Mit der Einweihung am 23. September dieses Jahres durfte Energie Electrique du Simplon (EES) den offiziellen Abschluss der Sanierungsarbeiten an ihrem Kraftwerk Gabi im Kanton Wallis feiern. Die ursprünglich 1957 gebaute Anlage wurde in knapp zwei Jahren rundumerneuert und kann nach erfolgter Totalsanierung ein neues Kapitel in ihrer Geschichte schreiben. Anstelle der alten Zwillingsturbinen kamen nun zwei leistungsstarke 5-düsige Peltonturbinen des oberösterreichischen Wasserkraftallrounders Global Hydro Energy zum Einsatz, mit denen das neue Kraftwerk Gabi mittlerweile im Regeljahr um 15 bis 20 Prozent mehr Strom erzeugt als mit dem Altbestand. Die Anlage stellt mehr denn je einen wichtigen Baustein in der Energieversorgungsstrategie von EES dar. Und für den Wasserkraftexperten Global Hydro einen weiteren Schritt in seiner Unternehmensentwicklung.

Als am 23. September das neue Kraftwerk Gabi eingeweiht wurde, war die Freude bei den Verantwortlichen von Energie Electrique du Simplon groß. Verständlich, schließlich markierte die Wiederinbetriebnahme des rundumsanierten Kraftwerks zugleich den Abschluss eines Sanierungszyklus, der neben KW Gabi auch das KW Gondo (2017) und das KW Tannuwald (2020) umfasste. Die drei Anlagen bilden zusammen mit den Speichern Eggen, Fah und Sera den leistungsstarken Speicherkraftwerkskomplex von EES, der an der Simplon-Südseite, unweit der Grenze zu Italien, situiert ist. Während das Kraftwerk Gondo die Unterstufe und mit einer installierten Leistung von 53 MW zugleich die Hauptstufe darstellt, bildet das Kraftwerk Gabi dazu das Oberlieger-Kraftwerk, dessen abgearbeitetes Triebwasser vom KW Gondo übernommen wird. Es wurde bereits 1957, gerade fünf Jahre nach der Inbetriebnahme von KW Gondo, fertiggestellt. Das Oberlieger-Kraftwerk Gabi bezieht sein Wasser aus mehreren Zuläufen: Zum einen von den zwei Wasserfassungen am Sengbach und am Krummbach, die das Triebwasser in das Speicherbecken Eggen ausleiten. Das Ausgleichsbecken ist auf knapp 1.600 m Seehöhe gelegen und bietet ein Stauvolumen von rund 50.300 m3. Über einen 3 km langen Stollen gelangt das Wasser weiter zu einem unterirdischen Wasserschloss, in den auch das Wasser aus dem Einzugsgebiet Alpjen einmündet. Von hier schließt die unterirdische Druckrohrleitung bis zur Maschinenzentrale an, die auf einem Felsvorsprung über der Krummbachschlucht errichtet wurde.

Alter Maschinensatz geht in Rente
„Der Hauptgrund für das Sanierungsprojekt war die Maschinengruppe, die nach 60 Jahren Betrieb langsam das Ende seiner technischen Lebensdauer erreicht hatte“, erzählt der Projektleiter von Alpiq stellvertretend für die Projektleitung von EES, Etienne Dufey. „Die Turbinen waren ja nie ersetzt worden und zeigten in den letzten Jahren altersbedingte Schwächen. Außerdem hatten wir Bedenken wegen des mechanischen Turbinenreglers. Wäre er kaputtgegangen, wäre eine Reparatur vermutlich sehr schwierig gewesen.“ Daher fokussierten die ersten Projektstudien ausschließlich auf den Tausch der Maschinengruppe und der Leittechnik. Doch im Zuge der Analyse wurde schnell klar, dass es schwierig werden würde, die Arbeiten durchzuführen, ohne das Gebäude zu beschädigen, und dass die Realisierung eines größeren Kraftwerks den Weg für die Installation leistungsstärkerer Maschinen ebnen würde. Bedingt durch die geplante Leistungssteigerung und im Hinblick auf die Minimierung von Druckverlusten musste zudem auch die ebenfalls 60 Jahre alte Druckrohrleitung im oberen Abschnitt durch eine etwas größere ersetzt werden. Schritt für Schritt wurde somit das Konzept hin zu einer fast vollständigen Totalsanierung erweitert. Eine neue Expansionskammer am bestehenden Wasserschloss sollte aus dem Fels gebrochen werden, und zudem standen noch Wartungsarbeiten an den bestehenden Wasserfassungen auf dem Programm sowie die Erneuerung der Sengbach-Zuleitung zum Speicher Eggen. Angesichts der zu erwartenden großen und schweren Maschinenkomponenten beschloss man letztlich auch, die Zufahrtsstraße zu verbreitern und zu verstärken und gleichzeitig den Zugangsstollen zum Kraftwerk zu erweitern.

Kraftwerksbau in einer Saison
Nachdem man 2016 mit den ersten Projektstudien begonnen hatte, war es schließlich im Herbst 2019 soweit: Der Kanton erteilte mit der Baugenehmigung grünes Licht für die Umsetzung. „Nach den Ausschreibungen und Vergaben im Jahr 2020 konnten wir 2021 mit den Vorarbeiten, wie etwa den Arbeiten an der Straße und am Zugangsstollen, beginnen“, erzählt Etienne Dufey, der in diesem Zusammenhang auf einen wichtigen Punkt verweist: die Planung des Bauablaufs. „Ursprünglich war angedacht, die Bauarbeiten am Kraftwerk über zwei Saisonen abzuwickeln. Angesichts der hohen Kosten, die durch einen Ausfall eines ganzen Produktionsjahres anfallen, stellten wir uns aber dann die Frage, ob es nicht auch in einer Bausaison machbar sein könnte. Nach langen Diskussionen und gemeinsamen Überlegungen haben wir aber die Chance gesehen, den Kraftwerksumbau in einer Bausaison durchzuziehen. Das war eine große Herausforderung und ein Risiko zugleich. Denn: Hätten wir das nicht geschafft, hätten wir auch die Schneeschmelze im Folgejahr für die Produktion verloren.“ Aus diesem Grunde wurde die Altanlage im März 2022 stillgesetzt, die alte Zentrale abgebrochen und die Baustelle mit voller Energie gestartet.

Austausch der oberen Druckrohrleitung
„Grundsätzlich war die Druckrohrleitung im oberen Teil noch in einem akzeptablen Zustand. Allerdings wäre für einen weiteren Betrieb ein umfassendes Sanierungsprogramm hinsichtlich Korrosionsschutz erforderlich und ein Ersatz in den kommenden Jahren nicht ausgeschlossen gewesen“, erklärt der Projektleiter. Als weiteren Grund für den Tausch der Druckrohrleitung gibt er an, dass durch den erhöhten Durchfluss mit einer etwas größer dimensionierten Leitung die Druckverluste minimiert werden konnten. Für die Verlegung der neuen Rohre wurde eine provisorische Materialseilbahn aufgebaut, mit der die einzelnen Rohrschüsse an die Baustelle geliefert werden konnten. Konkret kamen spiralgeschweißte Stahlrohre DN1500 zum Einsatz, die in der Trasse der alten Druckrohrleitung verlegt wurden. Was den unteren Teil der Druckrohrleitung bzw. den Vertikalschacht betrifft, die sich komplett im Felsen befinden, so erfolgte hier keinerlei Ersatz. Nach eingehenden Prüfungen wurden einige Schweißnähte neu hergestellt und auch der Korrosionsschutz wurde erneuert. Zusätzlich wurde eine neue Drosselklappe installiert.

Mehr Raum im Wasserschloss
Das alte Kraftwerk Gabi war auf einen Ausbaudurchfluss von 4,5 m3/s ausgelegt. Da der neue Maschinensatz aber für 7,5 m3/s Durchfluss konzipiert ist, wurden im Vorfeld umfangreiche Hydraulikstudien angestellt, die sich vorrangig auf transiente Zustände im Stollenbereich konzentrierten. „Um mehr Volumen für einen möglichen Druckstoß zu generieren und mögliche Druckschwankungen zu dämpfen, haben wir beschlossen, eine Expansionskammer im Wasserschloss zu bauen. Das war auch durchaus aufwändig“, erinnert sich Etienne Dufey. Schließlich war es dafür unter anderem erforderlich, einen Zugangsstollen aus dem bestehenden Stollensystem aufzufahren.
Außerdem mussten aufgrund der geänderten Disposition der neuen Maschinen zwei neue Unterwasserkanäle ausgehoben werden.

Spezielles Konzept für Freiluftschaltanlage
Was beim Kraftwerk Gabi schon optisch auffällt, ist die 220 kV-Freiluftschaltanlage von Swissgrid auf dem Dach der Zentrale. Nachdem das alte Zentralengebäude vollständig abgerissen wurde, galt es auch für diese Schalt­anlage eine adäquate Lösung zu finden. Etienne Dufey: „Die Schaltanlage war noch in einem so guten Zustand, dass man zumindest die wesentlichen Bauteile behalten wollte. Das Schwierige daran war, dass die neue Zentrale etwas höher gebaut wurde, und somit die Distanz zur darüber verlaufenden Freileitung geringer wurde.“ Die Lösung dafür lieferte der Schweizer Wasserkraftspezialist HYDRO Exploitation SA, der auch für den Betrieb des Kraftwerks verantwortlich ist und für das KW Gabi ein komplett neues Elektrodesign inklusive Leittechnik und Energieableitung erarbeitete. HYDRO Exploitation SA realisierte eine speziell entwickelte Tragestruktur auf nur vier Stützen, die viel Raum für die wesentlichen Komponenten der Hochspannungs-Schaltanlage bieten sollte. Die Hauptelemente der Hochspannungs-Schaltanlage wurden wie ursprünglich wieder auf dem Dach montiert, wobei die Positionierung der Komponenten etwas angepasst und einzelne Komponenten ausgetauscht wurden.

Leistungssprung auf 18 Megawatt
Im Inneren des neuen Zentralengebäudes sollte auch kein Stein auf dem anderen bleiben. Die gesamte elektromechanische Ausrüstung des Kraftwerks wurde erneuert: Turbinen, Leittechnik, Mittelspannungsstationen und Eigenbedarf. Anstelle der beiden betagten Zwillings-Peltonturbinen, die in ihrer Mitte einen Generator angetrieben hatten, sollten nun gleich zwei Maschinengruppen treten, die eine neue Leistungsdimension eröffnen. EES hatte sich für zwei vertikalachsige 5-düsige Peltonturbinen entschieden, die je 9,5 MW erzeugen können. Beauftragt wurde mit dem Engineering, der Fertigung, der Lieferung, der Montage und der Inbetriebnahme der renommierte oberösterreichische Wasserkraft-Allrounder Global Hydro Energy, dessen Lieferpaket auch noch Generatoren, Kugelschieber, Kühleinheit, Ölsteuerung, ein hydraulisch optimiertes Verteilrohr und die Hydraulikeinheit umfasste.

Details wie für Large Hydro
Für den erfahrenen österreichischen Turbinenhersteller, der weltweit auf hunderte von Referenzen verweisen kann, war der Auftrag sehr speziell, wie Projektleiter Andreas Winkler von Global Hydro betont: „Speziell war sicher einmal der höchst akribische Kriterienkatalog, ein Vertragswerk, das nicht weniger als 1.200 Seiten umfasste. Darin waren wirklich sämtliche Details vorgegeben, angefangen von jedem einzelnen Sensor über die Kühlung bis zu den Redundanzen der Wegmesssysteme. Solche Anforderungen gibt es üblicherweise nur in Large Hydro Projekten.“ Für ein Kraftwerk dieser Größenordnung waren erstaunlich viele technische Besonderheiten umzusetzen. So wurden etwa Kühler doppelwandig ausgeführt, mehrere Leckageüberwachungen vorgesehen, sowie ein spezielles Messsystem für die relative Wellenschwingung verbaut. Für Etienne Dufey keine übertriebene Ausführung. „Uns geht es darum, dass alle unsere Maschinen einheitlich über gleiche oder ähnliche Funktionen verfügen. Unsere Philosophie ist es, auch Reserven und Redundanzen zu haben. Schließlich wollen wir die Maschinen bis zum Konzessionsende im Jahr 2060 problemlos betreiben können“, erklärt der Projektleiter von EES.

Spezialtechnik für Inselbetrieb
Ein Aspekt der neuen Turbine, der die Techniker bei Global Hydro besonders beschäftigte, betraf den Strahlablenker, für den eine komplette Neuentwicklung erforderlich war. „Im Hinblick auf den Inselbetrieb des KW Gabi war vorgegeben, die Schließzeit für den Strahl­ablenkermechanismus auf unter 0,5 s zu begrenzen. Die Lösung bestand letztlich in zwei extrem massiven Federn, die eine Art ‚Federschussapparat‘ bilden. Für den Funktionsnachweis haben wir einen eigenen Prüfstand gebaut, auf dem der Strahlablenker nachgebildet war. Mittels Highspeed-Kameras konnten wir letztlich die Funktionalität dieses Highspeed-Strahlablenkers nachweisen. Die gemessene Verschlusszeit lag bei 0,218 s“, erzählt Andreas Höfler, Mechanical Engineer bei Global Hydro. Warum man derart großen Wert auf diese ultrakurze Verschlusszeit gelegt hatte, erklärt Etienne Dufey mit der Bedeutung des Inselbetriebs: „Die Region Simplon Süd ist über die 220 kV-Leitung an das Schweizer Netz angebunden – mit einer Verbindung nach Italien. Leider kommt es hier öfter im Jahr vor, dass die Leitung ausfällt und die Region, die wir hier versorgen, somit auf den Inselbetrieb angewiesen ist. Bei einem Ausfall der Versorgung ist es unerlässlich, dass die Leistung der Maschine von mehreren Megawatt auf circa 200 Kilowatt gedrosselt wird. Damit die Frequenz im isolierten Netz innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt, muss der Strahl sehr schnell abgelenkt werden, um zu verhindern, dass die Maschine in eine Übergeschwindigkeit gerät, weshalb sehr schnelle Strahlablenker entwickelt wurden.“

Schweizer Präzision in Hochkultur
Ausgeliefert wurden die neuen Maschinen ab dem 20. September 2022, nachdem der Bau des neuen Zentralengebäudes im Sommer erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Über die nächsten Wochen und Monate danach standen die Montage- und später die Inbetriebsetzungsarbeiten auf dem Programm. Dabei wurde der Montagestart vertragsgemäß auf den Tag genau eingehalten. „Schon die Anlieferung der Bauteile war nicht ganz einfach. Es brauchte einen speziellen 8-Achser, der die Herausforderungen auf der Zufahrtsstraße meisterte. Allerdings war das unser kleinstes Problem“, erzählt Andreas Winkler. Zu einer echten Herausforderung wurden dagegen die Schweißarbeiten. „Wir hatten 18 Schweißnähte auszuführen – und diese unter Einhaltung allerhöchster Standards. Das heißt: Dafür waren im Vorfeld Arbeitsproben erforderlich, es gab detaillierte Schweißanweisungen, alles musste sorgfältigst dokumentiert werden“, so Winkler. Generell zählte für die Techniker von Global Hydro auch der Dokumentationsaufwand zu den zentralen Herausforderungen des Projekts. „In Summe haben wir über 250 offizielle Dokumente eingereicht, alleine für das Hydraulikschema bedurfte es 8 Überarbeitungen, bis es abgenommen wurde. Wir können resümierend sagen, dass wir für ein Projekt dieser Größenordnung bislang noch nie so eine umfangreiche Dokumentation abgeliefert haben“, ergänzt Andreas Höfler. Allerdings, so sind sich beide Ingenieure einig, hätten die Projektanforderungen auch einen hohen Lerneffekt mit sich gebracht. In jedem Fall ein Kraftwerk, das „weit weg von jedem Standard“ sei.

Im Einklang mit Umwelt und Landschaft
Wie schon bei früheren Sanierungen arbeitete EES seit Beginn des Projekts eng mit Umweltbehörden und -verbänden zusammen. Die Sanierung des Kraftwerks Gabi wurde im Einklang mit dem Umwelt- und Landschaftsschutz durchgeführt. „Durch die frühzeitige Berücksichtigung von Umwelt und Landschaft gelang es uns, die Auswirkungen zu reduzieren. Als ökologische Ausgleichsmaßnahme wird in der Nähe des Ausgleichsbeckens Eggen ein Feuchtgebiet geschaffen, das gleichzeitig der Besiedlung durch Amphibien sowie anderen Tieren und Pflanzen dienen soll. Die Durchführung wird von einem spezialisierten Fachbüro begleitet“, sagt Etienne Dufey.

15 bis 20 Prozent mehr Strom
Insgesamt investierte EES 37 Millionen CHF in die Totalsanierung des Kraftwerks, das im Mai dieses Jahres erstmalig wieder Strom ans Netz lieferte. „Es war ein sehr ambitioniertes Programm, den gesamten Um- und Neubau in einer Bausaison zu stemmen. Aber dank einer guten Planung und ebenso guten Partnern an der Seite ist uns das geglückt“, freut sich der Projektleiter. Mit seiner neuen Ausrüstung wird das Kraftwerk Gabi in Zukunft im Regeljahr rund 44 GWh sauberen Strom erzeugen. Das ist ein Zugewinn von 15 bis 20 Prozent gegenüber dem Altbestand und bedeutet in Summe eine Strommenge, die ausreicht, um etwa 9.500 Haushalte damit zu versorgen. „Die Leistungssteigerung war ein wichtiges Argument für die Modernisierung. Aber daneben war uns auch wichtig, dass wir mit den neuen Maschinen und der neuen Leittechnik nun auch eine wesentlich größere Flexibilität im Hinblick auf den Netzregelbetrieb erhalten haben.“ Wirtschaftlich gesehen sei das Projekt in dieser Form nur dank der Förderung über das KEV (Kostendeckende Einspeisevergütung) möglich geworden, ergänzt der Projektleiter von Alpiq. Gehalten wird die EES von mehreren Aktionären, konkret von Alpiq (81,97 Prozent), EnAlpin (10,79 Prozent), EWBN (3,06 Prozent), FMV (2,68 Prozent) sowie Privataktionären (1,50 Prozent). In Summe hat das Unternehmen seit 2017 rund 70 Mio. CHF investiert, um die Wasserkraftwerke Gondo, Tannuwald und Gabi zu sanieren und so einen langfristigen, effizienten und leistungsfähigen Betrieb der Anlagen zu gewährleisten. Die Gesamtleistung des Kraftwerkskomplexes der EES ist seit 2017 um fast 30 Prozent auf 80 MW gestiegen. Die durchschnittliche Jahresproduktion beträgt inzwischen 258 GWh. Für den oberösterreichischen Wasserkraftspezialisten Global Hydro markiert das Kraftwerk Gabi nicht nur einen weiteren Meilenstein in seinem Marktauftritt in der Schweiz, sondern nimmt durch die speziellen technischen Lösungen auch eine Sonderstellung in seiner Referenzliste ein. Global Hydro verbindet Innovation, Digitalisierung und langfristiges Denken, um nachhaltige Lösungen für zukünftige Generationen zu schaffen. Das macht den Experten zu einem hoch kompetenten und zuverlässigen Partner über den gesamten Lebenszyklus eines Wasserkraftwerks. Dank permanenter Optimierungen bei Planung, Design und Be­triebsdienstleistungen verbessert der Wasser­kraftspezialist ständig die Effizienz und Sicherheit von Wasserkraftwerken. Nicht zuletzt deshalb kann Global Hydro seine Position als einer der Technologieführer auf dem Markt sichern.

Erschienen in zek HYDRO Ausgabe 6/2023