Selbstredend liegt jedem modernen Kraftwerksprojekt heute ein Nutzungskonzept zugrunde, das mehrere Synergien in sich zu vereinen sucht.

Im Fall des neuen Kraftwerks Dabaladabach im Vorarlberger Bludesch-Gais ist es der illwerke vkw AG mit einem Öko-Gesamtkonzept gelungen, in dieser Hinsicht ein absolutes Maximum herauszuholen. Einerseits sollte durch das Projekt die teilweise Renaturierung eines zentral gelegenen Industriegeländes bei gleichzeitiger Verbesserung des Hochwasserschutzes erreicht werden. Und anderseits galt es, das Areal möglichst aufzuwerten, indem man das Kraftwerksprojekt an die Peripherie des Areals verlegte. Auf diese Weise wurde es möglich, ein Höchstmaß an Nutzfläche zu generieren, die in Zukunft von interessierten Unternehmen in Anspruch genommen werden kann. Hinzu kommt natürlich die Erzeugung von grünem Strom im Ausmaß von rund 600.000 kWh im Jahr. Damit kann das neue Schnecken-Kraftwerk mit Technologie des holländischen Branchenspezialisten Spaans-Babcock etwa 130 Vorarlberger Haushalte mit sauberem Ökostrom aus Wasserkraft versorgen.

Der Walgau, jenes rund 20 Kilometer lange Trogtal zwischen Bludenz und Feldkirch im Süden Vorarlbergs, verdankt seine Bekanntheit der langen Industriegeschichte. Bis 1850 befand sich rund die Hälfte aller Webereien in der stark industriell genutzten Talsohle des Walgaus. Neben dem Rheintal galt es als das Industriezentrum Vorarlbergs. Speziell die Voraussetzungen für die Textilindustrie waren günstig: Es gab ausreichend Wasserkraft und billige Arbeitskräfte. Eines der zahlreichen Unternehmen, die sich im Walgau niederließen, war die Textilfabrik Degerdon, die sich am Standort Bludesch- Gais über mehr als ein Jahrhundert mit der Lohnveredlung von Stickereien und anderen Stoffen behaupten konnte. Im Zuge der immer wieder erfolgten Investitionen in den Standort wurde, wie damals generell unüblich, wenig oder gar kein Augenmerk auf ökologische Belange, oder nachhaltige Raumplanung wertgelegt. Flächen wurden großzügig verbaut, Bäche in Rohre gezwängt und offene Fließstrecken begradigt. Daran sollte sich auch nichts ändern, als ein selbsternanntes Technologieunternehmen 2006 am Standort ansässig wurde. Im Übrigen ein kurzes Gastspiel, das 2009 in einem schlagzeilenträchtigen Konkursverfahren endete. Danach wurde es ruhig um das traditionsreiche Industrieareal. Es sollte über mehr als ein Jahrzehnt brach liegen, ehe nun der Vorarlberger Energiedienstleister illwerke vkw daran ging, ein neues Kapitel nachhaltiger Prägung zu schreiben.

Gewässerlauf an die Peripherie verlegt
„Das ganze Areal wurde von der illwerke vkw aus der Konkursmasse des vorigen Eigentümers erworben. Damit verbunden war aber auch einiges an Altlasten“, erklärt illwerke vkw-Projektleiter Ing. Martin Neuhauser bei einem Lokalaugenschein und verweist darauf, dass von Seiten der Gemeinde Bludesch ein umfangreiches Renaturierungsprojekt ausgeschrieben worden war. Zudem mussten Hochwasserschutzauflagen erfüllt werden, und eine Grundwasserentlastung sollte Verbesserungen für die Anrainer bringen. Im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung des Industriegeländes mussten entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. So wurde nun ein Umgehungsgerinne (Gießenbachöffnung) zur Wasserkraftschnecke angelegt, welches als Fischaufstieg und zugleich als Grundwasserentlastung dient. Die Schwarzbacheinmündung in den Dabaladabach wurde strömungstechnisch optimiert. Auf diese Weise konnten die drei Bäche in ein neues Gewässersystem eingebunden werden, das den hohen ökologischen Anforderungen entspricht. Der Gewässerlauf wurde an die Peripherie des Areals verlegt und damit auch ein Kraftwerksprojekt, das letztlich ein altes Kraftwerk ersetzen sollte, welches zuvor inmitten des Geländes situiert war und sich in einem sehr schlechten Gesamtzustand befand – wie Martin Neuhauser bestätigt: „Das alte Kraftwerk war komplett renovierungsbedürftig, die gesamte Technik am Ende ihrer Lebensdauer und der Triebwasserkanal stand kurz vor dem Zusammenfallen. Daher war der Beschluss zugunsten eines Neubaus logisch und konsequent.“ Gemeinsam mit dem beauftragten Ziviltechnikerbüro M+G Ingenieure aus Feldkirch, das seit fast 30 Jahren seine Dienste im Wasser- und Siedlungswasserbau anbietet, konnte ein umfangreiches Maßnahmenpaket geschnürt werden.

Premiere für die „Schnecke“
Das Wasser für das Kraftwerk stammt zum größten Teil aus der Ill – etwa 3 m3/s von insgesamt 4 m3/s, die maximal genutzt werden können. Der Rest stamme aus dem Schwarzbach bzw. der hier sehr auffälligen Grundwasser-Exfiltration, erklärt Martin Neuhauser. Angesichts des relativ geringen natürlichen Gefälles von 3,4 m sowie der örtlichen Gegebenheiten entschieden sich die Verantwortlichen der illwerke vkw erstmals, das zum Schnecken-Kraftwerk weiterentwickelte Prinzip der archimedischen Schraube einzusetzen. Es stellte die ideale Antwort auch für die ökologischen Anforderungen am Standort dar. Schließlich können die Fische relativ gefahrlos über die langsam rotierende Schnecke den Weg ins Unterwasser finden.
Konkret fiel die Wahl auf eine Wasserkraftschnecke des holländischen Branchenspezialisten Spaans-Babcock, dessen Technik sich seit Jahrzehnten im praktischen Einsatz behauptet. Im Paket mit der 8 m langen und 15 Tonnen schweren Schnecke lieferte das Unternehmen auch das direkt gekoppelte Stirnradgetriebe, den Asynchrongenerator sowie den Frequenzumrichter, der eine drehzahlbasierte Regelung der Anlage ermöglicht. Im Gegensatz zu vielen anderen vergleichbaren Systemen wurde die neue Wasserkraftschnecke in Bludesch-Gais komplett in eine Beton-Einhausung installiert. Das bedeutet nicht nur Vorteile im Hinblick auf den Schutz der Schnecke vor Eisbildung im Winter und auf  sicherheitstechnische Apekte, sondern ermöglicht auch einen ausgesprochen geräuscharmen Betrieb.

Grundwasser als Herausforderung
In baulicher Hinsicht brachte das Projekt gleich mehrere Herausforderungen mit sich. Speziell der hohe Grundwasserpegel am Areal erforderte besondere Maßnahmen. Für die Wasserhaltung musste die Baugrube komplett umspundet werden. Letztlich zeigte sich, dass der Strombedarf für die Pumpen nicht so hoch war, wie die Verantwortlichen das anfänglich erwartet hatten. Das anstehende Grundwasser beeinflusste auch die bauliche Ausführung. Ein massiver Einsatz von Stahlbeton war unumgänglich, um die Gefahr des Aufschwimmens zu vermeiden. Darüber hinaus wurden im Unterwasserbereich vom beauftragten Bauunternehmen Tomaselli Gabriel Bau zwei Drainage-Leitungen verlegt, wodurch die Grundwassersituation für die Anrainer verbessert werden konnte.
Parallel dazu galt es, auch die Hochwasserrisken am Areal zu entschärfen. Zu diesem Zweck wurde nach Plänen der M+G Ingenieure am Kraftwerk ein Leerschusskanal angelegt, über den im Hochwasserfall die vor-     geschriebene Wassermenge von 11 m3/s abgeführt werden kann. Das Wasser gelangt dabei vom Triebwasserkanal aus über einen physikalischen Überfall in den Leerschusskanal – eine einfache, aber effiziente Lösung.

Corona bremst das Projekt
Dank der großen Erfahrung des Bauteams von Tomaselli Gabriel Bau, die gerade im Tiefbau über enormes Know-how verfügen, verliefen die Bauarbeiten am neuen Kraftwerk Dabaladabach grundsätzlich zügig und plangemäß. Doch der erste Corona-Lockdown im März dieses Jahres sollte sich zur echten Bremse für den Projektfortschritt auswachsen. Martin Neuhauser: „Eigentlich war die Montage der Schnecke für den 17. März vorgesehen. Doch das fiel leider genau mit dem Start der Pandemie-Einschränkungen zusammen, woraufhin die Baufirma die Bauarbeiten einstellen musste. Wir haben die Schnecke dann in der Halle unseres Rodundwerks II zwischengelagert, wo wir einen 50-Tonnen-Hallenkran zur Verfügung hatten.“ Erst rund zwei Monate später, am 25. Mai, konnte der 15 Tonnen schwere Maschinenteil auf die Baustelle verfrachtet werden. Das Einheben, das Eingießen des Schneckentrogs in Beton durch die Baufirma und sämtliche Montagearbeiten verliefen reibungslos, auch wenn dabei ein paar Hürden zu nehmen waren. „Vor allem das Einheben der 8 m langen Schnecke ins Ortbetonbauwerk war anspruchsvoll. Da wir die Anlage – ganz bewusst im Hinblick auf die Maximierung der nutzbaren Bebauungsfläche – unterhalb der hier verlaufenden 380 kV-Hochspannungsleitung verlegt haben, musste ein Sicherheitsabstand von mindestens 6 m eingehalten werden. Beim Aufstellen des Baukrans musste die Hochspannungsleitung sogar abgestellt werden. Beim Einheben der Schnecke war der Sicherheitsabstand ausreichend – auch wenn bei den Arbeiten höchste Konzentration geboten war.  Für den Einbau brauchte es zwei Telekräne, damit die Wasserkraftschnecke samt Trog besser ins Ortbetonbauwerk eingefädelt werden konnte“, so der Projektleiter.

Wartungsfreundliche Technologie
Was zukünftige Wartungsarbeiten anbelangt, so können diese ohne Kraneinsatz abgewickelt werden. Schließlich kann der Lagerwechsel sehr einfach an einem halben Tag durch leichtes Anheben der Schnecke durchgeführt werden. Dies spricht für die ausgesprochen wartungsfreundliche Technologie der Wasserkraftschnecke von Spaans-Babcock. Zugleich handelt es sich um eine sehr wartungsarme Technologie. Für die Betreiber des neuen Kraftwerks sollte vor allem auch die hohe Robustheit des Systems ein zentraler Entscheidungsfaktor werden. Schließlich wird in dem Gewässer viel Sand angeführt, der problemlos im Bachbett weitertransportiert werden soll. Auch Geschwemmsel, Laub und Kleinteile bis 100 mm stellen keine Beeinträchtigung für die massive Stahl-Schnecke dar.
Im Betrieb zeigte sich die Anlage seit ihrer Inbetriebnahme am 30. Juli stabil und zuverlässig. Mit einer Nenndrehzahl von 26 Upm dreht der Stahlkoloss in seiner Betoneinhausung und überträgt seine Energie über ein dreistufiges Stirnradgetriebe auf einen Asynchrongenerator. Der drehzahlvariable Betrieb der Wasserkraftschnecke ermöglicht einerseits einen effizienten Betrieb auch bei geringeren Wasserlasten und anderseits sorgt er dafür, dass der Pegel im Oberwasser auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Dies ist insofern wichtig, da andernfalls Fallhöhenverluste die Folge wären.

Leittechnik mit viel Know-how
Der von der Wasserkraftschnecke angetriebene Asynchrongenerator wird über einen rückspeisefähigen 4-Quadranten-Frequenzumformer drehzahlgeregelt. Die Pegelregelung ist über die variable Drehzahl der Schnecke und ein Leerschussschütz mit Stellantrieb für den Hochwasserfall gewährleistet. Für die zuverlässige Funktionsabläufe sorgt ein Leitsystem, das vom E-Technik-Spezialisten Walcher aus dem hessischen Eichenzell geliefert wurde. Walcher hat sich seit Jahrzehnten als bewährter Partner für alle relevanten elektro- und leittechnischen Fragen in der Wasserkrafttechnik etabliert. Für das Kraftwerk Dabaladabach setzten die Techniker von Walcher als zentrales Steuerungsorgan eine SPS vom Typ S7-1500 ein, die über ein 15“-Touchpanel bedient werden kann. Der Datenaustausch mit der Leitwarte der illwerke vkw wurde über das Fernwirkprotokoll IEC 60870-5-104 realisiert. Über die Walcher-Leittechnik werden überdies der Knickarm-Rechenreiniger, die elektrisch betriebenen Spülschieber, der hydraulisch betriebene Notfallschütz sowie jene elektrische Bremse mit Failsafe Federbetätigung angesteuert, die als Sicherheitsorgan zur Absicherung der Wasserkraftschnecke gegen Überdrehzahl fungiert. Zudem werden neben dem Turbinen- und Generatorschutz auch Funktionen wie Brandmeldung, Objektschutz, oder Betriebs- und Störmeldungen mit Zeitstempel über das System gesteuert. Neben der Leittechnik projektierte und lieferte der hessische Branchenspezialist noch den Zählermessschrank und eine 24V DC Versorgung für das komplette Kraftwerk. Zudem hat Walcher  die komplette elektrotechnische Projektierung durchgeführt: CAD-Pläne, SPS-Programmierung, Programmierung HMI, Montage der Schränke, Elektroinstallation, Inbetriebnahme. Als wichtige Vorgabe dabei galt es, die Einhaltung und Umsetzung der TOR D4 – also die technischen und organisatorischen Regeln für Betreiber und Benutzer von Netzen – sicherzustellen. Ein umfassendes Auftragspaket, das Walcher zur vollen Zufriedenheit der Betreiber erfüllte.

Effiziente Stahlwasserbau-Technologie
Da das Gewässer im Wechsel der Jahreszeiten immer wieder einiges an Schwemmgut mit sich führt, wurde eine Rechenreinigungsmaschine in Form eines Teleskoparm-Reinigers installiert. „Äste, Totholz, Laub, Grasschnitt oder Äpfel: Es kommt doch einiges an Geschwemmsel auf die Anlage zu. Daher hat sich der Einbau einer Rechenreinigungsmaschine angeboten“, sagt Martin Neuhauser. Der Auftrag darüber ging an den erfahrenen oberösterreichischen Kleinwasserkraftspezialisten Danner, der darüber hinaus auch die gesamte stahlwasserbauliche Ausrüstung des Kraftwerks beisteuerte. Dazu zählen neben dem Grobrechen mit 100 mm Stababstand auch zwei Spülschütze, ausgeführt als Gleitschütze, sowie ein 4,4 m x 2,0 m großes Notfallschütz, ausgeführt als Rollschütz hinter dem Grobrechen, der bei einem Ausfall der Schnecke den Wasserzulauf sperrt. Im Fall einer Überdrehzahl der Schnecke muss dieser innerhalb von 10 Sekunden für einen effektiven Verschluss sorgen. Aus Redundanzgründen ist neben dem hydraulischen Notfallschütz eine elektrische Scheibenbremse installiert, welche bei Überdrehzahl über ein Federpaket die Scheibenbremse aktiviert. Die Rechenreinigungsmaschine wird üblicherweise regeltechnisch auf Basis der Pegeldifferenz am Grobrechen betrieben. Natürlich funktioniert dies auch über vorgegebene Zeitintervalle. Aus Rücksichtnahme gegenüber den Anrainern, um diese vor eventuellen Geräuschbeeinträchtigungen zu schützen, werden Spülvorgänge üblicher Weise stets tagsüber durchgeführt.

Aufwändige Lösung für Durchgängigkeit
Ein wesentliches Kriterium des gesamten Projektes betraf die ökologische Verträglichkeit des Konzepts im Allgemeinen und des Kraftwerks im Speziellen. Am Kraftwerk werden 180 l/s über ein naturnahes Gerinne vorbeigeleitet, das als Aufstiegshilfe für die Bewohner des Gewässers dient. Dabei wurde außergewöhnlich großes Augenmerk auf die Ausführung des Gerinnes gelegt, wie Martin Neuhauser bestätigt: „Der Fischerei-Sachverständige ließ es sich nicht nehmen, persönlich an der Setzung der einzelnen Positionssteine im Umgehungsgerinne mitzuarbeiten. Die Fischaufstiegshilfe besteht aus 17 kleinen Becken, sie wurde in naturnaher Form ausgestaltet“, erklärt Martin Neuhauser.
Zudem gelang es den Projektverantwortlichen, durch die Renaturierung der Uferböschung am neu gestalteten Bachlauf einen Naherholungsraum zu schaffen, der einerseits von den Anrainern des Areals goutiert wird und der andererseits auch einen Mehrwert für all jene Unternehmen generiert, die sich hier in Zukunft ansiedeln werden.

Mehr Fläche dank Betonkanal
Zu einer weiteren Wertsteigerung des Areals trug zudem die spezielle Gestaltung des Unterwasserkanals bei. Dieser wurde – nicht wie man erwarten könnte – einfach als offenes Gerinne ausgeführt. Vielmehr entschied man sich, die gesamte Unterwasserstrecke in Form eines geschlossenen Betonkanals zu realisieren. Auf diese Weise konnte zusätzliche Nutzfläche gewonnen werden. Der Kanal wurde aus Stahlbetonfertigteilen erstellt, die vom Branchenspezialisten Rinninger aus Kißlegg im Allgäu gefertigt und geliefert wurden. Konkret handelt es sich dabei um das System „RIKI“, bestehend aus Stahlbetonmodulen im Rechteckprofil mit den Abmessungen 3,0 m x 1,75 m. Über eine Länge von 125 m wurden die Module verlegt, die gleich mehrere Qualitätskriterien aufweisen. Zum einen handelt es sich dank der schalungshärtenden Produktion von Rinninger um einen Hochleistungsbeton, der extrem beständig und widerstandsfähig ist – und somit die höchsten Expositionsklassen repräsentiert. Zum anderen kamen dabei Elementverbindungen zum Einsatz, die im Gelenk eine Abwinkelbarkeit ermöglichen und zugleich wasserdicht bis 1,5 bar sind – und dies alles ohne Verspannelemente. Für eine optimale Anpassung an die Trassenführung vor Ort wurden die mitgelieferten biegesteifen Krümmer-Module im entsprechenden Radius ausgeführt. Außerdem kamen noch Pass- und Endstücke sowie ein Sonder-Auslaufelement hinzu. Trotz der schwierigen Rahmenbedingungen vor Ort konnte der Einbau der 22,5 Tonnen schweren Einzelbauteile in Rekordzeit erfolgen. In diesem Zusammenhang heben die Verantwortlichen die ausgezeichnete Zusammenarbeit mit Tomaselli Gabriel Bau lobend hervor.

Vielschichtiges Projekt sorgt für Win-Win-Situation
Bei 4 m3/s Ausbauwassermenge und einer Fallhöhe von 3,4 m kommt das neue Schneckenkraftwerk auf eine Leistung von knapp 100 kW. Damit wird die neue Ökostromanlage in Gais im Regeljahr rund 600.000 kWh sauberen Strom erzeugen. Genug, um damit etwa 130 Vorarlberger Haushalte zu versorgen. Im Kraftwerkspark der illwerke vkw zählt das Kleinkraftwerk mit diesem Leistungsvermögen zweifellos zu den kleinsten Kraftwerken. Dennoch kommt ihm eine Sonderstellung zu – nicht nur, weil es das erste Schneckenkraftwerk der illwerke vkw ist: Schließlich handelt es sich um das Herzstück eines kompletten Ökokonzeptes, das in mehrerlei Hinsicht einen Mehrwert erzielen konnte. Im Zusammenspiel mit Land und Gemeinde gelang es dem Vorarlberger Energiedienstleister, Verbesserungen sowohl für den Hochwasserschutz, die Grundwassersituation, das optische Erscheinungsbild des Areals sowie dessen ökologische Situation zu schaffen. Am Ende bedeutet dies eine massive Aufwertung für das Betriebsareal in der traditionsreichen Industriezone von Bludesch. Eine Win-Win-Situation für Betreiber, die regionale Wirtschaft, Anrainer, Gemeinde und nicht zuletzt die Umwelt.