Modulares System und Fischaufstiegsanlage

Die Erfindung betrifft ein modulares System und ein Fischaufstiegsanlage sowie eine Anordnung mit einem vorzugsweise schwimmenden Wasserkraftwerk und zumindest einer Fischaufstiegsanlage. Die Fischaufstiegsanlage ermöglicht hierbei den Aufstieg von Fischen von einem Unterwasser eines Fließgewässers zu einem Oberwasser des Fließgewässers.

Aus der EP 2 735 728 B1 ist eine Wasserkraftanlage mit einer Arbeitsschnecke sowie Förderschnecke bekannt. Die Förderschnecke wird typischerweise für den Fischaufstieg genutzt, während die Arbeitsschnecke für den Fischabstieg genutzt wird.

Aus der WO 2018/146289 A1 ist ein Wasserkraftwerk bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fischaufstiegsanlage, ein modulares System und eine Anordnung mit einem vorzugsweise schwimmenden Wasserkraftwerk und zumindest einer Fischaufstiegsanlage anzugeben, die eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch eine Fischaufstiegsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , durch ein modulares System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Aufgabe wird durch eine Fischaufstiegsanlage, die im Betrieb an einem in einem Fließgewässer angeordneten Wehr, das ein Oberwasser des Fließgewässers von einem Unterwasser des Fließgewässers trennt, angeordnet ist, gelöst, wobei zumindest eine Fischaufstiegseinrichtung vorgesehen ist, die im Betrieb einen Fischaufstieg von dem Unterwasser zu dem Oberwasser ermöglicht und wobei ein schwimmfähiger Schwimmkörper vorgesehen ist, der zumindest die eine Fischaufstiegseinrichtung trägt. Ferner wird die Aufgabe durch ein modulares System mit zumindest einer solchen Fischaufstiegsanlage und zumindest einem schwimmenden Wasserkraftwerk gelöst, wobei die zumindest eine Fischaufstiegsanlage zumindest mittelbar mit dem zumindest einen schwimmenden Wasserkraftwerk verbindbar ist.

Außerdem wird die Aufgabe durch eine Anordnung mit einem vorzugsweise schwimmenden Wasserkraftwerk und zumindest einer Fischaufstiegsanlage, die im Betrieb an einem in einem Fließgewässer angeordneten Wehr, das ein Oberwasser des Fließgewässers von einem Unterwasser des Fließgewässers trennt, angeordnet ist, gelöst, wobei die Fischaufstiegsanlage zumindest eine Fischaufstiegseinrichtung aufweist, die im Betrieb einen Fischaufstieg von dem Unterwasser zu dem Oberwasser ermöglicht, und wobei die zumindest eine Fischaufstiegseinrichtung der Fischaufstiegsanlage durch zumindest ein Turbinensaugrohr des Wasserkraftwerks geführt ist.

Vorteilhaft ist es, dass zumindest eine Fischaufstiegseinrichtung als Fischaufstiegsschnecke, Fischlift, Fischschleuse, Denil-Fischpass oder Mäander- Fischpass ausgebildet ist. Dadurch ist ein breiter Anwendungsbereich gegeben.

Vorteilhaft ist es, dass eine Auslaufnase vorgesehen ist, die im Betrieb über dem Oberwasser angeordnet ist und/oder dass zumindest eine Leine vorgesehen ist, mit dem der Schwimmkörper im Betrieb mit dem Wehr und/oder einem Wehrpfeiler und/oder einem Ufer verbunden ist. Dadurch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht, um die Fischaufstiegsanlage (Fischaufstiegshilfe) an dem Wehr anzuordnen und zu befestigen.

Vorteilhaft ist es, dass die Auslaufnase so ausgestaltet ist, dass im Betrieb mittels der Auslaufnase ein Einharken am Wehr ermöglicht ist und/oder dass an der Auslaufnase zumindest ein Stützelement, insbesondere ein Stützposter, vorgesehen ist, mittels dem die Auslaufnase im Betrieb an dem Wehr insbesondere horizontal und/oder vertikal abstützbar ist. Dadurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte und sichere Anordnung am Wehr. Dies kann auch ein Vertäuen oder dgl. vereinfachen. Vorteilhaft ist es, dass die Auslaufnase im Betrieb in das Oberwasser eintaucht und der Schwimmkörper im Unterwasser nicht auf der Flusssohle aufsitzt. Dadurch kann eine vorteilhafte Anpassung an unterschiedliche Wasserstände ermöglicht werden.

Vorteilhaft ist es, dass der Schwimmkörper zumindest einen Baiasttank zur Auftriebseinstellung aufweist. Dadurch ist eine vorteilhafte Möglichkeit gegeben, um eine Tiefgang einzustellen, insbesondere zu regeln.

Vorteilhaft ist es, dass eine für zumindest die zumindest eine Fischaufstiegseinrichtung vorgesehene Anlagentechnik von dem Schwimmkörper getragen ist und/oder dass zumindest eine Kabeltrommel vorgesehen ist, die zumindest im Wesentlichen von dem Schwimmkörper getragen ist, wobei die Kabeltrommel zum Aufrollen eines flexiblen Kabels dient, das im Betrieb zum elektrischen Verbinden der Anlagentechnik mit einem externen Stromnetz dient. Dadurch kann eine elektrische Energieversorgung in vorteilhafter Weise zur Verfügung gestellt werden.

Vorteilhaft ist es, dass ein Eigenantrieb vorgesehen ist, der zum Verfahren des Schwimmkörpers im Wasser dient. Dadurch wird die Autarkie weiter verbessert.

Bei der schwimmenden Fischaufstiegsanlage kann ein herkömmliche Fischaufstiegsanlage auf einem Schwimmkörper installiert werden. Dabei können verschiedene Techniken für die Fischaufstiegshilfe eingesetzt werden, welche sich kompakt auf dem Schwimmkörper installieren lassen. Insbesondere können eine Fischaufstiegsschnecke, ein Fischlift, eine Fischschleuse, ein Denil-Fischpass oder ein Mäander-Fischpass zum Einsatz kommen. Diese können schwimmend auf einem Schwimmkörper installiert werden. Dabei ist die gesamte schwimmenden Fischaufstiegsanlage vorzugsweise mobil und vorzugsweise nicht fest mit dem Bauwerk (Wehr) verbunden. Die schwimmenden Fischaufstiegsanlage wird vorzugsweise mit minimalem Tiefgang im Unterwasser an das Wehr herangefahren. Dies kann vorzugsweise über einen eigenen Antrieb oder durch einen Schlepper bzw. durch Seilwinden erfolgen. Dabei wird die Fischaufstiegsanlage vorzugsweise über die Wehrkrone hinweggefahren, so dass sich die Auslaufnase der Fischaufstiegsanlage über dem Oberwasserspiegel befindet. Damit die schwimmenden Fischaufstiegsanlage sicher in Position gehalten wird, wird diese je nach Möglichkeit vorzugsweise entweder am Wehrkörper „eingeharkt“ oder je nach Größe mit einer oder mehreren Vorleinen, Achterleinen, Vorsprings und Achtersprings am Wehr und/oder Wehrpfeiler und/oder Ufer festgemacht. Teilweise kann zwischen Vor-/Achterleine und Spring jeweils zusätzlich mit einer „Brust“- oder Querleine eine Stabilisierung erfolgen. Ein „Einharken“ am Wehrkörper erfolgt vorzugsweise über eine Auslaufnase der Fischaufstiegsanlage.

Anschließend wir die schwimmenden Fischaufstiegsanlage vorzugsweise über einen oder mehrere gesteuerte Schwimmkörper auf Betriebsniveau abgesenkt beziehungsweise eingetaucht. Dabei wird der Tiefgang vorzugsweise so eingestellt, dass die Auslaufnase der Fischaufstiegsanlage in das Oberwasser eintaucht und der Schwimmkörper im Unterwasser nicht auf der Flusssohle aufsitzt. Durch das Absenken kann dann die Auslaufnase der Fischaufstiegsanlage am Wehrkörper „eingeharkt“ werden, wenn dieser die zusätzliche Belastung aufnehmen kann. Alternativ oder gegebenenfalls auch zusätzlich kann über Leinen die schwimmende Fischaufstiegsanlage am Wehr und/oder Wehrpfeiler und/oder Ufer fixiert werden.

Anschließend kann die Fischaufstiegsanlage in Betrieb genommen werden. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise wird entweder das Wasser vom Oberwasser über die Wehrkrone in die Fischaufstiegsanlage gepumpt, welches dann hinunterfließt. Oder die Fischaufstiegsanlage pumpt Wasser vom Unterwasser in das Oberwasser, was bei einer Fischaufstiegsschnecke möglich ist.

Auf dem Schwimmkörper befindet sich vorzugsweise auch die gesamte Anlagentechnik, inkl. Motor, Steuerung etc., so dass lediglich eine Stromversorgung vom Land erforderlich sein kann. Die Stromversorgung erfolgt vorzugsweise über ein flexibles Kabel, welches an Land, insbesondere am Wehr, einer Wehrkrone oder am Ufer, mit einem Stecker mit dem Stromnetz verbunden ist. Dieser Stecker kann gelöst werden, und das Kabel wir dann auf die auf dem Schwimmkörper befindliche Kabeltrommel aufgerollt.

Im Hochwasserfall kann die gesamte schwimmenden Fischaufstiegsanlage vorzugsweise weggeschwommen werden, wofür diese vorzugsweise über einen eigenen Antrieb verfügt. Dies kann aber auch durch einen Schlepper bzw. Seilwinden erfolgen. Die Fischaufstiegsanlage ist dann an einem vor Treibgut geschützten Platz sicher festzumachen. Alternativ kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung im Hochwasserfall die gesamte schwimmenden Fischaufstiegsanlage auf minimalen Tiefgang gebracht werden, also aufschwimmen, und in einem sicheren Abstand zum Wehr über Seile gehalten werden.

Um eine ausreichende Lockströmung für Fische und Lebewesen zu erzeugen, so dass diese den Einstieg in die schwimmenden Fischaufstiegsanlage finden können, kann eine Lockströmung wie folgt erzeugt werden. Diese Lockströmung kann vorzugsweise entweder über eine Wasserkraftanlage erzeugt werden, z.B. durch eine oder mehrere Turbinen, welche ihren Auslauf in direkter Nähe zur schwimmenden Fischaufstiegsanlage haben, oder über ein eigenes Rohr, welches aus dem Oberwasser entsprechend Wasser entnimmt, was durch eine Pumpe oder einen Saugheber erfolgen kann.

Der Höhenunterschied zwischen Oberwasserspiegel und Unterwasserspiegel ist vorzugsweise die Fallhöhe. Treibgut- und Eisabscheider sowie Schwimmkörper und auch eventuell mehrere Schwimmkörper können am Auslauf vorgesehen sein. Eine oder mehrere ausfahrbare und arretierbare Stützen, die hydraulisch oder elektrisch betätigbar sind, können am Auslauf vorgesehen sein. Die Anordnung der Stützen kann vertikal oder schräg erfolgen.

Zumindest der Auslauf des Fischaufstiegs kann zum Anheben sein und mit einer Dichtfläche versehen sein. Ferner kann ein Drehpunkt vorgegeben sein, falls der Auslauf zum Anheben ist. Es kann ein Antrieb zum Anheben des Auslaufs vorgesehen sein, der hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein kann, falls der Auslauf zum Anheben ist.

Ferner können Dämpfer, die horizontal und vertikal wirken können, vorgesehen sein, falls ein Kontakt zum Wehr besteht. Ein Dämpfer kann an der Unterkante des Auslaufs des Fischaufstiegs vorgesehen sein. Die Unterkante des Auslaufs des Fischaufstiegs wird bei einer möglichen Ausgestaltung konstant über dem Wehr gehalten, wobei ein ausreichend Abstand vorgegeben sein kann. Die Fischaufstiegsschnecke ist vorzugsweise mit einer geneigter Achse realisiert. Hierbei kann ein Motor mit oder ohne Getriebe beziehungsweise Riemen vorgesehen sein. Zumindest ein Auftriebskörper kann mit oder ohne Antrieb und/oder Steuerung vorgesehen sein, so dass die Funktion eines Schiff, eines Pontons oder dgl. realisiert ist.

Es können ein oder mehrere Baiasttanks zur Auftriebsregelung und als Gegengewicht zum Auslauf des Fischaufstiegs vorgesehen sein. Das elektrisches Equipment (Anlage) dient vorzugsweise auch als Gegengewicht zum Motor inkl. seiner Regelung und Überwachung. Optional können ein Trafo und ein Mittelspannungsschaltanlage vorgesehen sein. Optional kann ein Hydraulikaggregat vorgesehen sein. Eine oder mehrere Kabeltrommeln können für Energie und Steuerkabel dienen. Diese können aber auch landseitig oder auch auf einem schwimmenden Kraftwerk angeordnet werden. Es kann eine Niederspannung oder eine Mittelspannung genutzt werden. Ein Steckersystem kann zum einfachen ab- und anklemmen dienen.

Eine oder mehrere ausfahrbare und arretierbare Stützen, die hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein können, können am Schwimmkörper angeordnet sein, wobei die Anordnung vertikal oder schräg erfolgen kann. Einen oder mehrere Anhängepunkte können am schwimmenden Kraftwerk beziehungsweise der schwimmenden Fischaufstiegsanlage vorgesehen sein, um das schwimmende Kraftwerk beziehungsweise die schwimmende Fischaufstiegsanlage zu vertäuen, was vorzugsweise entweder mit dem Wehr und/oder mit Wehrpfeilern oder anderen Schwimmkörpern erfolgt.

Es können auch ein oder mehrere Anhängepunkte am Wehr und/oder an Wehrpfeilern oder anderen Schwimmkörpern vorgesehen sein, um das schwimmende Kraftwerk und die schwimmende Fischaufstiegsanlage zu vertäuen.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Integration der Fischaufstiegseinrichtung in das Saugrohr der Strömungsmaschine, insbesondere Turbine. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Fischaufstiegseinrichtung, die z. B. als Fischaufstiegsschnecke, Fischlift oder Fischschleuse ausgebildet sein kann, besteht dann in der Funktion beziehungsweise dem Transport durch das Saugrohr, da direkt über das Saugrohr der Turbine eine Lockströmung für den Einstig in die Fischaufstiegsanlage erzeugt werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Fischaufstiegsanlage in einer schematischen, auszugsweisen Darstellung in einer Seitenansicht quer zu einer Fließrichtung des Fließgewässers entsprechend einem Ausführungsbeispiel, wobei eine Anordnung an einem Wehr dargestellt ist und mögliche Niveaus beziehungsweise Wasserstände eines Ober- und Unterwassers gezeigt sind;

Fig. 2 eine schematische, räumliche Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Fischaufstiegsanlage, wobei eine Anordnung an einem Wehr dargestellt ist und mögliche Niveaus beziehungsweise Wasserstände eines Ober- und Unterwassers gezeigt sind;

Fig. 3 eine Anordnung mit einer Fischaufstiegsanlage und Wasserkraftwerken zur Veranschaulichung eines modularen Systems, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist, bei der die Fischaufstiegsanlage und die Wasserkraftwerke an einem Wehr angeordnet sind;

Fig. 4 eine weitere Anordnung mit Fischaufstiegsanlagen und Wasserkraftwerken zur Veranschaulichung des modularen Systems, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist, bei der die Fischaufstiegsanlagen und die Wasserkraftwerke an einem Wehr angeordnet sind;

Fig. 5 eine Anordnung mit einem Wasserkraftwerk und einer integrierten Fischaufstiegsanlage entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung in einer Seitenansicht quer zu einer Fließrichtung des Fließgewässers entsprechend einem Ausführungsbeispiel, wobei eine Anordnung an einem Wehr dargestellt ist und mögliche Niveaus beziehungsweise Wasserstände eines Ober- und Unterwassers gezeigt sind; und

Fig. 6 die in Fig. 5 gezeigte Anordnung, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist, bei der das Wasserkraftwerk mit der Fischaufstiegsanlage an einem Wehr angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine Fischaufstiegsanlage 1 in einer schematischen, auszugsweisen Darstellung in einer Seitenansicht quer zu einer Fließrichtung 14 des Fließgewässers 2 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist die Fischaufstiegsanlage 1 an einem Wehr 3 dargestellt, so dass ein Betrieb der Fischaufstiegsanlage 1 möglich ist. Das Wehr 3 trennt ein Oberwasser 4 des Fließgewässers 2 von einem Unterwasser 5 des Fließgewässers 2. Die Fischaufstiegsanlage 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Fischaufstiegseinrichtung 6 auf, die im Betrieb einen Fischaufstieg von dem Unterwasser 5 zu dem Oberwasser 4 ermöglicht. Die Fischaufstiegseinrichtung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Fischaufstiegsschnecke ausgebildet. Die Fischaufstiegseinrichtung 6 kann beispielsweise auch als Fischlift, Fischschleuse, Denil-Fischpass oder Mäander- Fischpass ausgebildet sein.

Im folgenden ist die Ausgestaltung und Funktionsweise der Fischaufstiegsanlage 1 auch unter Bezugnahme auf Fig. 2 weiter beschrieben. Fig. 2 zeigt eine schematische, räumliche Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Fischaufstiegsanlage 1, wobei eine Anordnung an einem Wehr 3 dargestellt ist und mögliche Niveaus beziehungsweise Wasserstände eines Ober- und Unterwassers gezeigt sind.

Die Fischaufstiegsanlage 1 umfasst einen schwimmfähigen Schwimmkörper 7, der die eine Fischaufstiegseinrichtung 6 trägt. Hierbei ist eine Auslaufnase 8 vorgesehen, die über dem Oberwasser 4 angeordnet ist, wenn die Fischaufstiegsanlage 1 an dem Wehr 3 befestigt ist. Vorzugsweise taucht die Auslaufnase 8 im Betrieb in das Oberwasser 4 ein. Zur Befestigung können Leinen 9, 9‘ vorgesehen sein, von denen in Fig. 2 exemplarisch die Leinen 9, 9‘ dargestellt sind. Über die Leinen 9, 9‘ kann insbesondere der Schwimmkörper 7 für den Betrieb mit dem Wehr 3 verbunden sein. Hierbei ist auch eine Verbindung mit einem Wehrpfeiler und/oder einem Ufer 20 möglich. Die Auslaufnase 8 ist so ausgestaltet ist, dass in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Betriebsstellung der Fischaufstiegsanlage 1 an der Auslaufnase 8 ein Einharken am Wehr 3 erfolgen kann. An der Auslaufnase 8 sind hierfür Stützelement 10, 11 , 12, die als Stützposter 10, 11, 12 ausgebildet sind, vorgesehen, über die die Auslaufnase 8 an dem Wehr 3 horizontal und vertikal abgestützt ist.

Der Schwimmkörper 7 ist so ausgestaltet, dass dieser im Betrieb im Unterwasser 5 nicht auf der Flusssohle 15 aufsitzt. Hierbei ist vorzugsweise ein Tiefgang variabel einstellbar. Der Schwimmkörper 7 kann zum Variieren des Tiefgangs beispielsweise zumindest einen Baiasttank 16 aufweisen, über den eine Auftriebseinstellung möglich ist. Zur Veranschaulichung der Darstellung ist in Fig. 1 nur ein Baiasttank 16 gekennzeichnet.

Ferner ist eine Anlagentechnik 21 vorgesehen, die von dem Schwimmkörper 7 getragen ist. Außerdem ist eine Kabeltrommel 22 vorgesehen, die ebenfalls von dem Schwimmkörper 7 getragen ist. Die Kabeltrommel 22 dient zum Aufrollen eines flexiblen Kabels 23, über das die Anlagentechnik 21 mit einem externen Stromnetz 24 verbunden ist. Ferner ist ein Eigenantrieb 17 vorgesehen ist, der zum Verfahren des Schwimmkörpers 7 im Wasser dient.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung 40 mit der Fischaufstiegsanlage 1 und Wasserkraftwerken 31 , 32 zur Veranschaulichung eines modularen Systems 30, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist. Die Fischaufstiegsanlage 1 und die Wasserkraftwerke 31, 32 sind an einem Wehr angeordnet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung 40 mit Fischaufstiegsanlagen 1, T und Wasserkraftwerken 31 bis 36 zur Veranschaulichung des modularen Systems, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist, bei der die Fischaufstiegsanlagen 1, T und die Wasserkraftwerke 31 bis 36 an dem Wehr 3 angeordnet sind.

Das modulares System 30 kann allgemein Anordnungen mit zumindest einer Fischaufstiegsanlage 1, T und zumindest einem schwimmenden Wasserkraftwerk 31 bis 36 realisieren. Hierbei sind die zumindest eine Fischaufstiegsanlage 1, T zumindest mittelbar mit dem zumindest einen schwimmenden Wasserkraftwerk 31 bis 36 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung 40 mit einem Wasserkraftwerk 31 und einer integrierten Fischaufstiegsanlage 1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung in einer Seitenansicht quer zu einer Fließrichtung 14 des Fließgewässers 2 entsprechend einem Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 40 ist an dem Wehr 3 dargestellt, wobei mögliche Niveaus beziehungsweise Wasserstände des Oberwassers 4 und des Unterwassers 5 gezeigt sind. Ferner zeigt Fig. 6 die in Fig. 5 gezeigte Anordnung 40, wobei eine Ansicht von oben gezeigt ist, bei der das Wasserkraftwerk 31 mit der Fischaufstiegsanlage 1 an dem Wehr 3 angeordnet ist.

Die Anordnung 40 ist bei dieser Ausgestaltung mit einem schwimmenden Wasserkraftwerk 31 und einer Fischaufstiegsanlage 1 realisiert. Die Anordnung 40 ist im Betrieb an dem in dem Fließgewässer 2 angeordneten Wehr 3, das das Oberwasser 4 des Fließgewässers 2 von dem Unterwasser 5 des Fließgewässers 2 trennt, angeordnet. Die Fischaufstiegsanlage 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Fischaufstiegseinrichtung 6 auf. Die Fischaufstiegseinrichtung 6 ermöglicht im Betrieb einen Fischaufstieg von dem Unterwasser 5 zu dem Oberwasser 4. Die Fischaufstiegseinrichtung 6 der Fischaufstiegsanlage 1 ist durch das Turbinensaugrohr 45 des Wasserkraftwerks 31 geführt. Durch einen Wasserstrom von dem Oberwasser 4 zu dem Unterwasser 5 kann eine Strömungsmaschine 46, die als Turbine ausgeführt sein kann, des Wasserkraftwerks 31 angetrieben werden.

Die Fischaufstiegseinrichtung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Fischaufstiegsschnecke ausgebildet. Die Fischaufstiegseinrichtung 6 kann beispielsweise auch als Fischlift, Fischschleuse, Denil-Fischpass oder Mäander- Fischpass ausgebildet sein.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.