Dossier Wasserkraft

Axpo ist die grösste Produzentin von Wasserkraft in der Schweiz

In der Schweiz stammen 60 Prozent des produzierten Stroms aus Wasserkraft. Das ist gut, denn diese Stromproduktion ist einheimisch und damit zuverlässig, praktisch CO2-frei sowie speicher- und erneuerbar. Die Schweiz liegt europaweit gesehen, an der Spitze – nur in Norwegen, Österreich und Island ist der Wasserkraftanteil an der Stromproduktion noch grösser. Zu diesem Spitzenplatz trägt Axpo als grösste Schweizer Produzentin von Wasserkraft wesentlich bei!

Weiterführende Informationen

Dossier Pumpspeicherwerk Limmern

Fischgängigkeit

Geschichten rund ums Thema Wasser

Hintergrundwissen Wasserkraft A-Z

Hochwasser-Gefahr

Die Auenwälder, lauschigen Uferabschnitte und Kiesinseln am und im alten Aarelauf bei den Kraftwerken Wildegg-Brugg (Axpo), Rupperswil-Auenstein (Partnerwerk Axpo und SBB) und Kraftwerk Rüchlig (Axpo) sind ein viel besuchtes Erholungsgebiet für Wanderer, Sportler, Fischer und Ruhesuchende. Jedoch birgt diese Restwasserstrecke im alten Aarelauf zwischen Brugg und Aarau auch Gefahren, insbesondere bei sogenanntem Schwallwasser. Dies ist der Fall, wenn die Turbinen eines nahen Kraftwerks aus technischen Gründen unvermittelt abgestellt werden müssen. Dann öffnen sich die Wehre zum alten Aarebett hin, weil das von der Aare zufliessende Wasser nicht gestaut werden kann, und innert kurzer Zeit strömt deutlich mehr als die gesetzlich vorgeschriebene Restwassermenge durch den alten Aarelauf. Zudem können unerwartete Hochwasser auch durch weit entfernte Wettereinflüsse auftreten.

Zur rechtzeitigen Warnung vor plötzlich steigendem Wasser sind bei den Kraftwerken Wildegg-Brugg und Rupperswil-Auenstein spezielle Warnsysteme mit starkem Blinklicht und Lautsprechern installiert. Bei Gefahr verbreiten die Anlagen in drei Intervallen einen weithin hörbaren Sirenenton von 20 Sekunden Dauer, gefolgt jeweils von der Warnung "Achtung Hochwasser – bitte Flussbett verlassen!". Beim Kraftwerk Rüchlig weisen Warntafeln auf die Gefahren hin.
Wie an allen Bach- und Flussläufen im Einzugsgebiet von Kraftwerken stehen bei den Kraftwerken entlang des alten Aarelaufes zahlreiche solcher Warntafeln. Diese weisen auf die Gefahr eines unvermittelten Anstiegs des Wasserabflusses im Flussbett auch bei schönem Wetter hin. Die als Picknickplätze beliebten Kiesinseln können dann plötzlich nicht mehr verlassen werden oder werden gar überschwemmt.

Mit einem Flugblatt weist Axpo zusätzlich auf das Gefahrenpotenzial und das Warnsystem hin. Die Flugblätter liegen bei den Gemeindeverwaltungen der Region auf und werden auch verschiedenen Vereinen und Institutionen zugestellt. 

Laufwasserkraftwerk

Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung eines Flusses zur Stromerzeugung. Sie besitzen meist geringe Fallhöhen und kommen bei grossen Wassermengen zum Einsatz.

Das Wasser (Oberwasser) wird auf die Turbinen geleitet. Die durch die Strömung entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche über Generatoren die Energie in Strom umwandeln. Der Strom wird in das Stromnetz eingespeist. Das zur Stromerzeugung benutzte Wasser wird wieder in den Fluss zurückgeführt (Unterwasser).

Laufwasserkraftwerke produzieren Bandenergie und können im Gegensatz zu Speicher- oder Pumpspeicherwerken die Strommenge nicht nach Bedarf anpassen. Die produzierte Strommenge ist abhängig von Wasserführung und Fliessgeschwindigkeit des Flusses.

Neben der Stromerzeugung dienen Laufwasserkraftwerke oft auch als Hochwasserschutz. Damit Fische und Schiffe den Fluss dennoch ungehindert passieren können, werden Fischtreppen und Schleusen errichtet.

Kleinwasserkraftwerk

Als Kleinwasserkraftwerke werden Wasserkraftwerke, in der Regel Laufwasserkraftwerke, mit einer Leistung unter 10-MW bezeichnet.

Leitrechen

Die parallel angeordneten Metallstäbe eines Rechens dienen dazu, Treibgut aufzufangen. Meist werden sie zum Schutz der dahinterliegenden Wasserkraftwerke installiert und können für den Fischabstieg bei idealer Anordnung auch zum Leiten von Fischen zu ungefährlichen Bypässen verwendet werden. 

Speicherkraftwerk

Als Speicherkraftwerk wird ein Wasserkraftwerk bezeichnet, welches Wasser in einem Stausee speichert und bei Bedarf für die Stromproduktion nutzt. Das Maschinenhaus mit Turbinen und Generator befindet sich am Fuss der Staumauer. Das Speicherkraftwerk nutzt nun diesen Höhenunterschied zwischen dem hoch gelegenen Stausee und dem tiefer gelegenen Maschinenhaus.

Zur Stromerzeugung wird Wasser aus dem Stausee über Druckleitungen auf die Turbinen geleitet. Die dadurch entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche über Generatoren die Energie in Strom umwandeln und diesen in das Stromnetz einspeisen. Das zur Stromerzeugung benutzte Wasser wird abgelassen (meist Fluss).

Speicherkraftwerke sind in der Regel nicht im Dauerbetrieb. Ihre Aufgabe ist vielmehr das witterungsbedingt unterschiedlich anfallende Wasser zu speichern. In Betrieb genommen werden Speicherkraftwerke zu Spitzenzeiten der Stromnutzung aufgrund von tageszeitabhängigen oder saisonalen Schwankungen. Damit sind Speicherkraftwerke wichtige Lieferanten von flexibler Spitzenenergie.  

Pumpspeicherwerk

(1) Zur Stromerzeugung wird Wasser aus dem Stausee über Druckleitungen auf die Turbinen geleitet. Die dadurch entstehende Bewegungsenergie treibt die Turbinen an, welche über Generatoren die Energie in Strom umwandeln und diesen in das Stromnetz einspeisen. Nach dem Turbinieren gelangt das Wasser in das untere Speicherbecken.

(2) Im Gegensatz zu reinen Speicherkraftwerken können Pumpspeicherwerke nicht nur Spitzenenergie erzeugen, sondern auch Stromüberschüsse, die während sogenannten Schwachlastzeiten anfallen, in wertvolle Spitzenenergie umwandeln. Zu diesem Zweck pumpen sie Wasser aus dem unteren Speicherbecken in den höher gelegenen Stausee zurück und nutzen es zu einem späteren Zeitpunkt erneut zur Stromproduktion. In diesem Pumpbetrieb arbeitet der Generator als Motor. Er wird mit Strom aus dem Stromnetz versorgt.

Bei einer Pumpturbine werden die Funktionen der Turbine und jene der Pumpe durch dieselbe Maschine ausgeführt. Dabei ändert die Pumpturbine je nach Betriebsart ihre Drehrichtung.

Die Pumpspeicherung ist eine bewährte Methode, um Angebot und Nachfrage in einem Stromnetz auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Art auszugleichen. Pumpspeicherwerke besitzen eine wichtige Rolle für die Versorgungssicherheit und die Stabilisierung der Stromnetze.  

Restwasserbestimmung

Fliessgewässer müssen ihre natürliche Funktion auch erfüllen können, wenn Wasser entnommen wird. Mit der Restwasserbestimmung wird die Wassermenge festgelegt, die unterhalb von Wasserentnahmen in Fluss- und Bachbetten jederzeit mindestens vorhanden sein muss. 

Schwall und Sunk

Während der Stromproduktion von Wasserwerken steigt und sinkt der Wasserstand täglich. Wenn die Nachfrage und die Strompreise hoch sind oder wenn die Stabilisierung der Stromnetze eine höhere Produktion erfordert, wird Wasser abgelassen (Schwall). Bei geringer Stromnachfrage liefern die Speicherkraftwerke im Stromnetz nur wenig Strom und halten daher das Wasser zurück (Sunk). Das künstliche Hoch- und Niederwasser kann das Leben von Gewässerorganismen in Bächen und Flüssen gefährden.  

Fischgängigkeit

Viele Fischarten nutzen unterschiedliche Lebensräume innerhalb ihres Lebenszyklus und sind daher auf Wanderungen durch Gewässer angewiesen. Durch Fischaufstiege können sich Fische trotz bestehender Wasserkraftwerke in den Flussläufen fortbewegen und unterschiedliche Lebensräume erschliessen. 

Gesetzliche Grundlagen

Die Sicherstellung der Fischgängigkeit in Fliessgewässern ist seit dem 2011 revidierten Gewässerschutzgesetz (GSchG) Pflicht in der Schweiz. Bauliche Massnahmen zur Wiederherstellung der freien Fischwanderung bei Wasserkraftwerken gemäss revidiertem GSchG werden durch die nationale Netzgesellschaft Swissgrid über die Netznutzungskosten vergütet.  

Kraftwerke. Ein Einzelfall

Beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden mussten aufgrund der unterschiedlichen Topographie auf Schweizer und auf deutscher Seite zwei verschiedene Lösungsansätze mit unterschiedlichen Aufstiegshilfen realisiert werden. Das seit 1988 unter Denkmalschutz stehende Kraftwerk durfte zudem baulich nicht verändert werden.

Fischaufstiegs- sowie Abstiegshilfen sind kein Produkt „ab Stange“. Jedes Kraftwerk stellt aufgrund seiner Architektur sowie topographischen Lage einen Einzelfall dar. Lösungen müssen gemäss neustem Stand der Technik auf die jeweilige Kraftwerkssituation und das Schwimmverhalten der Fische massgeschneidert werden. Axpo als grösste Produzentin von Wasserkraft in der Schweiz profitiert hierbei von langjähriger Erfahrung bei ihren Anlagen. Zum Unternehmen gehören insgesamt rund 60 Wasserkraftwerke in der Schweiz, inklusiv Beteiligungen und Bezugsrechte.  

Begleitgruppen

Fischlift beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden: Auf deutscher Seite nehmen die Fische den Lift.

Nachhaltige Lösungen werden im Austausch mit den zuständigen Anspruchsgruppen gefunden. Die Planung und Suche nach der optimalen Lösung, die sowohl Umweltaspekte wie auch technische und wirtschaftliche Faktoren in Einklang bringt, erfolgt durch Axpo in engem Austausch in Begleitgruppen. Darin vertreten sind die jeweiligen Kantons- und Bundesbehörden sowie Umweltverbände. Je nach Kraftwerkssituation sind unterschiedliche Bauweisen zu berücksichtigen wie z.B. vertikale Schlitzpässe, Raugerinne-Beckenpässe oder Fischliftanlagen. Bei sehr engen Platzverhältnissen, wie dies z.B. beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden auf deutscher Seite der Fall ist, ist ein Fischlift ein guter Lösungsansatz, weil damit auf sehr kleinem Raum eine sehr hohe Höhendifferenz überwunden werden kann.

 

Verhaltensstudien: So tickt der Fisch

Bevor eine technische Lösung definiert werden kann, müssen das Wanderverhalten und die Verhaltensbiologie der Fische bekannt sein. Das Wanderverhalten unterscheidet sich je Fischart. Eine Fischaufstiegshilfe muss bis zu 30 Fischarten berücksichtigen. Sowohl bodennah - wie oberflächennah wandernde Fische müssen den Einstieg finden. Da der Fisch immer die stärkste Strömung sucht, kann er mit sogenanntem Lockwasser zu den Treppeneingängen geführt werden. Nicht alle Fische sind gleich gute Schwimmer. Eine Aufstiegsanlage sollte daher so ausgestaltet sein, dass auch schwimmschwache Fische wie z.B. die Groppe den Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterwasser überwinden können. Zudem müssen teils auch grosse Fische wie z.B. Lachse in einer Aufstiegsanlage genügend Platz haben. 

Projekte bei Axpo

Neues Dotierwerk beim Kraftwerk Rüchlig mit Fischabstieg. 

Derzeit befinden sich bei Axpo rund 20 kleinere und grössere Projekte in der Pipeline, um die Bestimmungen des neuen Gewässerschutzgesetzes bezüglich der freien Fischwanderung zu erfüllen.

Beim Kraftwerk Eglisau-Glattfelden mussten aufgrund der unterschiedlichen Topographie auf Schweizer und auf deutscher Seite zwei verschiedene Lösungsansätze mit unterschiedlichen Aufstiegshilfen realisiert werden. Eine neue Fischtreppe auf Schweizer Seite und ein Fischlift auf deutscher Seite ermöglichen den Fischen, flussaufwärts die Anlage leichter zu passieren.  

Bei den Axpo Kleinwasserkraftwerken Rüchlig und Stroppel wurden nebst Aufstiegs- auch Abstiegshilfen realisiert – bisher Einzelfälle in der Schweiz.

 

 

Fischabstieg: Forschung läuft

Während Fischaufstiegshilfen inzwischen zum Standard der Schweizer Flusskraftwerke gehören und es dafür praxistaugliche Lösungen wie Fischtreppen gibt, fehlen Fischabstiegssysteme weitgehend. Der Abstieg funktioniert heute nur via Wehr oder durch die Turbinen. Der Stand der Technik erlaubt für grosse Flusskraftwerke wie z.B. an der Aare, Reuss, Limmat oder am Rhein derzeit noch keine Umsetzung von separaten Fischabstiegsanlagen.
Ein Problem liegt darin, dass flussabwärts wandernde Fische den Einstieg in die Fischtreppe nicht finden, da sie jeweils der stärksten Strömung folgen, die direkt in die Turbinen führt. Zudem ist das Wanderverhalten vieler Fischarten noch nicht genügend bekannt. Weltweit wird nach Lösungen für den Fischabstieg geforscht. Erfahrungen liegen seit ca. 2008 insbesondere aus den USA und Deutschland vor.

Sobald der Stand der Technik für eine Fischabstiegsanlage gegeben ist, werden solche Vorhaben im Rahmen des Verfahrens zur Wiederherstellung der Fischwanderung gemäss revidiertem Gewässerschutzgesetz durch Axpo umgesetzt. Letztlich müssen Lösungen gefunden werden, die den Fischen zugute kommen und gleichzeitig die Stromproduktion aus der einheimischen Wasserkraft nicht zu sehr schmälern. Umweltaspekte sowie technische und wirtschaftliche Faktoren müssen im Einklang sein – nur dann ist eine Lösung auch nachhaltig.  

Fischabstieg: Kleine Wasserkraftanlagen

Bei kleinen Wasserkraftwerken bis zu einer Ausbauwassermenge von bis zu 80 m3 kann je nach Anlagengeometrie ein sicherer Fischabstieg gemäss dem Stand der Technik geprüft werden. In der Schweiz sind bisher nur wenige Pilotanlagen in Betrieb. Die Axpo Kraftwerke Rüchlig (Dotierkraftwerk) und Stroppel weisen als eine der wenigen Kraftwerke in der Schweiz nicht nur Fischaufstiegs-, sondern auch eine Fischabstiegshilfe auf. Mittels eines Feinrechens werden die Fische weg vom Turbinenlauf hin zu einer Klappe geführt, die je nach Fischart bodennah oder auf der Oberfläche passiert werden kann und die Fische danach sicher durch einen schmalen Kanal flussabwärts leitet.

Für grössere Kraftwerksanlagen eignet sich das Feinrechensystem nicht. Die Rechen müssten eine Grösse aufweisen, die grosse Verluste bei der Stromerzeugung zur Folge hätten und hinsichtlich Rechenreinigung, Geschwemmselentnahme, Betrieb und Unterhalt eine grosse Herausforderung darstellen würden. 

Fischmonitoring

Hamenreuse für die Durchführung der Erfolgskontrolle beim Kraftwerk Stroppel.

Wie erfolgreich die Fischwanderung ist, wird jeweils im Rahmen einer umfassenden Erfolgskontrolle überprüft. Während längerer Zeit bis zu einem Jahr werden die auf- bzw. absteigenden Fische in Zählbecken oder sogenannte Reusen geleitet, wo sie manuell gezählt, nach Art und Grössenklasse protokolliert und auf Verletzungen hin kontrolliert werden. Das detaillierte Monitoring soll neue Erkenntnisse zur Funktionalität der Anlagen liefern.  

Monitoring Fischabstiegssysteme

Von der Forschung und den Monitoring-Ergebnissen bei den Pilotanlagen erhofft man sich in den kommenden Jahren neue Erkenntnisse bezüglich Fischabstiegssystemen. Axpo ist u.a. an dem Forschungsauftrag des Verbands Aare-/Rheinwerke (VAR) beteiligt, der das Ziel hat, einerseits das komplexe Verhalten der Fische besser zu erforschen und andererseits bauliche Massnahmen für Fischabstiegssysteme bei grossen Wasserkraftwerken zu entwickeln und zu testen. Unter anderem ist dazu beim Axpo Kraftwerk Wildegg-Brugg ein Pilotprojekt in Planung, bei dem zwischen 2017 und ca. 2020 ergänzende oder alternative bauliche und technische Massnahmen geprüft werden.