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Inbetriebnahme KW Forstaubach

Im Mai diesen Jahres ging am steirischen Forstaubach ein sowohl in Planung als auch Umsetzung höchst interessantes Wasserkraftprojekt in den Regelbetrieb über. Die von den Österreichischen..

..Bundesforsten (ÖBf) und Wilfried Reiter betriebene Anlage produziert nach einjähriger Bauphase nun saubere Energie für die „Grüne Mark“ der Alpenrepublik. Als Stromproduzenten dienen eine 5-düsige Pelton- sowie eine Francis-Spiral-Turbine der Kärntner Turbinenbauer EFG, die zusammen jährlich rund 6,5 GWh nachhaltig erzeugten Strom liefern. Aufgrund der komplexen Druckverhältnisse der 3,2 km langen Druckrohrleitung und des schwankenden Wasserdargebots entschied man sich für dieses Maschinengespann. Die erfolgreich verlaufene Inbetriebnahme verspricht eine effektive Ökostromproduktion für die Zukunft.

Ursprünglich war das Kraftwerk am Forstaubach in viel kleinerer Ausführung geplant. Mitbetreiber Wilfried Reiter hatte bereits 2007 die Genehmigung für die Errichtung einer Anlage im steirisch-salzburgerischen Grenzgebiet eingeholt. Ungefähr zur selben Zeit wurden die ÖBf auf das Projekt aufmerksam und bekundeten Interesse an einer Kooperation. Nach mehreren Gesprächen wurde man sich relativ schnell einig, das Projekt gemeinsam umzusetzen und begann mit ersten Vorplanungen. „Bis man schlussendlich alle behördlichen Genehmigungen eingeholt und sich mit den Fischereiberechtigten geeinigt hatte, sollten dennoch mehrere Jahre vergehen. 2013 aber waren sämtliche Behördenwege abgeschlossen und die Planungen wurden konkreter“, berichtet ÖBf-Projektleiter und Geschäftsführer Dipl.-Ing. Gerhard Breitenbaumer. Mit der Ausschreibungs- und Detailplanung sowie der örtlichen Bauaufsicht wurde die steirische interTechno Engineering GmbH beauftragt, welche sich in ihren Leistungen gemäß den Betreibern als äußerst kompetent erwiesen hat.

Fischpass via Vertical Slot
Direkt neben der Wasserfassung wurde für die Gewässerlebewesen des Forstaubachs die Durchgangsmöglichkeit in Form eines Vertical-Slot-Fischpass aus Ortbeton mit Holzelementen hergestellt. Die in ihrem Inneren mit natürlichem Sohlsubstrat versehene Fischtreppe wurde morphologisch derart gestaltet, dass auch Fische in jungen Entwicklungsstadien den Höhenunterschied von etwa 2,5 m problemlos überwinden können. Überwacht wird die Passage, bei der mit 225 l/s dotiert wird, durch eine Videokamera und einen Pegelsensor. Etwaige Störungen wie Verklausungen werden den Betreibern dadurch umgehend gemeldet, worauf entsprechende Schritte zur Fehlerbehebung gesetzt werden können.
Passend zum Fischaufstieg wurde auch die 10 m breite, 2,15 m hohe und etwa 9 Tonnen schwere Wehrklappe vom oberösterreichischen Stahlwasserbauer TS-Schacherleitner GmbH in der Version einer Fischbauchklappe ausgeführt. Das Unternehmen aus Micheldorf lieferte und montierte die komplette stahlwasserbauliche Ausrüstung für die Anlage. Im Einlaufbereich der Wasserfassung hält ein Grobrechen mit einer lichten Weite von 150 mm grobes Schwemmgut auf. Der weiter unterhalb platzierte Feinrechen mit einer lichten Weite von 12 mm ist zudem mit einem robusten Teleskoprechenreiniger ausgestattet. Zum Lieferumfang gehörten auch zwei komplett aus Edelstahl gefertigte Einlaufschütze sowie der 1,25 m breite und 2,25 m hohe Grundablass mit aufgesetzter Klappe. Auch das konisch ausgeführte Übergangsstück inklusive eines 20-Grad Bogens am Ende der Wasserfassung, welches gleichzeitig den Beginn der Druckrohrleitung markiert, wurde passgenau angefertigt und vor Ort montiert. Angetrieben werden die massiven Schütze, Rechenreiniger und Wehrklappe von einem großzügig dimensionierten Hydraulikaggregat, welches die tonnenschweren Stahlteile problemlos zu bewegen vermag.

Komplexe Verlegungsarbeiten
Steiles Gelände, schwieriger Boden, schlechtes Wetter und eine Bachquerung – so lassen sich die größten Hürden bei der Verlegung der Triebwasserleitung des Kraftwerks Forstaubach Gleiming in wenigen Stichworten zusammenfassen. Bei derartigen Bedingungen ist es auch wenig verwunderlich, dass die insgesamt etwa 3,2 km lange Druckrohrleitung erst kurz vor dem Jahreswechsel nach 7 Monaten Bauzeit fertig gestellt wurde. Der zu Grunde liegende Zeitplan konnte jedoch trotz den teilweise herausfordernden Umständen exakt eingehalten werden. Vor Baubeginn angestellte Untersuchungen des Bodens hatten nämlich ergeben, dass im Mittelstück der Rohrtrasse Erdbewegungen nicht mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden können. Deswegen setzte man in jenem Teilbereich der Druckrohrleitung auf duktile Gussrohre der Tiroler Röhrenwerke TRM, während im oberen beziehungsweise dem unteren Bereich der Kraftwerksleitung GFK-Rohre des deutschen Herstellers Amiantit zum Einsatz kamen. Bereitgestellt wurden die Rohre und sämtliche Sonderformteile für die „Hybridleitung“ vom niederösterreichischen Rohrspezialisten Etertec GmbH & Co KG.

Lange Leitung aus 3 Teilen
Vom als Klappenwehr ausgeführten Einlaufbauwerk weg verlegte man auf einer Länge von 738 m zunächst das erste Teilstück der Druckrohrleitung in Form von Flowtite GF-UP Rohren mit einem Durchmesser DN 1400 sowie der Druckstufe PN 6. Im Mittelstück der Trassenführung wechselte man aus Sicherheitsgründen in Bezug auf den Untergrund  auf zug- und schubsichere Gussrohre für eine Gesamtlänge von 1.217 m. Mit einem speziellen Sonderformteil wurde ein Übergang für die unterschiedlichen Rohrmaterialen geschaffen und gleichzeitig der Durchmesser der DRL auf DN 1000 verjüngt. Das abschließende, 1.203 m lange Teilstück der DRL wurde dann wieder als glasfaserverstärkte GFK-Leitung verbaut und mit dem Durchmesser DN 1200 sowie den Druckstucken PN 10 und 16 zum Krafthaus geführt. Wegen der anhaltend feuchten Witterung im Verlegungszeitraum konnte das Erdreich entlang der Rohrtrasse zu keinem Zeitpunkt komplett austrocknen. In Kombination mit teilweise äußerst steilem Gelände alles andere als günstige Bedingungen, welche von der mit der Rohrverlegung betrauten Firma bravourös bewältigt wurde.

Optimales Maschinengespann
Bei der technischen Auslegung der elektromechanischen Ausrüstung galt es für die Konstrukteure eine Vielzahl an Randbedingungen zu berücksichtigen. Im Spannungsfeld zwischen minimalem Platzbedarf der elektromechanischen Ausrüstung, einem stark schwankenden Wasserdargebot und dem Wunsch nach Maximierung der Jahresarbeit im Regeljahr musste die bestmögliche Maschinenvariante gefunden werden. Gleichzeitig sollten die eventuell auftretenden Druckstöße auf die Druckrohrleitung minimiert werden. Die Kombination aus der optimalen Regelbarkeit einer 5-düsigen Pelton-Maschine für geringere Triebwassermengen und der systembedingten Überlegenheit einer Francis-Turbine im Volllastbereich im Hinblick auf den hydraulischen Wirkungsgrad sollte sich am Standort als die bestmögliche Art der Energieumsetzung erweisen. Mit der gewählten Maschinenkombination des Herstellers EFG lässt sich ein Betriebsband zwischen 30 l/s bis hin zur Konsenswassermenge von 2.100 l/s lückenlos und mit hohem elektromechanischem Wirkungsgrad abdecken.

Herausfordernde Dynamik der Druckrohrleitung
Die mit über 3 km Länge durchaus beachtliche Druckrohrleitung wurde aus verschiedenen Gründen mit 3 unterschiedlichen Rohrdurchmessern und in der Kombination GFK – Guss verlegt. Daraus ergab sich ein komplexes dynamisches Verhalten der Druckverhältnisse innerhalb des Rohrsystems, welches sich vor allem auf den Aufbau der Francis-Turbine auswirken sollte. In Kooperation mit dem Generatorenbauer Hitzinger konnte gemeinsam eine Lösung erarbeitet werden.
„Und zwar wurde der Generator im Inneren mit einem speziellen Stabilisierungsschwungrad  ausgerüstet um potentielle Druckstöße abzumildern. Dimensioniert wurde dieses Schwungrad anhand unserer werkseigenen angestellten Druckstoßberechnungen“, erklärt der Projektverantwortliche Dipl.-Ing. Gero Pretis. Wie nicht anders zu erwarten zeigte sich bei der Inbetriebsetzung der Anlage, dass die Kärntner Wasserkraftexperten korrekte Simulationsberechnungen angestellt hatten und sämtliche Belastungsgrenzen sicher eingehalten werden konnten. Gemeinsam werden die Maschinensätze bei einer Ausbauwassermenge von 2.100 l/s eine Gesamtleistung von etwa 1,7 MW erbringen und dadurch jährlich rund 6,5 GWh saubere Energie erzeugen.

Intelligente Leittechnik
Von der Mittelspannunungs-Anlage des KW Forstaubach abgesehen, welche das EVU „Energie Steiermark“ lieferte, wurde die gesamte elektro- und leittechnische Ausrüstung  der Anlage von der PMS Elektro- und Automationstechnik GmbH ausgeführt. Zur Einspeisung des erzeugten Stroms ins öffentliche Netz setzt man auf einen verlustarmen 2.500 kVA Drehstrom Öl-Leistungstransformator. Die Niederspannungsschaltanlage ist als bauartgeprüfte SIVACON Niederspannungs-Schaltgerätekombination ausgeführt, die in der betriebseigenen Werkstätte in St. Stefan im kärntnerischen Lavanttal gefertigt wurde. Für einen ordnungsgemäßen und effizienten Betrieb der Anlage wurde eine Siemens SIMATIC S7-1500 Steuerung eingesetzt, welche sowohl im Krafthaus als auch bei der Wasserfassung mit einem SIMATIC Panel-PC mit Touchfunktion zur erleichterten Bedienung ausgerüstet ist. Zur Visualisierung kommt die Software „Zenon-Supervisor V7.0“ von Copadata zum Einsatz, die gleichsam am Leitrechner als auch auf den Panel-PCs dargestellt wird und dadurch bei einem Systemausfall redundant funktioniert.

Am Leitrechner der Anlage werden alle relevanten Daten angezeigt und digital aufgezeichnet. Die Einbindung in den zentralen Kraftwerksserver der ÖBf in Purkersdorf steht kurz bevor. Für die Erstellung von regelmäßigen Reports sorgt die Software „Zenon Analyzer“, mit der sich Daten von mehreren Kraftwerken auswerten lassen.

Bewährte Zusammenarbeit zahlt sich aus
Im Rahmen der Maschinenfertigung konnte EFG in gewohnter Art und Weise auf die Mithilfe ihres Kooperationspartners, der Firma Tschurtschenthaler aus Sexten in Südtirol, zählen. Durch geschickte Aufteilung bei der Fertigung der Maschinenkomponenten ist es EFG damit  möglich, auch bei umfangreichen Projekten gänzlich auf Fremdfertigung zu verzichten. Beide Unternehmen können durch diese Form der Zusammenarbeit ihre jeweiligen Stärken voll ausspielen und somit dem Kunden Endprodukte von bester Verarbeitungsqualität übergeben.


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