Die Absicht, ökologische Verbesserungen am Traditionsstandort des Alfenzkraftwerks im Vorarlberger Radin herbeizuführen, mündete in eine keineswegs alltägliche Ideallösung.

Gemeinsam mit den Planungspartnern Viglconsult und Bernard Ingenieure wurde der Plan für einen 150.000 m³ fassenden Seitenspeicher entwickelt, der im Dezember 2010 in den Probebetrieb genommen wurde. Das neue Speicherkonzept bedeutet heute nicht nur eine ausreichende Restwasserdotierung der Alfenz, sowie eine bislang nicht gegebene Fischdurchgängigkeit, sondern für den Betreiber auch eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage. Diese resultiert aus der neu geschaffenen Option, das 3-Megawatt-Kraftwerk nun in Hochtarif-Phasen betreiben zu können.

Die Geschichte des Alfenzkraftwerks ist untrennbar mit der Zementindustrie Vorarlbergs verknüpft. Schon der Zweck seiner Errichtung in der ersten Hälfte der 1920er Jahre lag in der Stromversorgung der Vorarlberger Zementwerke Lorüns AG begründet, die über die folgenden Jahrzehnte ihren Strom günstig aus dem direkt angrenzenden Kraftwerk bezogen. Mit dem Verkauf der Kraftwerksanlage anno 2000 änderte sich zwar der Eigentümer, nicht aber die Branche. Schließlich heißt der neue Eigentümer Zech Kies GmbH, einer der Branchenleader. Die steigende Nachfrage nach erneuerbarer Energie war der wesentliche Grund, warum das Familienunternehmen mit KR Herbert Zech an der Spitze beschloss, das Traditionskraftwerk zu übernehmen. Doch man übernahm nicht nur ein Kraftwerk, sondern auch ein kleines Verteilernetz, worüber einige Stromabnehmer versorgt werden. „Wir haben uns damit natürlich auf Neuland gewagt. Und ich muss gestehen, dass der Stromhandel kein einfaches Thema ist. Aber  ich denke, dass uns die Aufgabe eines Elektrizitätsversorgers nicht schlecht gelingt. Schließlich ist noch keiner unserer  Kunden bislang abgesprungen. Außerdem ist es für uns hochinteressant, hinter die Kulissen der  Energiewirtschaft zu blicken. Das hat uns einige wertvolle Einsichten beschert“, resümiert KR Herbert Zech.

HIGH-TECH AUS ANNO DAZUMALS
Der Pionier in Sachen Kiesversorgung aus Nüziders kennt die Historie des Kraftwerks gut, das zur Zeit seiner  Errichtung zweifellos zu den modernsten Stromerzeugern des Landes zählte. Nach den Plänen des St. Galler Ingenieurbüros Sonderegger wurde von 1923 bis Ende 1925 eine Anlage errichtet, die Wasser aus der Alfenz einzieht  und zum Maschinenhaus im Montafon führt. Dafür wurde in Radin eine aufwändige Wasserfassung mit einer modernen Doppelkammer-Enstandungsanlage nach dem Dufour-Prinzip angelegt, sowie ein Stollen durch die  Davennagruppe getrieben. Um eventuelle Druckstöße abzufangen, wurde am Ende des annähernd waagerecht  verlaufenden Druckstollens im Berginneren ein Wasserschloss ausgebrochen. An einem betonierten Einlaufkonus schloss letztlich die genietete Stahl-Druckrohrleitung an, über die das Wasser rund 60 m tief zum Maschinenhaus in  Lorüns geführt wurde. „Als das Werk im Januar 1926 in Betrieb ging, waren zwei kleinere Francis- Spiral mit je 882 kW  installiert. Die dritte und deutlich größere Maschine wurde erst später installiert“, erklärt der Betreiber. Im Jahr  1970 wurden die Maschinen einer umfassenden Revision unterzogen, Anfang 1990 mussten das bestehende  Wasserschloss, Teile des Druckstollens und die Druckrohrleitung dem Gesteinsabbau im Steinbruch weichen und wurden komplett neu errichtet. Das neue Wasserschloss weist eine Grundfläche von 180m2 auf, die neue  Druckrohrleitung wurde als Stahlrohrleitung ausgeführt und teilweise im Stollen als auch erdverlegt zum bestehenden Krafthaus geführt. Heute ist das Kraftwerk mit den ein wenig nostalgisch anmutenden Maschinen bei einer Gesamt- Ausbauwassermenge von 6,8 m3/s auf eine Engpassleistung von rund 3 MW ausgelegt. Nicht zuletzt dank  regelmäßiger Wartung weisen die Maschinensätze noch immer gute Werte hinsichtlich Effizienz und Verfügbarkeit auf.

„AN AUFSTAUUNG NICHT ZU DENKEN“
Trotz des zufrieden stellenden Allgemeinzustandes der Anlage bereitete eine Tatsache dem neuen Eigentümer ein  wenig Kopfzerbrechen: Zum Zeitpunkt der Übernahme stand die wasserrechtliche Genehmigung vier Jahre vor ihrem  Ablauf. Relativ schnell wurde evident, dass für ein Wiedererlangen wichtige ökologische Vorgaben umzusetzen waren – ausreichend Restwasser für die Alfenz und die Durchgängigkeit für Fische und andere Kleinlebewesen. „Die  Wehranlage stammte noch aus 1925, natürlich war sie nicht fischdurchgängig. Das Integrieren einer Fischtreppe wäre auch nicht leicht gefallen. Aus diesen Gründen suchten wir eine Alternativlösung – und fanden sie in der Errichtung  eines Seitenspeichers“, sagt Herbert Zech. Für dessen Realisierung beauftragte man die beiden Planungsbüros  Bernard Ingenieure und Viglconsult. Die geologische Bauaufsicht übernahm das Ingenieurbüro Geognos Bertle. Das reizvolle gemeinsame Ziel lautete, etwas zu realisieren, das die Planer von anno dazumals kategorisch  ausgeschlossen hatten. So schreibt Ing. Sonderegger in der Schweizer Bauzeitung 1927 über den Standort der  Wasserfassung in Radin: „In dieser, die ganze Talsohle bedeckenden Sand- und Kieswüste mit dem gänzlich verschotterten Grund ist an größere Aufstauung niemals zu denken. Ganz abgesehen davon, dass eine Sperre nicht  auf anstehendem Fels fundiert und kein genügender Flankenanschluss gefunden werden könnte, fiele hier ein  Staubecken schon innert weniger Jahre der vollständigen Versandung anheim.“ Den zuständigen Planern war die  Geschiebeproblematik an der Alfenz sehr wohl bewusst. Daher sollte auch keine Talsperre errichtet werden, sondern  ein Seitenspeicher. Dazu der zuständige Planer von Bernard Ingenieure, DI Klaus Oberacher: „Das Zulaufbauwerk in  den Seitenspeicher wurde aus diesen Gründen nicht nur auf Dammgründungssohle – die in diesem Bereich bereits  mehr als 8 Meter unterhalb der ursprünglichen Geländeoberkante (Fließsohle) lag – gegründet, sondern zudem noch  unter diese. Mit Blick auf die Verlandungsproblematik des Seitenspeichers wurde das Ablaufbauwerk aus dem  Seitenspeicher sowie der Speicherraum selbst so gestaltet, dass eine professionelle Materialbewirtschaftung
auch mit schwerem Gerät möglich ist. Beispielsweise ist die Spülöffnung so groß dimensioniert und entsprechend  gepanzert ausgeführt, dass sie mit Raupenfahrzeugen befahren werden kann.“

BAUARBEITEN MIT EIGENEN MASCHINEN
Das finale Konzept der Planungsgemeinschaft, mit dem man 2006 an den Start ging, sah vor, einen Speicher mir  einer Seelänge von 270 m und einer Seebreite von 110 m zu errichten. Bei einer Dammhöhe von circa 7 Metern ergab  dies einen Gesamtinhalt von 157.000 m3, wobei der nutzbare Inhalt 130.000 m³ beträgt. Während Bernard Ingenieure die Planung für den konstruktiven Wasserbau übernahm, zeichnete Viglconsult für die Planung für  Einreichung und Ausführung von Damm- und Flussbau verantwortlich. Die ausführenden Arbeiten indes konnte die Zech Kies GmbH aufgrund der eigenen Möglichkeiten selbst übernehmen. Rund 35.000 m³Material – Erdmaterial,  Kies, Beton – war für die Errichtung notwendig. Hinzu kam auch der Bau der Buhnen, die nicht nur eine ökologische  Funktion haben, sondern auch eine wichtige strömungstechnische: „Die beauftragten Planungsbüros haben  hinsichtlich Anströmung des Speichereinlaufs und der auch damit verbundenen Verlandungsproblematik eigene  Studien angestellt. Der Bachverlauf der Alfenz wurde mit den Buhnen so gestaltet, dass die Wasserfassung zum  Seitenspeicher an der Kurvenaußenseite liegt. Damit ist durch die sich einstellende Sekundärströmung eine  Verminderung des Geschiebeeinzuges gewährleistet“, erklärt der Betriebsleiter der Kraftwerksanlage Michael Metzler,  der mit einem kleinem Team den kompletten Kraftwerksbetrieb inkl. Stromvermarktung managt.

EXAKTE RESTWASSERDOTATION
Besonderer Überlegung bedurfte auch die Planung des Regulierschützes am Einlauf des Speichers, der einerseits die  Restwasserdotierung sicherstellt und anderseits die in den Metzler: „Dieser Schütz wurde als Besonderheit so  konzipiert, dass er nicht, wie üblich von unten nach oben öffnet, sondern von oben nach unten. Sprich: Das Schütz  wird nicht unterströmt, sondern überströmt. So entsteht eine variable Entnahmewehrschwellenhöhe, womit die  jahreszeitliche Dynamik der Restwassermenge von 400 bis 700 l/s im Bachbett gewährleistet wird. Diese  unterbrechungslose Beschickung der Restwasserstrecke mit der gesamten Dotationswassermenge stellt eine  Besonderheit dar. Die moderne Steuerung der Anlage misst hier laufend den Wasserspiegel an der Wasserfassung zum Seitenspeicher. Aus diesem kann in Echtzeit die eingezogene Wassermenge, sowie die Restwassermenge  errechnet und über die Stellung des Einlaufschützes nachjustiert werden.“ Als wichtige Messindikatoren dienen einerseits die Geschwindigkeit und anderseits die Höhe der Alfenz. Künftig soll der Geschiebetrieb der Alfenz  messtechnisch erfasst werden. Wird dann beim Geschiebeanteil ein überhöhter Wert festgestellt, so schließt die  Schützenanlage vollautomatisch, sodass sämtliches Geschwemmsel am Seitenspeicher vorbei in die Alfenz  weitertransportiert wird. Für das Gros der stahlwasserbaulichen Ausrüstung wurde vom Betreiber die Firma GMT  intersteller GmbH beauftragt, die einmal mehr einen Qualitätsbeweis im Bereich Wasserkraft abliefern konnte. Der Lieferumfang von GMT Wintersteller umfasste unter anderem eine hydraulische Doppelteleskop- Rechenreinigungsmaschine, Einlaufschütze, Notverschluss, Grobrechen, ein Spülschütz sowie einen Regulierschütz.

DICHTIGKEITSPROBE BESTANDEN
Zum ersten Mal wurde der neue Speicher im Sommer letzten Jahres gefüllt. Es war der Auftakt für ein umfangreiches  Einstauprogramm. „Das Erst-Einstauprogramm ist ein wenig mühsam, da dazwischen immer wieder Verharrungsphasen erforderlich sind, um die Dichtigkeit des Damms zu überprüfen. Es hat sich über mehrere Monate  erstreckt, bis wir Gewissheit hatten, dass alles hinreichenddicht ist und der Betrieb mit dem Seitenspeicher funktioniert“, erklärt Metzler. Kurz vor Einbruch des Winters, im Dezember letzten Jahres, war es dann soweit: Es  konnte der Probebetrieb des Seitenspeichers starten – gleichzeitig ging man an den Abriss der alten Wehranlage. Durch den Umstand, dass der Seitenspeicher mit  modernster Überwachungs-, Steuerungsund Leittechnik ausgestattet wurde, wurde es auch erforderlich, die  Kraftwerkssteuerung zu modernisieren. Realisiert wurden sämtliche Steuerungs- Automatisierungs- und  Fernwirkeinrichtung von der Fa. Fritz Breuß – belectronic, die sich mittlerweile mit der Fa. Jenni Elektromaschinenbau in  Form der ErneuEner plus GmbH im Bereich Kleinwasserkraftwerke, Mess- Steuer- und Regeltechnik als  kompetenter  Partner engagiert.Von der hochwertig verwirklichten neuen Steuerungs- und Leittechnik profitiert auch das dreiköpfige Kraftwerksteam, das sämtliche Parameter heute über Laptop oder Ipad kontrollieren und überwachen  und die Anlage fernsteuern kann. Dies bedeutet auch einen großen zeitlichen Vorteil, zumal die Anlagenteile  Wasserfassung und Maschinenhaus ja in zwei verschiedenen Tälern situiert liegen.

WIRTSCHAFTLICHKEIT IM PLUS
Dass der Seitenspeicher mit dem angrenzenden naturnahen Gerinne, in dem nun Fischdurchgängigkeit und  permanentes Restwasser sichergestellt sind, einen Fortschritt in ökologischer Hinsicht bedeuten, liegt auf der Hand.  Doch auch die energiewirtschaftliche Seite zieht Vorteile daraus. Metzler: „Heutekönnen wir den Vorteil nutzen, dass wir die Anlage auch in Hochtarifphasen betreiben. Das heißt: in der Nacht wird der Speicher in der Regel gefüllt. Und  tagsüber fahren wirdann zumeist mit allen drei Maschinen nach Bedarf durch. Theoretisch können wir den gesamten  Inhalt, der energetisch rund 17.500 kWh entspricht, in knapp 5,5 Stunden abarbeiten. In der Nacht sind die  Maschinen nur dann im Einsatz, wenn viel Wasser anfällt.“ Ob mithilfe des Seitenspeichers nun auch mehr Strom im  Alfenzkraftwerk produziert wird, lässt sich laut Michael Metzler noch nicht genau sagen. „Man darf nicht vergessen, dass wir den Schwall aus dem Oberliegerkraftwerk, dem Kraftwerk Spullersee der ÖBB, früher nie zur Gänze verwerten  konnten. Früher hat der Schwall regelmäßig zu einem Überlauf geführt. Heute können wir dieses Wasser im Speicher  aufnehmen. Daher wäre es durchaus denkbar, dass wir im Regeljahr auch ein Erzeugungsplus erreichen. Genauso  wichtig ist uns aber auch, dass wir durch den Seitenspeicher wesentlich saubereres Triebwasser bekommen. Das  schont unsere Maschinen – und das bedeutet ebenfalls ein Plus auf der Seite der Wirtschaftlichkeit“, meint der  Betriebsleiter des Alfenzkraftwerks. Noch sind nicht alle Arbeiten rund um den Seitenspeicher abgeschlossen. Derzeit  wird noch am Rückbau der alten Wehranlage gearbeitet und einige Restarbeiten an der technischen Infrastruktur des  Speichers werden abgeschlossen. Wichtig bleibt das Thema der Verlandungs- und Spülproblematik.

Bericht aus zek HYDRO – Juni 2011