Neues Wasserkraftwerk verbindet Klima- und Naturschutz
Erstes Schachtkraftwerk am Netz
Wasserkraftwerke tragen mit erneuerbarer Energie zum Klimaschutz bei, verursachen aber gleichzeitig ökologische Probleme: Bei herkömmlichen Flusskraftwerken wird das Wasser durch ein Maschinenhaus umgeleitet, um die Turbine anzutreiben. Von der Strömung können Fische zum Kraftwerk getrieben und an Turbine und Gittern tödlich verletzt werden. Natürliche Lebensräume, Fischwanderwege und Uferlandschaft werden geschädigt. Die ökologischen Vorgaben für neue Anlagen lassen sich in Deutschland so kaum mehr erfüllen.
Ein Team am Lehrstuhl für Wasserbau und Wasserwirtschaft der TUM hat deshalb ein Wasserkraftwerk entwickelt, das die Natur deutlich stärker schont. Für den neuen Kraftwerkstyp muss der Flusslauf nicht umgeleitet werden. Stattdessen wird vor einem Wehr ein Schacht ins Flussbett gebaut, in dem Turbine und Generator untergebracht werden. Das Wasser fließt in den Schacht, treibt die Turbine an und wird unter dem Wehr in den Fluss zurückgeleitet. Ein kleinerer Teil fließt über den Schacht und das Wehr hinweg.
Die Ingenieure haben es geschafft, die Strömung so zu steuern, dass das Kraftwerk effizient Strom erzeugt, aber gleichzeitig der Sog in den Schacht gering ist. Zahlreiche Untersuchungen an einem Prototypen haben gezeigt, dass die meisten Fische deshalb sicher über dem Schacht schwimmen. Mehr noch: Durch zwei Öffnungen im Wehr können sie gefahrlos flussabwärts wandern. Flussaufwärts gelangen sie über eine übliche Fischtreppe.
So funktioniert das Schachtkraftwerk:
Bestehende Wehre werden durchgängiger
Das Schachtkraftwerk hat neben dem Fischschutz einen weiteren Vorteil für die Gewässerökologie: Es ist auch für Geröll und Treibholz, die der Fluss mit sich führt, durchlässig. Die Bewegung und Ablagerung dieses „Geschiebes“ ist beispielsweise für Laichplätze wichtig. Ein Gitter, der sogenannte Rechen, der auf dem Schacht liegt, hält es von der Turbine ab. Dann wird es von der Anlage regelmäßig flussabwärts geschoben. Dafür wird ein Verschluss im Wehr geöffnet. Auf diese Weise kann auch Hochwasser abgelassen werden.
„Wenn wir sowohl das Klima als auch die Natur schützen wollen, müssen wir Technologien entwickeln, mit denen wir beide Ziele so gut wie möglich in Einklang bringen“, sagt Projektleiter Prof. Peter Rutschmann. „Dabei ist klar, dass es eine hundertprozentige Erhaltung des Naturzustands mit keinem Wasserkraftwerk geben kann.“ Sehr kleine Fische können in das Schachtkraftwerk gesogen werden, wobei auch von ihnen ein Großteil das Kraftwerk unverletzt passiert.
Das Schachtkraftwerk erfüllt so strenge ökologische Kriterien, dass die erste Anlage in einem Natura-2000-Gebiet genehmigt werden konnte. In der Loisach bei Großweil im Landkreis Garmisch-Partenkirchen wurden die Fischwanderwege durch den Bau sogar verbessert: Das Kraftwerk wurde von der Wasserkraft Großweil GmbH an einer bereits vorhandenen Rampe errichtet, die für Fische bislang nur schwer überwindbar war. Ein neues Wehr musste nicht gebaut werden. Die Anlage erzeugt Strom für rund 800 Haushalte und leistet so einen Beitrag für eine dezentrale Energieversorgung. Sie hat sich bereits seit dem Frühjahr am Netz bewährt, inklusive eines Hochwassers.
„Weltweit wertvolle Lebensräume erhalten“
Das Schachtkraftwerk eignet sich sowohl für unterschiedlich große Flüsse als auch für unterschiedliche Fallhöhen. Je nach Gewässergröße und Bedarf wird in mehreren Schächten nebeneinander Strom erzeugt, in der Loisach sind es zwei, die Fallhöhe beträgt 2,5 Meter.
Die TUM hält mehrere Patente auf die Erfindung. Eine Ausgründung der TUM, die Hydroshaft GmbH um den Ideengeber des Konzepts Albert Sepp, hat Nutzungsrechte erworben und vergibt wiederum Lizenzen an Kraftwerksbetreiber. In Planung sind derzeit insgesamt zwölf Anlagen in der Iller, der Saalach, der Würm und im Neckar.
„Weltweit sollen zahlreiche neue Wasserkraftwerke gebaut werden, oft in Regionen mit hoher Biodiversität“, sagt Peter Rutschmann. „Das Schachtkraftwerk kann helfen, die ökologisch wertvollen Lebensräume in Flüssen zu bewahren.“
- Rutschmann, P., Sepp, A., Hackl, C (2019): First experiences with a 420 kW TUM Hydroshaft power plant in the Bavarian Alps. Konferenzbeitrag, HYDRO 2019, Porto, Portugal
- Sepp, A., Geiger, F., Rutschmann, P. (2016): Schachtkraftwerk – Konzept und Funktionskontrollen. Korrespondenz Wasserwirtschaft, 9, 619-626. DOI: 10.3243/kwe2016.10.004
- Geiger, F., Sepp, A., Rutschmann, P. (2016): Fischabstiegsuntersuchungen am Schachtkraftwerk. Korrespondenz Wasserwirtschaft, 9, 627-632. DOI: 10.3243/kwe2016.10.005
- Geiger, F., Cuchet, M., Rutschmann, P. (2016): Experimental investigation of fish downstream passage and turbine related fish mortality at an innovative hydro power setup (Étude expérimentale de la dévalaison des poissons et du taux de mortalité au passage d'une centrale hydroélectrique de conception innovante.). La Houille Blanche, No. 6, pp. 44-47. DOI 10.1051/lhb/2016059
- Der Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie der TUM hat im Auftrag des Bayerischen Landesamtes für Umwelt verschiedene innovative Wasserkraftwerke hinsichtlich der Fischökologie untersucht. Das Schachtkraftwerk in der Loisach war Teil der Untersuchung. Die Ergebnisse wurden im Juli 2022 hier veröffentlicht.
- Untersuchungen zum Fischverhalten am Schachtkraftwerk-Prototypen
- Die Forschungsarbeiten wurden zum Teil durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie und durch das Bayerische Umweltministerium gefördert. Patentierung und Lizensierung erfolgten in Zusammenarbeit mit der Bayerischen Patentallianz.
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Kontakte zum Artikel:
Prof. Dr. Peter Rutschmann
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Lehrstuhl für Wasserbau und Wasserwirtschaft
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