Mittlerweile existieren heute weltweit Tausende von Wasserkraftwerksanlagen, die veraltet oder modernisierungsbedürftig sind. Diese Kraftwerke wieder auf den neuesten Stand der Technik zu bringen, hat einen Milliarden-Markt geschaffen. Auf dem zu reüssieren gelingt allerdings nur jenen Wasserkraftunternehmen, die viel Know-how, Erfahrung und einschlägige Expertise vorweisen können. Als lupenreiner Turn-Key-Anbieter ist der österreichische Branchenspezialist Global Hydro heute in der Lage, wirtschaftlich ausgereifte technische Lösungen für eine professionelle Revitalisierung von jeder Art von Wasserkraftwerk zu liefern. Unter der Leitung des erfahrenen Wasserkraft-Profis Thierry Burckhart ist die Revitalisierungsabteilung von Global Hydro weltweit aktiv, wobei der Fokus vor allem auf dem europäischen Markt liegt.

Viele alte Kraftwerke, die seit 100 Jahren oder mehr in Betrieb sind, faszinieren noch heute Technik-Begeisterte auf der ganzen Welt. Gerade wenn man sich näher mit der Materie beschäftigt, kommt man nicht umhin, den Ingenieursleistungen der Wasserkraftpioniere den gebührenden Respekt zu zollen. Das tut auch der Leiter der Unternehmensabteilung Revitalisierung beim renommierten oberösterreichischen Wasserkraftspezialisten Global Hydro: „Die Ingenieure von damals hatten keinen Computer zur Verfügung, nur einen Bleistift, ein Blatt Papier und ihr Ingenieurswissen. Und damit gelang es ihnen Kraftwerke zu bauen, die über Jahrzehnte Bestand hatten und noch immer haben. Das waren enorme Leistungen.“ Allerdings, räumt der erfahrene Branchenkenner ein, seien natürlich sogar die bestgewarteten Anlagen aus dieser Zeit mittlerweile in die Jahre gekommen und können die komplexen Aufgaben eines modernen Wasserkraftwerks nur mehr bedingt erfüllen.

Der Revitalisierungsmarkt wächst
Häufig ist es nicht nur der Zahn der Zeit, der den Altanlagen zusetzt, sondern es können auch andere Umstände ihre Funktionsfähigkeit einschränken. Gerade in Mitteleuropa wurde früher nach Möglichkeit die gesamte Wasserfracht eines Gewässers durch die Maschinen geschickt – und diese wurden dementsprechend ausgelegt. Dass selbige in Zeiten von Restwasserabgaben und Dotationen für Fischauf- und Fischabstieg, die nun in der Regel überdimensioniert sind und somit im Betrieb nicht mehr im Bestpunkt arbeiten, ist ein Problem, das man nicht selten bei Altanlagen findet. Ein anderes kennt man aus jenen Anlagen, die in Mangelzeiten, also etwa zwischen den beiden Weltkriegen oder kurz nach dem Zweiten Weltkrieg errichtet wurden. Da in dieser Zeit häufig die Mittel für neue, optimal angepasste Turbinen fehlten, wurden nicht selten kurzerhand gebrauchte Maschinen eingebaut, die einigermaßen funktionierten, aber eben nie optimal. All diese Rahmenbedingungen haben in Europa einen Markt für Revitalisierungen entstehen lassen, den Unternehmen wie Global Hydro als Chance wahrnehmen. Für die Wasserkraftallrounder aus Oberösterreicher eröffnet sich die Chance, das über Jahrzehnte erworbene Know-how in diesem Anwendungsfeld zum Einsatz zu bringen. Aus diesem Grund wurden die firmeninternen Ressourcen und Arbeitsprozesse nun auch an diese Entwicklung angepasst und weiter ausgebaut.

Viele Faktoren miteinbeziehen
Egal ob das Design von alten Turbinen zu erneuern und zu modernisieren ist, ob es um einen Tausch von Schaufeln oder um die Reparatur von anderen Komponenten geht: Mit seinem breiten Leistungsportfolio ist Global Hydro heute in der Lage, ein Rundumpaket anzubieten, das von der Sanierung von Einzelteilen bis zur kompletten Revitalisierung einer Wasserkraftanlage reicht. Im Vordergrund bleibt stets der Kundennutzen. Doch nicht immer stehen Effizienz und Performance alleine ganz oben auf der Prioritätenliste der Betreiber. Schließlich spielen gerade beim Thema Revitalisierung mehrere Faktoren hinein, wie Thierry Burckhart betont: „Vom technischen Standpunkt aus ist heute alles möglich. Aber bei Revitalisierungen stehen zwei andere zentrale Faktoren im Mittelpunkt: Zum einen die physischen Strukturen der Anlage. Was lassen die vorhandene Baustruktur, die Kubaturen zu? Gibt es Einschränkungen für einen Umbau, wenn man etwa an denkmalgeschützte, alte Anlagen denkt? Und damit kommt man natürlich zum zweiten wichtigen Faktor: dem wirtschaftlichen. Ist es für den Kunden wirtschaftlich vertretbar, lässt es sich rechtfertigen, wenn man in einen möglichen Umbau 10 oder 20 Millionen Euro investiert? Genau diese Fragen erörtern wir gemeinsam mit unseren Kunden, um für ihre individuelle Revitalisierungsvorhaben das entsprechende Konzept zu erstellen.“

Es braucht Expertise und Referenzen
Dafür braucht es heute nicht nur das technische Rüstzeug, sondern – wie Thierry Burckhart unterstreicht – auch viel Erfahrung. „Ohne langjährige Expertise und entsprechende Referenzen geht gar nichts“, gibt sich der routinierte Wasserkraftprofi von Global Hydro überzeugt. Daher sei jedes Projekt „auf der grünen Wiese“, also jedes Neuprojekt, weniger anspruchsvoll und komplex wie die Revitalisierung einer Bestandsanlage. Das betrifft nicht nur die technische Umsetzung, sondern letztlich auch Bereiche wie Dokumentation und der Umgang mit dem Kunden. Denn, so führt Burckhart weiter aus, habe man es gerade bei Revitalisierungsprojekten in der Regel mit absoluten Wasserkraftprofis zu tun, die ihre eigene Anlage aus dem Effeff kennen und mit denen man nur Lösungen auf Augenhöhe finden kann. Aber dafür ist man bei Global Hydro optimal gerüstet: Man verfügt nicht nur über eine außergewöhnlich leistungsstarke konstruktions- und fertigungstechnische Seite, sondern man kann auch auf ein junges, top ausgebildetes Team zurückgreifen, das interdisziplinär arbeiten kann, die jeweiligen Märkte kennt und zugleich international bestens vernetzt ist.

Schnittstellen sind vermeidbar
Was dieses Team zu leisten imstande ist, haben zahlreiche Referenzprojekte in den letzten Jahren eindrücklich bewiesen. Burckhart erinnert sich an ein Revitalisierungsprojekt, das vor einigen Jahren an einer über 100 Jahre alten Turbine umgesetzt wurde: „Dank einer professionellen Modernisierung konnte die Nennleistung um 36 Prozent gesteigert werden, die Jahresproduktion um 23 Prozent.“ Er verweist weiters auf ein Projekt in der Schweiz, bei dem gerade einmal die Geometrie der Laufräder verbessert werden konnte, was letztlich auch einen Leistungszuwachs im zweistelligen Prozentbereich ermöglichte. „Ein Punkt, der für Global Hydro spricht, ist, dass wir über eine umfangreiche Produktionsline verfügen und somit so gut wie alle Kernkomponenten selbst herstellen können. Das beginnt beim eigenen Design unserer Laufräder und endet nicht bei der eigenen Absperrklappe. Mit diesem Background können wir einen Auftrag von Anfang bis Ende optimal kontrollieren und bieten als Turn-Key-Spezialist Lösungen ohne Schnittstellen an. Das heißt: Der Kunde kann das gesamte Projekt mit einem Ansprechpartner abwickeln“, erklärt Heinz-Peter Knaß, Geschäftsführer von Global Hydro. Das gilt sowohl für den D-A-CH-Raum als auch für den Rest Europas. Als kompetenter Anbieter schlüsselfertiger Lösungen hat sich Global Hydro in den letzten Jahren und Jahrzehnten einen hervorragenden Ruf in der Branche erarbeitet. Auf dieser Reputation kann das Unternehmen im Revitalisierungssektor aufbauen.

Arbeiten im Rückwärtsgang möglich
Dank der langjährigen Erfahrung weiß man bei Global Hydro auch mit Maschinen anderer Hersteller umzugehen. Man kennt sämtliche Turbinentypen, diverse Subvarianten und deren Bauteile und ist in der Lage, diese professionell in einen De-Facto-Neuzustand zu versetzen.
Dass bei alten Kraftwerken die Originalpläne fehlen, kann vorkommen. Für die Profis von Global Hydro stellt dies allerdings keinen echten Prüfstein dar, wie Thierry Burckhart betont: „Mit den Werkzeugen, die uns heute zur Verfügung stehen, können wir die Arbeitsprozesse auch quasi im Rückwärtsgang erledigen.“ Konkret bedeutet das, dass Maschinen ohne Dokumente über die Originalgeometrie ausgebaut und in ihre Einzelteile zerlegt werden. Danach werden diese Einzelteile hochpräzise vermessen – und auf Basis dieser Kenndaten wird dann von den IngenieurInnen eine neue Konstruktionszeichnung ­a­ngefertigt. Werden im Zuge der weiteren ­Materialprüfung eventuell Haarrisse oder Verschleiß festgestellt, wird der Austausch des betroffenen Bauteils geprüft. Dabei greift der oberösterreichische Wasserkraftspezialist natürlich auf modernste und leistungsstarke Materialien zurück. Um die Langlebigkeit der Bauteile zu garantieren, kommen nur hochwertigste Stähle zum Einsatz. Machen es Sedimente im Triebwasser erforderlich, sind auch innovative Beschichtungen wie HVOF möglich. Garant für die hohe Qualität der Lösungen aus dem Hause Global Hydro ist ein striktes Qualitätsmanagement.

Auch XXL-Laufräder sind kein Problem
Wie flexibel das Unternehmen am Revitalisierungssegment agiert, lässt sich auch an den Laufrad-Dimensionen erkennen, die Global Hydro noch verarbeiten kann. „Von klein bis groß: Im Revitalisierungsbereich können wir auch noch Laufräder mit 50 MW Leistungsauslegung handhaben. Das ist für uns kein Problem. Erst unlängst konnten wir in Österreich ein Referenzprojekt mit zwei je 22,5 MW starken Pumpturbinen erfolgreich abschließen. Auch in Skandinavien können wir auf Projekte in sehr großen Leistungsbereichen zurückblicken“, sagt Thierry Burckhart, der seit 37 Jahren in der Wasserkraftbranche arbeitet. Er verweist in diesem Zusammenhang darauf, dass man speziell in Skandinavien auch die neue EVO-Turbinenreihe von Global Hydro mit großem Erfolg am Markt positionieren konnte. In Skandinavien findet man heute oft alte Propellerturbinen, die nach und nach ausgetauscht werden. Gerade dafür bietet sich die neue Kaplan EVOline Turbine hervorragend an, da diese die Umbauarbeiten an den vorhandenen Gebäudestrukturen auf ein Minimum beschränkt. Das Gleiche gilt für die Francis EVOline.

Mit HEROS in eine neue Ära
Besonderes Augenmerk verdient natürlich auch das Steuerungssystem von Turbinen. Schließlich ist es hauptverantwortlich dafür, dass eine Anlage stets im Optimum betrieben wird. Ein wesentlicher Punkt, den es dabei zu berücksichtigen gilt: In der Steuerungstechnik und Softwareentwicklung sind die Innovationsintervalle wesentlich kürzer als im Turbinenbau. Dadurch kommen immer wieder neue Technologien auf den Markt, die den Betreibern die Möglichkeit eröffnen, den Ertrag der Anlage zu maximieren und gleichzeitig die Wartungsintervalle zu minimieren. Hinzu kommt, dass auch der Energiemarkt ständig in Bewegung ist und sich damit einerseits neue Möglichkeiten für Ertragsoptimierung – Stichwort Regelenergie – ergeben, andererseits aber auch neue Anforderungen entstehen, auf die es zu reagieren gilt, wie etwa neue Grid Codes. Genug Argumente, warum Wasserkraftbetreiber heute mehr denn je darauf achten sollten, dass ihr Steuerungssystem up-to-date ist. Mit seinem Kraftwerksmanagement System HEROS bietet Global Hydro eine hochmoderne digitale Lösung für die Betriebsführung von Wasserkraftwerken, die den gesamten Anlagenbetrieb steuert, überwacht und optimieret. Die neueste Version von HEROS etwa kann mit einem IoT Gateway (Internet of things) ausgestattet werden, um die Betriebsdaten in eine eigene Cloud zu übermitteln. Von dort werden sie ausgelesen und für zweierlei Zwecke verwendet: Erstens wird eine durch Machine Learning gestützte Datenanalyse durchgeführt, um dadurch die Produktion zu maximieren und um eventuelle Anomalien frühzeitig zu erkennen. Durch ein frühzeitiges Detektieren von Abweichungen ergeben sich geringere Wartungs- und Reparaturkosten sowie ein deutlich geringeres Ausfallsrisiko. Zweitens werden die Daten verwendet, um sie im IoT-SCADA HEROS Connect zu visualisieren. „Das HEROS Connect erlaubt es den Betreibern, alle Anlagen auf einer Plattform zu visualisieren, analysieren und sogar zu steuern. Die Software ermöglicht damit, bislang ungenutzte Synergiemöglichkeit zu nutzen“, sagt Geschäftsführer Heinz-Peter Knaß. Ein weiterer wichtiger Pluspunkt des Systems: Beide Lösungen – also sowohl die Machine Learning gestützte Datenanalyse als auch HEROS Connect – sind unabhängig vom Steuerungshersteller einsetzbar. Das heißt: Es muss keine HEROS Steuerung verbaut sein. Gerade im Revitalisierungsfall bietet dies eine einfache Möglichkeit, um veraltete, überholte Steuerungen zu modernisieren – und dies bei möglichst niedrigen Investitionskosten, wenig Bauaufwand und kurzen Stillstandszeiten.

Alternative Lösungen
Mit seiner Kompetenz, auch internationale Revitalisierungsprojekte abwickeln zu können, ist Global Hydro auch am amerikanischen und kanadischen Markt aktiv, wo die technischen Voraussetzungen sich allerdings ein wenig anders darstellen: Schließlich wurden am nordamerikanischen Kontinent vor allem zu Beginn des 20. Jahrhunderts an Niederdruckstandorten häufig sogenannte „Camelback-Turbinen“ realisiert. Sie repräsentierten damals die einzige sinnvolle technische Lösung für Standorte für große Durchflussmengen bei zugleich geringer Fallhöhe. Schließlich war die Kaplan-Turbine zu diesem Zeitpunkt noch nicht erfunden, beziehungsweise hatte ihren weltweiten Siegeszug noch nicht angetreten.  „Camelback-Turbinen“ sind dadurch definiert, dass mehrere Francis-Laufräder, in der Regel zwei oder vier, seltener noch mehr, auf einer einzigen Welle installiert sind. Den Namen verdankt die „Camelback-Turbine“ der Anordnung der Saugrohre. Gerade diese Art von Turbinen haben vielerorts in Nordamerika das Ende ihrer technischen Lebensdauer erreicht. Sie galten in der jüngeren Vergangenheit daher auch als ineffizient, stör- und fehleranfällig und in gleichem Maße als modernisierungsbedürftig. Für Global Hydro ebenfalls eine durchaus interessante Revitalisierungsperspektive.

Gesamtwirtschaftlichkeit im Blick
Im Grunde stehen für die allermeisten Revitalisierungsprojekte zwei Prämissen im Vordergrund: die Erhöhung der Effizienz und die Minimierung von Ausfallszeiten. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzen die IngenieurInnen von Global Hydro ihr gesamtes Leistungsportfolio. „Wir behalten bei jedem Projekt den gesamtwirtschaftlichen Aspekt im Auge. Dazu zählt neben allen technischen Überlegungen auch die Frage: Wie lange steht die Anlage  während des Umbaus still? Nur wenn man sämtliche Aspekte miteinbezieht, kann man für den Kunden das perfekte Revitalisierungspaket schnüren“, fasst Thierry Burckhart zusammen. Dass der Schwerpunkt in den nächsten Jahren auf dem Bereich Revitalisierung liegen wird, betont auch Geschäftsführer Heinz-Peter Knaß. „Genau genommen bieten wir Revitalisierungen ja schon seit Jahrzehnten erfolgreich an. Allerdings hatten wir lange dafür keine eigene Abteilung und Fachpersonal, welches sich ausschließlich mit diesem wichtigen Bereich beschäftigt. Das hat sich geändert. Angesichts des stark gestiegenen Bedarfs haben wir die Revitalisierungsabteilung von Global Hydro gegründet. Und unsere Kunden können sich nach wie vor in beiden Bereichen – Green Field und Revitalisierung – auf unsere Qualität und Leistungen verlassen.“

Erschienen in zek HYDRO Ausgabe 2/2024