Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Wasserkraftanlagen sind eine bedeutende regenerative Energiequelle, die jedoch negative Auswirkungen auf die Gew\u00e4sser\u00f6kologie haben k\u00f6nnen. Wesentliche Probleme sind u.a. die Behinderung der flussabw\u00e4rtsgerichteten Fischwanderung und Sch\u00e4den an Fischen bei der Passage von Turbinen und Rechenanlagen. F\u00fcr den weiteren Ausbau der Wasserkraft ist es gerade im Sinn der EG-Wasserrahmenrichtlinie erforderlich, f\u00fcr diese Probleme technische L\u00f6sungen zu finden. Da alle bisher entwickelten Techniken, Fische durch Scheuchanlagen von Wasserkraftwerken fern zu halten, keinen Erfolg hatten, bleibt als eine Ma\u00dfnahme der Einsatz eines mechanischen Schutzsystems gegen das Eindringen von Fischen in die Turbinen. Die bisher bereits vorhandenen Turbinenrechen sind auf das im Gew\u00e4sser mitgef\u00fchrte Geschwemmsel ausgelegt und haben in Bezug auf den Fischschutz zu gro\u00dfe lichte Stababst\u00e4nde. Die Zielsetzung des Vorhabens ist die Entwicklung eines Feinstrechen mit sehr kleinen Stababst\u00e4nden und dessen Erprobung an einer kleinen Wasserkraftanlage.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Vorhaben teilte sich in folgende Arbeitsschritte auf:
\n\u00b7\tGrundlegende Zusammenstellung m\u00f6glicher Techniken f\u00fcr den Aufbau und die Anordnung eines Feinstrechen
\n\u00b7\tErprobung des Verhaltens von Fischen in Bezug auf die ausgew\u00e4hlten Anordnungen in einer hydraulischen Versuchshalle, Ermittlung der hydraulischen Verluste
\n\u00b7\tErster Test eines Feinstrechen an einer kleinen Wasserkraftanlage als Voraussetzung f\u00fcr die konstruktiven Arbeiten
\n\u00b7\tKonstruktive Ausarbeitung des Feinstrechen und der erforderlichen Rechenreinigungsmaschinen
\n\u00b7\tBau des Feinstrechen und der Rechenreinigungsanlage, Installation an der Wasserkraftanlage
\n\u00b7\tTestbetrieb in Bezug auf die technischen Einrichtungen, Einstellung der Steuerung\u00b7\tErmittlung des Verhaltens von Fischen an der installierten Anlage mittels Reusenbefischung im Bypass oberhalb und seitlich des Feinstrechen
\n\u00b7\tMessung der hydraulischen Verluste im laufenden Betrieb \u00fcber 1 Jahr
\n\u00b7\tZusammenstellung und Auswertung der Ergebnisse
\n\u00b7\tAuf der Basis der gewonnenen Betriebserfahrungen in technischer und fischbiologischer Hinsicht wurden die k\u00fcnftige Einsatzf\u00e4higkeit des Systems bewertet und dargestellt. Abschlie\u00dfend erfolgte die Benennung n\u00e4chster Schritte zur breiteren Anwendung des Systems und die Ver\u00f6ffentlichung der Ergebnisse.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Verhaltensbeobachtungen im Modellgerinne und die Prototypanlage des Feinstrechen in Ochtendung (Rheinland-Pfalz) mit einem Durchfluss von 1,7 m3\/s haben den Nachweis erbracht, dass mit dieser Einrichtung das Eindringen von Fischen in die Turbine der Wasserkraftanlage verhindert werden kann und dar\u00fcber hinaus die Fische \u00fcber einen Bypass ohne Sch\u00e4digung ins Unterwasser abgeleitet werden k\u00f6nnen.
\nDie Feinstrechenanlage in Ochtendung mit einem lichten Stababstand von dR =5,3 mm wird nach den bisherigen Betriebserfahrungen charakterisiert durch:
\n\u00b7\tHydraulischer Verlust bei sauberem Rechen und vollem Durchfluss: 35- 40 mm,
\n\u00b7\tDurchschnittlicher Betriebs-Rechenverlust: 70 bis 95 mm.
\nDie hydraulische Funktionst\u00fcchtigkeit der Anlage konnte (auch unter der Einschr\u00e4nkung einer langer Niedrigwasserperiode) nachgewiesen werden.
\nDer hydraulische Rechenverlust reduziert die nutzbare Fallh\u00f6he der Turbine und daher auch die Energieerzeugung. Bei einer Anstr\u00f6mgeschwindigkeit von 0,55 m\/s wurde im sauberen Zustand ein Rechenverlust von 35 mm und bei mittlerem bis starkem Schwemmgutanfall ein durchschnittlicher Betriebsverlust von 50 bis 95 mm ermittelt. Beim angegebenen Betriebs-Rechenverlust von 70 bis 95 mm und einer Fallh\u00f6he von h = 2,80 m liegt die Leistungseinbu\u00dfe bei 2,5 bis 3,5%. Der Rechenverlust von 40 mm ver-ursacht bei einer Fallh\u00f6he von 2,50 m eine Leistungseinbu\u00dfe von 1,4%.
\nDer Leistungsbedarf der Rechenreinigungsmaschine setzt sich zusammen aus einer Grundlast f\u00fcr die Steuerung ca. 170 W und dem Antrieb, der zwischen 1,9 – 3,0 kW schwankt.
\nDer Feinstrechen ist aufgrund seiner Konstruktion weniger anf\u00e4llig f\u00fcr die sogenannte Dauerverlegung. Er l\u00e4sst sich gut reinigen und der Energieaufwand f\u00fcr die Reinigung liegt bei 4,5 bis 11 kWh\/Tag. Dies entspricht bei voller Leistung der Anlage maximal 2,0% der Gesamtenergieerzeugung. Im j\u00e4hrlichen Durchschnitt k\u00f6nnen 0,75 – 1% angesetzt werden. Aus der Zahl der Reinigungstakte kann geschlossen werden, dass der Energieaufwand f\u00fcr das Reinigen eines Feinstrechens j\u00e4hrlich ca. 50% h\u00f6her liegt als im Fall eines 20 mm-Rechens.
\nDer Einsatz eines Feinstrechen ben\u00f6tigt eine erheblich gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che als die \u00fcblichen Flachstabrechen. Daher ist f\u00fcr seinen Einsatz an bestehenden Anlagen in der Regel eine Umgestaltung der Rechenbauwerke erforderlich, einhergehend mit dem Umbau oder einer Anpassung an die gr\u00f6\u00dfere Rechenfl\u00e4che vorhandener Rechenreinigungsmaschinen. An Standorten mit Anstr\u00f6mgeschwindigkeiten von \u00fcber 0,6 m\/s k\u00f6nnen Feinstrechen nicht zum Einsatz kommen.
\nEntgegen der in Fachkreisen vorherrschenden Meinung konnte die Wasserkraftanlage unter allen Betriebsbedingungen ordnungsgem\u00e4\u00df arbeiten. Es wurden keine au\u00dfergew\u00f6hnlichen Erzeugungsverluste festgestellt. Allerdings beinhaltet dies nicht harte Frostperioden, da diese am Standort der Anlage w\u00e4hrend des Beobachtungszeitraums nicht auftraten.
\nEin Feinstrechen kann als Fischschutzeinrichtung f\u00fcr diadrome Arten dienen, wenn die Anstr\u00f6mgeschwindigkeit im Kanal nicht h\u00f6her als 0,5 m\/s ist. Dieser Wert gilt im \u00fcbrigen auch f\u00fcr einen 20 mm-Rechen, wenn dieser als Schutz f\u00fcr potamodrome Arten wirken soll. Nach den Erfahrungen des Projekts kann die hydraulische Funktionst\u00fcchtigkeit von dR =5,3 mm erreicht werden, wenn die Rechenoberfl\u00e4che ausreichend gro\u00df dimensioniert ist. Der entscheidende Wert ist dabei eine maximale Normalgeschwindigkeit von ca. 0,2 m\/s (dies ist die senkrecht zu dem Rechen wirkende Geschwindigkeitskomponente). Diese Werte k\u00f6nnen beim Neubau von kleinen Wasserkraftanlagen in der Regel ohne wesentlich h\u00f6here Bauwerkskosten realisiert werden. Bei bestehenden Anlagen kann eine Umr\u00fcstung erhebliche Aufwen-dungen erfordern, die von den jeweiligen Bedingungen abh\u00e4ngen.
\nDie Kostensteigerungen beim Bau eines Feinstrechen mit dR =5,3 mm k\u00f6nnen im Vergleich zu einem 20 mm-Rechen wie folgt abgesch\u00e4tzt werden (bezogen auf die jeweilige Anlageteile, nicht auf die gesamte WKA):
\n\u00b7\tPlanungskosten: ca. + 25%.
\n\u00b7\tUmbaukosten bei vorhandenen Anlagen: Standortbezogen, nicht allgemein bezifferbar.
\n\u00b7\tKosten f\u00fcr Feinstrechen inkl. St\u00fctzkonstruktion: ca. 2 – 3fach h\u00f6her.
\n\u00b7\tKosten Rechenreinigungsmaschine: ca. + 30 bis 50%.
\n\u00b7\tKosten f\u00fcr nachgeschaltete Einrichtungen (Rechengutabfuhr etc.): bei Weiterleitung des Rechenguts kostengleich.
\n\u00b7\tKosten f\u00fcr Byp\u00e4sse: Standortbezogen, z. B. bei Skim-Rinnen und Rechengutabfuhr in das Unterwasser: keine Mehrkosten.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tIm Fr\u00fchjahr 2003 besichtigte eine Delegation der OVB (Organisatie ter Verbetering van de Binnenvisserij) aus den Niederlanden zusammen mit einem TV-Team die Anlage.
\n\u00b7\tAm 28.10.2003 Besichtigung mit Vertretern des Ministeriums f\u00fcr Umwelt, Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz NRW und der Fachbeh\u00f6rden (Wasserwirtschaft und Fischerei).
\n\u00b7\tAm 20.11.2003 f\u00fchrten wir eine Informationsveranstaltung mit ca. 60 Besuchern aus den Wasserwirtschaftsverwaltungen, Fachverb\u00e4nden von NRW, Rheinland Pfalz, Hessen und Baden-W\u00fcrttemberg (vgl. auch hierzu unsere Einladung an die DBU) durch.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das vorliegende DBU-Projekt Entwicklung und Erprobung eines Feinstrechen f\u00fcr Wasserkraftanlagen ist ein erster Schritt zur Realisierung mechanischer Fischschutzeinrichtungen an kleinen Wasserkraftanlagen. Es konnte der Nachweis zur fischbiologischen und hydraulischen Funktionst\u00fcchtigkeit der Pilotanlage eines Feinstrechen unter einem Rechenabstand von 5,3 mm an einer kleinen Wasserkraftanlage erbracht werden. Somit steht nunmehr f\u00fcr kleinere WKA mit einem Ausbaudurchfluss bis ca. 5 – 10 m3\/s eine Bauweise f\u00fcr eine Rechenanlage zur Verf\u00fcgung, die einen effektiven Fischschutz gew\u00e4hrleistet. Der an der Pilotanlage gewonnene Erkenntnisstand l\u00e4sst sich nicht auf WKA mit einem Ausbaudurch-fluss >10 m3\/s \u00fcbertragen. Dazu sind weitere Entwicklungsarbeiten notwendig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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