ausschnitten vorh. Bunker als Ruhebecken

32 Konzept Vertikales Leiten Reinigerschaufel (Ruhezustand) Rechenauflager und Rinnenträger Schwemm- und Fischabstiegsrinne Rechen Aalabstieg

33 Abstiegspfade beim geneigten Rechen mit oberflächennaher Schwemmrinne

34 Oberflächennahe Schwemmrinne Längsschnitt Schwemm- und Abstiegsrinne Klappe mit senkrechter Welle Ansicht von OW

35 Neue Lösung: Kombinierte Rechenreinigung mit Fischabstieg (Fischheberinne)

36 Nachrüstung Feinrechen mit Fischhebetrog - Längsschnitt Längsschnitt M. 1 : 40 Oberes Podest Unteres Podest 2,60 Vorh. Schwemmrinne für Grobrechengut 0,80 Schütztafeln Beleuchtung Windwerk Ultraschallsensor für Oberwasser Bohrung in Seit enwand 1,85 = Stehhöhe Ultraschallsensor für Unterwasser Bedienpodest vertikal verfahrbare Schwemmrinne Vertikalholm 0,600 vorh. Grobrechen, 2 von 3 Stäben entfernen Fischschutzkamm Querholme 0,500 Rechen 0,200 0,50 Rechensockel 1,90 Spülrohr

37 Zusammenfassung: Abstiegskonzept Fischhebetrog Fische und Rechengut werden von der kompletten Rechenfläche abgeholt. Fische und Rechengut werden mit reichlich Wasser behutsam in das Unterwasser geleitet. Grobrechen hält grobes Treibgut fern. Vorteile: Geringer Wasserbedarf Kleinstmögliche Rechenfläche Wartezeit für Fischabstieg im Mittel 10 bis 15 min Keine Suchen erforderlich Für alle Fische von Sohle (Aale) bis Oberfläche Rechengut wird weitergespült.

38 Herzlichen Dank! Bei Fragen: Die Filme und Animationen sind erhältlich unter:

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