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: Wasserkraftwerke: Immer öfter kommen die Fische unverletzt durch

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Fische können Treppen steigen. Fische fahren aber auch gern mit dem Aufzug. Doch nur, wenn sie flußaufwärts schwimmen, denn dabei nutzen sie die Steighilfen an den Wehren, in die sie von einströmender Luft hineingelockt werden.

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          Fische können Treppen steigen. Fische fahren aber auch gern mit dem Aufzug. Doch nur, wenn sie flußaufwärts schwimmen, denn dabei nutzen sie die Steighilfen an den Wehren, in die sie von einströmender Luft hineingelockt werden. Flußabwärts lassen sich die Fische mit dem über die Dammkrone strömenden Wasser in die Tiefe fallen - oder sie "wagen" den Gang durch die Turbine. Daß es sich hierbei nicht um rationale Entscheidungen handelt, ist klar. Die Fische folgen vielmehr ihrem Instinkt, doch der hilft nicht mehr, wenn sie einmal vom Sog des einströmenden Turbinenwassers gepackt worden sind. Dann heißt es Kopfeinziehen und durch. Das geht nicht immer gut.

          Seit rund zehn Jahren ist man vor allem in Nordamerika dabei, die Kaplan-Turbinen von Laufwasserkraftwerken "fischfreundlich" zu konstruieren und zu bauen. Auslöser war freilich nicht unbedingt die Tierliebe der Kraftwerksbetreiber, sondern wirtschaftlicher Druck. Denn die für 20 bis 40 Jahre befristet vergebenen Wasserrechte werden nur dann verlängert, wenn der Nachweis gelingt, daß mit neuen Turbinen sowohl die Stromausbeute steigt als auch negative Umweltauswirkungen reduziert werden.

          Doch wie demonstriert man eine fischfreundliche Wasserturbine? Strömungssimulationen am Computer und Modellversuche sind dabei unentbehrlich. Letztlich aber muß die Turbine unter realistischen Bedingungen getestet werden. Dazu haben die Ingenieure der amerikanischen Tochtergesellschaft des deutschen Turbinenbauers Voith Siemens Hydro aus York in Pennsylvanien rund 8000 Königslachse (Chinook) an das Oberwasser des Bonneville Damms gebracht, der den Columbia River östlich von Portland (Oregon) aufstaut. Bevor man die durchschnittlich 15 Zentimeter langen Jungfische (flußabwärts schwimmen die Jungtiere, während sich die ausgewachsenen Lachse zum Laichen in Richtung Quelle bewegen) aus den Transportbecken in das Flußwasser entließ, wurden sie allerdings mit kleinen Luftballons markiert, die man an den Rücken- und Schwanzflossen befestigte. Mit diesen Auftriebshilfen bestückt, schickte man sie dann auf die Reise durch die mit einem Durchmesser von 7,11 Meter stattliche Musterturbine. Unterhalb des Wehrs wurden die Lachse wieder eingesammelt - was durch die angehefteten Luftblasen möglich wurde. Mit den Resultaten des ungewöhnlichen Fischtests waren alle Beteiligten zufrieden: Die Überlebensrate konnte um rund drei Prozent auf 96 Prozent gesteigert werden. Noch deutlicher gingen die Verletzungsraten zurück. Die Schäden an Augen und Kiemen ebenso wie Schnittwunden und innere Verletzungen wurden um rund 40 Prozent reduziert. Das ist eine ganz entscheidende Verbesserung, denn ein verletzter Fisch ist meist ein toter Fisch. Er treibt an der Wasseroberfläche und ist damit leichte Beute für gefräßige Vögel.

          Bis heute hat Voith Siemens rund 30 fischfreundliche und von den Fachleuten als Minimum Gap Runner (MGR) bezeichnete Kaplan-Turbinen gefertigt und in nordamerikanische Kraftwerke eingebaut. Wie der Name andeutet, liegt ihr Vorzug in ihrer "Spaltlosigkeit": Wo sich bei herkömmlichen Kaplan-Rädern beim Verstellen zwei Schlitze zwischen dem "Schaufelfuß" und der Nabe auftun, schließt die MGR-Turbine bündig, was man durch einen simplen Kunstgriff erreicht. Die Schaufeln drehen sich auf kugelförmigen Laufflächen. Aus Umweltsicht mindestens so interessant sind die ebenfalls von Voith-Ingenieuren in York entwickelten "lufteintragenden" Francis-Turbinen. Mit diesen Aerated Runnern läßt sich der Sauerstoffgehalt der Gewässer verbessern. Dazu hat man die Schaufeln der Turbinenräder von oben bis nach unten mit feinen Kanälen durchzogen. Die Luft wird durch die bis ins Herz des Generators und damit aus dem Wasser ragende Hohlwelle herangeführt. Für den Transport der Luft sind keine Pumpen nötig, dafür sorgt Unterdruck, der an den Austrittsdüsen entsteht.

          Wasserturbinen sind Unikate. Kein Laufrad gleicht dem anderen. Was nicht erstaunlich ist, denn die Geometrie wird von Wassermenge, Fallhöhe und von den Anforderungen und Wünschen der lokalen Stromkunden bestimmt. Die Rahmendaten sind daher stets unterschiedlich, und das macht das Auslegen eines Turbinenrads überaus aufwendig. Zwar kann man bei der Projektierung auf vergleichbare Anlagen zurückgreifen, doch dient das nur einer ersten Annäherung. Letztlich muß jede Turbine neu berechnet und gezeichnet werden. Dreidimensionale Konstruktionsprogramme und computergestützte Berechnungsverfahren wie die Finite-Elemente-Methode erleichtern diese Arbeit. Sie zeigen auf, welche Kräfte an welchen Punkten von einem Turbinenrad "verkraftet" werden müssen.

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