Kraftwerk an der Schleuse Leerstetten

Autor: David Tscholl , 13.12.2013

Bereits beim Bau des Main-Donau-Kanals in den frühen 90er Jahren wurde an der Schleuse Leerstetten ein Wasserkraftwerk angedacht.  Es sollte der CO2-freien Energierückgewinnung dienen.

Anfangs scheiterten die Pläne noch am Standort des Krafthauses und so wurde das Projekt vorerst auf Eis gelegt. Zwischen 2012 und 2013 konnte das Projekt nun nach jahrelanger Planung umgesetzt und eröffnet werden. Dabei setzte die Betreiberin, die Bayrische Landeskraftwerke GmbH, auf eine Durchström-Turbine der Firma OSSBERGER GmbH.
Der Main-Donau-Kanal ist eine sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch wichtige Wasserstraße für Europa.  Sie verbindet den Main mit der Donau und somit auch die Nordsee mit dem Schwarzen Meer. Er wurde nach 32 Jahren Bauzeit im Jahr 1992 eröffnet und ersetzt den bereits 1950 stillgelegten Ludwig-Donau-Main-Kanal zur Überwindung der Europäischen Hauptwasserscheide. Der Kanal erstreckt sich insgesamt über 171 Kilometer quer durch Bayern und  verfügt über 16 Schleusen. Dabei zählen die Schleusen Hilpoltstein, Eckersmühlen und auch Leerstetten mit einer Fallhöhe von 24,67 m zu den größten in Europa.

DER MAIN-DONAU-KANAL ALS SPIELBALL DER POLITIK
In den 70er und 80er Jahren wurde der Bau des Kanals zum politischen Streitthema. Sowohl mit Umweltbedenken als auch mit dem damals prognostizierten Verkehrsaufkommen von lediglich 2,7 Millionen Tonnen jährlich wurde argumentiert. Auch die Eisenbahnergewerkschaft, die Einbrüche im eigenen Güterverkehr befürchtete, kämpfte für die Beendigung des Kanalprojektes. Eine zweite Argumentationsstudie der Befürworter veranschlagte jedoch ein deutlich höheres Verkehrsvolumen von 5,5 Millionen Tonnen pro Jahr. Mit einer Durchschnittsmenge von 6,38 Millionen Tonnen (Stand: 2012) liegt man heute sogar über dieser Einschätzung.

DIE DONAU-MAIN-ÜBERLEITUNG
Der Main-Donau-Kanal besitzt neben der Funktion als Verkehrsweg noch die ökologisch wichtige Aufgabe der  Donau-Main-Überleitung. Was Niederschlag betrifft, herrscht in Bayern ein starkes Ungleichgewicht. Während die Region im südlichen Donaugebiet hohe Niederschläge aufweist, sind der Main und die Regnitz im Norden zeitweise von Trockenheit bedroht. Mit der Donau-Main-Überleitung wird Wasser aus der Donau in die Regnitz und in den Main umgeleitet um ökologischen Gefahren und Nutzungseinschränkungen in dieser Region zu verhindern. Durch erheblichen wasserbaulichen Aufwand wird hierbei die Fränkische Alb, welche die Europäische Wasserscheide bildet, mit Hilfe zweier unabhängiger Systeme überwunden.
Im ersten System wird an der oberen Altmühl das auftretende Hochwasser in den Altmühlsee abgeleitet. Von dort wird es durch eine Stollenstrecke in den, auf der anderen Seite der Wasserscheide und tieferliegenden, Kleinen Brombachsee geleitet. Hier wird das Wasser gespeichert und bei Bedarf in die Regnitz abgegeben. Dieses System arbeitet ohne Zufuhr von Energie.
Jedoch mehr als 80% des Wassers wird über das mit elektrischer Energie betriebene System des Main-Donau-Kanals transportiert. Mit Hilfe von Pumpen wird an den fünf Schleusen der Süd-Rampe Wasser in die Scheitelhaltung des Kanals transportiert. Dort gelangt das Wasser über eine weitere Staustufe in den Rothsee. Im Bedarfsfall wird auch hier Wasser über zwei Wege in die Regnitz abgegeben. Jährlich beträgt die dabei transportierte Wassermenge ca. 125 Mio m³

DAS WASSERKRAFTWERK LEERSTETTEN
Die Schleusen des Main-Donau-Kanals und die beiden Donau-Main Überleitungen können an bestimmten Stellen auch zur CO2-freien Energierückgewinnung durch Wasserkraft genützt werden. An einigen Punkten wurden bereits diverse Kraftwerke realisiert. An der Schleuse in Leerstetten blieb das Durchleitungswasser bis dato aufgrund von Standortproblemen des Krafthauses, noch ungenützt. Erst Jahre später, mit neuen Standortmöglichkeiten stromabwärts, konnte man eine wirtschaftliche Lösung finden.

DIE PLANUNG
Die Schleuse Leerstetten befindet sich an der Nordrampe des Main-Donau-Kanals und besitzt ein Nettogefälle von 24,67m. Im Bypass zur Schleuse wurde ein Betondruckkanal, welcher das Überleitungswasser transportiert, angelegt. Bisher wurde das Durchleitungswasser ungenutzt abgeleitet. Das neue Kraftwerk soll nun die dabei anfallende Abflussmenge von 6000 l/s zur Energierückgewinnung nützen. 1998 kam man deshalb auf die Firma OSSBERGER zu, um den Einbau einer Durchström-Turbine zu prüfen. Des Weiteren wurden auch Varianten mit einer Kaplan-Turbine und ein bis zwei Francis-Turbinen geprüft. 2006 wurde der Planungsauftrag durch die Bayrischen Landeskraftwerke GmbH an ein Münchner Planungsbüro vergeben. Nachdem man 2010 das Genehmigungsverfahren abgeschlossen hatte, konnten die endgültigen Planungsunterlagen erstellt werden. 2011 wurden die Ausschreibungsunterlagen versandt. Das hydroelektrische Konzept sah nun eine 1-Maschinenlösung mit einer Durchström-Turbine oder alternativ mit einer Francis-Turbine vor. Nach der Auswertung wurde der Auftrag für Los 1, die Lieferung, Montage und Inbetriebnahme der maschinen- und elektrotechnischen Kraftwerksausrüstung, an die OSSBERGER GmbH erteilt.

LANGE NIEDRIGWASSERZEITEN SPRECHEN FÜR DIE DURCHSTRÖM-TURBINE
Ein wichtiges Kriterium für die Auswahl der Turbinenart war das breite Abflussspektrum am Standort Leerstetten. Der Nenndurchfluss im Durchleitungskanal beträgt 6 m³/s. Mit einem Anteil am Gesamtfluss von ca. 50% der Wassermengen kleiner als 2 m³/s und 25% kleiner als 1 m³/s setzte sich die  zweizellige Durchströmturbine mit ihrem flachen Wirkungsgradverlauf gegen die Francis-Turbine durch. Die Aufteilung der Zellen ist im Verhältnis 1:2 gegeben. Dadurch wird jede Wassermenge, bei einer Beaufschlagung von 1/6 bis 1/1, mit optimalem Wirkungsgrad verarbeitet. Die für Leerstetten ausgelegte Turbine wurde in der Saugbauweise angefertigt und besitzt eine max. Wellenleistung von 1186 kW. Das Turbinengehäuse der OSSBERGER-Turbine besteht aus robustem Kohlenstoffstahl. Das horizontale Laufrad ist mit Schaufeln aus blankgewalztem Profilstahl ausgestattet. Die in dem Hauptlager verwendeten Pendelrollenlager sind in abgedichteten Lagergehäusen untergebracht um eine Kontamination des Triebwassers mit Schmierfett zu vermeiden. Für die Lagerung der Leitschaufeln kommen wartungsfreie Gleitlager mit auswechselbaren Wellenschonhülsen zur Anwendung. Die Verstellung der Leitschaufeln erfolgt mit doppeltwirkenden Hydraulikzylindern. Die Verstellzylinder werden durch ein energiesparendes Hydraulikaggregat mit Speicherladeschaltung und Proportionalventiltechnik von Bosch-Rexroth versorgt. Bei einem Systemausfall kann eine Notabschaltung mit Hilfe von Schließgewichten und ohne Fremdenergie erfolgen.

EINFACHHEIT AUS PRINZIP
Einfachheit war das Konzept bei der Entwicklung der Durchström-Turbine der Firma OSSBERGER. Der Strömungsverlauf hat den Vorteil, dass Verunreinigungen zwischen den Radschaufeln, unterstützt durch die Fliehkraft, nach einer halben Laufradumdrehung vom austretenden Wasser wieder ausgespült werden. In Leerstetten ist ohnehin nicht mit Treibgut zu rechnen. Ein Feinrechen zum Schutz der Turbine wurde aber dennoch in Form eines Rohrrechens eingebaut. Da die OSSBERGER-Turbine eine Gleichdruck-Turbine ist, tritt hier keine Kavitation auf. Dies führt ebenso zu erheblichen Einsparungen bei den Baukosten und minimiert den Wartungsaufwand der Turbine auf ein Minimum. Ein weiterer großer Vorteil ist die geringe Umdrehungszahl von 180 U/min. Dies erlaubt die Verwendung von serienmäßigen Stromerzeugern. In Leerstetten wird die Turbinendrehzahl über ein einstufiges Stirnradgetriebe von Siemens-Flender mit geschlossenem Kühlkreislauf auf den 6-poligen Synchrongenerator von AEM übertragen. Zur Minimierung von Vibrationen und Schwingungen sind beide Aggregate auf einer schwingungsgedämpften Grundplatte gelagert. Die Netzeinspeisung, Regelungs- und Überwachungstechnik wurde mit der elektronischen Kraftwerksausrüstung der Firma Cegelec übergeben. Die Steuerung und Visualisierung der Anlage erfolgt in der übergeordneten Zentrale.

DRUCKSTOSSBERECHNUNG DURCH DIE UNIVERSITÄT STUTTGART
Zum Schutze des Betondruckkanals gab das Wasser- und Schifffahrtsamt eine erlaubte Druckerhöhung von 20% des statischen Gefälles vor. Deshalb beauftragte man das Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen der Universität Stuttgart mit der Druckstoßberechnung. Unter der Berücksichtigung der spezifischen Dimensionen und Betriebsverhalten der Anlage wurden so die optimalen Schließzeiten der Anlage berechnet.

WICHTIGER BEITRAG ZUR SAUBEREN ENERGIE(RÜCK)GEWINNUNG
Schon vor dem Kraftwerk in Leerstetten war die Energiebilanz des Main-Donau-Kanals positiv. Das System der Donau-Main-Überleitung mit Ihren Wasserkraftwerken, wie jenes in Leerstetten, bekämpft somit nicht nur ökologische Gefahren im Norden Bayerns, sondern ist als Gesamtkonzept auch ein wichtiger Beitrag für eine saubere und nachhaltige Energiegewinnung in Bayern. Gerade nach Abschaltung der Atomkraftwerke und dem anschließenden Hochfahren von fossilen Kraftwerken wird mit Projekten wie jenem in Leerstetten ein wichtiger Beitrag zur die Energiewende in Bayern geleistet.

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klicken zum vergrössern (Grafik: Christian Eyrich)

Krafthaus

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Krafthaus mit Durchström-Turbine direkt neben der Schleuse in Leerstetten.

Schleuse Leerstetten

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Schon beim Bau der Schleuse Leerstetten in den 90ern plante man ein Kraftwerk zur Energierückgewinnung. Erst 2013 konnte das Projekt wirtschaftlich umgesetzt werden.

Durchström-Turbine

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Die Durchström-Turbine der Fa. OSSBERGER GmbH kann je nach Durchflussmenge beaufschlagt werden. Sie eignet sich deshalb für stark schwankende Wassermengen.

Schleuse Leerstetten