Fischschutz, Fischtreppen, Fischabstiege und fischfreundliche Turbinen. Die Wasserkraft macht bereits viel, um die Flüsse durchgängig zu gestalten und Fische zu schützen. Damit trägt sie aktiv zur Renaturierung der Gewässer bei und verbindet Klima- und Naturschutz.

Die Flüsse sind ein wesentlicher Bestandteil unserer Kulturlandschaft und werden durch den Menschen schon seit Jahrtausenden intensiv genutzt. Flussläufe wurden begradigt, Sümpfe trockengelegt, Wasser für verschiedene Produktionsprozesse dem Gewässer entnommen und eine ganzjährige Nutzung als Schifffahrtsstraße ermöglicht. Dabei wurden die Gewässer wesentlich verändert. Auch die Produktion von Strom aus Wasserkraft erfolgt schon seit vielen Jahrzehnten.

Als einer von vielen unterschiedlichen Gewässernutzern entlang unserer Flüsse und Bäche setzen sich die Wasserkraftbetreiber dabei konstruktiv mit den Auswirkungen der Wasserkraft auf das Ökosystem der Flüsse auseinander. Damit trägt die Wasserkraft zur Renaturierung der Flussläufe bei: Fischtreppen oder naturnahe Umgehungsgewässer machen Staustufen für Fische durchgängig. Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen bieten Fischen einen effektiven Schutz und die Möglichkeit der Abwärts-Passage. Mühlengräben bieten wertvolle Biotope für die Flussfauna und -flora und verbessern dadurch die Artenvielfalt.

Wasserkraft schafft Durchgängigkeit an Querbauwerken

Aus Gründen des Hochwasserschutzes, der Gewässerregulierung, oder der Schiffbarmachung wurden in der Vergangenheit zahlreiche Staustufen und Querverbauungen in die Gewässer von Deutschland und NRW gebaut. Diese Querbauwerke beeinträchtigen die flussauf- und flussabwärts gerichtete Wanderung von Fischen und im Wasser lebenden Kleinlebewesen, die jedoch für die Vernetzung und Ausbreitung aquatischer Lebensgemeinschaften wichtig ist.

In NRW befinden sich über 13.000 dieser Querbauwerke in den Gewässern. Rund 450 dieser vorhandenen Staustufen werden durch die Wasserkraft genutzt. Das heißt: An nur 3,5 % der Querverbauungen in den Gewässern in NRW wird klimafreundlicher Strom erzeugt. Da viele dieser Querbauwerke aus den oben genannten Gründen nicht entfernt werden können, bietet die Nutzung dieser Wehre durch die Wasserkraft die Möglichkeit, die Fischdurchgängigkeit herzustellen und somit die gewässerökologische Situation vor Ort zu verbessern. Auf diese Weise gehen Natur- und Klimaschutz Hand in Hand.

Für ohnehin bereits ausgebaute Bäche und Flüsse ist die Wasserkraft daher oft eine Chance auf angewandten Naturschutz. Viele Wasserkraftanlagen in NRW wurden in den letzten Jahren bereits ökologisch aufgewertet, indem Fischaufstiegs- und -abstiegsanlagen errichtet und der Fischschutz verbessert wurden. Ohne die Wasserkraft wären also viele Querbauwerke in NRW noch nicht durchgängig. Weitere werden folgen.

So funktioniert der Fischaufstieg

Einrichtungen für den Fischaufstieg, häufig auch als Fischtreppe, Fischpass oder Umgehungsgerinne bezeichnet, sind künstliche Wasserläufe neben dem Wasserkraftwerk. Diese Fischtreppen ermöglichen Fischen und anderen Wasserlebewesen, flussaufwärts zu ihren Laichplätzen zu wandern und auch oberhalb des Kraftwerks nach Nahrung zu suchen. Die Technik der Fischaufstiegsanlagen entwickelt sich kontinuierlich weiter. Beispiele für neuartige Konstruktionstypen sind etwa Fischlifte oder Fischaufstiegsschnecken.

Die Fischpässe werden immer standortspezifisch und in enger Abstimmung mit der Behörde entwickelt. Kein Fischpass gleicht exakt einem anderen Fischpass. Wichtig ist, dass sie von den Fischen leicht gefunden und zügig durchschwommen werden können.

Am Standort Wöbbel an der Emmer in Ostwestfalen wurde 2016 die Durchgängigkeit des Gewässers durch eine 65 Meter lange Fischtreppe mit 27 Stufen hergestellt. Um auch schwimmschwachen Fischen den Aufstieg zu ermöglichen, wurde sie bewusst sehr lang und flach angelegt. Durch den Einbau von Störsteinen sind abwechslungsreiche Sohl- und Strömungsstrukturen entstanden. Damit wurde nicht nur die Durchwanderbarkeit verbessert, sondern auch ein wertvoller Lebensraum für Kleinlebewesen geschaffen. Eine Restwasserkraftschnecke sorgt für die nötige Lockströmung und macht die Fischtreppe gut auffindbar für die Fische.

Eine Fischtreppe nach dem neuesten Stand der Technik wurde 2019 am Wasserkraftwerk Witten-Hohenstein an der Ruhr eingeweiht. Dabei wird der Höhenunterschied von ca. 4,6 Metern mit einem 127 Meter langen Beckenpass aus 37 aufeinanderfolgenden Becken überwunden. In den Becken herrscht eine niedrige Fließgeschwindigkeit, sodass diese von den Fischen beim Durchschwimmen der Fischwanderhilfe als Ruhezone genutzt werden können. Am Boden des Beckenpasses sind als Substrat Steine und Kies eingebracht. So können auch am Boden lebende wirbellose Tierarten die Wanderhilfe nutzen.

… so der Fischabstieg

Teilweise werden die Fischaufstiege auch für den Abstieg genutzt. Diese werden jedoch leider nicht immer von den abwärts wandernden Fischen gefunden. Dies liegt daran, dass sich die abwärts wandernden Fische in der Regel an der Hauptströmung orientieren, die Richtung Wasserkraftanlage führt. Eine Fischschutzeinrichtung hindert die Fische daran, dieser Strömung weiter durch die Wasserkraftanlage zu folgen. Stattdessen müssen entsprechende Abwanderwege oder sog. Bypässe so gestaltet werden, dass sie, abgestimmt auf das Verhalten der jeweiligen Fischart, von diesen aufgefunden und schadlos passiert werden.

Eine moderne Fischabstiegsanlage besteht in der Regel aus einem Schutzsystem, der die Fische vor dem Eindringen in die Turbine hindert, einem Leitsystem, der die Fische zur Abstiegsanlage führt, einem Einstieg bzw. Sammelsystem, der die Fische in den Bypass aufnimmt sowie einer Ableitung, über die die Fische in das Unterwasser abgeleitet werden.

An der Wasserkraftanlage Unkelmühle an der Sieg kommen beispielhaft verschiedene Abstiegssysteme zum Einsatz. So befinden sich am oberen Ende des Rechens oberflächennahe Bypässe, die über eine (Geschwemmsel-) Rinne den Fischen den Abstieg in das Unterwasser ermöglichen. Zusätzlich befinden sich in der seitlichen Wand des Obergrabens Einstiegsöffnungen (sog. Aalrohre) in drei verschiedenen Wassertiefen. Zudem soll auch die am Fuß des Rechens angelegte "Bottom Gallery" am Boden des Obergrabens den abwandernden Aalen eine Abstiegsmöglichkeit bieten.

Zum Schutz einzelner Fischarten können auch Managementsysteme angewendet werden. Da beispielsweise Aale synchron und zeitlich komprimiert abwandern, wird auf Basis von Frühwarnsystemen ein Aal-schonender Anlagenbetrieb eingeleitet, indem die Fahrweise der Turbinen angepasst oder die Wasserkraftanlage sogar zeitweise stillgelegt wird.

... und so der Fischschutz

Ein gut funktionierendes Schutzsystem, das die Fische vor dem Eindringen in die Anlage hindert, ist wichtig für eine erfolgreiche Passage der Wasserkraftanlage. Gewöhnlich wird dieser Schutz durch mechanische Barrieren wie Rechen oder Gitter mit lichten Stababständen erreicht. Die Stababstände sind unterschiedlich, je nach Größe der Anlage bzw. Wasserdurchfluss, und reichen von 10 mm, 20 mm bis hin zu 40 mm. Dabei sind nicht nur die Stababstände entscheidend für die Schutzwirkung, sondern auch die Anordnung der Rechenanlage und die Auffindbarkeit des Bypasses. Das Zusammenspiel der einzelnen Elemente ist also sehr komplex und häufig führt erst die richtige Kombination der Elemente zum gewünschten Ergebnis. Der Erkenntnisgewinn ist dabei sicherlich noch nicht abgeschlossen.

Neue moderne Techniken

Die Anforderungen an eine gewässerverträgliche Gestaltung der Wasserkraft sind sehr hoch. Auch wenn die Wasserkraft eine ausgereifte Technik ist, gab es in den vergangenen Jahren daher innovative Entwicklungen und neue Technologien, die erfolgreiche Schutzelemente und Wirkungsprinzipien miteinander kombinieren. Nachfolgend finden sich einige Beispiele für solch kombinierte Schutzsysteme und Pilotanlagen, die Klima- und Naturschutz vorbildlich miteinander verbinden:

Beim Schachtkraftwerk wird die Turbine in einem Schacht im Flussbett versteckt. Fische können so über das Kraftwerk hinweg flussabwärts wandern. Zudem können auch problemlos Geröll und Treibholz, die der Fluss mit sich führt, weitertreiben. Jüngst ist am bayerischen Fluss Loisach das weltweit erste Schachtwasserkraftwerk in Betrieb gegangen.

Auch beim beweglichen Wasserkraftwerk befindet sich das Gehäuse, in dem die Anlage integriert ist, unter der Wasseroberfläche. Dabei ist das Krafthaus so montiert, dass es durch die Strömung abgesenkt oder angehoben werden kann. Die Wasserkraftanlage ist also über- und unterströmbar. Dadurch ist die Durchgängigkeit für Lebewesen und Geschiebe gewährleistet. In Gengenbach und Offenburg (Baden-Württemberg) an der Kinzig zeigen zwei Pilotanlagen die Praxistauglichkeit.

Meist wird der Fischabstieg über die Turbine der Wasserkraftanlage bewusst vermieden. Eine Alternative sind fischfreundliche Turbinen. Die sogenannte VLH-Turbine ist ein Beispiel für einen solchen Ansatz. Da sie sich sehr langsam dreht und kaum Druckunterschiede vorherrschen, können Fische diese Turbinen unbeschadet passieren. In Frankreich und Italien stehen etliche dieser Anlagen und dies schon seit vielen Jahren. Aber auch an der Isar und der Iller kommt diese fischfreundliche Technik zum Einsatz.

Auch Wasserkraftschnecken sind fischfreundlich und haben sich vor allem im Bereich der Kleinwasserkraft bewährt. Sie beruhen auf dem umgekehrten Prinzip der Archimedischen Schraube. Dabei können die Fische mit dem Wasserstrom durch die langsam drehende Schnecke nach unten wandern. Durch die Verringerung von Spaltmaßen und den Einsatz von Kantenschutzen wurde die Technik in den letzten Jahren immer verbessert. In Rhede an der Bocholter Aa, in Warburg an der Diemel oder in Wöbbel an der Emmer finden sich Beispiele für Wasserkraftschnecken in NRW.

Diese vier innovativen Techniken und Ansätze sind nur einige Beispiele für die verschiedenen Möglichkeiten, wie Wasserkraft, Klimaschutz und Gewässerökologie in Einklang gebracht werden. Darüber hinaus entwickelt die Branche stetig weitere neue Techniken, verbessert bestehende und setzt diese Neuerungen in der Praxis ein.

Umweltverträglichkeit durch Untersuchungen bestätigt

Parallel zu der Entwicklung neuer Techniken finden auch umfangreiche Monitoring- und Laboruntersuchungen statt, die den Einfluss der Wasserkraftnutzung auf Fische gezielt betrachten. Gerade in NRW wurden in den letzten Jahren viel geforscht.

Beim sogenannten OVeR-Projekt der RWTH Aachen und einem Umweltplanungsbüro BUGeFi wurde in einer Versuchshalle das Verhalten einzelner Fischarten vor dem Hintergrund unterschiedlicher Rechen-Stababstände oder Anströmgeschwindigkeiten untersucht. Mittels der gewonnenen Erkenntnisse wurde zudem analysiert, wie die Fische mittels geeigneter Bypass-Systeme am besten ins Unterwasser gebracht werden können. Das Ergebnis zeigt: Wenn Fischen ein seitlicher Bypass angeboten wird, nehmen sie diesen auch an und eine Rechenpassage findet nicht statt.

In einem mehrjährigen biologischen Monitoring wurde die Abwanderung von Lachsen und Aalen an drei Wasserkraftanlagen mit innovativen Fischschutz- und Fischabstiegseinrichtungen untersucht. Aufraggeber des Projektes war das NRW-Umweltministerium. Die Pilotanlage Unkelmühle an der Sieg mit einem modernen Rechen-Bypass-System war Teil dieses umfangreichen Monitorings. Hier konnte u.a. über alle drei Untersuchungsjahre kein einziger Durchtritt von Versuchsfischen am Rechen festgestellt werden.

Die vorliegenden Ergebnisse und Erkenntnisse dieser aber auch weiterer Untersuchungen zeigen, dass moderne Wasserkraftanlagen in Verbindung mit entsprechenden technischen Schutzeinrichtungen Fische vor dem Eindringen und damit der Schädigung in Turbinen schützen. Die Wasserkraft kann also einen zuverlässigen Fischschutz in den Gewässern gewährleisten.

Mühlengräben als wertvolle Lebensräume

Neben den technischen Einrichtungen zum Fischschutz und zur Fischwanderung bieten Mühlengräben, die früher zum Betrieb von Wassermühlen und Wasserkraftwerken angelegt wurden, zudem einen Rückhalt für die Flussfauna in trockenen und frostigen Zeiten. Neben Lebensräumen für Wasserinsekten sowie Wasser- und Uferpflanzen bieten sie für Fische, Schnecken oder Libellen vielfältige Unterstandsmöglichkeiten, Überwinterungsquartiere und Laichhabitate. Für Jungfische stellen naturnah ausgebauten Mühlengräben zudem wichtige Rückzugsgebiete dar und bieten Schutz vor Fraßfeinden. Wasservögeln dienen Gräben und Stauteiche als Rast-, Brut- und Nahrungsgebiete. Mühlengräben stellen damit Biotope in der heutigen Kulturlandschaft dar, die es zu erhalten gilt.

Naturschutz auch abseits der Gewässer

Zu den notwendigen Unterhaltsmaßnahmen der Wasserkraftbetreiber gehört u.a. auch das regelmäßige Mähen entlang der Mühlengräben und Dämme. Bei den Mäharbeiten spielt oftmals auch der Naturschutz eine Rolle, denn mit der Maßnahme tragen die Betreiber zum Erhalt wertvoller Lebensräume bei. Dabei handelt es sich etwa um Extensivwiesen, die Lebensraum für seltene und gefährdete Arten bieten und deshalb besonders wertvoll sind. Ohne regelmäßige Pflege würden diese Flächen zuwachsen oder verbuschen. Die Pflege entlang der Uferzonen trägt daher dazu bei, die ökologische Vielfalt an den Flüssen zu erhalten

Wasserkraft unentbehrlich für Energiewende

Wie man sieht, trägt die Wasserkraft auf vielen verschiedenen Wegen zum Schutz von Natur und Umwelt bei. Bestehende Wehranlagen gewässerökologisch durchlässig zu gestalten und sie gleichzeitig zur Stromgewinnung zu nutzen, dieser Ansatz vereint Klima- und Naturschutz ideal. Umso wichtiger ist es, dass neue Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Untersuchungen in der Genehmigungspraxis berücksichtigt, bestehende Restriktionen aufgehoben und der Einsatz von innovativen Lösungen unterstützt werden.

Zudem müssen die Genehmigungsbehörden die Wichtigkeit und Dringlichkeit der Energiewende stärker gewichten und ihr eine höhere Bedeutung bei Abwägungsentscheidungen beimessen als bisher. Denn die Wasserkraft kann im Mix mit den weiteren Erneuerbaren Energien ihre Stärken besonders durch ihre Stetigkeit und Verlässlichkeit ausspielen.

Ansprechpartner

Philipp Hawlitzky

Stv. Geschäftsführer

+49 211 93676065
philipp.hawlitzky@lee-nrw.de

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