In der Gemeinde Aspangberg-St.Peter im niederösterreichischen Wechselgebiet, nur wenige Kilometer von den steirischen und burgenländischen Landesgrenzen entfernt, hat Fortstwirt DI Thomas Schenker …

… im November 2018 mit der Anlage Martinschleife das zweite seiner beiden grundlegend erneuerten Kleinwasserkraftwerke wieder ans Netz gebracht. Schon im Februar 2018 war das auch zur Eigenstrombedarfsdeckung des Forstbetriebs produzierende Kraftwerk Mariensee wieder in Betrieb gegangen. Bis auf das adaptierte Krafthaus Mariensee wurde sämtliche Anlageninfrastruktur – von den Wehranlagen über die Druckrohrleitungen bis hin zur gesamten elektromechanischen Ausrüstung – vollständig neu ausgeführt. Neben wesentlichen Verbesserungen ökologischer Natur, wie einer konstant erhöhten Restwasserabgabe oder der Herstellung zweier Fischpassagen, bescherte die umfassende Erneuerung eine Leistungssteigerung von rund 130 Prozent.

Inmitten der beschaulichen Naturkulisse am Nordabhang des niederösterreichischen Wechselgebiets erstrecken sich von 800 bis auf 1.740 m hinauf die rund 2.000 Hektar bewirtschaftete Waldfläche des Forstbetriebs Schenker. Die wirtschaftliche Basis des seit 1865 in Familienbesitz stehenden Unternehmens, heute von Forstwirt Thomas Schenker in fünfter Generation geführt, stellt naturgemäß der Rohstoff Holz dar. Darüber hinaus ist das Unternehmen mit der Zeit gegangen und hat sein Portfolio unter anderem auch in sport-touristischer Hinsicht erweitert. Dazu zählen ein Streckennetz für Mountainbi­ker oder die von Wanderern im Sommer bzw. von Langläufern im Winter gern genutzte „Wech­sel-Semmering-Panoramaloipe“. Das Kern­­geschäft besteht allerdings nach wie vor aus dem Holzhandel, konkret primär Fichtenholz, das vor allem an Abnehmer aus dem Papier- und Zellstoffsektor vertrieben wird. Früher wurde das Holz noch verstärkt selbst verarbeitet, zunächst in einem Sägewerk in Mariensee, später zusätzlich noch in einer um 1900 errichteten Hohlpappenfabrik. Zum Antrieb der mechanischen Maschinentransmissionen dieser Gewerke nutzte man Wasserräder, die vom durch das Tal mäandernden hiesigen „Großen Pestingbach“ in Rotation versetzt wurden. Im Laufe der Zeit sollten die Betriebe elektrifiziert werden, die Wasserräder wichen Turbinen und Generatoren. Beim Kraftwerk Martinschleife wurden um 1970, dem Jahr, in dem die Hohlpappenfabrik die Produktion einstellte, zwei unterschiedlich groß dimensionierte Pelton-Turbinen installiert. Nach der Produktionsstillegung fungierte die Wasserkraftanlage nur mehr zur Einspeisung ins öffentliche Netz. Die Anlage Mariensee nutzte zur Stromgewinnung früher ein zweistufiges Konzept, bei dem zwei Durchström-Turbinen an zwei separaten Standorten entlang des Gewässers zum Einsatz kamen. Der dort erzeugte Strom diente vorrangig zur Deckung des Eigenbedarfs des Forstbetriebs, wozu heute unter anderem akkubetriebene Kettensägen, ein Elektroauto aber auch ein Biomasse-Heizkraftwerk zählen.

Kompletterneuerung im Doppelpack
Wie Thomas Schenker im Gespräch mit zek HYDRO vor Ort darlegt, erfolgte die Kompletterneuerung der beiden Wasserkraftwerke zwischen 2017 und 2018 aus mehrerlei Gründen: „Ein Ausgangspunkt war, dass die Anlagen das Ende ihrer technischen Lebensdauer erreicht hatten. Zusätzlich mussten bis 2025 die Vorschreibungen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie – sprich erhöhte Restwasserabgabe, die Herstellung ökologischer Durchgängigkeit, usw. – erfüllt werden. Also, da wäre ohnehin etwas Größeres angestanden. In wirtschaftlicher Hinsicht zielten wir mit der Modernisierung auf die Gewährung des geförderten Ökostromtarifs ab, ohne den das Projekt nicht darstellbar gewesen wäre. Darüber hinaus sind Wasserkraftwerke eine auf lange Sicht betrachtet sichere Investition, die heutzutage mit geringem Personalaufwand unkompliziert funktioniert. Im Vordergrund stand auch, dass die neuen und leistungsstärkeren Anlagen uns wie gehabt ein fixes holzpreisunabhängiges Zusatzeinkommen bescheren.“ Die ersten Konzepte in Form einer Machbarkeitsstudie für die geplanten Erneuerungen entstanden 2014, ­bereits im darauf folgenden Jahr wurde das Projekt bei der zuständigen Bezirksverwaltungsbehörde Neunkirchen eingereicht. Schenker lobt in diesem Zusammenhang ausdrücklich die effiziente Abwicklung des Verfahrens seitens der Behörde und Sachverständigen. So konnte die Genehmigung zur Realisierung beider Erneuerungsprojekte im Rahmen eines gemeinsamen Verfahrens vergleichsweise schnell und unkompliziert erlangt werden. 2016 startete die ebenfalls gleich für beide Projekte lancierte Ausschreibung, darunter die Lose für Hoch- und Tiefbau, die Druckrohrverlegung, den Stahlwasserbau sowie das gesamte elektromechanische und leittechnische Equipment.

Heimische Profis am Zug
Schenker zeigt sich erfreut, dass im Sinne der heimischen Wertschöpfungskette ausschließlich österreichische Unternehmen für die Projektumsetzung beauftragt werden konnten – allesamt Branchenexperten mit langjähriger Erfahrung  im Kleinwasserkraftbereich. So wurden die Maschinensätze, jeweils eine ­Pelton- und eine Durchström-Turbine inklusive Generatoren, von der Osttiroler Maschinenbau Unterlercher GmbH geliefert. Die ebenfalls aus Osttirol stammende SoWa Control GmbH, ein langjähriger Geschäfts- und Projektpartner von Turbinenbauer Unterlercher, erhielt den Zuschlag für das gesamte elektro- und leittechnische Equipment. Für die Ausführung der kompletten Stahlwasserbauausrüstung engagierte Schenker die Mayrhofer Maschinenbau GmbH von der anderen Seite des Wechsels aus der Gemeinde Wenigzell. Die Firma Mayrhofer war dem Forstbetrieb schon länger gut bekannt, diese hatte man in der Vergangenheit mehrfach für Reparaturen am stillgelegten Sägewerk beauftragt. Mit der Generalplanung der Wasserkraftprojekte wurde das bewährte, ebenfalls aus der Steiermark stammende Ingenieurbüro interTechno Engineering GmbH betraut. interTechno-Geschäftsführer Martin Konrad umreißt den Auftrag folgendermaßen: „Beim Ausbau der beiden Kraftwerke Mariensee und Martinschleife galt es, das vorhandene energetische Potential auf dem Eigengrund der Familie Schenker  bestmöglich unter Miteinbeziehen von Kraftwerksstrukturen der Altanlagen zu nutzen. So konnte trotz Anpassung der Restwasserabgaben in Summe 130 Prozent Leistungssteigerung erzielt werden. Durch die Errichtung zweier Fischaufstiege nach Leitfaden an den neuen Fassungsstellen und durch den Abtrag der unpassierbaren Altwehranlagen hat man viel zur Ökologisierung der durch die beiden Kraftwerksanlagen beanspruchten Gewässerstrecken des Großen Pestingbaches beigetragen.“

KW Mariensee machte den Anfang
Als erstes wurde im Frühsommer 2017 die Erneuerung des Kraftwerks Mariensee in Angriff genommen. Dies erfolgte Schenker zufolge einerseits aus dem naheliegenden Grund, dass diese Anlage übers Jahr gesehen den gesamten Eigenstrombedarf des Forst­betriebs abdeckt. Außerdem erhielt man von der für die Abwicklung des geförderten Ökostromtarifs zuständigen OeMAG vorerst nur für den Neubau des Kraftwerks Mariensee eine positive Zusage. Mit der Umsetzung des gesamten Hoch- und Tiefbaus inklusive Rohrverlegung beim Projekt Mariensee wurde die Heinrich-Bau GmbH aus Fürstenfeld beauftragt. Zu Beginn der Bauphase konzen­trierte man sich zunächst auf den Abbau des Altbestands. Damit die obere Stufe der alten Anlage so lange wie möglich zur Eigenbedarfsdeckung genutzt werden konnte, wurde zuerst nur die untere Stufe außer Betrieb genommen. Kurz nach den Demontagearbeiten startete die Verlegung der komplett aus glasfaserverstärkten Kunststoffrohren (GFK) DN700 der Marke Hobas (Amiblu) hergestellten Kraftwerksleitung. Durch den Wegfall der Zwischenstufe wurde eine neue Trassenführung für den insgesamt 680 m langen Kraftabstieg gewählt. Dank Wetterglück und günstiger geologischer Bedingungen konnte die Rohrverlegung zügig voranschreiten, der Neubau der Wehranlage startete wenige Monate nach Baustart im Frühherbst.

Neue Wehranlage am alten Standort
Der Standort der neu gestalteten Wasserfassung blieb gleich in unmittelbarer Nähe zu den Büroräumlichkeiten des Forstbetriebs. Zum Aufstauen des Gewässers dient eine Wehrklappe mit einseitigem hydraulischem Antrieb. Um die Hochwassersicherheit bei Starkregenereignissen zu gewährleisten, wurde im Oberwasserbereich der Wasserfassung eine Sonde installiert, die bei einem abrupten Anschwellen des Wasserspiegels das automatische Senken der Wehrklappe in Gang setzt. Die Ausleitung von maximal 450 l/s Ausbauwassermenge erfolgt mittels Seitenentnahme. Als verpflichtende Restwassermenge wurde ein Basiswert von mindestens 100 l/s festgelegt plus eines dynamischen Anteils des Zuflusses bis zu maximal 113 l/s. Zum Schutz vor sperrigem Treibgut wurde am Einlauf ein Grobrechen mit händisch ziehbaren Rundstäben montiert. Ein fixer Anteil der Restwasserabgabe von konstant 87 l/s dient zur Versorgung der in technischer Variante realisierten Fischaufstiegshilfe auf der orographisch rechten Gewässerseite. Die restliche, dynamisch bemessene Dotation erfolgt über eine Froschklappe am linken Ufer der Wehranlage. Im holzverkleideten Wehrhaus sorgt eine nach massivem Mayrhofer-Standard gefertigte Feinrechenreinigungsanlage für optimale Durchflussbedingungen vor dem Beginn der Druck-i rohrleitung. Das von der pegelgeregelten Maschine entfernte Geschwemmsel wird von der Putzharke in eine Spülrinne befördert und direkt wieder ins Unterwasser abgegeben. Zusätzlich beheimatet das Wehrhaus einen Schaltschrank für die Elektrotechnik inklusive Touchpanel und das Hydraulikaggregat für die Regelung und den Betrieb der zentralen Stahlwasserbauteile.

Alles neu im Krafthaus Mariensee
Das Krafthaus Mariensee blieb in seinem Äußeren von den Bauarbeiten weitgehend unbeeinträchtigt. Im Inneren hingegen wurde der Altbestand zur Gänze gegen den Letztstand moderner Wasserkrafttechnik getauscht. Als Herzstück der Anlage lieferte Maschinenbau Unterlercher eine Durchström-Turbine mit 2-zelligem Laufrad, die konstruktionsbedingt auch bei wechselhaften Zuflussbedingungen sehr gute Wirkungsgrade erreicht. „Unsere anfänglichen Bedenken, die Anlage Mariensee im Winter abstellen zu müssen, haben sich als unberechtigt erwiesen. Selbst bei extrem niedrigem Wasserstand konnten wir den Betrieb mit immerhin rund 15 kW Leistung aufrechterhalten“, sagt Schenker. Die Engpassleistung der von vormals zwei auf nun eine einzige Kraftwerksstufe zusammengefassten Neuanlage konnte trotz gleichbleibender Fallhöhe von 33 m und sogar etwas verringerter Ausbauwassermenge erheblich gesteigert werden. Unter Volllast schafft die neue Turbine eine Engpassleistung von 110 kW, die beiden alten Maschinen erreichten gemeinsam lediglich eine maximale Leistung von knapp 60 kW. Als Energiewandler dient ein direkt in horizontalter Richtung mit der Turbinenwelle gekoppelter Asynchron-Generator mit 400 V Spannung. Dieser dreht wie das von oben angeströmte Turbinen-Laufrad mit exakt 600 U/min und ist auf eine Nennscheinleistung von 132 kW ausgelegt. Die von SoWa-Control gelieferte elektro- und leittechnische Ausstattung befindet sich wie der Steuerungs-PC direkt im Krafthaus. Mittels sicherer VPN-Verbindung hat der Betreiber – wahlweise auch über ein mobiles Endgerät wie sein Smartphone – rund um die Uhr Fernzugang auf die Steuerung. Das Einspeisen des Überschussstroms ins öffentliche Netz erfolgt an einer Trafostation des niederösterreichischen Energieversorgers EVN in der Nähe des alten Sägewerks. Rund ein halbes Jahr nach Beginn der zügig verlaufenen Umbauphase konnte noch kurz vor dem anstehenden  Jahreswechsel ein erster Probebetrieb gestartet werden. Nach Abschluss der finalen Restarbeiten nahm die Anlage Mariensee im Februar 2018 schließlich den Regelbetrieb auf.

Baustart Martinschleife im Mai 2018
Wenige Monate nach der Fertigstellung des ersten Kraftwerks folgte schon im Mai 2018 der Baustart für das Projekt Martinschleife, dessen Neuausführung laut Schenker deutlich mehr Aufwand mit sich brachte. Dies hatte vor allem mit der Trasse der neuen Druckrohrleitung zu tun, welche beim Kraftwerk Martinschleife durch geologisch anspruchsvolleres Gebiet und einen Steilabschnitt führte. Zusätzlich wurde entgegen dem ursprünglichen Konzept, den Maschinensatz wieder im Untergeschoss der stillgelegten Pappfabrik unterzubringen, ein alternativer Standort für ein neues Krafthaus gewählt. „Summa summarum kam es uns billiger, ein neues Krafthaus zu errichten als den alten Standort, über den keinerlei brauchbaren Unterlagen für die notwendigen baustatischen Berechnungen vorhanden waren, aufwändig zu adaptieren. Zudem haben wir durch die Verlegung des Krafthauses bachabwärts einige Höhenmeter für die Stromgewinnung dazu gewonnen“, erklärt Schenker. Für die Umsetzung der Bauarbeiten beim Projekt Martinschleife sollten die Lose auf zwei Unternehmen aufgeteilt werden. Heinrich-Bau konnte seine Kompetenz ein weiteres Mal beim Hochziehen des neuen Krafthauses unter Beweis stellen. Den Zuschlag für die Verlegung der Druckrohre und den Bau der neuen Wehranlage sicherte sich die oberösterreichische Hoch- und Tiefbaugesellschaft Baumeister Ing. Karl Fürholzer. Gleich zu Beginn konzentrierten sich die Unternehmen auf die Aushub- und Betonarbeiten an den jeweiligen oberen und unteren Ende der Anlage, sprich der Errichtung von Wehranlage und Krafthaus. Ungefähr zeitgleich startete eine zweite Fürholzer-Montagepartie mit der Verlegung der Druckrohrleitung. Beim Kraftwerk Martinschleife besteht der insgesamt 1.393 m lange Kraftabstieg DN800 hinsichtlich des verwendeten Rohrmaterials aus drei Abschnitten. Während beim ersten und dritten Teilstück Flowtite-GFK-Rohre von Amiblu verlegt wurden, setzte man bei der Steilstufe im mittleren Trassenabschnitt auf etwa 450 m Länge auf noch höhere beanspruchbare Gussrohre. Geliefert wurden die in schub- und zuggesicherter Ausführung verlegten Rohre, hergestellt zu 100 Prozent aus Recyclingmaterial, vom westösterreichischen Gussrohrspezialisten Tiroler Rohre GmbH (TRM).

Wehranlage an der Martinschleife
Die Ausführung und Ausstattung der neuen Wasserfassung beim Kraftwerk Martinschleife unterscheidet sich von jener des Oberlieger Mariensee in wenigen Details. Ein wesentlicher Unterschied hinsichtlich des wieder von Mayrhofer gelieferten Stahlwasserbaus besteht in dem gleich neben der Wehrklappe angeordneten Grundablassschütz mit Spülklappe, über den dort auch gleich ein Teil des Restwassers abgegeben wird. Der Hauptteil der Pflichtwasserabgabe – ganzjährig stets mindestens 140 l/s sowie 20 Prozent vom aktuellen Zufluss – fließt über den naturnah gestalteten Beckenpass. Mit 900 l/s ist die genehmigte Ausbauwassermenge doppelt so hoch wie beim Standort Mariensee. Vom ebenfalls seitlich angeordneten Einlauf mit ziehbarem Grobrechen gelangt das Triebwasser wieder über ein betoniertes Beruhigungsbecken mit Entsandungsfunktion zum vertikalen Feinrechen und dem dazugehörigen Rechenreiniger. Flankiert wird die Rechenanlage im Wehrhaus wie beim Pendant Mariensee von einem E-Technikschrank mit Steuerun­gs-Touchpanel und dem Hydraulik­aggregat zur Regelung von Wehrklappe und Schützen.

Neue Leistungsdimensionen
Das an neuer Stelle errichtete Krafthaus wurde mit einer abhebbaren Dachkonstruktion ausgeführt, womit sich der Betreiber den Einbau eines fixen Gebäudekrans ersparte. Sollte Bedarf für eine Generator-Demontage bestehen, kann diese unkompliziert mit dem Einsatz eines mobilen Schwerlastkrans bewältigt werden. Anstelle von zwei unterschiedlich groß dimensionierten Pelton-Maschinen der Altanlage kommt beim Neubau nun eine einzelne Pelton-Turbine zum Einsatz – diese übertrifft die Maximalleistung der ausgedienten Turbinen allerdings bei weitem. Deren gemeinsame Engpassleistung war aufgrund des fortgeschrittenen Alters und damit einhergehenden Abnützungen auf rund 280 kW limitiert. Das neue, mit insgesamt sechs elektrisch geregelten Düsen in vertikaler Bauform gefertigte Kraftpaket aus dem Hause Unterlercher schafft bei vollem Wasserdargebot nun eine Engpassleistung von 555 kW. Darüber hinaus zeichnet sich die Turbine durch beste Wirkungsgrade in einem breiten Betriebsspektrum aus. Der vertikal direkt mit der Turbinenwelle verbundene Synchron-Generator vom Linzer Hersteller Hitzinger dreht wie die Turbine mit 500 U/min und wurde in luftgekühlter Ausführung gefertigt. Die Elektro- und Leittechnik für den Neubau Martinschleife stammt wieder von SoWa Control, Steuerungs-PC und E-Technik Schaltschrank wurden dort über dem im Untergeschoss des Krafthauses befindlichen Maschinensatz installiert. Zur Ableitung des erzeugten Stroms stellte der Netzbetreiber EVN einen neuen Einspeisepunkt direkt am neben der Landstraße errichteten Krafthaus her.

Investition macht sich bezahlt
Im November 2018, etwa sieben Monate nach dem ersten Spatenstich, konnten schließlich die Inbetriebnahme und der Probebetrieb des zweiten Kraftwerks des Forstbetriebs erfolgen. Nach rund 1,5 Jahren Betriebserfahrung mit seinen neuen Anlagen zeigt sich Schenker im zek HYDRO-Interview davon überzeugt, eine gute Investition getätigt zu haben: „Aus heutiger Sicht war die Entscheidung zur Kompletterneuerung unserer Wasserkraftanlagen absolut richtig. Als Forstbetrieb, der hauptsächlich vom Verkauf von Holz lebt, war und ist die Stromproduktion aus eigenen Ressourcen ein absolut wichtiges Einkommensstandbein.“ Dass sich die umfassenden Modernisierungen in erzeugungstechnischer Hinsicht bezahlt machen, steht außer Frage. Die in Summe 130-prozentige Leistungssteigerung der Anlagen geht Hand in Hand mit einer entsprechend erhöhten Jahreserzeugung. Diese steigerte sich beim Kraftwerk Mariensee auf ca. 480.000 kWh, die Produktion des Kraftwerks Martinschleife erhöhte sich im Regeljahr auf rund 2,5 GWh.