Einige ausgewählte Forschungsprojekte

Auftraggeber:

Europäische Kommission

Projektpartner:

Technische Universität München
Steinbeis-Europa-Zentrum
Universität für Bodenkultur Wien
Hydrosolutions GmbH
International Water Management Institute
Global Hydro Energy GmbH
Toshkent Irrigasiya va Qishlog Xojaligini Mexanizatsiaylash Muhandislari Instituti
Fundacion CARTIF
Eigen Vermogen Instituut voor Natuur- en Bosonderzoek
Kyrgyz State Technical University
Gesellschaft für Planung, Maschinen- und Mühlenbau Erhard MUHR mbH
ILF Consulting Engineers Austria GmbH

Projekthintergrund:

Die in Zentralasien gelegenen Länder Kasachstan, Kirgisistan, Tadschikistan, Turkmenistan und Usbekistan bergen ein riesiges Potential für die Erzeugung von Strom durch Wasserkraft. Die Qualität von in Europa entwickelter Wasserkraft-Technologie ist weltweit anerkannt. Aufgrund der hohen Kosten – im Vergleich zu asiatischen Mitbewerbern – werden Projekte im asiatischen Raum jedoch meist an nicht-europäische Unternehmen vergeben. Entsprechend werden Wasserkraftanlagen nicht immer in Einklang mit einer nachhaltig definierten ökonomischen und ökologischen Zielsetzung betrieben.

Link zur HYDRO4U Webseite

Projektbeschreibung:

Im Projekt HYDRO4U wird in einem internationalen Konsortium, bestehend aus Partnern aus der EU und aus Zentralasien, interdisziplinär gearbeitet. Erklärtes Ziel ist es, mit europäischer Technologie, eine auf Standorte in Zentralasien angepasste, nachhaltige und resiliente Wasserkraft – auf dem aktuellen Stand der Technik - zu entwickeln. Dabei werden an einzelnen Standorten in der Region Wasserkraftanlagen geplant und gebaut, wobei Rechtsvorschriften ähnlich der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie und der Erneuerbaren-Energie-Richtlinie der EU Berücksichtigung finden. Das Video rechts zeigt den Aufbau eines Schachtkraftwerks wie es auch an einem Standort in Zentralasien umgesetzt werden soll.

HYDRO4U Blogeintrag von SJE

Konzept eines Schachkraftwerks

Auftraggeber:

Europäische Kommission

Projektpartner:

Link zu allen beteiligten Partnern

Projekthintergrund:

Das von der EU Kommission unter dem EU Horizon 2020 Programm der „Marie Skłodowska-Curie Actions Innovative Training Network“ finanzierte Projekt RIBES bietet 15 jungen WissenschaftlerInnen die Möglichkeit an verschiedenen Institutionen innerhalb Europas zu promovieren. Die Doktoranten erforschen und entwickeln im interdisziplinären Feld der ökohydraulik innovative Lösungen zum Schutz von Süßwasserfischen und der Wiederherstellung der Durchgängigkeit in anthropologisch veränderten Fließgewässern. Die Forschungsstandorte werden durch ein Konsortium aus Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen in Italien, Schweden, Deutschland, Großbritannien, Estland und Belgien mit herausragenden wissenschaftlichen Bedingungen und der Ausstattung nach Stand-der-Technik gebildet. Auf diese Weise können neue Maßnahmen und Lösungen für den Schutz unserer Süßwasserfische erarbeitet werden und die Bedingungen für die erfolgreiche Fischwanderung in unseren vielfach durch Wasserkraft regulierten Fließgewässern verbessert werden
Einen Link zum Projekt finden Sie hier.

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Projekts RIBES liegt der Forschungsfokus der sje Ecohydraulic Engineering GmbH auf der Datenanalyse und Evaluation von Fischwanderpfaden. Dabei sollen neue Methoden zur Analyse von Fisch-Trackingdaten entwickelt werden. Als Hauptziele gelten hierbei die Erarbeitung einer Evaluierung standardisierter Telemetriedaten, eine Verbesserung der räumlichen und zeitlichen Analyse der eigentlichen Fischmigration und die Analyse von Fisch-Verhaltensweisen im unmittelbaren Umfeld von Querbauwerken, in denen die Fischmigration unterbrochen bzw. behindert ist.

RIBES logo

Auftraggeber:

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektpartner:

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, IGF Jena, TU Dresden

Projekthintergrund:

Die Wasserkraft als älteste regenerative Energiequelle, wird in Deutschland und weltweit kontinuierlich weiter ausgebaut und liefert global ca. 17% der Stromproduktion. Aufgrund der historischen Entwicklung gibt es unzählige Standorte kleiner bis großer Laufwasserkraftwerke, die meist die Wanderkorridore der Fische beeinträchtigen. Für die Entwicklung neuer, fischschonender Technologien und den Nachweis der Einhaltung behördlich geforderter maximaler Schädigungsraten an Standorten mit Wasserkraftanlagen sind Tierversuche mit lebenden Fischen bisher unvermeidlich. Ziel des Vorhabens ist es, Fischversuche zur Evaluierung der Schädigung von Fischen bei der Passage von Turbinen und anderen Abstiegskorridoren an Kraftwerken zu reduzieren und sie durch teilautonome Robotersysteme und numerische Modellierungen zu ergänzen bzw. soweit möglich zu ersetzen. Die elektronischen Ersatzfische werden mit speziellen Druck- und Trägheitssensoren ausgestattet, um physikalische Faktoren und Grenzwerte für durch Wasserkraft verursachte Schäden und Mortalität, die durch den Abstieg durch Turbinen und hydraulische Strukturen verursacht werden, zu bewerten und festzulegen. Hierzu wurde ein Forschungsverbund gegründet, der die erforderlichen Kompetenzen aus Biologie, Ethohydraulik, Wasserbau, Strömungsmechanik, Mikroelektronik und Informationstechnik kombiniert. Im Rahmen des Projekts wird eine neuartige Ersatzmethode entwickelt, getestet und validiert, um Experimente mit lebenden Fischen in Turbinen zu verringern.. Das langfristige Ziel ist es, komplett auf Tierversuche zu verzichten.
Einen Link zum Projekt finden Sie hier.

Projektbeschreibung:

Die sje Ecohydraulic Engineering GmbH entwickelt mithilfe einer ethohydraulische Analyse aus den gewonnenen Mess- und Simulationsdaten ein Prognosemodell. Dieses Modell soll die Vorhersage von Fischschädigungsraten bei Turbinendurchgängen ermöglichen und soll bei zukünftigen Studien zur Fischdurchgängigkeit von Wasserkraftanlagen verwendet werden. Es soll dazu dienen, bestehende Anlagen zu bewerten und ökologisch optimierte Betriebsweisen zu entwickeln bzw. geeignete Maßnahmen für eine reduzierte Fischschädigung darzustellen

Bei der Turbinenpassage tödlich verletzter Aal

Hier finden Sie einen TV-Beitrag zum RETERO Projekt, der von 3sat für die Reihe nano aufgenommen wurde

Auftraggeber:

Europäische Union

Projektpartner:

Link zu allen beteiligten Partnern

Projekthintergrund:

Die Wasserkraft ist eine der tragenden Säulen für die Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien. Bau und Betrieb von Wasserkraftanlagen bedeuten jedoch erhebliche Eingriffe in die Ökologie unserer Fließgewässer. Durch FIThydro sollen Entscheidungshilfen erstellt werden, welche die Inbetriebnahme und den Weiterbetrieb von Anlagen in Form einer gesamt-umwelt-freundlichen Wasserkraft ermöglichen. In einem interdisziplinären Ansatz, der alle mit der Wasserkraft verbundenen Fachgebiete integriert, sollen hierfür die folgenden Ziele verfolgt werden: - Beurteilung der Reaktion und Resilienz von Fischpopulationen gegenüber Wasserkraftwerken - Umweltverträglichkeitsprüfung und Artenschutz - Verbesserung der Minderungsstrategien durch konventionelle und innovative kosteneffiziente Maßnahmen - Verbesserung von Methoden, Modellen und Instrumenten zur Erfüllung der von der EU vorgegebenen Verpflichtungen - Identifizierung von ökologischen Schwachstellen in Wasserkraftanlagen und Ableitung kosteneffizienter Minderungsstrategien - Entwicklung eines „Decision Support Systems“ zur Planung, Inbetriebnahme und Betrieb von Wasserkraftanlagen - Stärkung des Problembewusstseins und Objektivität von Politik, NGOs und Öffentlichkeit
Einen Link zum Projekt finden Sie hier.

Projektbeschreibung:

Die sje Ecohydraulic Engineering GmbH befasst sich im Rahmen des FIThydro Projekts mit der Gefährdung von Fischen aufgrund des Schwall-Sunk-Betriebs in Wasserkraftwerken, der Aufwärtswanderung von Fischen und dabei insbesondere dem Auffinden von Fischaufstiegsanlagen sowie mit der Schädigung von Fischen in Turbinen. So wurde zusammen mit den beteiligten Projektpartnern unter anderem an einer Wasserkraftanlage an der Iller ein Fisch-Telemetrie-System installiert und Fische besendert. Durch das Telemetrie-System können Pfade der einzelnen Fische im Untersuchungsgebiet aufgezeichnet und ausgewertet werden. Mit der Datenauswertung in Verbindung mit hydraulischen Modellen, Habitatmodellen, Laborversuchen und Feldarbeiten sollen Aussagen zur Migration durch Fischwanderhilfen an Wasserkraftanlagen getroffen werden können. Zusätzlich wurde vom Partner Technische Universität Tallinn eine Messsonde entwickelt, welche die auf Fische wirkenden Kräfte in Fischaufstiegsanlagen messen soll. Nach ersten Versuchen im Labor wurde die Sonde von SJE an zwei Wasserkraftanlagen im Feld eingesetzt. Außerdem wurden weitere Sonden (Dummy Fische) mit Druck- und Beschleunigungssensoren in mehreren Wasserkraftanlagen eingesetzt, um die Belastungen auf Fische zu ermitteln. SJE war dabei in die Datenauswertung involviert.

Besenderung der Fische zur Telemetrie Erfassung

Untersuchungsgebiet und Setup der Fisch-Telemetrie

Messungen im Feld mit einer entwickelten Fisch-Sonde

Auftraggeber:

Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Projektpartner:

TU Darmstadt, HYDRA, TTU Tallinn

Projekthintergrund:

Die Durchgängigkeit für Fische ist ein wesentliches Merkmal für einen guten ökologischen Zustand unserer Fließgewässer. Für Fischaufstiegsanlagen existieren dazu bereits konkrete technische Vorgaben. Für die Bewertung und den Entwurf von Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen fehlen derartige technische Vorgaben jedoch noch weitgehend. Gegenwärtig hat das zur Folge, dass Fische bei der Abwärtswanderung an Anlagen häufig geschädigt werden. Im Rahmen des MEMO Projekts soll mit den Projektpartnern eine feldtaugliche Messsonde entwickelt werden, mit der Fischschutz- und Bypass-Anlagen bewertet und optimiert werden können. Darauf aufbauend soll das Habitatmodell CASiMiR weiterentwickelt werden, um die Leitwirkung der Strömung vor Einlaufrechen in Richtung von Bypassöffnungen zu simulieren.
Die Projektseite der TU Darmstadt finden Sie hier.

Projektbeschreibung:

Zur fisch-ökologischen Bewertung bestehender oder geplanter Wasserkraftanlagen soll das Modell CASiMiR erweitert werden. Hierfür sollen zum einen die mit der entwickelten Sonde in bestehenden Anlagen gemessenen Signaturen ausgewertet und die Funktionalität der Bypassanlagen abgeleitet werden. Zum anderen sollen an geplanten und bestehenden Wasserkraftanlagen die bisher verwendeten Eingangsgrößen (hydraulische Berechnungen) durch weitere Parameter ergänzt werden und bevorzugte Fisch-Bewegungspfade abgeleitet werden. Das entstehende Prognosetool für die erwartete Fischreaktion basiert demnach auf einer Kombination hydraulischer Berechnungen und ethohydraulischer Signaturen, welche Strömungs- und Druckparameter verschneiden. Diese werden teilweise modelliert, teilweise aus Sondenmessungen abgeleitet.. Für beide Fälle ist es vorgesehen, die Reaktionen der Fische über ein agentenbasiertes Modell abzubilden. Die Fisch-Agenten treffen unter Einfluss ihrer Umgebungsbedingungen (Strömung, Druck, räumliche Konstellationen) Entscheidungen, wohin sie sich bewegen. Dabei werden Wahrscheinlichkeiten und Zufallsfaktoren berücksichtigt.

Konzept des entwickelten Fisch-Sensors

Auftraggeber:

TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Um dem Strömungsempfinden von Fischen, welches auf Interaktionen der Strömung mit dem Fischkörper beruht, näherzukommen, wurde im Projekt FILOSE des 7ten Rahmenprogramms der Europäischen Kommission eine fischförmige seitenlinienorganähnliche Messsonde entwickelt, die unter Laborbedingungen kalibriert und getestet wurde. Vertical-Slot-Fischpässe stellen den meistverbreiteten Typ technischer Fischpässe dar. Die fischförmige seitenlinienorgan-ähnliche Messsonde konnte erstmals in Vertical-Slot-Fischpässen eingesetzt werden.

Projektbeschreibung:

Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die oben genannte Fischsonde in den Vertical-Slot-Fischpässen von drei Wasserkraftanlagen der TIWAG einzusetzen, um die in der Praxis auftretenden Strömungssignaturen in den Schlitzen und Becken zu erfassen. Dabei wurde für jede Fischwanderhilfe eine typische Signatur ermittelt, anhand welcher die Becken charakterisiert werden können. Diese konnte mit den Messungen in den einzelnen Schlitzen verglichen werden und so die Uniformität und etwaige Abweichungen, bezogen auf die entsprechenden Vorgaben des Österreichischen Wasser- und Abfallwirtschaftsverbands, ermittelt werden.
Eine wissenschaftliche Veröffentlichung, die im Zuge dieses Projekts entstand, finden Sie hier.

Entwickelter "Robofish" und damit gemessene Strömungssignatur (unten)

Auftraggeber:

TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG, Innsbruck, Österreich

Projekthintergrund:

Die Abwärtswanderung ist nach der Aufwärtswanderung ein weiterer wichtiger Aspekt in Zusammenhang mit der Durchgängigkeit von Fließgewässern. Querbauwerke können die Abwärtswanderung unterbrechen indem sie nur einem kleinen Teil der aquatischen Arten eine Passierbarkeit erlauben. Das Wissen und die entsprechenden technischen Einrichtungen für die Abwärtswanderung sind weniger weit entwickelt als jene für die Aufwärtswanderung. Es ist Stand der Technik direkt vor dem Einlauf von Wasserkraftanlagen physische Barrieren zu installieren, um den Einzug von Totholz und Fischen in die Turbine zu verhindern. Es ist daher wichtig, die Strömungsbedingungen oberhalb dieser Rechen zu studieren, um das Fischverhalten bei Annäherung und die Strömungsabhängigkeit zu analysieren.

Projektbeschreibung:

Obwohl bekannt ist, dass die Turbulenz in Strömungen das Schwimmverhalten von Fischen und deren hydraulische Präferenzen maßgeblich beeinflusst, gibt es momentan keine Messmethode, um Turbulenzen in geeigneter Weise im Feld zu erheben. Dies war eines der ersten Projekte, das sich mit der Entwicklung und dem Einsatz eines neuartigen, von der Biologie inspirierten Strömungsmessgeräts beschäftigt, welches sich an dem druckempfindlichen Seitenlinienorgan von Fischen orientiert. Die Kombination von räumlich explizit gemessenen zeitlich gemittelten Fließgeschwindigkeiten aus ADCP- Messungen und den Druckschwankungen aus einer Druck-Box-Messung ermöglichen eine Darstellung der komplexen, dynamischen Strömungsbedingungen am Einlauf von Wasserkraftanlagen und eine Annäherung an das von Fischen empfundene Strömungsbild.

Entwickelter Sensor (oben), gemessene Strömungssignatur (mittig) und untersuchte WKA Kirchbichl (unten)

Auftraggeber:

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe, Deutschland

Projekthintergrund:

Im Forschungsprojekt „Klimawandel und modellhafte Anpassung in Baden-Württemberg– Angewandte Forschung und Modellprojekte“ wurde eine Prognose der Auswirkungen des Klimawandels auf die Rastatter Rheinaue und die interdisziplinäre Entwicklung von Anpassungsstrategien zu deren langfristiger Sicherung angestrebt. Dabei kam das Auesukzessionsmodell CASiMiR-Vegetation zum Einsatz, für dessen Erstellung ein hydrodynamisch-numerisches Modell (HN-Modell) die Grundlage war. Das Modell wurde nicht nur für die aktuelle Situation entwickelt, sondern es wurden verschiedene Szenarien untersucht. Diese betrafen zum einen die Abflussentwicklung in den nächsten Jahrzehnten und die damit zu berechnenden Abflusswerte. Zum anderen waren die Geometrie der Auetopographie und die Steuerung der vorhandenen Flutdurchlässe in die Szenarien zu integrieren.

Projektbeschreibung:

SJE war im Rahmen des Projektes für die hydraulische Modellierung des Abschnitts zuständig. Um sowohl die Geometrie des Flussschlauches, wie auch die Vorländer und besonders den Deich korrekt abzubilden, wurden im gesamten Modellgebiet während der Erstellung des Berechnungsnetzes manuell Bruchkanten erstellt. Weitere topographische Besonderheiten und Bauwerke wurden während einer Ortsbegehung identifiziert und im Modell berücksichtigt. Das hydraulische Modell wurde anhand von 6 verschiedenen Hochwasserabflüssen (HQ 1 – HQ 100) entlang des Flussschlauches im Rhein kalibriert.
Die folgende Abbildung (unten) zeigt das Flussdiagramm des Moduls CASiMiR-Vegetation.

Übersicht des modellierten Bereichs als Berechnungsnetz