Ein neues Konzept von Energie AG und Braun hinsichtlich der Renaturierung der Ager und die Auflassung eines bestehenden Ausleitungskraftwerks eröffneten neue Möglichkeiten im Hinblick auf deren hydroelektrische Nutzung.

Diese Gelegenheit packte Dipl.-Ing. Martin Braun vom bekannten oberösterreichischen Stahlwasserbauunternehmen Braun Maschinenfabrik am Schopf und errichtete in den letzten Monaten ein modernes Restwasserkraftwerk. Mit der doppeltregulierten Kaplanturbine aus dem Hause Kössler erzeugt die Ökostromanlage rund 3 GWh im Regeljahr. Es handelt sich dabei um die dritte Eigenanlage von Braun, bei der man natürlich gerade in Sachen stahlwasserbaulicher Ausrüstung keine Kompromisse machen wollte. Als spezielle Innovation installierten die Vöcklabrucker erstmalig eine horizontale Rechenreinigungsmaschine mit Kettenantrieb, die zur Gänze ohne Zahnstangen auskommt. Alles in allem eine Anlage, die man Kunden mit Fug und Recht als Referenz präsentieren kann.

Einst wurde sie die „Rasche“ genannt – so die Übersetzung des aus dem Keltischen oder Illyrischen stammenden Wortes „Agria“: Die Ager, der einzige Abfluss des oberösterreichischen Attersees, scheint über die Jahrhunderte ein wenig an Temperament eingebüßt zu haben. Die rund 34 Kilometer lange Hauptentwässerungsader des Bezirkes Vöcklabruck ist heute durch Regulierungen, wie Uferbefestigung, oder das gesteuerte Wehr bei Seewalchen auf ein vorgegebenes Bett eingeschränkt. Zu Hochwasserspitzen kommt es vor allem durch ein Anschwellen der Vöckla, die in die Ager einmündet, dabei können diese bis zu 100 m³/s erreichen. Die Wasserführung der Ager präsentiert sich aber, abgesehen von Hochwassersituationen, relativ konstant und liegt im Jahresmittel in Vöcklabruck bei etwa 17 m³/s, die in ausgeprägten Trockenphasen auf etwa 7 m³/s fallen kann. Diese Voraussetzungen begünstigten seit jeher die Ansiedlung von Hammer- und Sägewerken, Getreide- und Papiermühlen sowie Lohstampfen. Heute nutzen mehrere kleinere Wasserkraftwerke die Kraft der Ager.  

Strom aus dem Restwasser der Ager
Eines dieser Kleinkraftwerke an der Ager ist das Kraftwerk Dürnau der Energie AG, ein Ausleitungskraftwerk, das nun stillgelegt wird. Das Kraftwerk war der Ausgangspunkt einer Ausleitungsstrecke – dem Schöndorfer Mühlbach – mit insgesamt vier Wasserkraftwerken. Anstelle des alten Kraftwerks Dürnau wird nun durch die Energie AG an der Wehranlage selbst ein Laufkraftwerk errichtet. Zur Dotation der nachfolgenden verbleibenden Ausleitungskraftwerke wird in der Unterwasserstrecke des neuen Laufkraftwerks ein Einlaufbauwerk sowie im alten Ager-Bett eine Verbindung zum bestehenden Werkskanal errichtet. Durch das Auflassen bestehender Sicherungsrampen in der Ager und einer UW-Eintiefung eröffnete sich die Möglichkeit, ein Kraftwerk zu errichten, welches das Restwasser in der Ager nutzt. Zugleich stellt diese Anlage durch den Rückstau die Dotation in den neuen Werkskanal sicher.  Dipl.-Ing. Martin Braun nutzte diese Option und beschloss, an dem Standort ein neues Kleinkraftwerk zu errichten.

Ein Jahrzehnt bis zur Umsetzung
„Wir haben im Jahr 2009 gemeinsam mit der Energie AG und etwas später mit dem Planungsbüro Warnecke Consult aus Steyregg mit den Planungen und der Konzeptionierung der Anlage begonnen“, erinnert sich der bis vor kurzem geschäftsführende Leiter und Alleininhaber der Braun Maschinenfabrik Dipl.-Ing. Martin Braun. Es folgten Gespräche mit Sachverständigen der Energie AG, den Behörden und natürlich den Ökologen. „Es war wichtig, uns auch mit der Energie AG abzustimmen, die ja oberhalb ein neues Ager-Kraftwerk errichtet. Erst danach konnten wir das Gesamtkonzept anpassen, verfeinern und schließlich bei den Behörden einreichen. Das war 2012.“ Bis man den Wasserrechtsbescheid in Händen hielt, sollten noch weitere 3 Jahre vergehen.

Bauen von einer Uferseite aus
Das Kraftwerk wurde am Standort einer bestehenden, rund 4 Meter hohen Blocksteinrampe errichtet. Knapp oberhalb befanden sich zwei weitere kleinere, und darunter noch eine mit einem Dreiviertel Meter Höhe. „Die große Rampe wurde umgebaut, die zwei kleinen im Oberwasser konnten wir belassen und einstauen und die kleine im Unterwasser wurde durch die vorgenommene Unterwassereintiefung entfernt“, erklärt Martin Braun. Er beschreibt den Bauablauf als nicht gänzlich problemfrei, aber dennoch sehr glücklich, was die äußeren Umstände betraf. Vor allem die Wasserführung in der Ager meinte es fast immer gut mit dem Bauvorhaben. „Im vergangenen Extremherbst hatten wir natürlich Glück mit der Wasserführung. Es stand die Befürchtung im Raum, dass wir von der anderen Flussseite her bauen müssen. Das hätte eine eigene Zufahrt durch den gegenüberliegenden Wald und über einen Hang bedeutet – und wäre nicht nur aufwändig und zeitraubend, sondern auch teuer geworden. Das blieb uns glücklicherweise erspart“, blickt Martin Braun zufrieden zurück.

Glück mit Grundwasserspiegel
Der erste Spatenstich für die Bauarbeiten erfolgte am 1. September 2018. Als Partner für die bauliche Abwicklung holte sich der Betreiber die Firma Swietelsky an Bord, die mit ihrem Team über eine besondere Kompetenz in Sachen Wasserbau verfügt – und die diese letztlich auch in den folgenden Monaten unter Beweis stellte. Vor allem die beengten Platzverhältnisse wären die zentrale Herausforderung gewesen, erinnert sich der zuständige Planer Dipl.-Ing. Michael Warnecke: „Die Platzverhältnisse waren am Kraftwerksstandort wegen des direkt angrenzenden Werksgeländes eines Industrieunternehmens und eines am linken Ufer entlang laufenden Abwassersammlers, sowie wegen der natürlichen Steilböschung am rechten Ufer sehr beengt. Daher wurde der Bau der Wehranlage in zwei Bauphasen abgewickelt.“ Zuerst wurden die Spundwände für das Wehrfeld II hergestellt. Die Spundbohlen ließen sich ohne Probleme in den Untergrund rammen, man blieb von ungeliebten Findlingen im Untergrund verschont. Die Baugrube wurde mit einer bis zu 16 m tiefen Spundwand umschlossen. „Die Spundwand konnte jedoch nicht bis zum dichten Untergrund eingebracht werden, wodurch der hohe Wasserandrang zwar vermindert werden konnte, jedoch eine leistungsstarke Wasserhaltung unerlässlich war“, erinnert sich der Planer. Als weitere bauliche Herausforderung sollte sich der relativ hohe Grundwasserspiegel gegenüber der 4 m unter dem Grundwasserspiegel liegenden Baugrubensohle herausstellen. Warnecke: „Der hohe Grundwasserpegel war herausfordernd, da eine Abdichtung bis zum dichten Schlier wegen der großen Überdeckung wirtschaftlich nicht möglich war. Dazu kam die relativ hohe Durchlässigkeit des Untergrundes.“ Nach der Fertigstellung von Wehrfeld II konnte das orographisch linke Wehrfeld I sowie der Tiefbau für das Maschinenhaus in Angriff genommen werden. Rückblickend kann Betreiber Martin Braun ein zufriedenstellendes Fazit unter die gesamten Bauarbeiten ziehen: „Dank der extremen Trockenheit im vergangenen Jahr war der Abfluss der Ager während der Bauzeit unterdurchschnittlich niedrig, wodurch der Bau zügig vorangetrieben werden konnte. Natürlich lag das auch an der kompetenten Baumannschaft von Swietelsky. Das Unternehmen präsentierte sich als lösungsorientierter Partner. Wir waren mit der Arbeit sehr zufrieden.“

Hochwasser zerlegt Böschung
Weniger glücklich verliefen schließlich die Arbeiten an der orographisch rechten Böschungsseite. Um das Wasser der Ager an der Baugrube vorbeileiten zu können, waren vier Rohre mit einem Durchflussvermögen von zusammen 4 m³/s installiert worden. Im Zuge der Bauarbeiten führte ein niederschlagsreicher Tag zu einem kurzeitigen Hochwasser.  Zu diesem Zeitpunkt war der Abflussquerschnitt stark eingeengt, wodurch die Belastung für die nur teilweise fertiggestellten Ufersicherungen zu hoch war. „Das Ergebnis war ernüchternd: Im Nu waren die Flussbausteine ausgeschwemmt und die Böschung komplett zerlegt“, erinnert sich der Betreiber. Doch auch diesem Ereignis kann Martin Braun etwas Positives abgewinnen: „Man darf nicht vergessen, dass der Zeitpunkt für diese kleine Malaise ein günstiger war, schließlich hatten wir damals noch die Baufirma mit schwerem Gerät vor Ort.“ Als die Tage nach und nach kürzer wurden, war das Bauteam von Swietelsky gefordert, noch einmal ordentlich das Gaspedal durchzudrücken. Schließlich galt es, noch vor Weihnachten sämtliche Klappen und Stahlwasserbaukomponenten zu installieren, bevor das Dezember-Hochwasser kommt. „Wir haben darauf auch gedrängt. Wie wichtig dieses Engagement im Spätherbst war, zeigte sich dann erst heuer im Februar und März. Aufgrund der Wasser- und Schneemassen hätten wir zu diesem Zeitpunkt nicht viel machen können.“ Auf diese Weise gelang es, das Projekt in dem engen Zeitrahmen zu halten. Am 15. Juli wurde mit dem Andrehen der Turbine das Gros der Arbeiten abgeschlossen.

Österreichische Wasserkrafttechnik
Zum Gelingen des Projekts trugen dabei auch die mit der elektromaschinellen und steuerungstechnischen Ausrüstung des Kraftwerks beauftragten niederösterreichischen Firmen Kössler und Schubert Elektroanlagen bei. Martin Braun: „Wir haben alle wesentlichen Hersteller in Österreich angefragt. Technisch-preislich schnitt dabei am Ende die Firma Kössler am besten ab. Natürlich haben wir uns Referenzanlagen und auch das Werk angeschaut. Am Ende muss ich sagen: Es war eine gute Entscheidung. Das trifft in gleichem Maße auch auf die Firma Schubert Elektroanlagen zu.“ Die moderne Anlage erfüllt heute sämtliche Kommunikationserfordernisse betreffend Wartung, Fernbedienung und Netzzugang – sowohl für den Anlagenbetreiber als auch die Herstellerfirma und den Netzbetreiber. Um die hydrologischen Bedingungen am Standort bestmöglich nutzen zu können, fiel die Wahl auf eine doppeltregulierte vertikale Kaplan-Turbine, die von Kössler optimal auf die Ausbauwassermenge von 17 m3/s und eine Nettofallhöhe von 5,95 m ausgelegt wurde. Dabei greifen die Ingenieure von Kössler auf hydraulische Designs des Mutterkonzerns Voith zurück, um optimale Wirkungsgrade zu erzielen. Unter Volllast erreicht die Turbine mit dem 4-flügeligen,    1,8 Meter großen Laufrad eine Leistung von 905 kW. Als spezielles Feature wurde das Turbinenführungslager als betriebswassergeschmiertes Gleitlager ausgeführt.

Separate Turbinenwelle obsolet
Zur Drehzahlerhöhung auf 1.000 Upm wurde zwischen Turbinenachse und Generator ein Stirnradgetriebe zwischengeschaltet. Auch dabei wurde größter Wert auf die qualitative Ausführung gelegt, um möglichst wenig Energie zu verlieren. Man entschied sich für ein Stirnradgetriebe des sächsischen Branchenspezialisten Getriebebau Nossen, der sich in der Vergangenheit vor allem durch die Fertigung von Sondergetrieben, aber auch in Sachen Instandsetzung und Überholung von Getrieben, einen hervorragenden Namen gemacht hat. Das Unternehmen aus dem Landkreis Meißen erstellt mithilfe modernster SolidWorks CAD-Software maßgeschneiderte technologische Lösungen. Im Fall des neuen Kraftwerks Braun an der Ager kam ein Getriebe zum Einsatz, das die Eintriebsdrehzahl von 220 Upm auf 1.000 Upm konvertiert. Das Spezielle an diesem Getriebe ist nun, dass gemeinsam mit dem Turbinenbauer eine Lösung entwickelt wurde, wonach die Getriebewelle derartig verlängert wurde, dass das Turbinenlaufrad direkt angeflanscht werden konnte. „Das bedeutet, dass es keine separate Turbinenwelle gibt, welche mittels einer Kupplung mit der Getriebeeingangselle verbunden werden müsste. Diese Lösung ist aus mehreren Gründen effizient: Sie ist vergleichsweise kostengünstig und auch im Hinblick auf die Montage sehr anwenderfreundlich“, erklärt hierzu DI Markus Küttner, verantwortlicher Projektingenieur von GBN. Das 4,5 Tonnen schwere Bauteil ist für eine rechnerische Lagerlebensdauer von mindestens 100.000 Betriebsstunden konzipiert und weist einen Betriebsfaktor von 2,5 auf.

Maximale Verfügbarkeit als Ziel
Vom Grundkonzept her entwickelte das Planungsbüro Warnecke Consult ein Laufkraftwerk, das optimal auf die gegebenen Restwasserverhältnisse angepasst wurde. Vor dem Turbineneinlauf im Oberwasser des Kraftwerks wurde ein geneigter trichterförmiger Vorboden mit Kragschwelle eingebaut, um den Geschiebeandrang einzuschränken. Das Wehrkonzept mit zwei Wehrklappen war behördlich vorgegeben, schließlich sollte für allfällige Revisionszwecke immer eine von beiden bereitstehen. Darüber hinaus wurde der Grundablass als Schütz mit aufgesetzter Klappe geplant und umgesetzt, ein äußerst bewährtes System in der Kleinwasserkraft. Der komplette Stahlwasserbau des Kraftwerks wurde  vom langjährigen Braun Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Alfred Mayr und seinem Team geplant und erfolgreich ausgeführt. „Aus stahlwasserbaulicher Sicht haben wir vorrangig so geplant, dass einerseits eine maximale Verfügbarkeit und anderseits minimaler Instandhaltungsaufwand gewährleistet sind. Und das ist mit diesem Konzept sehr gut gelungen“, erklärt Martin Braun.  Er verweist darauf, dass eine eigene Kraftwerksanlage für einen Branchenspezialisten natürlich so etwas wie eine Visitenkarte ist, die man gerne auch Kunden zeigt. Das neue Kleinkraftwerk liegt keine fünf Fahrminuten von der Braun Maschinenfabrik entfernt.

Innovative Rechenreinigungsmaschine
Der Umfang der stahlwasserbaulichen Ausrüstung aus dem Hause Braun umfasste neben den beiden je 10 m breiten und 2,5 m hohen Wehrklappen und dem 5 m breiten Einlaufschütz für den Triebwasserkanal sowie dem Grundablasschütz mit Aufsetzklappe auch den kleinen Revisionsschütz für den Fischpass sowie den 17 m breiten Horizontalrechen. Hinzu kamen letztlich noch das Hydraulikaggregat samt Steuerung und Verrohrung sowie die Verkabelung der Anlage. Beim Horizontalrechen war ein Stababstand von 2,5 cm vorgeschrieben. Die Stäbe selbst weisen eine strömungsoptimierte abgerundete Form auf. Dies trägt einerseits dazu bei, dass kaum Geschwemmsel hängen bleibt, und anderseits können die Stäbe auf diese Weise besser gereinigt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Horizontalrechenreinigungsmaschine installiert, die erstmalig von den Ingenieuren von Braun in dieser Form realisiert wurde. Dazu Thomas Oberanzmair: „Wir haben bereits zuvor eine horizontale Rechenreinigungsmaschine mit Kettenantrieb gebaut, doch diese ist hier ist etwas spezieller. Der Kettenantrieb läuft rundum und verfügt über eigene Führungen. Es gibt keine Antriebsräder und keine Zahnstange mehr, die im Winter vereisen könnte. Dadurch ist diese Maschine nicht nur äußerst betriebssicher und extrem wartungsfreundlich, sondern darüber hinaus auch noch unerreicht laufruhig. Die ganze Bewegung erfolgt sehr sanft.“

Schnecke sorgt für Durchgängigkeit
Ein wesentlicher Aspekt in der Planung lag in der Fischdurchgängigkeit. Es galt, sowohl einen Fischauf- als auch einen Fischabstieg am Wehrstandort zu errichten – und dies nach neuesten ökologischen Erkenntnissen. „Ursprünglich hatten wir einen Vertical Slot-­Fischpass geplant. Schließlich haben wir an der Wehranlage knapp 7 Meter an Fallhöhe zu überwinden – und dies bei äußerst beengten Platzverhältnissen. Ersten Konzepten zufolge hätten wir einen Vertical Slot Pass mit 54 Becken mit je 3 Meter Länge errichten müssen. Das erschien uns fast unmöglich. Daraufhin sind wir auf das Prinzip der Fischaufstiegsschnecke vom Patent REHART/STRASSER gestoßen – und das hat uns letztlich überzeugt“, erinnert sich Martin Braun. Speziell die kompakte Baugröße des Systems, das aus einem Rohr mit innenliegender, fix verschweißter Wendel besteht, machte es prädestiniert für den Einsatz am Standort. Hinzu kommt, dass die FAS nach REHART/STRASSER kein Dotationswasser verbraucht, schließlich wird das erforderliche Dotationswasser vom Fischabstieg herübergeleitet. Im konkreten Fall bedeutet das einen Energiezugewinn von rund 100.000 kWh im Jahr gegenüber anderen Fischaufstiegshilfen. „Dieses Patent ist mittlerweile 17 Mal ausgeführt worden, wobei davon bereits 13 Monitorings erfolgreich abgeschlossen wurden“, freut sich Bernhard Strasser von SGW, dem exklusiven Vertriebspartner von REHART in Österreich, der die FAS selbst in mehr als 3.000 Arbeitsstunden entwickelt und zur Marktreife geführt hat. Strasser kann dabei auf ausgezeichnete Aufstiegszahlen verweisen, sowie auf den Umstand, dass die Fische im Fall der neuen Anlage an der Ager in ca. 1 Minute stressfrei vom Unterwasser ins Oberwasser befördert werden.

Schonender Umgang mit Fischen
Konkret wurde für den Standort von STRASSSER/REHART eine 16,9 m lange FAS mit einem Rohrdurchmesser von 1,2 m mit einem auf 1,4 m vergrößerten Einschwimmrohr geliefert. Die beförderte Wassermenge nach oben liegt bei 10 l/s. Mit einer Leistung von 1,5 kW wird das Wendelrohr über einen Getriebemotor angetrieben, wobei die Drehzahl 6 Upm beträgt. Vor allem dank dieser langsamen Drehung kann der Fischaufstieg stress- und vor allem verletzungsfrei für die Fische erfolgen. Die Haupt-Lockströmung wird über eine Öffnung vom Fischabstieg herübergeleitet, sodass am Einschwimmschlitz hinten mindestens 200 l/s austreten. Die innere Lockströmung, die für eine zielgerichtete zentrierte Anlockung der Fische sorgt, wird über das patentierte Konusrohr erzeugt, in dem etwa 10 l/s dem Fisch als Lockströmung entgegenkommen. Zwei Besonderheiten bringt das System von REHART/STRASSER mit: Zum einen den vergrößerten Einlaufdurchmesser, der eben wesentliche Vorteile im Hinblick auf die Einwanderung der Fische bringt – und zum anderen die Zweiteilung des FAS-Rohres, wodurch ein 100%iger Korrosionsschutz im Inneren, also im ökologisch wichtigen Teil, gewährleistet ist. Der Fischausstieg ins Oberwasser erfolgt schonend über eine Ausnehmung im FAS-Rohr – und nicht, wie bei anderen Systemen, über die obere Rohrkante. Die patentierte Sohlanbindung in Kombination mit dem Feinrechen gewährleistet beste Aufstiegszahlen und ermöglicht auch schwimmschwachen Fischen, wie etwa dem Neunauge, oder dem Steinbeißer einen problemlosen Aufstieg. Es ist natürlich auch für große Fischen wie die Seeforelle ausgelegt. Als Fischabstieg wurde an der Wehranlage eine Rutsche installiert.

Architektonisch bemerkenswert
Planung und Umsetzung von Fischauf- und Fischabstieg wurden in enger Zusammenarbeit mit der ökologischen Begleitplanung durch die PETZ OEG – Technisches Büro für Ökologie und Umweltschutz koordiniert und abgestimmt. Das galt in der Folge auch für sämtliche ökologischen Ausgleichsmaßnahmen, wie dem Einsetzen von Raubäumen, Buhnen oder Störsteinen im Ober- wie im Unterwasser. Grundsätzlich war es auch den Betreibern ein großes Anliegen, das Kraftwerk möglichst naturverträglich zu realisieren.
Aber auch der Lärmschutz spielte eine Rolle in den Überlegungen, auch wenn die nächsten Wohnhäuser doch einige Hundert Meter entfernt liegen. „Diesbezüglich ist unser Standort auch sehr gut gewählt. Als Nachbarn haben wir nur auf einer Seite einen Industriebetrieb. Dennoch wollten wir die Geräuschemissionen auf ein Minimum beschränken. Daher wurde das ganze Gebäude gekapselt, sodass der Körperschall reduziert wurde. Hinzu kommt, dass der gesamte Luftaustausch speziell schallgedämpft wurde“, erklärt dazu Martin Braun. Zudem lag den Betreibern auch das optische Erscheinungsbild des neuen Kleinkraftwerks am Herzen. Dieses wurde in die Hände von Frau Arch. Dipl.-Ing. Claire Braun gelegt, die dem Krafthaus eine angedeutete Tropfenform überstülpte. Damit gelang es der erfahrenen Architektin, nicht nur den Kontext zum Medium Wasser herzustellen, sondern darüber hinaus auch das Gebäude von der Funktion des Zweckbaus zu entkoppeln, ohne diesen von der Technik loszulösen. Eine gelungene Verbindung von Ästhetik und technischem Nutzen.

Neue Referenz „ums Eck“
Seit August dieses Jahres ist das neue Kraftwerk nun im Probebetrieb. Die Anlage, die aufgrund der hydrologischen Situation eigentlich ein Restwasserkraftwerk darstellt, darf vor allem im Winter und im Frühling mit viel Wasser und somit voller Turbinenauslastung rechnen. Doch auch in den trockeneren Jahreszeiten, im Sommer und Herbst, stehen der Anlage eine Mindestrestwassermenge von 1,8 m³/s zur Verfügung. „Im Grunde ist das auch das Minimum, auf das die Turbine ausgelegt ist. Sie produziert dann noch etwa 40 bis 50 kW, kann aber am Netz verbleiben – und das ist wichtig“, so Martin Braun. Mit diesen Voraussetzungen wird sein neues Kraftwerk im Regeljahr rund 3 GWh sauberen Strom erzeugen – genug, um damit theoretisch rund 800 Durchschnittshaushalte versorgen zu können. Die Verantwortlichen des erfahrenen Maschinen- und Stahlwasserbauunternehmens können sich heute nicht nur über ein neues mustergültig realisiertes Kraftwerk freuen, sondern auch über eine Referenz „ums Eck“. „Bei Kundenbesuchen können wir heute, wenn wir eine größere Anlage präsentieren möchten, in kurzer Zeit zum Kraftwerk Danzermühl fahren. Und für die Präsentation einer Kleinanlage sind es bis zu unserem eigenen Kraftwerk hierher keine 5 Minuten“, freut sich Martin Braun.