Sechs Tiroler Gemeinden – Oberperfuss, Sellrain, Grinzens, Gries im Sellrain, St. Sigmund und Unterperfuss – bündelten ihre Kräfte, um im südwestlich der Landeshauptstadt Innsbruck gelegenen Sellraintal ein neues Wasserkraftwerk zu errichten. Verbunden war die Realisierung des Kraftwerks Sellrain, in das rund 52 Millionen Euro investiert wurden, mit erheblichen Bauaufwänden. So wurden an den Gewässern Melach und Fotscherbach zwei Wasserfassungen mit nahezu selbstreinigenden Coanda-Systemen errichtet, an denen insgesamt 3.600 l/s eingezogen werden. Die Druckrohrleitungen mit einer Gesamtlänge von über 9,2 km bestehen sowohl aus duktilem Gusseisen als auch aus Stahlrohren, deren Einsatz im unteren Trassenabschnitt wegen der hohen Druckstufe notwendig war. Als Herzstücke der Anlage dienen in der unterirdischen Kavernen-Zentrale zwei leistungsstarke Pelton-Turbinen mit mehr als 12,5 MW Engpassleistung, die im Regeljahr rund 55 GWh Ökostrom erzeugen können.

Das Bundesland Tirol hat sich das Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 die vollständige Energieautonomie zu erreichen, wobei der Energiebedarf zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen abgedeckt werden soll. Im Sellraintal, unweit der Landeshauptstadt Innsbruck gelegen, wurde in den vergangenen Jahren durch den Ausbau des lokalen Wasserkraftpotentials bemerkenswerter Aufwand betrieben, der als wichtiger Schritt für die Erfüllung dieses Vorhabens gelten darf. So konnte mit dem Bau des Kraftwerks Fotscherbach und dem Kraftwerk Sellrain das hydroelektrische Potential der regionalen Gewässer bestmöglich ausgeschöpft werden. Zu verdanken ist die Realisierung des Kraftwerks Sellrain in erster Linie dem Engagement und dem Durchhaltevermögen der ehrenamtlich tätigen Geschäftsführer Richard Rubatscher und Charly Jansenberger sowie der Gemeinde Oberperfuss, die allein das Risiko sämtlicher Kosten von der Planung bis zur Vergabe der Aufträge getragen hat. Während die Anlage am Fotscherbach, über die zek HYDRO in der August-Ausgabe 2023 ausführlich berichtet hat, zu 100 Prozent von der Gemeinde Sellrain finanziert wurde, kam es für die Realisierung des Kraftwerks Sellrain zu einem Zusammenschluss von sechs Ortschaften. Um sauberen Strom zu produzieren und eine langfristige Einnahmequelle für die beteiligten Kommunen zu sichern, gründeten die Gemeinden Oberperfuss, Sellrain, Grinzens, Gries im Sellrain, St. Sigmund und Unterperfuss die KW Sellrain GmbH.

Projekt lange geplant
„Die ersten Konzepte für das Projekt entstanden um das Jahr 2011 und wurden ursprünglich von der Energieagentur Tirol GmbH (vormals „Wasser Tirol“) erstellt, die zu Beginn auch die Projektkoordination innehatte“, erklärt Projektleiter Michael Waldy von der Ingenieurbüro Eberl ZT GmbH, die für die Einreichplanung, die Ausschreibung, die Bauaufsicht sowie die technische Planung der Anlage zuständig war. Während der laufenden Planung wurde in enger Zusammenarbeit mit der Geschäftsführung der Kraftwerksgesellschaft, den Behördenvertretern und den an der Umsetzung beteiligten Unternehmen größtmögliche Rücksicht auf die ökologischen und landwirtschaftlichen Aspekte im Projektgebiet genommen. So wurden die Bauwerke der beiden Wasserfassungen verkleinert bzw. große Fassungsbauteile überschüttet ausgeführt, die kompletten Druckrohrleitungen in der Erde verlegt und die Kraftwerkszentrale in einer unterirdischen Kaverne untergebracht. „Eine der größeren Herausforderungen im Projektvorfeld in planerischer Hinsicht entstand durch ein Hochwasserereignis im Jahr 2015, das eine Adaptierung der Einreichplanung aus dem Jahr 2014 erforderte. In Folge des Hochwassers wurden mehrere Schutzbauten entlang eines längeren Abschnitts der geplanten Trassenführung der Druckrohrleitung errichtet, weswegen diese auf die gegenüberliegende Gewässerseite verlegt werden musste“, so Michael Waldy.

Melach und Fotscherbach genutzt
Grundsätzlich handelt es sich bei der Anlage Sellrain um ein klassisches Ausleitungskraftwerk, bei der das Triebwasser aus dem Gewässer entnommen und über einen Kraftabstieg zur Turbinierung geleitet wird. Beim Kraftwerk Sellrain werden gleich zwei Gewässer – die Melach und der Fotscherbach – zur Energieerzeugung herangezogen. Von den beiden Wasserfassungen führen zwei separate Druckrohrleitungen zu einem Vereinigungsbauwerk im Ortskern von Sellrain, ab dem das Triebwasser schließlich in einem einzelnen Leitungsstrang zur Kraftwerkszentrale geführt wird. „Im Vereinigungsbauwerk befindet sich zudem ein Ringkolbenschieber, der ein wichtiges Element der Kraftwerksanlage darstellt. Das Regelorgan ist dafür zuständig, die Energiedifferenz der auf unterschiedlichen Höhenlagen errichteten Wasserfassungen auszugleichen und sorgt somit für das optimale Triebwasser-Management des Kraftwerks“, erklärt Michael Waldy. Für die Realisierung des Projekts konnten sich im Zuge der öffentlichen Ausschreibung eine ganze Reihe von namhaften Unternehmen qualifizieren. Mit der Durchführung der gesamten Hoch- und Tiefbauarbeiten wurde die Tiroler HTB Baugesellschaft m.b.H beauftragt, die auch bei der Errichtung des Kraftwerks Fotscherbach für die bauliche Ausführung zuständig war. Bei der Umsetzung des Kraftwerks Sellrain, das zeitgleich mit der Anlage am Fotscherbach realisiert wurde, konnten die im Pitztal ansässigen Bauspezialisten ein weiteres Mal ihre Kompetenz bei anspruchsvollen Projekten unter Beweis stellen. Für die Detailplanungen beauftragte HTB die renommierte breuß mähr bauingenieure GmbH aus Vorarl­berg, dem Generalplaner des Kraftwerks Fotscherbach. In Absprache mit dem Bauherrn und Ziviltechniker Eberl sorgten HTB und breuß mähr für eine ganze Reihe von Optimierungen bei der baulichen Anlageninfrastruktur. Um das Projekt im geplanten Zeitrahmen umsetzen zu können, wurden verschiedene Baulose ab dem Baustart im Herbst 2021 parallel durchgeführt. Für die Herstellung der ca. 25,5 m langen, 12,5 m breiten und 10,5 m hohen Kavernenzentrale sowie den rund 200 m langen Druckleitungsstollen vor der Kaverne sorgte als Sub-Auftragnehmer die Swietelsky Tunnelbau GmbH & Co. KG.

Grizzlys aus Südtirol fassen Wasser
Das komplette Stahlwasserbauequipment der beiden Wasserfassungen am Fotscherbach und der Melach stammt vom Südtiroler Branchenexperten Wild Metal GmbH. Dieser hatte auch die Wehranlage des Kraftwerks Fotscherbach mit seinen bewährten Lösungen ausgestattet. Die zentralen Bestandteile aller drei Wasserfassungen bilden die von Wild Metal patentierten Coanda-Systeme „Grizzly Power Protec“. Der im gesamten Alpenraum mittlerweile mehr als 500-Mal eingesetzte Südtiroler „Grizzly“ basiert auf dem namensgebenden Coanda-Effekt, der die Tendenz von Flüssigkeitsströmungen beschreibt, an konvexen Oberflächen entlangzulaufen anstelle sich loszulösen. Durch dieses Phänomen gewährleistet das System eine nahezu vollständige Selbstreinigung der mit jeweils 0,4 mm ausgeführten Feinrechen der „Grizzlys“. Geschwemmsel und grobkörnige Sedimente werden somit automatisch durch den Wasserstrom von der Feinrechenfläche gespült. Für den Schutz vor grobem Schwemmgut wie Ästen oder Steinen sorgt wiederum ein über dem Feinrechen angeordnetes Schutzgitter aus robustem Stahl. Ebenfalls im Lieferumfang der Südtiroler enthalten waren sämtliche Absperr- und Regulierorgane, die Panzerungen im Ober- und Unterwasserbereich der Wehrlagen sowie die Verteilrohrleitung beim Vereinigungsbauwerk im Ortskern von Sellrain. Die beiden Entsander der Wasserfassungen wurden von Wild Metal mit speziellen Entsanderabzugsrohren ausgestattet, wodurch eine Spülung der Becken auch während des laufenden Kraftwerksbetriebs möglich ist.

Kleinere und größere Fassung
„Grundsätzlich sind die beiden Wasserfassungen sehr ähnlich konzipiert, sie bestehen im Wesentlichen aus den Coanda-Systemen, den Entsanderbecken, den Apparatekammern und den Übergängen zu den Druckrohrleitungen. Für die kalte Jahreszeit und geringerem Wasserdargebot wurden die Fassungen mit zusätzlichen Wintereinlauf-Systemen ausgestattet. Da die Wasserfassung an der Melach um einiges breiter ist als ihr Gegenstück am Fotscherbach, wurde diese seitlich mit separaten Dotier- und Spülschützen ausgestattet, zusätzlich wurde eine weitere Spülklap­pe installiert, um den Stauraum bei Bedarf ordentlich von Sedimenten freizubekommen. Bei der kleiner dimensionierten Fassung am Fotscherbach reichte eine einzelne Spülklappe für die bedarfsgerechten Sedimententfernungen aus“, erklärt Michael Waldy.­ Die verpflichtende Restwasserabgabe wurde bei beiden Fassungen mit einem jahreszeitlich bedingten Sockelbetrag bzw. einer vom jeweiligen Wasserdargebot abhängigen Dotierwassermenge festgelegt. Der jeweils höhere Wert dieser beiden Parameter wird schließlich als Restwassermenge abgeführt. Auch die ökologische Durchgängigkeit wurde bei der Errichtung der Querbauwerke nicht außer Acht gelassen. Während die Fische die Fassung am Fotscherbach durch einen technischen Vertical-­Slot-Pass aus Beton-Fertigteilelementen passieren können, wurde an der Melach ein naturnaher Beckenpass errichtet, an dem laut Michael Waldy allerdings noch weitere bauliche Adaptionen für dessen ordnungsgemäße Funktionalität notwendig sind.

Extralanger Kraftabstieg
Die Druckrohrleitungen des Kraftwerks Sellrain nahmen mit einer Gesamtlänge von ca. 9,2 km ein beachtliches Ausmaß an. „Die Trassenführung des Kraftabstiegs beinhaltete insgesamt vier Hoch- bzw. Tiefpunkte, die mit entsprechenden Entlüftungs- und Entleerungsorganen ausgestattet wurden. Notwendig waren die Hoch- und Tiefpunkte der Druckrohrleitung aufgrund einer Gewässerunterquerung bzw. der Überquerung von bestehenden Landesstraßen-Schutzgalerien“, so Michael Waldy. Von der Wasserfassung am Fotscherbach wurde die Druckrohrleitung mit duktilen Gussrohren in der Dimension DN1000 zum Vereinigungsbauwerk ausgeführt, der Kraftabstieg von der Melach-Fassung besteht ebenfalls aus Gusseisen und weist einen Durchmesser von DN1200 auf. Ab der Zusammenführung verläuft die Druckrohrleitung über eine Länge von ca. einem Kilometer weiter mit duktilen Gussrohren DN1200, im Anschluss erfolgt ein Übergang auf geschweißte Stahlrohre, wobei sich die Leitungsdimension auf DN1300 erhöht. Das äußerst robuste Gussrohrmaterial kommt mit den oftmals extremen Bedingungen im alpinen Raum problemlos zurecht und gewährleistet optimale Fließbedingungen durch sehr geringe Reibungsverluste. Darüber hinaus bestehen die duktilen Gussrohre zu 100 Prozent aus Recyclingmaterial und hinterlassen somit schon bei ihrer Herstellung einen grünen Fußabdruck. Bei der Lieferung der Gussrohre kam es zu einer Kooperation der Branchenexperten Tiroler Rohre GmbH (TRM) und PAM Österreich. Dabei war TRM für den Auftrags­abschluss, die Zusammenarbeit mit der Baufirma und für die Baustellenbetreuung zuständig. PAM sorgte für die Herstellung der Rohre, die im Zentralwerk im französischen Lothringen gefertigt wurden, sowie die Umsetzung der komplexen Logistik zur Bereitstellung der Leitungskomponenten, die von der Baufirma HTB fachgerecht verlegt wurden.

Wechsel von Guss auf Stahl
Auf den abschließenden ca. 3.500 m vor der Kraftwerkszentrale besteht die Druckrohrleitung aus geschweißten Stahlrohren. Ein zentraler Grund für den Materialwechsel war mit der hohen Druckstufe im unteren Trassenabschnitt begründet, für welche Gussrohre nicht mehr zulässig sind. Somit wurde der im Tiroler Stams ansässige Vertriebsspezialist Alpe Pipe Systems GmbH & Co. KG mit der Lieferung von geeigneten Rohren beauftragt. Der Lieferumfang bestand aus spiralgeschweißten Stahlrohren DN1300 in verschiedenen Wandstärken, die für einen Betriebsdruck von bis zu 55 bar geeignet sind sowie diversen Sonderformstücken. Zum Einsatz kamen Rohre des Fabrikats Mannesmann Großrohre, deren Polyethylen-Außenumhüllung in Kombination mit der Epoxyd-Innenbeschichtung einen hohen Standard an Korrosionsschutz bietet. Für die fachgerechte Verlegung der Stahlleitung sorgten die Experten der oberösterreichischen Kremsmüller Anlagenbau GmbH. Als Verbindungsart kam die Stumpfschweiß-Methode zur Anwendung, die gleichermaßen höchste Qualität und Sicherheit garantiert. Der Kremsmüller-Abteilungsleiter Rohrleitungsbau Marcus Pietsch betont, dass beim Projekt im Sellraintal weniger das Schweißverfahren, sondern die lokalen Randbedingungen die wesentlichen Herausforderungen darstellten: „Die abschnittsweise äußerst beengten Platzverhältnisse und die selektive Rohrtrasse stellten hohe Anforderungen an unsere bis zu 16 gleichzeitig auf der Baustelle tätigen Mitarbeiter. Wie bei jedem Projekt war es für uns wichtig, den Auftraggeber ziel- und planorientiert zu beraten – und zwar in jeder Phase des Projekts. Unser Maßstab ist es, praxisnahe Zugänge zu finden, um für den Kunden die beste Lösung zu finden.“ Wie die duktilen Gussrohre wurde auch die Stahlleitung fast zur Gänze unterirdisch verlegt. Die Ausnahme bestand in den abschließenden 200 m vor der Anlagenzentrale, dort wurde die Druckrohrleitung innerhalb des Stollens in aufgeständerter Variante auf Rohrsätteln befestigt.

Südtiroler liefern Komplettpaket
Die Kraftwerkskaverne wurde vom Südtiroler Wasserkraftallrounder Troyer AG mit einem elektromechanischen Komplettpaket ausgestattet. Als Herzstücke der Anlage fertigte Troyer zwei identisch konstruierte Pelton­-Turbinen in vertikalachsiger Ausführung mit ölhydraulischer Düsenregelung. Die beiden Maschinen in 4-düsiger Ausführung wurden jeweils auf eine Bruttofallhöhe von ca. 420 m und 1.800 l/s ausgelegt, womit diese unter Volllast je 6.268 kW Engpassleistung erreichen. Dank ihrer mehrdüsigen Ausführung kommen die Maschinen auch mit stark verringertem Wasserdargebot bestens zurecht und ermöglichen somit hohe Wirkungsgrade über ein breites Betriebsband hinweg. Nach der Turbinierung wird das abgearbeitete Triebwasser durch den ca. 30 m langen Unterwasserstollen auf direktem Weg zurück in die Melach geleitet. Die aus Edelstahl-Monoblöcken gefrästen Pelton-Laufräder treiben die direkt gekoppelten Synchron-Generatoren mit exakt 750 U/min an. Beide Generatoren vom Hersteller Nidec, die für eine optimale Temperierung mit Wasserkühlung ausgestattet sind, wurden für eine Nennschein­leistung von jeweils 7.300 kVA konzipiert. Ebenfalls im Troyer-Lieferumfang enthalten waren die kompletten Turbinenzuleitungen inkl. dem Hauptverteilrohr und dem Anschluss an die Druckrohrleitung. Die notschlusstauglichen Absperrorgane der Turbinen wurden mit Kugelhähnen DN600 in der Druckstufe PN64 ausgeführt. Die gesamten Steuer- und Überwachungsanlagen in der Kaverne sowie dem Vereinigungsbauwerk und an den Wasserfassungen stammen ebenfalls von den Südtirolern. Der elektrotechnische Lieferumfang beinhaltete unter anderem die beiden Maschinentransformatoren, die Mittelspannungsschaltanlagen sowie die drei Eigenbedarfstransformatoren der Anlage. Während sich die Steuerwarte der Anlage direkt in der Kaverne befindet, wurden die beiden Transformatoren, die Mittelspannungsschaltanlagen und die Übergabestation zum Einspeisen des erzeugten Stroms im Portalgebäude vor der Kaverne untergebracht. Komplettiert wurde das Troyer-Paket durch die Programmierung der Kraftwerks-Leittechnik, die für den vollautomatischen Betrieb der Anlage sorgt.

Anlage in Rekordzeit am Netz
Rund 1,5 Jahre nach dem Baustart im Herbst 2021 produzierte Ende Februar 2023 der Maschinensatz 1 zum ersten Mal Strom, die zweite Maschine speiste etwas später ins Netz ein. „Für ein Wasserkraftprojekt dieser Größenordnung ist dies eine beachtliche Leistung“, bekräftigt Michael Waldy: „Die Bauphase ist grundsätzlich ohne größere Probleme verlaufen, bei den Auftragnehmern handelte es sich um sehr professionelle und leistungsorientierte Unternehmen – ansonsten wäre die früher als geplant erfolgte Inbetriebnahme nicht schaffbar gewesen. Bis auf wenige Kinderkrankheiten, die bei einem Wasserkraftwerk dieser Dimension unweigerlich auftreten, verläuft der Anlagenbetrieb seit der Inbetriebnahme sehr zufriedenstellend.“ In die Errichtung des mustergültig realisierten Kraftwerks Sellrain investierten die beteiligten Gemeinden rund 52 Millionen Euro. Angesichts der jährlichen Erzeugungskapazität von ca. 55 GWh – dies entspricht umgerechnet in etwa dem Jahresbedarf von ca. 15.000 durchschnittlichen Haushalten – kann man definitiv von einer sinnvollen Investition sprechen.

Erschienen in zek HYDRO Ausgabe 1/2024