Um den Eigenstromanteil im Netz zu erhöhen, setzt die berühmte Tiroler Stadtgemeinde Kitzbühel auf die Wasserkraft. Nach einem mehrphasigen Bauverlauf über drei Jahre hinweg…

… hat sie im vergangenen Jahr ihre neue Kleinwasserkraftanlage Kohlstatt-Ehrenbach in Betrieb genommen. Ausgelegt als kleines Speicherkraftwerk dient dieses den Stadtwerken Kitzbühel unter der Leitung von Ing. Gerhard Eilenberger nun auch dazu, schnell auf erhöhten Bedarf im Netz reagieren zu können und anfallende Bezugsspitzen zu glätten. Mitverantwortlich für das gute Gelingen des Projektes war der Südtiroler Wasserkraftspezialist Troyer AG. Die Sterzinger lieferten nicht nur die elektromechanische Ausrüstung, sondern sorgten auch für die ausgeklügelte Steuerung des neuen Kraftwerks. Rechnerisch wird die Anlage im Regeljahr rund 0,8 GWh sauberen Strom erzeugen.

Der Kitzbüheler Ehrenbachgraben war bereits vor über 100 Jahren von Bedeutung für die Wasserkraftnutzung der Stadtgemeinde in den Kitzbühler Alpen. Das erste Wasserkraftwerk, das den Ehrenbach nutzte, stammte aus dem Jahr 1912. Während des Zweiten Weltkriegs wurde diese Pionieranlage dann aufgelöst und durch ein neues und deutlich größer ausgelegtes Kraftwerk abgelöst, das bis zum heutigen Tag als Kraftwerk Ehrenbach Bestand hat und wesentlich zur Versorgung der bekannt mondänen Sport­stadt beiträgt. Doch der Ehrenbachgraben, der sich unweit der unter Skifans bestens bekannten Hahnenkammstrecke befindet, war neben seiner Bedeutung für die Wasserkraft auch berüchtigt für seine Hochwässer und die zum Teil gravierenden Auswirkungen auf die Gamsstadt. Aus diesem Grund ist der Graben in seinem Verlauf gesäumt von zahlreichen Sperren, die sich vor wenigen Jahren allerdings noch etwas veraltet präsentierten. Sie stammten aus den 1930er Jahren, waren zum Teil schon desolat und stellten somit sogar ein gewisses Sicherheitsrisiko dar. Ein Sanierungs- und Neugestaltungsprogramm der Bachsperren stand daher seit längerem auf der Agenda der Wildbach- und Lawinenverbauung (WLV). Doch im Ehrenbachgraben wollte noch ein weiteres Bauprojekt verwirklicht werden.

Drei Baulose in drei Etappen
„Die Grundidee für ein zweites Kraftwerk im Ehrenbachgraben, also eine Art Oberlieger-Anlage zur bestehenden, gibt es schon lange. Wir haben 2006 mit den Begehungen mit einem Geologen begonnen. Das war sozusagen die Initialzündung für das Projekt“, erzählt der leitende Betriebswart Hans Grandner. Es sollten zahlreiche Variantenstudien folgen, die als beste Option den Bau eines Stunden-/Tagesspeicher-Kraftwerks in unterirdischer Ortsbetonweise hervorbrachten.
Mit der Erstellung des Einreichprojektes wurde die BERNARD Ingenieure ZT GmbH aus Hall beauftragt. Das Ingenieurbüro führte zudem auch die Ausarbeitung der Ausschreibungspläne und die Abwicklung der Ausschreibung aus. Die weitere Planung sowie die örtliche Bauaufsicht wurden in die Hände des Kitzbüheler Ingenieurbüros ZT DI Klaus Oberacher gelegt, das in der Bauabwicklung zwischen 2013 und 2015 voll gefordert war. Das gesamte Bauvorhaben wurde auf drei Baulose in drei Bauetappen aufgeteilt. Grob umrissen wurde 2013 mit der Errichtung des Krafthauses begonnen und der unterste Abschnitt der Druckrohrleitung über 290 m verlegt. Im Jahr darauf wurde der Reinwasserspeicher errichtet, zudem wurde die elektromechanische Ausrüstung geliefert. In der letzten Bauetappe vergangenes Jahr standen der Bau der Wasserfassungen sowie der Hauptteil der Rohrverlegearbeiten auf dem Programm, bevor man mit den letzten e-technischen Installationsarbeiten in die Inbetriebsetzungsphase übergehen konnte. Mitte September letzten Jahres ging die Anlage in Probebetrieb.

Speziallösung für Druckrohrleitung
„Logischerweise hatte die Sanierung der Wildbachsperren höhere Priorität als das Kraftwerksprojekt. Dieser Umstand hatte aber zur Folge, dass an einen parallelen Baubetrieb zu den Verbauungsarbeiten der WLV nicht zu denken war. Für uns bedeutete das, dass wir die kurzen Zeitfenster nutzen mussten, die uns zur Verfügung standen“, erklärt Hans Grandner. Allerdings hätte man auch gewisse Synergieeffekte nutzen können. Darunter fielen etwa die von der WLV neu errichteten Bauwege in schwierigem Gelände, wo größtenteils die Druckrohrleitung verlegt werden konnte. Insgesamt beträgt die Länge der Druckrohrleitung, die aus TRM-Gussrohren DN500 erstellt wurde, 1.346 m. 550 m davon wurden bereits in den ersten beiden Bauphasen verlegt. Die Reststrecke von 780 m wurde schließlich 2015 realisiert. „Im Juni bzw. Juli ´15 wurde die WLV mit den letzten fünf Sperren im Ehrenbachgraben fertig. Das hieß für uns, dass wir unmittelbar danach mit dem letzten Teil der Druckrohrleitungsarbeiten beginnen konnten. Um im Zeitplan zu bleiben, haben wir mit zwei Partien jeweils von oben nach unten und von unten nach oben gearbeitet“, so der Kraftwerkswart. Dabei stellten sich gerade die ersten 700 m der Rohrtrasse, die im obersten Bereich dem Bachverlauf folgt, als die schwierigsten heraus. Der Hang erwies sich als instabil, sodass man geologische Messpunkte und auch mehrere Drainagen setzen musste. Auch in Hinblick auf den Schutz der Rohrleitung brauchte man eine spezielle Lösung. „Wir mussten in diesem Abschnitt vier Dehnschächte setzen. Das bedeutet, dass die Rohrleitung über einen Schacht zugänglich ist. Anhand der Markierungen an der speziellen Überschubmuffe können wir feststellen, ob es zu einer eventuellen Dehnung oder einer Stauchung gekommen ist. Dank der schub- und zuggesicherten VRST®-Verbindung kann die Druckrohrleitung natürlich auch autonom viel an äußerer Krafteinwirkung aufnehmen“, sagt Hans Grandner. Im Zuge des Rohrleitungsbaus konnte ein echter Synergieeffekt genutzt werden. Parallel zum Druckrohrleitungsbau wurde in der Künette neben der üblichen Leerverrohrung für LWL- und Stromkabel auch ein Abwasserkanal mitverlegt, der nun eine bestehende Pumpstation dafür am Hahnenkamm obsolet werden ließ.

Triebwasser aus zwei Fassungen
Das Kraftwerk nutzt die Energie aus zwei Bächen, dem Ehrenbach und dem Grießalmbach. Zu diesem Zweck wurden zwei Bachfassungen angelegt, beide in Form von Coanda-Wehren, die vom Südtiroler Stahlwasserbauspezialisten Wild Metal geliefert wurden. Sie bieten einerseits den Vorteil, dass es zu keinerlei Schwallbildungen im Bach kommt, andererseits punkten sie damit, dass der Einbau eines Entsanderbauwerks bzw. einer Rechenreinigungsmaschine entfallen. Die beiden Fassungen sind unterschiedlich groß dimensioniert. Während die kleinere am Grießalmbach auf 80 l/s ausgelegt ist, fasst der Coanda-Rechen am Ehrenbach 360 l/s. Die Rechenanlagen wurden so großzügig dimensioniert, dass auch bei teilweiser Verlegung des Feinrechens die maximale Einzugsmenge gewährleistet ist. Bei einer Spaltbreite von 0,6 mm können Feinteile den Rechen passieren, die sich letztlich im Reinwasserspeicher ablagern. Die Zuleitung von den Fassungen zum Reinwasserspeicher wurde ebenfalls mittels TRM-Gussrohre erstellt. Besonders heikel präsentierte sich im Vorfeld dabei die technische Lösung für die kleinere Ableitung vom Grießalmbach. Grandner: „Ursprünglich wäre vorgesehen gewesen, die Leitung um die dort bestehende Liftstation herum- und weiter durch einen Durchgangskanal der WLV zu verlegen. Das hätte zum einen eine unerwünschte Querschnittsverminderung des Kanals zur Folge gehabt und zum anderen wäre die Rohrverlegung durch den Bach relativ lange und aufwändig gewesen. Bei einer Begehung haben wir dann gemeinsam mit unserem Planer DI Oberacher eine wesentlich einfachere Variante erkannt: Da sich in dieser Liftstation kein fester Boden befindet und das Gebäude nur auf Einzelfundamenten steht, war es mit einer einzigen Kernbohrung möglich, die Leitung durch das Gebäude zu führen. Damit war die weitere Trassenführung einfacher und um mehr als die Hälfte kürzer. Darüber hinaus haben wir auch noch ein wenig an Höhe am Einlaufbauwerk gewonnen. Das bedeutet, dass es selbst bei vollem Einstau des Reinwasserspeichers zu keinen Rückflüssen in Richtung Fassung kommt.“

Punktlandung im Zeitplan
Der zentrale konzeptionelle Aspekt des Projektes ist der Reinwasserspeicher, der auf die gemeinsame Idee vom Bauherr und den beiden Planungsbüros zurückgeht. Der nicht ganz 4.000 m3 fassende Speicher wurde in Ortsbetonweise neben dem Ehrenbach, oberhalb der Talstation des Skilifts Ehrenbachhöhe angelegt – und zwar vollständig unter der Erde. Die Detailplanung des Reinwasserspeichers wurde von DI Klaus Oberacher erstellt, der dem Grundriss eine trapezförmige Form gab. „Der Speicher war ein Wunsch des Bauherrn, da ihm damit regeltechnisch für den Betrieb mehrere Optionen offenstehen. Wir haben dann ein dreiteiliges Bauwerk konstruiert, das natürlich auch den hohen statischen Anforderungen genügen musste“, erklärt der Planer. Ein wesentliches Kriterium war, dass im fertigen Zustand möglichst wenig von dem Speicherbauwerk zu sehen ist. Daher reicht das unterirdische Bauwerk bis zu 15 m in die Tiefe. Erreichbar ist es nur über ein kleines, unscheinbares Häuschen. Das Bauwerk wurde letztlich so eingeschüttet, dass die Fläche darüber wieder nutzbar ist wie bisher. Für den Bau des Speichers wurden in Summe 2.300 m3 Beton und 230 t Stahl verbaut. Die genutzte Fläche beträgt 25 m mal 40 m, wobei das Bauwerk in drei ungleich große Kammern aufgeteilt ist. Kammer I fasst rund 1.330 m3, Kammer II 1.110 m3 und Kammer III 1.060 m3. Am Grund der Kammern wurde jeweils eine Drucksonde von der Fa. VEGA eingebaut. Diese ist jeweils in einer Membran unterhalb einer Gummimatte untergebracht. Sie liefert verlässlich Messdaten, sollten sich Feinteile in erhöhtem Maß am Grund des Reinwasserspeichers ansammeln. Was die Errichtung des Speicherbauwerks angeht, so wurde das dafür mögliche Zeitfenster fast auf die Minute genau ausgenützt. „Vorrangig war, dass wir mit dem Reinwasserspeicher vor dem Beginn der Skisaisonvorarbeiten fertig wurden. Im Spätherbst 2014 waren wir an einem Dienstagabend noch mit den letzten Arbeiten beschäftigt, einer der Bagger setzte noch die letzten Zaunpfähle, bevor wir diesen spätabends noch talwärts brachten. Tags drauf hatten wir 20 cm Neuschnee.“

Wartentrakt und Maschinenhalle getrennt
Auch an der Konzeption des Krafthauses ist die Intention erkennbar, die Anlage möglichst harmonisch und unauffällig in die Kitzbühler Naturlandschaft einzubinden. Es wurde komplett in Stahlbetonbauweise oberhalb der bestehenden Wasserfassung des Kraftwerks Ehrenbach realisiert. Maschinenhalle und Übergabestation sind dabei räumlich voneinander getrennt. Dies ergab sich aus dem Umstand, dass in diesem Bereich wichtige Versorgungsleitungen auf den Hahnenkamm (Wasser, Abwasser, Strom) verlaufen – und diese nicht umgelegt werden sollten. Die Maschinenhalle weist einen Außengrundriss von 8,20 m x 8,00 m auf und wurde mit einem Flachdach ausgeführt, das aus einer 30 bis 35 cm starken isolierten Stahlbetonplatte mit Wärmedeckung ausgeführt wurde. Nach Baufertigstellung wurde das Gebäude dreiseitig eingeschüttet und begrünt. Für die Montage der Maschinen wurde eine Öffnung im Dach ausgespart. Der trapezförmige Wartentrakt wurde gegenüber der Maschinenhalle um 33° gedreht. Darin befinden sich neben einem Sanitärraum ein Raum für den Kuppeltrafo und ein Schaltraum auf Mittelspannungsebene.

„Herz und Hirn“ aus einer Hand
Der ungewöhnliche Bauplan in drei Phasen brachte durchaus auch gewisse Herausforderungen abseits des rein Baulichen mit sich. Darauf musste sich unter anderem der Südtiroler Wasserkraftspezialist Troyer AG einstellen, dessen Einsätze gestaffelt erfolgten. Das renommierte Familienunternehmen aus Sterzing konnte im Rahmen des Projekts einmal mehr seine Water-to-Wire-Qualitäten unter Beweis stellen. Der Lieferumfang umfasste nicht nur die 2-düsige Peltonturbine, die Lieferung des Generators, die Planung, Fertigung und Installation der Niederspannungsanlage, sondern zudem auch die gesamte Steuerungstechnik der Anlage. Die gesamte elektromechanische Ausrüstung inklusive modernstem SCADA-System lagen somit in den Händen der Troyer AG. Wenn man so möchte: Herz und Hirn des neuen Kraftwerks made in Sterzing. Bei einer Fallhöhe von 174,2 m und einer Ausbauwassermenge von 350 l/s kam eine dafür maßgeschneiderte 2-düsige Peltonturbine zum Einsatz, deren Nennleistung bei 532 kW liegt. Dank höchster Ausführungsqualität und bewährtem Design zeichnet sich diese Maschine nicht nur durch Langlebigkeit, sondern auch durch hohe Wirkungsgrade aus. Letztere wurden im Rahmen des Probebetriebs bereits eindrücklich unter Beweis gestellt, wie Anlagenwart Hans Grandner bestätigt.

Knackpunkt Steuerung
Nach Eingang des Auftrags waren die Konstrukteure im Hause Troyer ab September 2013 mit den Einbauzeichnungen und den Grundlagenberechnungen für die Statik beschäftigt. In weiterer Folge ging es in die Fertigung, schließlich sollte die Turbine noch 2014 ausgeliefert werden. „Im August bzw. September 2014 haben wir dann die Turbine geliefert und montiert, gleichzeitig auch schon die ersten Vorarbeiten für die E-Technik installiert. Die Steuerungstechnik und E-Technik für die Fassungen folgten dann im Sommer 2015. Anschließend ging es in die Inbetriebsetzungsphase, die Übernahme in den Parallelbetrieb erfolgte schließlich im Oktober letzten Jahres“, erzählt der Projektleiter der Firma Troyer AG, Hubert Wassertheurer. Der große Knackpunkt für die Spezialisten im Team der Troyer AG war in diesem Fall vor allem der steuerungs- und leittechnische Teil. Es galt nicht nur zahlreiche Betriebsparameter und Betriebszustände zu berücksichtigen, sondern auch die Steuerungstechnik ins bestehende Leitsystem der Stadtwerke Kitzbühel einzubinden. Dass dies letztlich mustergültig gelang, daran lässt man von Seiten der Stadtwerke keinen Zweifel.

Betrieb als Fluss- oder Speicher-KW
„Der neue Speicher ermöglicht nun einen Spitzenlastbetrieb. Das heißt, wir fahren das Wasser verstärkt zu Zeiten erhöhten Verbrauchs ab, wodurch sich die Bezugsspitzen aus dem Netz der TIWAG etwas glätten. Das lässt sich mit der neuen Steuerung sehr gut regeln. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass wir etwa in der wasserarmen Zeit im Winter einen Mindestwirkungsgrad vorgeben. Das sieht so aus, dass durch die Steuerung eine Mindestdüsenöffnung vorgegeben wird, die einen Turbinenwirkungsgrad von über 90 Prozent gewährleistet. Damit sind dann allerdings häufige Stop-and-Gos des Maschinensatzes verbunden. Aber die Maschinen sind erstens robust genug und zweitens heute auch für diese Art von Betrieb gebaut“, erklärt Hans Grandner.

16-prozentiges Produktionsplus
Für die Programmierer der Firma Troyer bestand somit eine der Herausforderungen darin ein funktionelles und zugleich einfaches System zu entwickeln, das es dem Betreiber erlaubt, die Anlage sowohl als Flusskraftwerk als auch als Speicherkraftwerk zu betreiben.
Seit der ersten Inbetriebnahme im Oktober vergangenen Jahres läuft die Anlage einwandfrei. Die Verantwortlichen der Stadtwerke Kitzbühel können zufrieden resümieren. Das durchaus zeit- und kostenaufwändige Projekt konnte letztlich wunschgemäß umgesetzt werden. Das Regelarbeitsvermögen des neuen Kraftwerks liegt bei etwa 0,8 GWh.  Damit gelang es, die Stromproduktion aus eigenen Anlagen um 16 Prozent zu erhöhen und den Eigenversorgungsanteil wieder auf über 8 Prozent anzuheben, was das erklärte Ziel des EVU war. Circa 3,6 Mio. Euro beträgt die Gesamtinvestition in das Kraftwerksprojekt. Dass man in Kitzbühel bereit war, auch unter wirtschaftlich schwierigen Rahmenbedingungen diese Mittel in die Hand zu nehmen, lag zum einen an einem klaren Bekenntnis zur Wasserkraft und zum anderen an großer Weitsicht. Wie meint dazu  der erfahrene Hans Grandner treffend: „Die Wasserkraft ist eine Technologie, deren Horizont sich über viele Jahrzehnte erstreckt. Und die Frage sei erlaubt: Haben sich unsere Vorväter beim Erbauen der ganzen Kraftwerke vor 70 oder 80 Jahren gefragt, ob sich die Anlagen innerhalb eines Jahrzehnts amortisieren?”