Bereits im Jänner letzten Jahres nahm die Vorarlberger Gemeinde Lech ein neues, leistungsstarkes Kleinwasserkraftwerk am Zürsbach in Betrieb, das für die bekannte Tourismusgemeinde einen weiteren Meilenstein in Sachen Nachhaltigkeitsentwicklung darstellt. Bis zu 2 m3 Wasser pro Sekunde können die beiden modernen Pelton-Maschinensätze im Maschinenhaus verarbeiten und erzeugen im Jahresschnitt rund 7,5 GWh sauberen Strom. Damit kann die Arlberg-Gemeinde nun rund 15 Prozent ihres Stromverbrauchs aus eigenen Ressourcen decken. Das Investitionsvolumen belief sich auf circa 8 Millionen Euro.

„Kommt Zeit, kommt Strom“, scherzt Lechs Bürgermeister Gerhard Lucian beim Lokalaugenschein im neuen Krafthaus oberhalb von Lech, wo beide Maschinen Mitte Juni unter Volllast Ökostrom produzieren. Er hat gut lachen, auch wenn es schon einer beachtlichen Vorlaufzeit bedurfte, ehe das Kraftwerksprojekt umgesetzt werden konnte. Aber man habe das Projekt bereits 2017 so weit vorbereitet in der Schublade gehabt, dass man jederzeit damit habe starten können, wenn die Rahmenbedingungen dafür günstig waren. Zu diesem Zeitpunkt existierten noch andere Planungsvarianten – etwa für einen größeren Ausbau mit einem tiefer situierten Maschinenhaus –, die jedoch nach und nach aus unterschiedlichen Gründen ausgeschieden waren. „Im Herbst 2021 war es schließlich soweit. Nachdem sämtliche Genehmigungen und der Baubeschluss der Gemeinde vorlagen, konnte der Spatenstich für das neue Kraftwerk gesetzt werden und die Bauarbeiten beginnen“, so der Bürgermeister.

Direkt an Wildbachsperre angebaut
Von seinem Konzept her handelt es sich beim Kraftwerk Zürsbach um ein Ausleitungskraftwerk, das eine natürliche Gefällstufe des Zürsbachs von rund 137 m nutzt. Auf circa 1.650 m Seehöhe wird das Wasser mittels eines Tirolerwehrs gefasst und in ein unterirdisches Fassungsbauwerk geführt, wo ein zentral angeordneter Coanda-Rechen vom Südtiroler Branchenspezialisten Wild Metal die anfallenden Feinsedimente abscheidet. Von der anschließenden Apparatekammer mit Rohrbruchklappe gelangt das Wasser dann in die Druckrohrleitung, die sich über rund 2.300 m von der Fassung bis zum Maschinenhaus erstreckt. Über ein unterirdisches Hosenrohr wird das Wasser danach auf die beiden baugleichen Maschinensätze aufgeteilt. Das Krafthaus selbst wurde von der beauftragten Baufirma Jäger Bau möglichst unauffällig und kompakt direkt an den Flügel einer massiven Wildbachsperre angebaut. Direkt unterhalb wird das turbinierte Wasser wieder dem Zürsbach zugeführt. Mit der Planung und der Bauaufsicht wurde das Planungsbüro breuß mähr bauingenieure gmbH aus Koblach betraut, das seit vielen Jahren einen exzellenten Ruf bei der Planung von Wasserkraftwerken genießt und auch bei diesem Projekt wieder sein Know-how einbringen konnte.

Bauwasserhaltung über den Winter
„Wir haben im Herbst 2021 gleich mit der Wasserfassung begonnen. Es ging vor allem darum, dass man die Bauaktivitäten im Bachbett noch in der herbstlichen Niedrigwasserphase erledigt, bevor man im Frühling mit dem Schwall an Schmelzwasser konfrontiert ist“, erklärt Planer Dipl.-Ing. Markus Mähr. Die Wasserhaltung sollte generell einer der Knackpunkte in der Umsetzung werden. Aus gutem Grund wurde die Bauwasserhaltung inklusive Alarmüberwachung über den ganzen Winter hindurch aufrechterhalten, um im Frühling keine Zeit zu verlieren. Das sollte sich auszahlen. Schließlich erwartete das Team der beauftragten Baufirma Jäger Bau im Frühjahr eine massive Eisschicht in der Baugrube. Die Baustelle wieder eisfrei zu bekommen, sei durchaus eine Herausforderung gewesen, so der Planer. „Aber hätten wir auf die Bauwasserhaltung über den Winter verzichtet, hätten wir wahrscheinlich ein ganzes Monat im Bauzeitplan verloren“, so Markus Mähr.

Herausforderung Rohrverlegung
Neben der Wasserhaltung brachte auch die Verlegung der Druckrohrleitung einige Herausforderungen für das Team von Jäger Bau mit sich. In diesem Fall lag das weniger an der Steilheit des Geländes, sondern eher an Abschnitten, die von Platzmangel geprägt waren. Vor allem im Bereich der beiden Schutzgalerien entlang der Lechtalbundesstraße war Platz Mangelware. Erschwert wurde das Ganze durch den in diesem Bereich verlaufenden Leitungskollektor mit Stromkabel der illwerke vkw, zu dem ein gewisser Mindestabstand einzuhalten war. Um dies zu gewährleisten, brauchte es an den heiklen Stellen auch bauliche Sicherungsmaßnahmen. Generell nutzte die Gemeinde als Projektträger die Synergieoption, mit der Druckrohrleitung auch eine Trinkwasserleitung nach Zürs sowie ein LWL-Kabel mitzuverlegen. Was die Wahl des Rohrmaterials anbelangte, setzten die Betreiber auf die Qualitäten des bewährten Gussrohrs. Konkret wurde die Tiroler Rohre GmbH mit der Lieferung der duktilen Gussrohre der Dimension DN1000 beauftragt, die bei dieser Rohrgröße wie üblich mit der österreichischen Vertretung des international agierenden Rohrspezialisten PAM Saint-Gobain zusammenarbeitete. Das Unternehmen verfügt über eine Niederlassung in Innsbruck und ist daher in der Lage, derartige Aufträge anzunehmen. Die Gussrohre wurden in schub- und zugsicherer Ausführung in der Druckstufe PFA 10 bzw. 16 geliefert, sie gewährleisten somit eine außergewöhnlich hohe Standfestigkeit, die sogar kleineren Erdbeben und Hangrutschungen trotzen kann. Im Hinblick auf die beengten Möglichkeiten der Trassenführung waren zahlreiche Rohrbögen und Kurzrohre erforderlich, mit denen die allfälligen Richtungsänderungen hergestellt werden konnten. Die Kurzrohre wurden dabei im Werk von TRM in Hall hergestellt, wo sie auf die exakte Länge gekürzt wurden, ein neuer Schweißwulst aufgebracht und ein neuer Korrosionsschutz aufgetragen wurde. „Obwohl wir 2022 in einer Periode bauten, die noch von Lieferengpässen geprägt war, hat die gesamte Lieferlogistik für den Rohrleitungsbau sehr gut funktioniert. Auf diese Weise konnte das Team von Jäger Bau die Rohrleitung über 2,3 km Länge zur Gänze im Jahr 2022 realisieren“, resümiert Markus Mähr.

Triebwasserentsandung mittels Coanda
Aus planerischer Sicht gestaltete sich auch die Umsetzung der Wasserfassung für das Team der beauftragten Jäger Bau GmbH nicht ganz einfach. Planer Markus Mähr begründet das einerseits mit dem flachen Terrain im Fassungsbereich und anderseits mit den beengten räumlichen Bedingungen zwischen Bundesstraße rechts- und dem angrenzenden Hang linksseitig. Es galt, Kompromisslösungen für die nötigen Kubaturen zu finden, was letztlich auch gelang. Rund sechs Meter tief reicht das neue Fassungsbauwerk, in dessen Inneren ein großzügiges Coanda-Rechensystem integriert wurde. Dabei setzten die Betreiber auf das technische Know-how des Südtiroler Wasserkraftspezialisten Wild Metal, der in den letzten Jahren über 600 Kraftwerke mit seinen innovativen Coanda-Lösungen ausgestattet hat. Im Fall der neuen Wasserfassung am Zürsbach wurden die Coanda-Systeme unterirdisch im Fassungsbauwerk untergebracht. Das Triebwasser wird über einen leicht konisch angelegten Kanal in das Bauwerk geleitet. Von diesem Kanal aus strömt das Wasser beidseitig über insgesamt 28 Elemente des Grizzly Optimus – eines der bewährten Coanda-Systeme von Wild Metal. Jedes Element besteht dabei aus einem robusten Feinsieb, das aus einem speziell abriebbeständigen Edelstahl hergestellt wird. Bei der gewählten Spaltweite von 0,6 mm werden feine Sedimente, sowie Laub, Baumnadeln, Holzstücke und anderes Geschwemmsel größer als das Spaltmaß effektiv vom Zutritt in die Triebwasserleitung abgehalten. Dank des namensgebenden Coanda-Prinzips und dem Abschereffekt werden größere Geschwemmselteile effektiv und automatisch von der Rechenoberfläche abgeschieden. Dieses Konzept hatte für die Bauherrn gleich zwei positive Nebeneffekte: Zum einen ersparte man sich eine Rechenreinigungsmaschine, und zum anderen konnte die Kubatur für den Sandfang minimiert werden.

Maschinen punkten mit Kompaktheit
Bis zu 2.000 l/s reicht das Schluckvermögen der Coanda-Systeme in Summe, das entspricht der Konsenswassermenge, auf die auch die beiden Maschinensätze ausgelegt sind. Warum man auf eine Lösung mit zwei Maschinensätzen baut, erläutert Planer Markus Mähr im Detail: „Der Zürsbach unterliegt im Jahresverlauf erheblichen Schwankungen. Auch wenn es diesen Winter nicht notwendig war: Es werden Winter kommen, in denen man die Anlage aufgrund zu wenig Wasser abstellen wird müssen. Aus diesem Grund haben wir bei der Ausschreibung auch Zwei-Maschinen-Lösungen zugelassen, die natürlich bei starker Spreizung des Triebwasserdargebots Vorteile aufweisen.“ Letztlich entschieden sich die Verantwortlichen für das Angebot des Südtiroler Turbinenspezialisten Sora, der einerseits mit einer wirtschaftlich interessanten und andererseits mit einer technisch sehr ansprechenden Lösung zu überzeugen wusste. Konkret handelt es sich um zwei 5-düsige Peltonmaschinen, die vor allem dank ihrer ungewöhnlichen Kompaktheit ins Auge stechen. Die höchst kompakte Optik verdanken die Turbinen dem Umstand, dass die Ringleitung im Gehäuse integriert ist. Das Turbinengehäuse ist standardmäßig ausbetoniert. Vor allem in Hinblick auf Vibrationen und Lärm bieten sie dadurch markante Vorteile. Dank der geringen Abmessungen ließen sich die Maschinensätze auch sehr gut in das Krafthaus integrieren. Das Konzept von zwei baugleichen Maschinen bringt es mit sich, dass sämtliche Ersatz- und Verschleißteile identisch sind und im Falle eines Problems eine Maschine weiterlaufen kann.

Stromproduktion im Flüstermodus
Auffällig sind auch die auf den Turbinen direkt aufsitzenden Generatoren, die vom deutschen Generatorspezialisten AEM Dessau geliefert wurden. Sie zählen zur neuesten Generation von Kleinwasserkraftgeneratoren, die nicht nur durch ihre optische Ausführung, sondern vor allem auch durch technische Ausgereiftheit glänzen. Die beiden Maschinen, die jeweils auf eine Nennscheinleistung von 1,3 MVA ausgelegt sind, verfügen über eine Wassermantelkühlung. Diese sorgt nicht nur für ein ausgeglichenes Temperaturregime in der Maschine, sondern macht die Maschinensätze auch ausgesprochen geräuscharm. Selbst unter Volllast hört man nicht viel, kann sich problemlos daneben unterhalten. Das Design der Maschinen wurde vor einigen Jahren von den bekannten Spezialisten für Industriedesign von Porsche in Zell am See ausgearbeitet. Es verleiht den Generatoren von AEM ein unverwechselbares Erscheinungsbild.

Neue Ansätze bei Wasserkühlung
Völlig neuartige technische Ansätze verfolgten die Verantwortlichen mit den Maschinenlieferanten beim Thema Wasserkühlung. So wurde quasi als Prototyp ein vollintegrierter separater Wasserkreislauf realisiert, der ohne Unterwasserkühler im Auslauf auskommt. Somit bleibt der Unterwasserbereich komplett frei von störenden Teilen, und eine eventuelle Leckage des Kühlkreislaufes kommt in keinem Fall mit dem Triebwasser in Berührung. Die Wärme-Rückkühlung erfolgt direkt aus dem Turbinengehäuse. So bleiben auch ganz ohne zusätzliche Raumkühlung im Krafthaus die Temperaturen in einer angenehmen Größenordnung. In diesem Zusammenhang ist auch erwähnenswert, dass der Transformator ebenfalls an dieses Kühlsystem angeschlossen wurde. Es handelt sich um einen wassergekühlten Öltransformator eines deutschen Herstellers, der direkt im Maschinenraum untergebracht ist. Der Transformator wird ebenfalls in diesem Kühlwasserkreislauf von der Turbine aus mitgekühlt. Wäre dies nicht gelungen, hätte man für den Geno einen eigenen Kühlkreislauf aufbauen müssen. Geliefert, montiert und in Betrieb gesetzt wurde die neue Trafoanlage von der E-Werke Frastanz GmbH, die neben ihrer Funktion als regionaler Energieversorger seit langem und sehr erfolgreich Dienstleistungen im Bereich der Energieerzeugung für Dritte anbietet. Speziell im Bereich Kleinwasserkraft bietet der Geschäftsbereich Elektroanlagenbau der E-Werke Frastanz eine breite Palette von Dienstleistungen an: Von der Bedarfsanalyse über Netzplanung, Schutzkonzepte, dem Energiemanagement bis eben zur Verkabelung und der Integration moderner Transformatoren reicht das Leistungsportfolio des Unternehmens.

Automationstechnik aus Südtirol
Wie im Fall der Turbinen und im Fall der Stahlwasserbauausrüstung setzten die Betreiber auch bei der Frage der elektro- und automationstechnischen Ausrüstung auf einen Branchenspezialisten aus Südtirol. Mit der Firma EN-CO aus Gasteig vertrauten die Bauherren auf einen Ausrüster, der seit mittlerweile Jahrzehnten einen hervorragenden Ruf in der Wasserkraftbranche genießt. Die Lösungen von EN-CO gelten im Allgemeinen als ausgeklügelt, wirtschaftlich, praxisnah und bedienerfreundlich. Das zeigte sich auch beim Kraftwerk Zürsbach. Planer Markus Mähr findet nur lobende Worte: „Die elektrotechnische Ausrüstung von EN-CO ist ohnehin sehr gut. So richtig überzeugt hat uns aber das von den Südtirolern gelieferte Leitsystem, da es sehr einfach und übersichtlich und damit höchst bedienerfreundlich ist. Man kann sich mit wenigen Mausklicks diverse Protokolle selbst zusammenstellen. Da sieht man, dass hier schon viele Jahre Erfahrung und Know-how drinnen stecken.“

Projekt mit Synergieeffekten
Der Rahmen des Kraftwerksprojekts eröffnete gleich mehrere Synergieoptionen, welche die Gemeinde auch zu nutzen wusste. So wurden von der Baufirma Jäger Bau im Zuge des Druckrohrleitungsbaus auch Glasfaserkabel, Energieversorgungskabel, Versorgungsleitungen für die Fernwärme und auch eine Trinkwasserleitung zwischen Lech und Zürs verlegt, die in Zukunft bei einem möglichen Versorgungsproblem die Redundanzen für beide Wasserversorgungen sicherstellen wird. Ein weiterer Synergiepunkt hängt direkt mit dem Kerngeschäft der Arlberg-Gemeinde zusammen: Um im Spätherbst ausreichend Wasser für die künstliche Beschneiung der Pisten auf den Hochalmen von Zürs zur Verfügung zu haben, wurde dafür im Zuge der Errichtung des Fassungsbauwerks eine Pumpstation gebaut. Sie wurde an das Fassungsgebäude angebaut. Das Wasser wird direkt vor dem Einlauf entnommen und mittels leistungsstarker Pumpen zu den Beschneiungsgeräten hochgepumpt.

Leben mit und von der Natur
Rund acht Millionen Euro hat die Gemeinde Lech in das neue Kleinkraftwerk investiert, das Mitte Januar letzten Jahres in Betrieb gesetzt worden ist. Wann sich diese Investition amortisieren wird, hängt natürlich vom aktuellen Strompreis sowie von der Erzeugung der Anlage ab. Das erste Betriebsjahr sei bereits über den Erwartungen gelegen, sagt Bürgermeister Gerhard Lucian und ergänzt: „Wir sind auf einem sehr guten Weg.“ In jedem Fall sei es eine Investition in die eigene Zukunft, von der die Gemeinde und die Umwelt profitiere. Für die Gemeinde Lech sei die nachhaltige Erzeugung von Strom aus eigenen Ressourcen ein Anliegen von höchster Bedeutung. „Wir leben von der Natur, daher müssen wir auch auf sie schauen und unsere eigenen Ressourcen sorgsam nutzen“, so Lechs Bürgermeister. Rund 7,5 GWh erzeugt das neue Kraftwerk aus der Kraft des Zürsbachs im Regeljahr. Damit deckt die Arlberg-Gemeinde nun rund 15 Prozent des Eigenbedarfs ab. Auf die Frage, ob man eventuell Optionen für ein weiteres Kraftwerk prüfe, gibt sich der Bürgermeister bedeckt. Zwar gäbe es erste Pläne, aber die ökologischen Rahmenbedingungen wären wohl noch nicht ganz so, wie es sich die Gemeindeväter in Lech vorstellen. Man scheint sich in Geduld zu üben, es gilt: „Kommt Zeit, kommt Strom.“

Erschienen in zek HYDRO Ausgabe 4/2024