Umwelt

Wie Fische den Turbinen der Flusskraftwerke entkommen

Los gehts: Die Fischökologin Tamara Boss zieht das Startgitter des ETH-Versuchskanals hoch.Balz Murer

Los gehts: Die Fischökologin Tamara Boss zieht das Startgitter des ETH-Versuchskanals hoch.Balz Murer

Keine Einbahnstrassen mehr: Neu entwickelte Fischtreppen bei Wasserkraftwerken sollen die Tiere sicher flussabwärts führen. In der Schweiz herrscht Dringlichkeit. Rund 100 grosse Flusskraftwerke sind in Betrieb.

Mal naturnah gestaltet, mal betoniert: Aufstiegshilfen für Fische parallel zu Wasserkraftwerken sind in der Schweiz ein verbreiteter Anblick. Leider sind Fischtreppen Einbahnstrassen.

Sie führen die Flüsse hoch, doch nicht wieder herunter.

«Fische folgen in der Regel der Hauptströmung», erklärt Bauingenieur Carl Robert Kriewitz von der ETH Zürich, «am Fuss eines Kraftwerks finden sie den Weg zur Strömung der Fischtreppe. Doch oberhalb des Kraftwerks führt die Hauptströmung zu den Turbinen.»

Turbinen als Gefahrenquelle

Auf ihren Wanderungen flussabwärts schwimmen Fische daher häufig durch Kraftwerksturbinen. Dies hat teils fatale Folgen.

«Für die jungen Lachse können wir annehmen, dass in einer grossen Turbine im Schnitt ungefähr fünf Prozent sterben», so Fischökologe Armin Peter vom Eidgenössischen Institut für Wasserforschung Eawag.

Das klingt nach wenig, doch der Schein trügt. «Die Mortalität erhöht sich mit jedem zusätzlichen Kraftwerk», erklärt Peter.

Auf dem Weg von den Laichgründen bis ins Meer können von den jungen Lachsen gut und gern fünfzig Prozent oder noch mehr Tiere sterben.

Wirksame Fischleitsysteme gibt es bisher erst für Kleinkraftwerke. Für grosse, direkt angeströmte Kraftwerke an Flüssen wie Aare, Reuss oder Rhein müssen Lösungen erst noch entwickelt werden.

Gerade in der Schweiz, die 56 Prozent ihres Stroms aus Wasserkraft gewinnt, besteht dazu eine gewisse Dringlichkeit. Sind doch hierzulande um die 100 grosse Flusskraftwerke in Betrieb.

Das 2011 revidierte Gewässerschutzgesetz macht für Wasserkraftwerke und ähnliche Anlagen denn auch klare Vorgaben: Bis in knapp 20 Jahren müssen sie durchlässig werden für Fische und andere Wassertiere.

Anlauf mit vereinten Kräften

Das Problem «Fischabstieg» ist mittlerweile erkannt. Das zeigt eine Initiative des Verbands Aare-Rheinwerke (VAR), der 28 Kraftwerke an Schweizer Flüssen vertritt.

Der VAR hat vor bald drei Jahren die ETH-Versuchsanstalt für Wasserbau und die Eawag mit einem Forschungsprojekt zum Fischabstieg beauftragt.

Auch das Bundesamt für Energie, das Bundesamt für Umwelt und Swisselectric Research unterstützen dieses Projekt, in dessen Rahmen Ingenieur Carl Robert Kriewitz und Ökologe Armin Peter aufzeigen sollen, welche Lösungen es für einen schonenden Fischabstieg in der Schweiz geben könnte.

«In der Fachliteratur gibt es viele Lösungsansätze», weiss Carl Robert Kriewitz, der an der ETH Zürich seine Dissertation zum Problem des Fischabstiegs schreibt, «nur ist meist unklar, ob und wie gut die Systeme an unseren Flüssen funktionieren.»

Die beiden Forscher untersuchen zurzeit ein Schutzsystem, das nach ersten Modellversuchen für hiesige Verhältnisse geeignet erscheint.

Nun machen sie die Probe aufs Exempel: An einem hydraulischen Modell, das einen Ausschnitt eines Flusslaufs oberhalb eines Kraftwerks simuliert, wollen sie beobachten, wie echte Fische auf dieses Schutzsystem reagieren. Der Versuch auf dem ETH-Campus Hönggerberg ist eben angelaufen.

Dem Leitrechen entlang

In der neuen Halle der ETH-Versuchsanstalt für Wasserbau steht ein schmaler, gemauerter Versuchskanal – 30 Meter lang, 1,5 Meter breit und fast ebenso hoch. Wasser aus dicken Röhren rauscht durch den Kanal.

Im hinteren Teil ragt ein Metallrechen aus dem Wasser, der Turbinenschutz. In einem echten Kraftwerk wäre dahinter eine Turbine platziert.

Die Fliessgeschwindigkeit am Beckenende – bis 0,9 Meter pro Sekunde – sei vergleichbar mit jener eines Turbineneinlaufs, sagt Carl Robert Kriewitz. «Wir simulieren hier Strömungsverhältnisse, wie sie an einem grossen Schweizer Flusskraftwerk herrschen könnten.»

Auf reale Verhältnisse zugeschnitten ist auch der fischfreundliche Rechen: Der Leitrechen führt diagonal von der einen zur anderen Beckenseite.

Die Stäbe dieses Rechens lassen mit einem Abstand von fünf Zentimetern so viel Raum frei, dass sich dazwischen nicht zu viel Treibgut ansammeln kann.

Das macht die Zwischenräume aber auch breit genug, dass Fische durchschwimmen können. Theoretisch zumindest.

In der Praxis soll der Rechen dies verhindern. Seine Aluminium-Stäbe sind nämlich Latten, die quer zur Hauptströmung des Wassers stehen.

So bildet sich vor dem Rechen eine Strömung, und die soll auf Fische wie eine Barriere wirken.

«Die Fische sollten daher der Strömung des Rechens entlang flussabwärts schwimmen und automatisch in den Fisch-Bypass gelangen», erwartet Armin Peter.

Der Fischökologe schreitet zu einem grossen grünen Plastikbecken, das an den Wasserkreislauf der Versuchsanlage angeschlossen ist.

Er fischt eine Barbe aus dem Behälter und legt sie in den «Startraum» am Beginn des Kanals. Nachdem sich die Barbe an die neue Umgebung gewöhnt hat, zieht der Forscher ein Gitter hoch.

Der Fisch schwimmt, von Videokameras verfolgt, gemächlich den Kanal entlang und folgt dann, beim Leitrechen angelangt, tatsächlich der dortigen Strömung bis in den Fisch-Bypass hinein.

Armin Peter freut sich. Doch fügt er an: «Ein solcher Einzelfall sagt noch gar nichts aus. Wir benötigen ein paar hundert Durchläufe für aussagekräftige Resultate.»

Unerwünschte Energieverluste

In den nächsten Wochen werden die Forscher auf dem Hönggerberg daher noch viele Testläufe durchführen, nicht nur mit unterschiedlichen Fischen, sondern auch mit unterschiedlichen Rechen.

Denn die Leitströmung der Rechen lässt sich variieren – so durch Stababstand, Ausrichtung der Stäbe und Lage eines Rechens zur Hauptströmung.

«Wir wissen, welche Rechen-Konfiguration die stärkste Leitströmung erzeugt», sagt Carl Robert Kriewitz, «doch wissen wir nicht, wie stark eine Leitströmung überhaupt sein muss, damit Fische immer noch darauf ansprechen.»

Für die Praxis ist das eine zentrale Frage. Denn gerade die Rechen mit starker Leitströmung verursachen im Kraftwerk oft auch grosse Energieverluste – bis zu 30-mal höher kann der Energieverlust sein im Vergleich zu den üblichen, nicht fischfreundlichen Schwemmholzrechen vor den Turbinen.

Und grössere Verluste an erneuerbarer Energie sind nicht das, was die Schweiz angesichts der ausgerufenen Energiewende anstrebt.

In der Halle auf dem Hönggerberg legt Armin Peter eben eine zweite Barbe vorsichtig in den Versuchskanal. Bis im kommenden Frühling sollen dieser und weitere Testfische nun zeigen, ob es existiert: das Rechen-System, das zugleich energieeffizient und fischfreundlich ist.

Jeder neue Versuch führt einen Schritt näher zum Ziel: die Einbahnstrasse «Fischtreppe» früher oder später durch einen sicheren Rückweg zu ergänzen.

Meistgesehen

Artboard 1