Obervermuntwerk II produziert Spitzen- energie in den Tiefen des Montafon

Autor: Andreas Pointinger , 09.03.2020

Mit der Inbetriebnahme des Obervermuntwerk II im westösterreichischen Silvrettagebiet haben die illwerke vkw im Herbst 2018 einen wichtigen Meilenstein gesetzt.

In einer Bauzeit von nur 4,5 Jahren wurde tief im Berginneren des Silvrettamassivs ein hocheffektives Pumpspeicherkraftwerk errichtet, das mit seinen beiden, auf insgesamt 360 MW Engpassleistung ausgelegten Maschinensätzen einen bedeutenden Beitrag zur Bereitstellung von Spitzen- und Regelenergie liefert. Für den Kraftwerksbau wurden keine neuen Wasserressourcen angezapft, zur Stromerzeugung wird das vorhandene Energiepotential zwischen dem Speicher Silvretta im Oberwasser sowie dem Speicher Vermunt im Unterwasser genutzt. Neben den komplexen Bauarbeiten unter Tage stellte vor allem die erschwerte Zugänglichkeit der Baustelle im hochalpinen Raum während der Wintermonate eine große Herausforderung dar. Nachdem das Obervermuntwerk II bereits im Vorjahr schrittweise seinen Probebetrieb aufgenommen hatte, begann im Frühjahr 2019 die Großrevision des Parallelkraftwerks Obervermuntwerk I.

Der verstärkte Ausbau von Photovoltaik- und Windkraftanlagen in der jüngeren Vergangenheit hat eine hohe Nachfrage an Spitzen- und Regelenergie auf den Energiemärkten mit sich gebracht. Um Versorgungsengpässe dieser volatilen Energieträger auszugleichen, spielen schnell regelbare Pumpspeicherkraftwerke als Stützen des europäischen Stromverbunds eine zentrale Rolle. Diese Nachfrage erfüllt die mittlerweile zwölf Anlagen umfassende Kraftwerksgruppe Obere Ill-Lünsersee der illwerke vkw, deren Produktion maßgeblich zur Deckung von Spitzenlast eingesetzt wird. Erst 2008 hat die illwerke vkw mit dem neuen Pumpspeicherkraftwerk Kopswerk II, das im Turbinenbetrieb eine Engpassleistung 525 MW erreicht, ihre leistungsstärkste Anlage zur Erzeugung von Spitzenenergie in Betrieb genommen. 2009 fixierte der Vorarlberger Landtag die Energieautonomie des Bundeslandes bis 2050 als langfristiges Ziel, 2011 folgte der Beschluss zum Ausbau des vorhandenen Wasserkraftpotentials in Vorarlberg. Unter diesen günstigen politischen Voraussetzungen startete noch im Herbst 2011 die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) für das Projekt Oberver­muntwerk II (OVW II). Die grundsätzlichen Planungen sahen vor, das OVW II als Parallelkraftwerk zum 1943 fertig gestellten Obervermuntwerk I (OVW I) komplett unterirdisch anzulegen. Durch die Konzeption als Kavernenanlage sollten die ökologischen Eingriffe minimal gehalten werden und die Kapazitäten der Speicherseen Silvretta und Vermunt für die Stromproduktion optimiert werden. Das UVP-Verfahren im Rahmen der Projektgenehmigung nahm rund drei Jahre in Anspruch, der Baubeschluss durch den Aufsichtsrat der Vorarlberger Illwerke AG wurde im Jänner 2014 besiegelt.

Größte Baustelle Vorarlbergs
Am 5. Mai 2014 erfolgte schließlich der Baubeginn auf der größten Baustelle Vorarlbergs, über 400 Personen waren zu den Spitzenzeiten der Bauphase gleichzeitig beschäftigt. Mit der Umsetzung der Hauptbauarbeiten wurde die Arbeitsgemeinschaft aus Jäger Bau GmbH, Porr AG, ÖSTU-Stettin Hoch- und Tiefbau GmbH und G. Hinteregger & Söhne Baugesellschaft m.b.H. beauftragt. „Um auch während der Wintersperre der Hochalpenstraße Materialtransporte zur Baustelle zu ermöglichen, wurde im Sommer 2014 eine temporäre Materialseilbahn errichtet. Bis zu 20 t schwere Lasten konnten mit der über 2,6 km langen Seilbahn während des Winters transportiert werden. Während der rund vier­einhalbjährigen Bauzeit erforderten die begrenzten Platzverhältnisse in hochgebirgiger Lage zwischen rund 1.700 und 2.100 m Seehöhe von den Projektverantwortlichen eine durchdachte Baustellenlogistik“, erklärt der stellvertretende illwerke vkw-Projektleiter Simon Mark. Darüber hinaus sollten die Belastungen für die Umwelt möglichst gering gehalten werden, wozu im UVP-Verfahren ein mehrere Punkte umfassendes Paket in Sachen Ökologie geschnürt wurde. Dies beinhaltete neben den obligatorischen Renaturierungen der Bau- und Deponieflächen auch die Aufbereitung des Ausbruchmaterials zu Betonzuschlagstoffen direkt auf der Baustelle. Durch die Aufbereitung des Gesteins vor Ort konnten mehrere Tausend Lkw-Transporte eingespart werden. Das nicht für die Aufbereitung geeignete Ausbruchmaterial wurde im Projektgebiet in drei Deponiestandorten eingebaut. Diese wurden mit aufwendigen Geländemodellierungen harmonisch ins alpine Gelände eingefügt.

Neue Aus- und Einlaufbauwerke
Um die Bauarbeiten möglichst effizient voranzutreiben, wurde das gesamte Projektgebiet in fünf Baubereiche eingeteilt. Im Silvretta­speicher auf der Bielerhöhe hatte die illwerke vkw bei einem Sanierungseinsatz im Jahr 2011 bereits wichtige Vorarbeiten für den Bau des OVW II geleistet. Die Speicherabsenkung war zur Herstellung des Betonbaus für das zukünftige neue Einlaufbauwerk sowie zur Errichtung der ersten 60 m des Einlaufstollens genutzt worden. Für das neue Kraftwerk musste ein rund 50 m tiefer Schützenschacht errichtet werden, der senkrecht von oben auf den Einlaufstollen stößt. Am Fuß des mit einem Ausbruchdurchmesser von 11,7 m hergestellten Schachts wurden zum Verschließen des Triebwasserwegs zwei bau­gleich als Rollschütze ausgeführte Betriebs- und Revisionsschütze in notschlusstauglicher Ausführung eingebaut. Gefertigt und montiert wurden die jeweils 6,8 m hohen und 4,4 m breiten Absperrorgane vom Vorarlberger Stahlwasserbauspezialisten Künz GmbH aus Hard, der auch das Einlaufbauwerk im Speicher mit drei jeweils 8 m hohen und 7,5 m breiten Niro-Rechenfeldern ausrüstete. Darüber hinaus umfasste der Künz-Lieferumfang vier Saugrohrschützen für die Pumpen und Turbinen im Kavernenkrafthaus, die als notschlusstaugliche Rollschütze in druckfesten Gehäusen ausgeführt wurden. Für das Auslaufbauwerk im Speicher Vermunt, der während der Bauarbeiten temporär abgesenkt wurde, wurde von Künz ein 8,1 m hoher und 6,5 m breiter Auslaufschütz als Absperrorgan geliefert, zum Schutz vor Treibgut wurden drei großflächige Grobrechenfelder montiert. „Um den zeitlichen Bauablauf einzuhalten, hatte die Montage des Auslaufschütz höchste Priorität, der Durchschlag zur Unterwasserführung konnte aufgrund sicherheitstechnischer Vorgaben erst nach dem Einbau des Absperrorgans erfolgen. Dank Wetterglück, Mehrschichtbetrieb und der guten Kooperation der ausführenden Unternehmen konnte dieser wichtige Projektschritt noch 2015 erfolgreich abgeschlossen werden“, sagt Künz­-Projektleiter Jürgen Feuerstein. Auch der Einbau der Feinrechenfelder beim Einlauf­bau­-i bauwerk im Silvrettaspeicher im März 2017 erfolgte unter einem engen Zeitkorsett, um den Produktionsausfall des OVW I aufgrund der Speicherabsenkung möglichst gering zu halten, mussten diese Arbeiten möglichst schnell umgesetzt werden.

Imposante Bauwerke unter Tage
Die zur Gänze mittels bergmännischen Sprengvortriebs durchgeführten Ausbrucharbeiten für das Stollensystem wurden von Anfang an mit Hochdruck betrieben. Obwohl die Mineure speziell zu Beginn der Vortriebsarbeiten mit Wassereintritt in hohem Ausmaß zu kämpfen hatten, konnte der Zeitplan für den Stollenbau erfüllt werden. Rund zwei Jahre nach der Anschlagfeier erfolgte im Juni 2016 der Durchschlag beim Schützenschacht auf der Höhe des Hotels Silvrettahaus. Vom Portal des Hauptzugangsstollens bis zum Durchschlag beim Schützenschacht hatten die Mineure eine unterirdische Distanz von rund 3,6 km zurückgelegt, wobei insgesamt ca. 200.000 m³ Gestein ausgebrochen wurden. Neben der 125 m langen, 25 m breiten sowie 35 m hohen Maschinenkaverne ist das Wasserschloss das imposanteste Bauwerk des OVW II. Ein maximaler Durchmesser von 17 m und seine Gesamthöhe zwischen Schachtkopf und Schachtfuß von rund 300 m machen das Wasserschloss zum größten Schacht der Anlage. Während des Betriebs bewegen sich bis zu 164.000 l/s  zwischen den beiden Speicherseen. Diese gewaltige Wassermenge bewirkt beim sekundenschnellen Umschalten zwischen Pump- und Turbinenbetrieb enorme dynamische Kräfte, die mit dem nach oben offenen Wasserschloss sicher ausgeglichen werden. Simon Mark weist darauf hin, dass auch der Transport der großdimensionierten Maschinenbauteile wie die Turbinenspiralen oder die 152 t wiegenden Maschinentransformatoren auf der finalen Strecke in die Kaverne viel Fingerspitzengefühl erforderte. Die Anlieferung ins Projektgebiet erfolgte über die Silvretta- Hochalpenstraße von Partenen oder Galtür aus. Über einen mit acht individuell steuerbaren Achsen ausgestatten Selbstfahrer wurden die schwersten Bauteile von Partenen zum Zugangsportal und von dort weiter ins Berginnere befördert. Die beiden von Siemens gefertigten Transformatoren wurden auf einem im Boden verlegten Schienensystem in eine eigene Trafokaverne befördert. In der Maschinenkaverne leisteten zwei auf je 180 t Maximalbelastung ausgelegte Hallenkräne während der Bau- und Montagearbeiten wertvolle Unterstützung.

Druckschacht betoniert und gepanzert
Auf dem finalen Abschnitt des Triebwasserwegs vor dem Übergang in die Maschinenkaverne geht der mit einer Betoninnenschale ausgekleidete Druckstollen in eine Stahlpanzerung über. Den Zuschlag für die Ausführungen der ober- und unterwasserseitigen Panzerungen erhielt die Bilfinger Industrial Services GmbH aus Oberösterreich, die für die illwerke vkw bereits beim Kopswerk II ihre Kompetenz im untertägigen Druckschachtbau unter Beweis gestellt hatte. Die Herstellung des ersten, insgesamt 256 m langen Abschnitts der Panzerung in der Dimension DN6000 startete im Sommer 2015. Wegen der sperrigen Abmessungen mussten die teilweise mit nur 10 mm Wandstärke ausgeführten Stollenpanzerungen als Halbschalen angeliefert und vor Ort zusammengeschweißt werden. Zu diesem Zweck wurde am Fuß der Vermunt-Staumauer eine mit moderner Schweißtechnik und Portalkran ausgestattete Montagehalle errichtet. Auch die jeweils in einer Länge von 3,5 m auf die Baustelle gelieferten Rohrschüsse DN4500 der anschließenden, rund 290 m langen Panzerung wurden in der Montagehalle verschweißt. Ein für diesen Einsatzzweck speziell konstruierter Rohrtransportwagen ermöglichte das Einbringen der großformatigen Rohre in das Stollensystem. Im Anschluss an die Montage der Druckschachtpanzerung folgte die Erstellung der Verteilleitungen vor der Kaverne, die mit zwei T-Stücken für die jeweils 51 m langen Turbinenzuläufe DN3100 sowie die je 75 m langen Pumpensteigleitungen DN3300 ausgeführt wurden. Die Herstellung der zwei Maschinenstichleitung DN3800 mit dem Hosenrohr erfolgte im Sommer 2016. Das Hosenrohr, das in der Bilfinger-Zentrale in Wels vorgefertigt und in Einzelteilen nach Vor­arlberg transportiert wurde, wurde als letztes Element des Druckleitungssystems in diesem Bauabschnitt millimetergenau montiert. Die Drossel am Fuß des Wasserschlosses mit einem Durchmesser von DN6800 stellte das größte Bauteil im Lieferumfang der Stahlbauer dar und wurde zwischen Juni und September 2016 eingebaut. Noch im selben Jahr komplettierten die Oberösterreicher mit vier je 20 m langen Panzerungen DN4400, die direkt an die Saugrohrschützen nach den Maschinensätzen anschließen, ihre zweites Baulos. Das dritte Baulos, dessen Durchführung im Sommer 2018 startete, betraf die Verlegung der Druckrohrleitung des OVW I. Anstelle der alten oberirdisch ausgeführten Druckleitung wurde das OVW I im Zuge der Bauarbeiten für das OVW II mit einem Stollen an den neuen Triebwassserweg angebunden, wobei die neue, 1.050 m lange Druckrohrleitung DN1900 als aufgeständerte Variante ausgeführt wurde. Der Abbau der ausgedienten alten Druckrohrleitung sowie die Renaturierung der Rohrtrasse sollen im Laufe des nächsten Jahres abgeschlossen werden.

Hocheffiziente ternäre Maschinensätze
Die beeindruckenden Dimensionen des OVW II eröffnet sich Besuchern schon bei der Einfahrt durch den rund 800 m langen Zugangsstollen Richtung Maschinenkaverne. Der Betonbau des Kavernenkrafthauses orientierte sich anfangs am Fortschritt der Vortriebsarbeiten, die Hauptmontage der Maschinenteile für Pumpe, Turbine, Generator, Schaltkupplung und Wandler startetet im Frühjahr 2017. Jeder der beiden ternären Maschinensätze wurde von den Ingenieuren der illwerke vkw in Zusammenarbeit mit den Herstellern bis ins kleinste Detail geplant, gemeinsam erreichen die Maschinensätze sowohl im Pump- als auch im Turbinenbetrieb eine Engpassleistung von insgesamt 360 MW. Die Ausführung als ternäre Einheit, bestehend aus Turbine, Pumpe und Motor-Generator, ermöglicht einen Betrieb im hydraulischen Kurzschluss. Wenn die aus dem Netz aufzunehmende Leistung zu gering ist, um die Pumpe alleine zu betreiben, kann ein Teil des Triebwassers direkt über die Turbine abgefahren und die Differenzleistung gleich an derselben Maschine erzeugt werden. Geliefert wurden die hocheffizienten Maschinen von den führenden Spezialisten im Großwasserkraftbereich. Voith Hydro fertigte die beiden einstufigen Pumpen und die hydraulischen Wandler als Verbindung zum Motor-Generator. Diese Wandler synchronisieren in Sekundenschnelle die Drehzahl zwischen Pumpe und Motor-Generator und sorgen für eine formschlüssige Verbindung zwischen den Maschinen. Die Motor-Generatoren als Herzstücke der beiden Maschinensätze wurden vom Hersteller General Electric auf die speziellen Anforderungen der illwerke vkw-Ingenieure ausgelegt. Den Zuschlag für die beiden Francis-Turbinen und die Schaltkupplungen erhielt mit ANDRITZ Hydro ein weiterer internationaler Big Player. Die von Andritz gelieferten Schaltkupplungen ermöglichen das Entkoppeln der Turbine vom Motor-Generator während des Pumpbetriebs, wodurch keine zusätzlichen rotierenden Anlagenteile in Bewegung versetzt werden müssen. Darüber hinaus kann durch diese Ausführung auf das ansonsten notwendige Ausblasen des Turbinengehäuses verzichtetet werden, wodurch die Leistungseffizienz der Maschinengruppe noch weiter steigt. Angeordnet wurden die Maschinensätze in horizontaler Position, wodurch die Einzelkomponenten bei Service- und Wartungsarbeiten optimale Zugänglichkeit bieten. Eine zentrale Steuerölanlage je Maschine sorgt für den hydraulischen Antrieb der Turbinen- und Pumpenleitapparate, der Synchron-Wandlersteuerung und der Kugelschieber. Für optimale Betriebstemperaturen beim wärme­­­­­­­­in-i tensiven Pumpspeicherbetrieb sorgt eine von der Vorarlberger Wagner GmbH ausgeführte Kühlwasseranlage. Die Anlage wurde als geschlossenes System mit einem Vorlauftemperaturniveau von 18 °C konzipiert, wodurch die Entstehung von Kondensat im Kühlwassersystem verhindert wird. Durch die Konzeption als geschlossener Kreislauf benötigt das Kühlwassersystem nur ca. 30 Prozent jener Pumpenenergie, die im Vergleich bei Pumpspeicherkraftwerken gleicher Dimensionen aufge-i wendet werden müsste, heißt es von Herstellerseite. Zwei Plattenwärmetauscher leiten die entstehende Abwärme ins Unterwasser ab. Zusätzlich wird die ebenfalls von Wagner gelieferte Sperrwasserversorgung mit dem erwärmten Kühlwasser versorgt, wodurch auch im Sperrwassersystem Kondensatbildung ver­mieden wird.

Grund zum Feiern im Frühjahr 2018
Nach der wunschgemäß verlaufenen Füllung der Unterwasserführung Ende 2017 stieg die Spannung der Projektbeteiligten im Frühjahr 2018 noch weiter an. Die Standprobe für das oberwasserseitige Stollensystem sowie das kurz darauf anstehende Andrehen des ersten Maschinensatzes standen kurz bevor. Am 19. April war es schließlich soweit, im Beisein von zahlreichen Gästen und Vertretern der beteiligten Firmen wurde das Turbinenlaufrad von Maschine 1 durch das einströmende Triebwasser in Bewegung versetzt. Im Anschluss an diesen feierlichen Moment wurden die finalen Montage- und Inbetriebsetzungsarbeiten weiter zügig fortgesetzt, Maschinensatz 2 sollte im Herbst 2018 in den Probebetrieb gehen. In den darauffolgenden Wochen und Monaten waren die für die spätere Betriebsführung zuständigen Mitarbeiter der illwerke vkw unmittelbar in den Inbetriebnahmeprozess eingebunden. Die unterschiedlichen Betriebsarten, der kraftwerksübergreifende Signalaustausch und die Anfahr- und Stillsetz-Automatik wurden ausgiebigen Prüfungen unterzogen, darüber hinaus erfolgte ein enger Austausch mit dem Netzbetreiber.

Feierliche Eröffnung im Juni 2019
Seinen Probebetrieb hat das OVW II schließlich noch vor dem vergangenen Jahreswechsel aufgenommen, über den baulich adaptierten Trominierstollen und entlang der Bahntrasse der Vermunt-Seilbahn wird die erzeugte Spitzen- und Regelenergie durch eine 220 kV Kabelverbindung ins öffentliche Stromnetz übertragen. Die Überwachung und Steuerung der nun zweit-leistungsstärksten Anlage der illwerke vkw erfolgt von der zentralen Leitwarte in Rodund, dort erfolgt auch die Einsatzplanung des Kraftwerks. Die zahlreichen Projektbeteiligten bei der illwerke vkw blicken zurück auf ein hoch anspruchsvolles, gleichzeitig aber auch höchst erfolgreiches Projekt, bei dem der eng gesteckte Zeitplan eingehalten werden konnte. Mit der Errichtung des OVW II haben die illwerke vkw definitiv ein starkes Zeichen für die Wasserkraft als Säule der europäischen Energiezukunft gesetzt. Anfang Juni wurde die Fertigstellung des OVW II mit einem großen Eröffnungsakt feierlich gewürdigt.

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Der Speicher Vermunt im Vorarlberger Silvretta­gebiet dient als Unterbecken für das in rund 4,5 Jahren errichtete Obervermuntwerk II. Seine beiden in Sekundenschnelle regelbaren Maschinensätze, die sowohl im Turbinen- als auch im Pumpbetrieb eine Engpassleistung von 360 MW schaffen, befinden sich 800 m tief verborgen im Berg in einem riesigen Kavernenkrafthaus.

Foto: illwerke vkw

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Anlagenschema Obervermuntwerk I und Obervermuntwerk II

Animation: illwerke vkw

Sternbohrung 122 x 91 mm web

 

Stollen und Schächte wurden mittels Sternbohrungen injiziert. Bei diesen sogenannten Gebirgsinjektionen wird Zementsuspension mit bis zu 20 bar in die Bohrlöcher injiziert und somit eine hochfeste Verbindung zwischen dem Berg und dem Triebwassersystem geschaffen.

Foto: illwerke vkw

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Gruppenbild des Inbetriebsetzungsteams mit Projektleitern und Ehrengästen beim ersten offiziellen Andrehen von Maschine 1 im Frühjahr 2018.

Foto: illwerke vkw

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Auf der Hochgebirgsbaustelle wurde rund um die Uhr im Mehrschichtbetrieb gearbeitet.

 

Foto: illwerke vkw

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Der Vorarlberger Stahlwasserbauspezialist Künz GmbH lieferte die großformatigen Rechen und Schützen. Im Bild die Montage der Rechenfelder im Auslaufbauwerk Vermunt.

Foto: Künz

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Auslaufschütz im Vermuntsee

Foto: Künz

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Kavernenkrafthaus während des Betonbaus.

Foto: illwerke vkw

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Montage einer Francis-Turbinenspirale

Foto: illwerke vkw

Vorlagerung Pumpensteigleitung 122 x 81 mm web

 

Vorlagerung der Panzerung für die Verteilrohrleitung

Foto: illwerke vkw

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Die Ausführung der Druckschachtpanzerungen mit einer Dimension bis zu DN6000 erledigte die Bilfinger Industrial Services GmbH. Zusätzlich verlegten die Oberösterreicher die neue, nun unterirdisch in einem eigenen Stollen geführte Druckleitung des OVW I.

Foto: Bilfinger Industrial Services GmbH

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Blick in die Maschinenkaverne Ende 2016

Foto: illwerke vkw

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Anlieferung eines Siemens-Transformators mit dem 8-achsigen Selbstfahrer über die Serpentinen der Silvretta Hochalpenstraße.

Foto: illwerke vkw

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Die horizontal angeordneten Maschinensätze des OVW II, bestehend jeweils aus Francis-Turbine, Motor-Generator und Speicherpumpe, nahmen noch im Herbst des Vorjahres ihren Probebetrieb auf.

Foto: zek

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Die Kühlwasseranlage der Vorarlberger Wagner GmbH sorgt für ideale Betriebstemperaturen.

Foto: Michael Gunz PhotoVideoImageediting

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Innenansicht der Francis-Turbine von Maschinensatz 2

Foto: illwerke vkw