Hochdruck-Niederdruck-Kombination liefert Ökostrom im Brandnertal

Autor: Roland Gruber , 30.04.2016

Ein wahrer Kraftakt, den die kleine Vorarlberger Tourismusgemeinde Brand, mit ihrem umfassenden Infrastrukturprojekt in der jüngsten Vergangenheit vollführte.

 

Ausgehend vom erklärten Ziel, die Trinkwasserversorgung um ein zweites Standbein zu erweitern, gelang es der Gemeinde, parallel dazu auch ein Kraftwerksprojekt am Palüdbach zu stemmen, das in dieser Form keineswegs alltäglich ist. Nach den Plänen von DI Markus Mähr wurden eine Hochdruck- und eine Niederdruck-Kraftwerksanlage realisiert, deren Maschinen in einem Krafthaus untergebracht sind – und die zusammen jährlich rund 3,5 GWh sauberen Strom liefern. Im Zuge des Projektes wurde eine Vielzahl an Synergiemöglichkeiten genutzt, speziell was die teils doppelt, teils dreifach genutzte Rohrleitungstrasse betrifft. Speziell die Rohr-Infrastruktur stellte einen der bedeutendsten Teile des Gesamtprojektes dar. Aus diesem Grund entschied man sich für die Rohrqualität des Tiroler Traditionsherstellers TRM, der für das Projekt Gussrohre unterschiedlicher Dimensionen ins Brandnertal lieferte.

Für Untätigkeit und Müßiggang steht die 680-Einwohner-Gemeinde Brand offensichtlich nicht. Bereits 2010 hatte der Tourismusort im österreichischen Rätikon mit der Erneuerung der Palüdbahn aufhorchen lassen, sämtliche Skibahnen wurden auf den Letztstand der Technik gebracht und erst unlängst wurde ein neuer Kletterpark eröffnet. Währenddessen liefen im Hinter-grund allerdings noch komplexere und umfangreichere Planungs- bzw. Umsetzungsarbeiten für ein Infrastrukturprojekt, das vor allem die Wassernutzung in der Vorarlberger Gemeinde betreffen sollte. „Die Gemeinde Brand hatte sich zum Ziel gesetzt, ein zweites Standbein für die Trinkwasserversorgung zu schaffen und zu diesem Zweck die ergiebigen Quellen aus dem Zalimtal zu fassen und zu nutzen. Dies war die Ausgangsposition, aus der sich in weiterer Folge ein komplexes     Gesamtprojekt mit einer zweistufigen Kraftwerksanlage und einem Trinkwasserkraftwerk entwickelt hat“, umreißt DI Markus Mähr vom Planungsbüro Breuß Mähr Bauingenieure GmbH die Ausgangssituation. Er zeichnete mit seinem Ingenieurbüro nicht nur für die ersten Konzepte, den Vorentwurf und später für die Einreich- und Ausführungsplanungen verantwortlich, sondern auch für die Ausschreibungen, die Bauaufsicht bis hin zur Kollaudierung und Bauabrechnung. Er blickt auf ein Projekt zurück, das einige Fallstricke und Stolpersteine im Hinblick auf das Genehmigungsverfahren bereithalten sollte – und dessen Planung letztlich mehrfache Adaptierungen erforderte, ehe der erste Spatenstich gesetzt werden konnte.

14:1 – Verhältnis für Hartnäckige
14 zu 1 lautet das zeitliche Verhältnis von Bewilligungszeitraum zu Realisierungsphase. Nicht weniger als 7 Jahre benötigten Bauherr und Planer, um grünes Licht für ein Projekt zu erhalten, das im vergangenen Jahr schließlich in rekordverdächtigen sechs Monaten baulich umgesetzt werden konnte. Das Kraftwerkskonzept beruht auf der Nutzung des 4,7 km langen Palüdbachs, der am Fuße des Amatschonjochs entspringt und im Brandnertal in die Alvier mündet. Da der Bach zahlreiche Wildbachsperren aufweist, bringt er aus ökologischer Perspektive gute Voraussetzungen für die Wasserkraftnutzung mit. Nach einigen Änderungen – speziell im Hinblick auf die Situierung der Wasserfassung – stand ein Nutzungskonzept, das im Kern ein Hochdruck- und ein tiefer gelegenes Niederdruck-Kraftwerk umfasste – wobei man am Ende auch bei diesen Namen für die beiden Anlagen blieb. Die Fassung der Hochdruckanlage – kurz „Hd-Anlage“ – wurde auf 1294 m Seehöhe im hinteren Ende des dort kaum mehr besiedelten Brandnertals, inmitten des bekannten Skigebietes situiert. Direkt oberhalb befindet sich eine Entnahmestelle für die Beschneiungsanlage der Skipiste. Gemäß Konzession können an der Fassung maximal 270 l/s für die Hd-Anlage eingezogen werden. Letztere wurde direkt an eine bestehende Wildbach-sperre angebaut, was aus baulicher Sicht durchaus Synergien eröffnet. Dazu Markus Mähr: „Damit hat man bachaufwärts einen stabilen Riegel, an den man relativ problemlos anbauen kann. Zudem kann der erforderliche Aushub in vergleichsweise geringerer Tiefe erfolgen. Und – was man nicht vergessen darf: Auf diese Weise lässt sich die Gefällstufe auch sehr effizient nutzen.“

Mehr Wasser für Niederdruck-Anlage
Technisch wurde die Fassung von DI Markus Mähr und seinem Team so gelöst, dass das Triebwasser erst über ein klassisches Tirolerwehr entnommen und weiter über ein Vorbecken und einen kleinen Kanalabschnitt in den Grobschotterfang geführt wird, in dem kontinuierlich mit Restwasser gespült wird. Danach gelangt das Wasser ohne Höhenverlust weiter in den Verteilkanal, von dem aus es über einen Coanda-Rechen vom Fabrikat Andaco geführt wird. Hier erfolgt das Filtrieren des Triebwassers, wobei Korngrößen jenseits von 0,5 mm ausgeschieden werden, bevor es letztlich in die Druckrohrleitung strömt. Vom Prinzip her sind die Fassung der Hd-Anlage und der Nd-Anlage identisch, lediglich der Verteilkanal, von dem das Wasser auf den Coanda-Rechen fließt, ist in der Nd-Anlage großzügiger dimensioniert. Hier strömt das Wasser von zwei Seiten auf den Feinrechen, während dies bei der Hd-Anlage nur von einer Seite erfolgt. Die wesentlichen Unterschiede liegen also in der Wassermenge. Während die Hd-Fassung auf 270 l/s Ausbauwassermenge ausgelegt ist, kann die Nd-Fassung mit 750 l/s fast den dreifachen Durchfluss aufnehmen. Selbstredend weisen dadurch auch die Restwasservorgaben an den beiden Fassungen voneinander ab.

Kein „klassisches“ Niederdruck-Werk
Jenes Wasser, das den größten Teil des Trieb-wassers der Nd-Anlage darstellt, stammt aus dem Glingabrunnenbach, einem Quellbach, der üblicherweise im Winter versiegt. Er führt in der Regel nur von April bis November Wasser. Dementsprechend ist auch zu erwarten, dass die Nd-Anlage in der Winterzeit abzustellen ist. Seinen Ursprung hat der Glingabrunnenbach im schönen, oberhalb von Brand gelegenen Zalimtal. Hier soll ein Grundwassersee für die Trinkwasserversorgung der Gemeinde genutzt werden. Nachdem der ursprüngliche Plan von einer Oberstufe und Unterstufe aufgrund geologischer und umweltrelevanter Nachteile verworfen wurde, beschloss man letztlich das Kombi-Konzept mit einer Nieder- und einer Hochdruckanlage weiter zu verfolgen. Dabei kann gerade bei der Nd-Anlage mit einer Bruttofallhöhe von 68 m keineswegs von einem „klassischen“ Niederdruck-Kraftwerk die Rede sein. Dass die Wahl der dafür geeigneten Turbine nicht einfach war, räumt der Planer ein. „Als Alternativvariante zu einer mehrdüsigen, vertikalachsigen Peltonturbine kam noch die Durchströmturbine in Frage. Am Ende haben wir uns aber für eine 5-düsige Peltonturbine entschieden, die einerseits ein breites Lastspektrum abdeckt und anderseits sehr gute Wirkungsgrade garantiert“, so Markus Mähr. Konstruiert, geliefert und montiert wurde die Turbine vom Südtiroler Turbinenbauer SORA, von dem auch die Turbine für die Hd-Anlage stammt. Dabei handelt es sich – weniger überraschend – um eine 2-düsige Peltonturbine mit horizontaler Welle. Während diese Turbine bei einer Fallhöhe von 249 m auf eine Ausbauleistung von 530 kW ausgelegt ist, bringt es die 5-düsige Niederdruck-Turbine auf circa 390 kW Leistung. Aktuell laufen die Inbetriebsetzungsarbeiten.

Synergien beim Rohrleitungsbau
Was die bauliche Abwicklung des umfangreichen Infrastrukturprojektes angeht, zählt vor allem die Rohrverlegungen zu den zentralen Projektkriterien. Für deren erfolgreiche Durchführung waren speziell Planer DI Markus Mähr und sein Team im Vorfeld mit einer optimalen Trassenplanung gefordert. Es galt, unter anderem Synergiemöglichkeiten zu nutzen, die sich durch die eigenständigen Ableitungen eröffneten. „Zwar verfügen die Kraftwerksanlagen beide über separate Kraftabstiege – ebenso wie das von der Gemeinde zusätzlich geplante Trinkwasserkraftwerk – dennoch haben wir versucht, sie alle im unteren Teil in einer gemeinsamen Rohrtrasse unterzubringen. In Summe waren es mehr als 2,5 km, die vergangenes Jahr an Druckrohrleitungen in Brand verlegt wurden, ganz abgesehen von der obligatorischen Leerverrohrung und von zusätzlichen Leitungsabschnitten für die Trinkwasserversorgung“, rechnet der Planer vor. Er betont dabei die hervorragende Leistung, die von der beauftragten Baufirma – Jäger Bau aus Schruns – erbracht wurde. Mit vorbildlichem Engagement sei es gelungen, das umfangreiche Bauprojekt in gerade einmal sechs Monate abzuwickeln. Eine ganz wesentliche Rolle spielte dabei natürlich auch das eingesetzte Rohrmaterial. Planer und Bauherr vertrauten zur Gänze auf die Qualität duktiler Gussrohre aus dem Hause TRM. Für die Hd-Anlage wurden rund 1.460 lfm Rohre mit der lichten Weite DN400 und der Druckstufe PN36 verlegt, für die Niederdruckanlage rund 580 lfm Rohre DN600 mit der Druckstufe PN31. Hinzu kamen noch 1.200 lfm Druckrohre DN200 für die Wasserversorgung, deren Fertigstellung erst in zwei, drei Jahren vorgesehen ist.

Alles spricht für duktilen Guss
Dass in diesem Fall nur duktile Gussrohren in Frage kamen, lag an mehreren projektspezifischen Faktoren. Neben der grundsätzlichen Absicht der Bauherren, eine möglichst langlebige und widerstandsfähige Druckrohrleitung zu realisieren, spielten auch die topographischen Gegebenheiten des Trassenverlaufs eine entscheidende Rolle. Markus Mähr: „Die Trasse verläuft zum Teil durch sehr steiles und zudem schwer zugängliches Gelände. Weite Bereiche waren nicht zufahrbar. Dementsprechend schwierig war es, die Rohre zu verteilen und zu verlegen. Mit den Gussrohren ergaben sich für das Bauteam gleich mehrere Vorteile: Erstens ist nur eine vergleichsweise geringe Künettengröße erforderlich, die ein schnelleres Arbeiten und geringere Eingriffe in die Natur garantiert. Zweitens haben wir die Möglichkeit genutzt, hier fast zur Gänze die bewährte, zuggesicherte mit VRS®-T-Verbindung von TRM einzusetzen. Auf diese Weise ist kein Einbau von Festpunkten nötig, und das gesamte Leitungssystem ist somit mit maximaler Zugfestigkeit auch gegen Hangbewegungen gesichert. Auch bei der Nd-Anlage haben wir auf die zuggesicherte Variante gesetzt. Und drittens wäre es extrem aufwändig gewesen, in diese schwer zugänglichen Abschnitte Bettungsmaterial zu bringen. Das heißt, dass das dafür erforderliche Material aus dem Aushub gegattert wurde.“ Doch gerade letzterer Arbeitsschritt gestaltete sich dann teilweise doch sehr schwierig, da durch die ausgeprägte Regenzeit im Sommer 2014 das Aushubmaterial durchnässt war und sich nur sehr schwer gattern ließ. „Als Notlösung wurden die Rohre teilweise mit Vlies eingewickelt und das Bettungsmaterial wurde in aufwändiger Handarbeit hergestellt“, ergänzt Markus Mähr.

Sicherung von Rutschhängen
Durch das einfache Handling mit den duktilen Gussrohren von TRM war es auch möglich, im untersten Trassenabschnitt alle drei Druckrohrleitungen nebeneinander zu verlegen. „Als Mindestabstand ist hier eine Distanz von 40 cm einzuhalten, damit das Material zwischen den Leitungen noch verdichtet werden kann“, so der Planer. Durch die Topographie im obersten Trassenabschnitt war ein Hochpunkt unumgänglich, es sollte der einzige im ganzen Druckrohrleitungsverlauf bleiben. Resümierend hält der beauftragte Planer fest, dass gerade die Verlegung entlang von Rutschhängen oder auch in einem Hochmoor hohe Anforderungen an das Verlegeteam gestellt hatte – und diese zur vollen Zufriedenheit erfüllt wurden. Die Druckrohrleitung wurde über die gesamte Länge in frostsicherer Tiefe verlegt, sodass es auch im Falle von Stillstandszeiten im Winter nicht zum Einfrieren kommt.

Komplexes Steuerungssystem
Seit November letzten Jahres sind die wesentlichen baulichen Arbeiten am Doppel-Kraft-werk Palüdbach Hoch- und Niederdruck abgeschlossen. Danach waren die Maschinen-bauer der Firma SORA am Zug, die inzwischen längst das „Staffelholz“ an die Spezialisten der E-Technik übergeben haben. Beide Maschinengruppen sind mittlerweile installiert und stehen kurz vor der Inbetriebnahme. Die Firma EN-CO aus dem Südtiroler Ratschings arbeitet mit Hochdruck an der Fertigstellung des Steuerungs- und Leitsystems der Anlage. Dass dieses alles andere als einfach ist, kann Planer Markus Mähr nur bekräftigen: „Durch die Komplexität der Gesamtanlage ist dies eine Heraus-forderung für die E-Techniker. Die Kraft-werke sind aufeinander abgestimmt, gerade die Restwasserdotierung unterliegt einigen Vorgaben und Parametern. Hinzu kommt, dass neben der bestehenden Beschneiungsentnahme auch die künftige Nutzung des Trinkwassers aus dem Quellsee im Zalimtal in der Kraftwerkssteuerung Berücksichtigung findet.“

Viele Funktionen unter einem Dach
Dass ein derart umfangreiches Projekt mit zwei Kleinkraftwerken, einem Trinkwasserkraftwerk und der geplanten Trinkwasserableitung für eine kleine Gemeinde nur zu stemmen ist, wenn sämtliche Synergiemöglichkeiten genutzt werden, liegt auf der Hand. Grund genug, dass man gerade auch in Hinblick auf das Maschinenhaus möglichst viel Technik und Funktionen unter einem Dach vereinen wollte. Markus Mähr und seinem Team gelang es, im Krafthaus unweit der Alvier nicht nur beide Maschinensätze von Hochdruck- und Niederdruck-Anlage samt zugehöriger E-Technik, sondern auch die erforderliche Infrastruktur für die Trinkwasserverteilung sowie die Trafo-Station für das gesamte Ortsnetz unterzubringen. Letztere wurde in Zusammenarbeit mit dem Netzbetreiber, der Vorarlberger Energienetze GmbH, als Ersatz für zwei alte Stationen installiert. Außerdem wurden in dem Krafthaus auch Vorkehrungen für weitere Maschinensätze getroffen. „Für das Trinkwasserkraftwerk wurde bislang nur die Druckrohrleitung verlegt. Es fehlen hier noch die Quellfassung und der Hochbehälter – und natürlich gibt es auch noch keine Turbine. Aber baulich sind dafür alle Vorbereitungen getroffen. Wir rechnen damit, dass sie in zwei, drei Jahren kommen wird. Es wird immerhin rund 60 kW Leistung beisteuern“, so der Planer. Doch damit nicht genug: Derzeit steht noch ein weiteres Kraftwerksprojekt im Raum, das – so das Projekt erfolgreich von den Initiatoren auf Schiene gebracht wird – ebenfalls in einigen Jahren mit seinem Maschinensatz im Zentralengebäude untergebracht werden könnte. Auch dafür sind alle Vorkehrungen getroffen. Für das beauftrage Bauunternehmen Jäger Bau, steckte somit auch die Errichtung des Maschinenhauses voller Herausforderungen. Viele kleinere Zerklüftungen im Untergrund machten aufwändige Schalungsmaßnahmen notwendig.

Gemeinde stemmt Großprojekt
Für die kleine Tourismusgemeinde Brand stellt die Wasserkraftnutzung keineswegs Neuland dar. Bereits 2005 hatte man das erste Trinkwasserkraftwerk mit 30 kW Leistung in Betrieb genommen. Die nun geplante Trinkwasserturbine wird auf das Doppelte kommen. Alleine aus den beiden neuen Kraftwerken am Palüdbach können sich die Betreiber insgesamt über eine durchschnittliche jährliche Stromerzeugung von über 3,5 GWh freuen. Damit könnten rund 760 Haushalte versorgt werden, also deutlich mehr, als die Gemeinde Einwohner hat. Dem gegenüber steht allerdings auch eine beachtliche Investitionssumme von 3,3 Mio. Euro, die Kosten für die Trinkwasser-Infrastruktur nicht eingerechnet. Die jährlichen Stromerlöse werden derzeit mit rund 200.000 Euro pro Jahr beziffert. Auch wenn es dieser Tage aus wirtschaftlicher Sicht alles andere als einfach ist, in ein Wasserkraftwerk zu investieren, sind die politisch Verantwortlichen in Brand von Anfang an hinter dem Projekt gestanden. Bürgermeister Michael Domig und sein Team haben dabei auch einen langen Atem bewiesen. Schließlich verlangte die siebenjährige Planungs- und Genehmigungsdauer allen Beteiligten Geduld und gute Nerven ab. Heute kann sich die kleine Vorarlberger Tourismusgemeinde über ein Doppel-Kleinwasserkraftwerk der besonderen Art freuen.

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GESICHERTE BAGGER

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In den vom Regen durchnässten Steilhängen wurden die Bagger von Jäger Bau mit einer Seilwinde gesichert.

Foto: Jäger Bau

HOCHDRUCKFASSUNG

Hochdruckfassung aussen

 

Die Hochdruckfassung - ausgeführt mit einem klassischen Tirolerwehr. Im Anschluss wird das Triebwasser über einen Coanda-Rechen geleitet.

Foto: Breuss Mähr

5-DÜSIGE TURBINE

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Im Dienste der Niederdruckanlage steht eine 5-düsige vertikalachsige Turbine aus dem Hause SORA. Sie stellt auch bei einer Fallhöhe von 68 m eine solide Lösung dar.

Foto: EN-CO

DUKTILE GUSSROHRE

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Für das umfangreiche Infrastrukturprojekt der Gemeinde Brand in Vorarlberg wurden drei Druckrohrleitungen, bestehend aus duktilen Gussrohre von TRM verlegt.

Foto: Jäger Bau

SPEZIELLER ROHRVERLEGE-GREIFER

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Rohrverlegung mit speziellem Rohrverlege-Greifer.

Foto: Jäger Bau

NACHTARBEIT

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Die Querung der Lünerseestraße musste im Rahmen einer Nachtschicht bewerkstelligt werden. Ein erfolgreicher Einsatz des erfahrenen Verlegeteams.

Foto: Jäger Bau

ROHRVERLEGUNG

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Im unteren Streckenabschnitt wurden drei Druckrohrleitungen
zusammen verlegt.

Foto: Jäger Bau

VERDICHTEN IM STEILGELÄNDE

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Mit einem Anbauverdichter war das Verdichten auch im Steilgelände möglich.

Foto: Jäger Bau

DRUCKPROBE

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Foto: Jäger Bau

HOCHWASSER

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Auch von Hochwässern blieb die Kraftwerksbaustelle im nassen Sommer des letzten Jahres nicht verschont.

Foto: Jäger Bau

UNTERWASSERBECKEN

Unterwasserbecken

 

Der Bau des Unterwasserbeckens gestaltete sich aufgrund der vielen aktuellen und künftigen Funktionen des Maschinenhauses sehr aufwändig.

Foto: Breuss Mähr

KRAFTHAUS

Krafthaus bachseitig

 

Das neue Maschinenhaus an der Alvier in Brand

Foto: Breuss Mähr