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Dotationskraftwerk in Lana (I)

Das Kraftwerk Lana ist das letzte Glied der Ultener Wasserkraftkette im gleichnamigen Tal in Südtirol. Im Zuge der Neukonzessionierung wurde, gemäß Südtiroler Wassernutzungsgesetz, die..

..Restwassermenge erhöht. Hierfür war die Errichtung einer entsprechenden Dotieranlage nötig. Damit das Energiepotential des Restwassers aber nicht verloren geht, entschied sich die Betreiberin, die SE Hydropower AG, eine Restwasserturbine zu installieren. Die gesetzliche Forderung sah vor, dass die Anlage mit Ende 2014 zu realisieren ist. Zusätzlich lief bis dahin auch die Frist für eine etwaige Inanspruchnahme der staatlichen Förderung. Die Restwasserregelung sollte die Planer dabei aber vor eine besondere Herausforderung stellen. Das große Problem bestand in der Unklarheit, wie hoch die Restwassermenge selbst überhaupt ist bzw. sein wird, da das Gesetz zur Festlegung selbiger eine Testphase mit ökologischem Monitoring vorsah. So soll die Restwassermenge in Schritten von zwei Jahren um jeweils 20 % angehoben und die ökologischen Auswirkungen geprüft werden. Die SEL AG, die mit der Planung und dem Bau beauftragt wurde, musste das Kraftwerk demnach auf der Basis einer Risikobewertung dimensionieren. Erschwerend kam hinzu, dass der Auftrag zur Machbarkeitsstudie im Mai 2013 erfolgte – also stand man zusätzlich unter enormen Zeitdruck.

Das Südtiroler Ultental erstreckt sich in südwest-nordöstlicher Richtung vom Nationalpark Stilfser Joch bis zum Etschtal bei Lana. Die Falschauer ist der Hauptfluss des Ultentals und überbrückt bei einer Länge von 40 Kilometern einen Höhenunterschied von über 2.000 m. Eine Reihe von Speicherkraftwerken nutzen die Falschauer und ihre Nebenflüsse zur Stromproduktion. Zu diesem Zwecke wurden insgesamt sechs Speicherseen, die fünf Kraftwerke speisen, errichtet.
Diese sind, bergseits beginnend, das Kraftwerk Weißbrunn, das Kraftwerk Kuppelwieser Alm, das Kraftwerk St. Walburg, das Kraftwerk St. Pankraz und das Kraftwerk Lana. Die installierte Gesamtleistung aller Kraftwerke zusammen beträgt 250 MW. Betreiber der Kraftwerke ist die SE Hydropower GmbH, eine Tochter der SEL AG. Das Kraftwerk Lana, mit der Erstinbetriebnahme im Jahre 1953, ist das älteste Kraftwerk in diesem Verbund. Es befindet sich in einer Kaverne und wird vom Stausee St. Pankraz mit 25 m³/s gespeist. Im Zuge der Neukonzessionierung des Kraftwerks kam es nun zu einer Änderung der Restwasserauflagen. Um die Restwasserabgabe in Zukunft, wie behördlich vorgeschrieben, garantieren zu können, wurde eine diesbezügliche Steuerungsanlage am Fuße der Schwergewichts-Bogenmauer in Sankt Pankraz errichtet. Damit das Restwasser energetisch nicht verloren geht, wurde eine Restwasserturbine in das System integriert.

Erhöhung der Restwassermenge
Ursprünglich war die Installation einer Restwasserturbine in der Apparatekammer vom Grundablass des Stausees vorgesehen. Der Platz hierfür wurde bereits bei der Errichtung der Staumauer in den frühen 50er Jahren mit einberechnet. Damals war eine zukünftige Turbine als Notstromversorgung der Hydraulikaggregate des Grundablassschiebers vorgesehen. Die Neukonzessionierung brachte jedoch eine derartige Erhöhung der Restwassermenge mit sich, dass die Dimension des damals installierten Rohres im Grundablass nicht ausreicht. So musste diese Variante ausscheiden. Nach Prüfung weiterer Möglichkeiten, wie beispielsweise die Durchbohrung der Staumauer, entschied man sich schlussendlich für eine Restwasserentnahme kurz nach dem Hauptschieber der Zubringerleitung für das Kraftwerk Lana. Mittels einer DN800 Stahldruckrohrleitung wird das Wasser nun aus der Apparatekammer der Hauptgalerie in ein neu errichtetes Krafthaus außerhalb des Stollens geleitet. Dort wird das Wasser turbiniert und in die Restwasserstrecke abgegeben.

Höhe der Restwassermenge unklar
Nachdem sich die Betreiberin der Anlage, die SE Hydropower GmbH, für die grundsätzliche Ausführung der zukünftigen Restwasserabgabe entschied, folgte die schwierigste Herausforderung des Projekts – die Dimensionierung des Maschinensatzes.
„Wir standen und stehen vor dem Problem, dass das Restwasser alle zwei Jahre um 20 % vom Ursprungswert bis auf 2 m³/s angehoben wird und erst ein ökologisches Monitoring in den jeweiligen Phasen entscheidet wann die Restwassermenge ausreicht“, so Dr. Luca Merlino, Bauingenieur der SEL AG.
Durch die unklare Höhe der Restwassermenge ergaben sich folgende Szenarien und damit verbundenen Probleme: Bei der Installation einer kleineren Maschine könnte man zwar sicher kalkulieren, aber ein mögliches höheres Potential durch eine höhere Restwassermenge würde man nicht nützen können. Bei einer größeren Maschine könnte man zwar ein höheres Potential abschöpfen, aber das finanzielle Risiko wäre um einiges höher, falls der zukünftige Wert klar darunter liegt. Eine weitere Herausforderung bei der Dimensionierung der Maschine betrifft die Fallhöhe. Da es sich bei dem Stausee in Sankt Pankraz um einen Wochenspeicher handelt, unterliegt dieser Wert einer gewissen Schwankungsbreite.

Risikobewertung brachte Entscheidung
Deshalb wurde im Rahmen einer Machbarkeitsstudie eine Risikobewertung vorgenommen, um die Dimensionierung der Maschine mit dem besten Kosten-Nutzen-Risiko-Verhältnis zu ermitteln. Start der Machbarkeitsstudie war der Mai 2013. Angesichts der erforderlichen Fertigstellung mit Ende 2014 war das Zeitfenster zu Lösungsfindung also sehr klein. Basierend auf dem Ergebnis der Machbarkeitsstudie einigte man sich auf eine Ausbauwassermenge von 700 l/s. „Für uns war dieser Wert der Wahrscheinlichste“, so Dr. Merlino von der SEL AG.

Vertrauen in heimische Unternehmen
Als die letzte fehlende Kennzahl feststand wurde, konnte die Ausschreibung des Projektes erfolgen. Bei der Wahl des Turbinentyps zeigte sich die Betreiberin dabei offen. So stand sowohl die Francis-Turbine als auch die Durchströmturbine zur Diskussion. Letztendlich setzte sich die Francis-Turbine, dank eines Angebots aus dem Hause Tschurtschenthaler Turbinenbau, durch. Damit setzte die SE Hydropower GmbH, mit dem Turbinenhersteller aus Sexten, auf ein Unternehmen aus der Region. „Natürlich versuchen wir bei Südtiroler Projekten auch immer Technologie aus der Region zu beziehen, und das ist uns mit dem Angebot der Firma Tschurtschenthaler auch nicht schwer gefallen“, so Dr. Luca Merlino ergänzend. Hauptentscheidungsgrund war dabei nicht der Preis, sondern das kompetente Gesamtpaket, das der Sextener Turbinenbauer bieten konnte.
Die Firma Tschurtschenthaler lieferte daraufhin eine Francis-Turbine mit einer Ausbauleistung von 264 kW bei einem Durchfluss von 700 l/s und einer Nettofallhöhe von 43 m. Für die Stromproduktion sorgt ein direkt angeschlossener Synchrongenerator mit einer Leistung von 430 kVA aus dem Hause Hitzinger.

Restwassermenge gewährleisten
Die Hauptaufgabe der Anlage besteht aber dennoch in der Gewährleistung der sicheren Restwasserabgabe. Um dies auch im Falle eines Maschinenausfalls garantieren zu können, wurde ein Bypass installiert. Mittels eines dort installierten fremdgesteuerten Ringkolbenventils kann so die genaue Abgabe der geforderten Restwassermenge stufenlos erfolgen. Um den genauen Durchfluss zu messen, wurde im Krafthaus eine Beruhigungsgerade installiert.
„Wir wollten die Messstrecke im Krafthaus unterbringen um keine falschen Ergebnisse durch fremde Einflüsse zu erhalten“, so Dr. Merlino. Als Differenzwert wird zusätzlich auch der Durchfluss am Beginn der Rohrleitung gemessen.

Deadline geschafft
Von Beginn der Machbarkeitsstudie im Herbst 2013 bis zur Inbetriebnahme arbeitete ein kleines Projektteam aus der Ingenieurabteilung der SEL AG quasi rund um die Uhr an der pünktlichen Fertigstellung des Projekts. Noch rechtzeitig, einen Tag vor Ablauf der Frist für die Förderung, wurde das Kraftwerk am 30. Dezember 2014 erstmals in Betreib genommen.
„Das Projekt war eine sehr große zeitliche Herausforderung. In 17 Monaten haben wir tagtäglich nur an dessen Umsetzung gearbeitet. Dank der guten Zusammenarbeit mit unseren Partnerfirmen haben wir die Deadline trotz schwieriger Umstände pünktlich geschafft“, so Dr. Merlino abschließend. Bei welchem Wert die Restwassermenge nun wirklich festgelegt wird, ist die spannende Frage. Sie wird wohl erst spätestens 2019 beantwortet sein. Jedoch wurden im Zuge der ersten Monitorings bereits jetzt schon sehr gute limnologische Werte in der Restwasserstrecke gemessen und eine Entscheidung könnte also schon früher fallen. Diese besondere Projektkonstellation wie hier beim Dotierkraftwerk Sank Pankraz dürfte aber wohl eine einmalige bleiben.


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