Am 23. Oktober wurde die richtungsweisend zu einem Pumpspeicherkraftwerk modernisierte Anlage Dießbach im Salzburger Pinzgau feierlich eröffnet.

Nach einer Bauzeit von lediglich 1,5 Jahren konnte Betreiberin Salzburg AG im Beisein von zahlreichen Vertretern aus Politik und Wirtschaft das Kraftwerk offiziell wieder in Betrieb nehmen. Im Rahmen des Umbaus wurde die ursprünglich in den 1960er Jahren als Speicherkraftwerk errichtete Anlage mit einer von der Salzburg AG entwickelten Matrixpumpen-Technologie und einem Unterbecken erweitert. Bei der Matrixpumpe handelt es sich im Prinzip um eine Kombination aus 24 einzelnen Pumpen, die einzeln und im Verbund eine höchst präzise Regelung ermöglichen. Dank dieses innovativen Systems kann die Anlage nun nicht nur Strom erzeugen, sondern bei Stromüberschuss auch Energie speichern. Durch diese nun hochflexible Betriebsführung ist das Kraftwerk Dießbach optimal für die Bereitstellung von Regelenergie, mit welcher Stromschwankungen in den öffentlichen Versorgungsnetzen ausgeglichen werden, geeignet. In Summe investierte die Salzburg AG rund 30 Millionen Euro in die Modernisierung ihrer neuen Referenzanlage.

Die 1967 als reines Speicherkraftwerk in Betrieb genommene Anlage, deren abschnittweise nahezu senkrecht verlegte Druckrohrleitungen schon von weitem erkennbar sind, war im Zuge einer weitreichenden Modernisierung seit dem Frühjahr 2017 zu einem modernen Pumpspeicherkraftwerk umgebaut worden. Bei der Eröffnungsfeier im Oktober interessierten sich die in großer Zahl erschienenen Besucher vor allem für die Funktionsweise der innovativen Matrixpumpen-Technologie. Landeshauptmann Wilfried Haslauer sagte bei der Eröffnung vor Ort: „Der Ausbau des Kraftwerks Dießbach ist ein wichtiger Beitrag zur Umsetzung unserer ­Klima- und Energiestrategie. Die Wasserkraft hat in Salzburg einen hohen Stellenwert und trägt dazu bei, dass das Land die Klima- und Energieziele erreicht. Darüber hinaus setzen Investitionen in Höhe von knapp 30 Millionen Euro einen starken regionalen Wirtschaftsimpuls, der dazu beiträgt, Arbeitsplätze zu schaffen und zu sichern.“ Durch die Modernisierung kann die Anlage Dießbach als Pumpspeicherkraftwerk nicht nur Energie erzeugen, sondern auch bei Stromüberschuss Energie zwischenspeichern. Mit dem Um- und Ausbau haben die Betreiber einen weiteren bedeutenden Beitrag für die Energiezukunft in Österreich geleistet. „Wir werden zukünftig mehr Energie brauchen, daher setzen wir in der Erzeugung verstärkt auch auf die Flexibilisierung bestehender Kraftwerke“, erklärte Leonhard Schitter, Vorstandssprecher der Salzburg AG, und setzte fort, „Mit dem innovativen Konzept der Matrixpumpe wird die bestehende Anlage im Saalachtal mit moderner Technik effizienter gemacht.“ Landeshauptmann-Stv. Heinrich Schellhorn schloss sich an: „Der Strombedarf in Salzburg ist ständig im Steigen. Wir müssen hier vorsorgen und künftig noch stärker auf Stromquellen setzen, die die Umwelt nicht belasten. Energieeffizienz und der ökologisch behutsame Ausbau erneuerbarer Energien sind notwendige Voraussetzungen, um unsere Klima- und Energieziele zu erreichen. Mit dem Kraftwerk Dießbach wurde ein weiterer wichtiger Schritt in diese Richtung gemacht.“

Einzigartige Speichertechnik
„Die Flexibilisierung des Kraftwerks in Dießbach ist durch die Errichtung eines Unterbeckens und einer Matrixpumpe möglich. Letztere besteht aus 24 einzelnen Pumpen, die zusammengeschaltet werden können. Dadurch wird das Kraftwerk nun nicht nur Strom erzeugen, sondern auch speichern“ erklärte Horst Ebner, Vorstand Salzburg AG. Das Wasser wird in den Turbinen im Tal abgearbeitet und sammelt sich in einem großen, natürlich gestalteten Unterbecken. Die neue Matrixpumpe befördert das Wasser in den rund 700 Meter höher gelegenen Speichersee zurück, bei Bedarf kann so wieder Strom erzeugt werden. „Damit ist die Anlage ideal, um die kurzfristigen Schwankungen von volatiler erneuerbarer Energie auszugleichen und damit zur Versorgungssicherheit beizutragen“, sagte Schitter und führte weiter aus, „Die Matrixpumpe – also so viele Pumpen wie möglich zusammen zu schließen – ist ein komplett neues, innovatives Konzept. Wir können jede einzelne Pumpe zu- oder wegschalten und damit die Leistung im Kraftwerk in ganz kleinen Schritten regeln. Das gibt uns die Möglichkeit auf die Bedürfnisse des Strommarktes kurzfristig und gezielt zu reagieren.“ Im Gegensatz zu einem „normalen“ Pumpspeicherkraftwerk, bei dem Turbinen und Pumpen üblicherweise direkt voneinander abhängig sind (hydraulischer Kurzschluss), kann die Matrixpumpe völlig unabhängig betrieben werden. Mit dieser Entkoppelung von den bestehenden Turbinen ergeben sich für uns als Betreiber mehrere Vorteile, präzisiert Salzburg AG-Projektleiter Peter Herzog: „Im Prinzip erreichen wir mit der nun installierten 32 MW Matrixpumpe eine viel größere Leistung als die Turbine. Damit hat sich in Folge das Regelband der Anlage mehr als verdoppelt, wodurch der großangelegte Umbau auch für uns als Betreiber wirtschaftlich darstellbar wurde. Jede der 24 einzelnen Pumpen kann darüber hinaus durch den Einsatz von Frequenzumformern in einem Bereich zwischen 60 und 100 Prozent ihrer Nennleistung geregelt werden.“
Mit dem Ausbau wird die Salzburg AG zum wiederholten Mal ihrer Vorreiterrolle in punkto erneuerbarer Energie gerecht. Diese Art der Speicherung und die damit verbundene Gewährleistung der Versorgungssicherheit sind einzigartig. Die Bürgermeister Erich Rohrmoser, Gemeinde Saalfelden, und Josef Hohenwarter, Gemeinde Weißbach bei Lofer, waren ebenfalls bei der Eröffnung anwesend. Beide sind sich einig, dass die Erweiterung der Anlage für die Region im Pinzgau nur Vorteile hat. „Mit dem Ausbau des Speicherkraftwerks Dießbach verbindet die Salzburg AG saubere und nachhaltige Energieversorgung mit regionaler Wertschöpfung“, betont Erich Rohrmoser. Josef Hohenwarter meint: „Das Kraftwerk Dießbach stellt ein Bindeglied zwischen der Stadtgemeinde Saalfelden und der Naturparkgemeinde Weißbach dar, von dem die Bewohner beider Gemeinden profitieren.”

Ausbau in nur 1,5 Jahren umgesetzt
Das Kraftwerk hat im Turbinenbetrieb eine Engpassleistung von 24 MW, im Pumpbetrieb leistet die Anlage 32 MW. Der Spatenstich zur Modernisierung fand im Frühjahr 2017 statt. Daraufhin wurden die Bauarbeiten an der Pumpenhalle unverzüglich aufgenommen, welche bereits im Herbst des gleichen Jahres fertiggestellt und danach mit Technik ausgestattet wurde. Neben Pumpen, Haustechnik, Elektrik und Leittechnik wurden auch die Druckrohrleitungen und die dazugehörigen Windkessel – Druckausgleichs­behälter, die dazu betragen die Belastungen auf das Leitungsnetz zu reduzieren – millimetergenau und unter strengen Qualitätskontrollen montiert. „In der Pumpenhalle wurde die Matrixpumpe installiert. Jedes der 24 Einzelaggregate der Matrixpumpe hat eine Leistung von ca. 1,23 MW. Wenn alle Aggregate laufen, werden 3,3 m3 Wasser pro Sekunde in Richtung Stausee gepumpt. Das entspricht ca. 22 Badewannen pro Sekunde“, erklärte Vorstandsmitglied Ebner. Im Herbst 2017 wurde der Stausee im Steinernen Meer entleert. Erst danach konnte das Wasserschloss, das sich unter dem Speicher-Spiegel befindet, erweitert werden, um es an die neuen Anforderungen aus dem Pumpspeicherbetrieb anzupassen. Als letzter baulicher Meilenstein wurde im Frühjahr 2018 das Unterbecken errichtet, auch hier wurden neue Maßstäbe gesetzt, denn die Bauweise des Beckens kommt ohne der üblichen künstlichen Abdichtung aus, was eine besonders naturnahe Gestaltung ermöglicht. Im Sommer 2018 wurden die Bauarbeiten abgeschlossen. Nach einem umfangreichen Probebetrieb ging die Anlage im Rahmen der Eröffnungsfeier am 23. Oktober offiziell in Betrieb. „Die kurze Bauzeit von knapp 1,5 Jahren ist sehr beachtlich und stellte für alle Beteiligten eine Herausforderung dar, die mit Bravour gemeistert wurde. Zum Vergleich: in dieser Zeit wird normalerweise ein Einfamilienhaus gebaut“, so Schitter.

SIEMENS realisierte Leittechnik
Das Salzburger Wasserkraft-Kompetenzzentrum von SIEMENS war verantwortlich für die komplette leittechnische Ausrüstung, sowohl für das Kraftwerk als auch für den Energiespeicher Dießbach. Für die Steuerungs- und Regelungsaufgaben kam das innovative Stationsleitsystem SICAM 1703 zum Einsatz, wobei in Summe mehr als 10.000 Datenpunkte verarbeitet wurden. Dem modernen Stand der Technik entsprechend, wurde die Bedienung und Beobachtung des Kraftwerks und des Energiespeichers vor Ort bei den Auto­­­matisierungseinheiten durch Touch-Panels sowie in einer übergeordneten Visualisierung in der Kraftwerkswarte mit einem redundanten Serversystem realisiert. Beim Kraftwerk wurde die in die Jahre gekommenen Steuerungs- und Schutztechnik für die beiden Maschinen ausgetauscht, wobei die von SIEMENS Small ­Hydro entwickelten und bewährten Softwarebausteine für Wasserkraftanlagen, wie bei­spielsweise die Anfahr- und Stillsetzautomatik, der Turbinenregler oder der mechanische und elektrische Schutz, zum Einsatz kamen. Für die Steuerung der 24 Matrixpumpen beim Energiespeicher musste aufgrund der hydraulischen Vorgaben das Steuerungskonzept neu entwickelt werden.

Hohe Anforderungen an Steuerung
Die erstmals eingesetzte Technologie von 24 kombinierten Pumpen zur Rückspeicherung des Wassers aus dem Unterwasserbecken stellte nicht nur an das hydraulische System mit den bestehenden Druckrohrleitungen eine sehr hohe Anforderung dar, sondern vor allem auch an die neue Pumpeneinsatzsteuerung. Für die Ingenieure von SIEMENS galt es, die einzelnen Pumpen im Bedarfsfall durch eine optimierte Steuerungssoftware so rasch wie möglich zu- bzw. abzuschalten, wobei Druckstöße im hydraulischen System so gering wie möglich gehalten werden mussten. Durch die enge Zusammenarbeit aller Gewerke konnte besteh­endes Know-how zu einer optimierten Individuallösung kombiniert werden. Die dafür neu entwickelten Softwarebausteine ermöglichten den Ausbau des Kraftwerkstandorts Dießbach vom reinen Erzeugerkraftwerk zum flexibel einsetzbaren Pumpspeicherkraftwerk. Ein besonderes Augenmerk wurde der Sicherheit aller Anlagenteile gewidmet. Zusätzlich integrierte SIEMENS ein Sicherheitskonzept mit dem modularen Sicherheitssystem SIRIUS. Dadurch wird ein sicheres Zusammenwirken von Kraftwerk, Energiespeicher und den Außenanlagen, beispielsweise bei der um 700 m höher gelegenen Apparatekammer am Beginn der beiden Druckrohrleitungen, gewährleistet. Damit steuerte das Kleinwasserkraft-Kompetenzzentrum von SIEMENS Österreich einmal mehr zentrale Komponenten für ein modernes Pumpspeicherkraftwerk bei, um es an die komplexen Regelerfordernisse der heutigen Zeit anzupassen. Die Anlage ist für einen komplett wärterlosen Betrieb ausgelegt und wird über die Zentralwarte der Salzburg AG ferngesteuert betrieben.

ELIN Motoren liefert Elektromotoren
Den Auftrag zur Lieferung der Elektromotoren zum Antrieb der 24 Pumpen erhielt die international vielfach bewährte ELIN Motoren GmbH vom Elektrotechnikspezialisten ABB. Als weltweit vertretenes Unternehmen hat ELIN Motoren rund um den Globus eine Vielzahl von Kraftwerken, sowohl im Bereich Wasserkraft als auch in anderen Branchen, ­ mit Generatoren und Motoren ausgerüstet: „Pump­speicherkraftwerke zählen natürlich ebenfalls zu unserem Portfolio, wobei jedes Projekt und jede Maschine – stets an die jeweiligen Kundenanforderungen angepasst – für sich einzigartig ist“, sagt ELIN Motoren-Projektleiterin Nicole Knaus. In der Projektierungsphase wurden bereits rund ein Jahr vor der Auftragsvergabe mehrere Lösungsansätze geprüft. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit der Anlage sollte sich eine Kaskadenlösung als Favorit herauskristallisieren. Der Startschuss für das Projekt erfolgte für ELIN Motoren schließlich im Jänner des Vorjahres, woraufhin prompt das Engineering sowie die Abklärung aller kundenspezifischen Details und Anforderungen mit den Projektpartnern beginnen konnte. Gemäß der von der Salzburg AG vorgegebenen Terminschiene wurden die 24 Motoren, auf mehrere Slots aufgeteilt, in einem Zeitraum von Oktober bis Dezember 2017 geliefert. Wegen der baulichen Umstände war es für die Hersteller erforderlich, die Lieferungen so flexibel wie möglich durchzuführen.
Beim Kraftwerk Dießbach bestand eine der Hauptanforderungen darin, dass die Maschinen in einem Drehzahlregelbereich von 1.500 – 3.060 U/min betrieben werden konnten. Dies erforderte in elektrotechnischer Hinsicht den bei herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken eher unüblichen Einsatz von Frequenz­umrichtern. „Die Motoren mussten bei mehreren von der Salzburg AG definierten Betriebspunkten sowohl im Wirkungsgrad, als auch in punkto Erwärmung ‚performen‘. Um die vorgegebenen Ziele zu erreichen, wurden die Motoren mit einer Wassermantelkühlung ausgeführt. Diese Ausführung bringt mehrere Vorteile gegenüber luftgekühlten Motoren mit sich. Beispielsweise eine kompaktere Bauweise, aber auch eine beträchtliche Geräuschminderung sowie eine Reduktion von Schwingungen“, erklärt Knaus und fährt fort, dass diese Art von Motoren unempfindlich gegenüber Verschmutzung und Temperaturschwankungen der Umgebungsluft sind. Die Verlustwärme wird über den Kühlkreislauf ökonomisch abgeführt und beeinflusst somit nicht die unmittelbare Umgebung. Der Leiter der Business Unit bei ELIN Motoren, Franz Umfahrer, ergänzt hinsichtlich des Einsatzbereichs der Motoren im Kaskadenbetrieb: „Damit ergibt sich der Vorteil, dass jede zugeschaltete Maschine immer unter Volllast betrieben werden kann – somit werden im Umkehrschluss höchste Wirkungsgrade beim Teillastbetrieb des Kraftwerks erreicht. Je nach Bedarf lassen sich die einzelnen Motoren zu- oder wegschalten.“ Die Projektverantwortlichen heben besonders hervor, dass sich die Zusammenarbeit mit den Auftraggebern sehr positiv gestaltet hat: „Aufgrund der Kombination von ELIN Motoren mit ABB-Frequenzumrichtern konnten wir zahlreiche Abstimmungen gleich mit unserem Projektpartner ABB durchführen. Die direkte Absprache und Klärung mit der Salzburg AG hat die Zusammenarbeit ebenso erleichtert, da das Betreiber Know-how direkt umgesetzt werden konnte, woraus schlussendlich alle beteiligten Parteien einen Vorteil gezogen haben.“

ELEKTROTECHNIK VON ABB
Der Technologieführer ABB übernahm die Lieferung des Elektrotechnikpakets für den Umbau des Pumpspeicherkraftwerks. Dieses Paket umfasste die 24 Antriebe für die Matrixpumpe, die Mittelspannungsschaltanlage sowie die Niederspannungsverteilung, die in acht Gruppen aufgeteilt wurde. Eine besondere Herausforderung stellten die Kundenbedingungen hinsichtlich der Besonderheiten der elektrischen Oberschwingungen dar. Eine zusätzliche Oberwellenreduzierung, die gemeinsam mit den Technikern der Salzburg AG ausgearbeitet wurde, wurde durch die mitgelieferten Transformatoren durch eine +/- 7,5 Grad Verschränkung erreicht. Mit den ABB-Frequenzumrichtern löste man diese Problematik erstklassig, sodass auch die Bedingungen für den Netzanschluss optimal umgesetzt werden konnten. Die Elektromotoren lieferte im Auftrag von ABB die ELIN Motoren GmbH, welche die vorgegebenen Projektbedingungen einwandfrei eingehalten haben, bestätigt Ali Ergen, ABB Österreich-Projektleiter. „Trotz der knappen Ter­minsituation konnten die Anlagenteile zeitgerecht geliefert und in enger Zusammenarbeit mit der Salzburg AG installiert werden“, so Ergen, der noch ergänzend hinzufügt, dass für ABB eine weitere Aufgabe darin bestand, Industriekonzepte im Kraftwerksbau umzusetzen. „Die Anforderungen bei der Stromerzeugung in einem Kraftwerk gestalten sich anders als die Anforderungen reiner Industriebetriebe. Im Speziellen zeichnen sich hier die Vorteile von Ausfallsicherheit, Umschaltkonzepten sowie Regelungslösungen aus. Dank der Vielseitigkeit der Frequenzumrichter von ABB konnten diese Anforderungen ausgezeichnet gelöst werden.“

Stahlbau aus Salzburger Hand
Die im Wasserkraftbereich seit Jahrzehnten bewährte GMT Wintersteller GmbH aus dem Salzburger Tennengau konnte sich bei der Ausschreibung für eine ganze Reihe von Aufgaben qualifizieren, erklärt Geschäftsführer Georg Ammerer: „Grundsätzlich waren wir für die Errichtung der Pumpenhalle und die Montage der darin befindlichen Gewerke und Rohrleitungen zuständig. Dabei haben wir die Salzburg AG auch bei Teilen der Anlagen- und Detailplanung unterstützt. Gemäß den Vor­gaben der Betreiber wurde die neue Halle ­inklusive aller Hydraulikleitungen, Ab­sperr­einrichtungen und Windkessel drei­dimen­sional geplant und im Anschluss von uns baulich umgesetzt. Darüber hinaus haben wir für das neue Unterwasserbecken einen vertikalen Schutzrechen und eine Schützentafel gefertigt.“ Nachdem die Kuchler den Zuschlag Ende 2016 erhalten hatten, begannen unmittelbar darauf bereits die Planungstätigkeiten. Die Umsetzung auf der Kraftwerksbaustelle startete für GMT mit dem Aufstellen der ersten Stahlträger für die Pumpenhalle im August 2017. Die Planungs- und Montagetätigkeiten sollten die Stahlbauer in Summe für rund ein Jahr beschäftigen. GMT sorgte neben dem Aufstellen der neuen Betriebshalle unter anderem für die Montage der 24 Pumpen, wobei in Summe 48 Absperrschieber DN150 sowie 24 Absperrschieber DN50 für die Bypassleitungen verbaut wurden. Ammerer betont, dass die Umsetzung aufgrund der optimalen Vorplanung und der vorbildlichen Zusammenarbeit mit den Betreibern und den beteiligten Unternehmen sehr gut verlaufen ist, der Auftrag konnte ohne gravierende Verzögerungen abgeschlossen werden.

Musterbeispiel für Ökologie
Ein Paradebeispiel für die Berücksichtigung der Ökologie in der Planung ist das neue Unterbecken des Kraftwerks. Durch den Verzicht auf Beton und Abdichtung, gepaart mit einer umfangreichen Begrünung und natürlichen Gestaltung, wurde das Becken harmonisch in die Landschaft integriert. Ähnlich einem Schotterteich konnte das Becken durch reinen Aushub hergestellt werden. Es fasst knapp 40.000 m³ und steht in direktem Austausch mit dem Grundwasser. Sobald der Wasserspiegel im Pumpbetrieb abgesenkt wird, strömt Grundwasser in das Becken. Damit die Beckenböschungen nicht nachrutschen oder durch die Grundwasserströmung erodieren, wurden sie mit einem dreilagigen Filteraufbau aus Sand, Kies und Steinen gesichert. Zusätzlich wurde eine Vielzahl von Kleingewässern eingerichtet, welche gleich nach der Errichtung von seltenen Amphibien, darunter die stark gefährdete Gelbbauchunke, bezogen wurde. Eine kleine Au-Landschaft am Ausleitungskanal und ein neu angelegter Saalach-Nebenraum bieten darüber hinaus ein natürliches Habitat für unterschiedliche Tierarten.
Mit der sowohl optisch-ökologisch als auch in technischer Hinsicht vorbildlich umgesetzten Modernisierung des Kraftwerks Dießbach hat die Salzburg AG einmal mehr ihr Bekenntnis zur Nutzung sauberer Energieformen in die Tat umgesetzt. Die Betreiber werden damit ihrer Vorreiterrolle mehr als gerecht und haben einen weiteren wichtigen Schritt zum Erreichen der österreichischen Klima- und Energieziele beigetragen.