„Großes Service“ für Kaplan- Turbine des Mühlbachkraftwerk 1

Autor: Andreas Pointinger , 21.01.2019

Nach einer Betriebsdauer von rund 30 Jahren war es für die Kaplan-Turbine des Mühlbachkraftwerk 1 in Prad am Stilfserjoch Zeit für eine Komplettsanierung geworden.

Bedingt durch seinen jahrzehntelangen Einsatz war das Turbinen-Laufrad entsprechend abgenutzt. Um auch zukünftig einen durchgängig effektiven Betrieb zu gewährleisten, gab die Betreiberin „Energie-­Werk Prad Genossenschaft“ (EWP) eine weitreichende Revitalisierung in Auftrag. Ausgeführt wurde das Refurbishment-­Projekt vom österreichischen Traditionsbetrieb Kössler, welcher die Rohr-Turbine 1987 gefertigt und am Kraftwerksstandort in Südtirol in Betrieb genommen hatte. Im Anschluss an eine Erstinspektion vor Ort wurde kurz vor dem Jahreswechsel die gesamte ­Maschine demontiert und zum Kössler-Werk ins niederösterreichische St. Georgen transportiert. In einem durchaus knapp ­bemessenen Zeitraum von rund vier Monaten sorgten die Spezialisten der Abteilung „HyService“ für eine umfassende Revitalisierung der auf eine Engpassleistung von 765 kW ausgelegten Turbine.

Das Mühlbachkraftwerk 1 steht im Besitz von der bereits Mitte der 1920er Jahre gegründeten Energie-Werk Prad Genossenschaft (EWP). Unter dem Motto „Energie von daheim“ ist die EWP gemäß Selbstdefinition bestrebt, die rund 3.400 Einwohner zählende Gemeinde im Nationalpark Stilfserjoch mit möglichst eigenständig erzeugter Energie aus erneuerbaren Quellen zu versorgen. Neben dem Mühlbachwerk 1 betreibt die Genossenschaft noch drei weitere eigene Wasserkraftwerke, eine Photovoltaikanlage, zwei Fernwärmezentralen und hält 25 Prozent der Anteile eines weiteren Kleinkraftwerks in der Nachbargemeinde Stilfs. Gemeinsam mit der 103 kW-Photovoltaikanlage erbringen die Wasserkraftwerke eine Gesamtleistung von über 4.100 kW. Die von Biomasse befeuerten Fernwärmezentralen erbringen eine elektrische Leistung von ca. 1.600 kW sowie eine thermische Leistung von rund 7.400 kW.

Ein Krafthaus – Drei Turbinen
Bei seiner Inbetriebnahme vor gut 30 Jahren war das Mühlbachkraftwerk 1 das bereits dritte eigene Wasserkraftwerk der EWP. Gespeist wird die Anlage vom Suldenbach, einem insgesamt 21,4 km langen Zufluss der Etsch, welcher kurz nach der Ortsgrenze in ebendiese einmündet. Das Kraftwerk wurde 1986 nach einer Bauzeit von knapp acht Monaten von Grund auf neu errichtet und war ursprünglich mit einer einzelnen Kaplan-Turbine in Rohrausführung ausgestattet. Zur Stromgewinnung stehen dieser eine Ausbauwassermenge von 4,5 m³/s sowie eine Bruttofallhöhe von 20,3 m zur Verfügung, wodurch sich eine Engpassleistung von 765 kW erreichen lässt. Um das ganze Jahr hinweg möglichst effizient Strom produzieren zu können, wurde das Kraftwerk 1997 gleich um zwei Maschinen erweitert. Im Zuge des Umbaus wurde die Kaplan-Turbine um eine bedeutend geringer dimensionierte Francis-Maschine – ebenfalls ein Kössler-Produkt – ergänzt, wodurch auch bei stark verringertem Zufluss effektiv Strom produziert werden kann. Des Weiteren wurde mit dem Einbau einer neuen Pelton-Turbine, die von einer noch weiter bachaufwärts gelegenen Fassung versorgt wird, ein weiterer potenter Energielieferant im Krafthaus in Betrieb genommen. Diese Turbine kann eine Fallhöhe von etwa 180 m nutzen, die Druckrohrleitung dient darüber hinaus zur Bewässerung von landwirtschaftlichen Betrieben und Flächen entlang der Rohrtrasse.

HyService Team gefragt
Um die Effizienz der Eigenanlagen stets auf einem hohen Level zu halten, legt die Genossenschaft generell viel Wert auf regelmäßige Wartungen und Revisionen, erklärt EWP­-Projektleiter Martin Platzer im Gespräch mit zek Hydro. So wurde an der Kaplan-Turbine bereits 2011 von Kössler ein grundlegendes maschinelles Service ausgeführt. „Vergangenen Sommer haben wir aufgrund von Kavitationsgeräuschen und geringfügigen Leckagen festgestellt, dass an der Maschine vermutlich erhöhter Revitalisierungsbedarf besteht“, sagt Platzer. Für eine fachliche Einschätzung des gesamten Sanierungsaufwandes setzte man sich schließlich erneut mit Kössler in Verbindung. Nach eingehender Inspektion vor Ort durch unter anderem HyService-Abteilungsleiter Kurt Schiep von Kössler wurde von den Kraftwerksbetreibern schließlich eine Total­revision der Maschine als wirtschaftlich beste Lösung in Auftrag gegeben. Die Mitarbeiter des HyService-Teams sind darauf spezialisiert, Turbinen aller Altersklassen und Ausführungen wieder auf Vordermann zu bringen, durch eine Vielzahl von erfolgreichen Revitalisierungsprojekten konnten sich die niederösterreichischen Technik-Profis in den vergangenen Jahren einen hervorragenden Ruf erarbeiten.

Revitalisierung und Modernisierung
Das komplette Refurbishment inklusive Montagearbeiten wurde in einem relativ engen zeitlichen Korsett zwischen Dezember 2017 und April 2018 ausgeführt. Während der Niederwasserperiode sollte der Betriebs­entgang des Mühlbachkraftwerks 1, dessen übrige Turbinen während der Sanierung eben­falls stillgelegt wurden, möglichst gering ausfallen. Mit der rund einwöchigen Maschinendemontage Mitte Dezember ging das Projekt schließlich in die Umsetzungsphase über. „Erst wenn wir die Turbine in Einzelteilen zerlegt im Werk inspizieren können, zeigt sich das tatsächliche Ausmaß an durchzuführenden Sanierungsmaßnahmen. Bei dieser Kaplan-Maschine etwa waren die Laufradflügel aufgrund der Abrasivität des Betriebswassers entsprechend stark abgenützt. Trotzdem kann man sagen, dass sich das Laufrad – nicht zuletzt wegen der bereits bei seiner Herstellung aufgetragenen Schutzbeschichtung – in einem vergleichsweise guten Zustand befunden hat“, erklärt Kössler-Projektleiter Elvin Loga und führt noch weiter aus: „Für die anstehende Sanierung war es natürlich von Vorteil, dass Kössler die Turbine in den 1980er-Jahren selbst gefertigt hatte und somit vertrauenswürdige technische Unterlagen zur Verfügung standen.“ Nichtsdestotrotz sei es bei dem Projekt aber auch darum gegangen, gewisse konstruktive Veränderungen vorzunehmen, um die revitalisierte Turbine an aktuelle technische Standards anzupassen und entsprechend zu modernisieren, wie Loga nachfolgend beschreibt.


Komplette Maschine Erneuert
Das Sanierungsprogramm umfasste vom Laufrad über den Leitapparat bis hin zur Turbinenwelle und den verschiedenen Lagern, Buchsen und Dichtungen sämtliche Turbinenteile. Darüber hinaus sollte an allen sanierten Bauteilen die Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit mittels Sandstrahlung oder dem Auftragen einer „DIATURB“-Schutzbeschichtung erneuert werden. Um das Schluckvermögen und damit einhergehend die Gesamtleistung der Turbine zu erhöhen, wurde das Volumen der Laufradkammer mittels Ausdrehen vergrößert. Zusätzlich wurde im inneren Bereich der Laufradkammer eine rostfreie Schutzbeschichtung mittels Spritzverfahren aufgetragen, um die Verschleißbeständigkeit gegen abrasives Wasser zu erhöhen.
Die Laufradflügel wurden jeweils an den beschädigten Außenkanten abgedreht und durch neue rostfreie aufgeschweißte Bleche wiederhergestellt. Weiters wurden die Flügel an den neuen Durchmesser der Laufradkammer angepasst und eine Schutzbeschichtung gegen Verschleiß vom Blattbereich bis zum Außendurchmesser des Laufrads aufgetragen.
Auch der Leitapparat wurde innen größer ausgedreht, um Durchflussvolumen und in weiterer Folge die Leistung zu erhöhen. Zudem mussten die Leitschaufeln an den ver­größerten  Durchmesser des Leitapparates angepasst werden. Dies erfolgte mittels Aufschweißungen an den inneren und äußeren Schaufelflächen sowie durch finale maschinelle Bearbeitung. Im Zuge des Refurbish­ments am Leitapparat sollten außerdem die gesamten Lager und Dichtungen getauscht sowie die Schrauben und Hydraulikschläuche erneuert werden. Die bestehende Wellenabdichtung, ausgeführt als Gleitringdichtung, ersetzte man durch eine wartungsfreundlichere Variante aus hochbeständigem Kunststoff. Bei der Turbinenwelle führten die Techniker an einem eingelaufenen Bereich eine Egalisierung durch, in Kombination mit einer neuen Schutzbeschichtung konnte der originale Durchmesser wieder hergestellt werden. Am Servomotor zur Laufradverstellung bestand ebenfalls Reparaturbedarf, dabei erfolgte der Austausch der Ölzuführung inklusive sämtlicher Dichtelemente.

Wiederinbetriebnahme im Frühjahr
Nach dem umfassenden Erneuerungsprozess ging es im April für die rundum erneuerte Maschine zurück an ihren Einsatzort in Prad am Stilfserjoch. Rund 1,5 Wochen nahm die Montage in Anspruch, am 20. April wurde die Turbine schließlich wieder in Betrieb genommen und der Sanierungsauftrag fristgerecht abgeschlossen. Kössler-Projektleiter Loga lässt nicht unerwähnt, dass die Zusammen­arbeit mit der EWP von der ersten Kontaktaufnahme bis zur eigentlichen Durchführung durchwegs konstruktiv verlaufen ist. EWP­-Projektleiter Platzer stellt dem HyService-­Team ein halbes Jahr nach dem Wartungseinsatz ein hervorragendes Zeugnis aus: „Wir sind mit den durchgeführten Arbeiten an der Maschine sehr zufrieden, seit der Wiederinbetriebnahme läuft die Stromgewinnung mit der Kaplan-Turbine gewohnt zuverlässig und effizient.“ Auch Kössler zieht einen positiven Schlussstrich unter das Projekt, aufgrund der durchgeführten Optimierungen geben die Niederösterreicher sogar eine Leistungssteigerung zwischen sieben und acht Prozent an.

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