SAUBERE ENERGIE AUS WASSERKRAFT

Das Wasser ist ein freundliches Element -
für den, der damit bekannt ist und es zu behandeln weiß.
Johann Wolfgang von Goethe*1749 †1832

Enerpass Konsortial GmbH – Energie Passeier für Saubere Energie – Südtirol – Italien

Technische Beschreibung

ALLGEMEINES

Für die Nutzung der Wasserkraft der Passer und des Pfeldererbaches sind in der Vergangenheit zahlreiche Studien und Projekte ausgearbeitet worden.

Allen gemeinsam lag ein großzügiger Ausbau der Wasserkraft zu Grunde mit Stauseen in Lazins, Pfelders und Schönau. Doch die einheimische Bevölkerung war dagegen, man sprach sich für eine sanftere Erschließung des Wasserkraftpotentials durch den Bau von kleineren Kraftwerken aus. So wurden im Oberlauf der Passer kleinere Kraftwerke errichtet, die sich gut in das Landschaftsbild einfügen.

Die Enerpass hat ein Kraftwerk realisiert, das bei Wahrung der Wirtschaftlichkeit einen sanften und ökologisch vertretbaren Ausbau der Wasserkraft der Passer ermöglicht.

Vorgabe für die Planung des Wasserkraftwerkes war, die Wasserführung der Passer durch die Ortschaften von St. Leonhard und St. Martin nicht zu beeinflussen. Das neue Kraftwerk der Enerpass nutzt das Wasserkraftpotential der mittleren Passer im Abschnitt von der Einmündung des Pfeldererbaches in Moos (Meereshöhe 930 m) bis kurz oberhalb der Ortschaft St. Leonhard in Passeier (Meereshöhe 670 m). (Abb. 10)
Der Anschluß des Kraftwerkes an das öffentliche Verbundnetz geschieht mit einer 132 kV-Erdkabelleitung, die das Kraftwerk mit dem 132/20 kV – Umspannwerk des ENEL in St. Leonhard verbindet.Die Jahresproduktion des Kraftwerkes beträgt ca. 100 Mio. kWh, die maximale Leistung 26 MW.
Die Bauarbeiten wurden im September 2006 aufgenommen. Nach ca. 2-järiger Bauzeit konnte am 30. Oktober 2008 das Kraftwerk an das Netz geschaltet werden und der erste Strom erzeugt werden.

Verlauf des Stollens

WASSERDARGEBOT

Für die geplante Entnahmestelle bei Moos wurden die im Durchschnittsjahr vorhandenen Monatsmittelwerte der Wasserführung laut den Abflussmessungen in Pfelders und bei St. Leonhard ermittelt.

Der Jahresmittelwert der Wasserführung der Passer auf Höhe der Wasserfassung bei Moos (Oberfläche des Einzugsgebiet 180,2 km²) beträgt 7,32 m3/s. Auf Grundlage der ermittelten Jahresganglinie wurde die optimale Ausbaugröße des Kraftwerkes berechnet und eine maximale Ableitungsmenge von 12,00 m3/s festgelegt. Sie steht an durchschnittlich 60 Tagen im Jahr zur Verfügung, d.h. die im Kraftwerk installierte Maschinenleistung kann an 60 Tagen im Jahr voll genutzt werden.
Der kleinste Monatsmittelwert der Wasserführung wird im Februar mit ca. 1,20 m3/s und der höchste Monatsmittelwert mit ca. 20 m3/s im Juni verzeichnet.

Das Verhältnis beträgt ca. 1:16 und unterstreicht den 27 Charakter der Passer als hochalpinen Wildbach.

Die vom Land vorgegebenen Pflichtwasserabgaben setzen sich aus einem über das ganze Jahr konstanten Teil von 600 l/s und einem variablen Anteil in Höhe von 15 % des natürlichen Zuflusses in den Monaten April bis November zusammen. Der Jahresmittelwert der Wassermenge, die vom Kraftwerk genutzt werden kann, beträgt 5,25 m3/s und entspricht ca. 72 % des natürlichen Wasserdargebots.
Die Jahresganglinie der Monatmittelwerte der natürlichen Wasserführung der Passer, der nutzbaren Wassermenge und der Restwassermenge ist in Abb. 11 grafisch dargestellt. Unter Berücksichtigung der Restwasserauflagen wurde die maximale Wasserableitung, der Durchmesser des Stollens und der Druckrohrleitung sowie die Anzahl und Größe der Maschinen ausgelegt.

 

WASSERFASSUNG

Die Wasserfassung befindet sich unmittelbar unterhalb der Mündung des Pfeldererbaches in die Passer.

Als Fassungstyp wurde eine „Seitenentnahme mit fester Wehrschwelle“ mit Stauziel 930,00 m gewählt. Die feste Wehrschwelle erstreckt sich über eine Breite von 54,00 m. Im Anschluß an das feste Wehr wurde ein kleineres Wehrfeld mit 4,00 m Breite angeordnet. Dieses als Kiesgang bezeichnete kleinere Wehrfeld ist mit einem Gleitschütz und aufgesetzter Stauklappe zur Abgabe der dynamischen Restwassermenge verschlossen.
Zwischen dem kleineren Wehrfeld und dem Entsander ist eine Fischtreppe angelegt worden, über welche die Abgabe des fixen Anteils der Restwassermenge erfolgt. Das Triebwasser wird seit-
lich dem Stauraum entnommen und fließt durch einen Grobrechen hindurch und anschließend in den Entsander weiter. Dieser besteht aus drei parallel verlaufenden Kammern, in denen die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers soweit abgesenkt wird, daß sich mitgeführter Sand weitgehend absetzen kann. Erreicht das am Boden des Entsanders abgesetzte Material eine bestimmte Höhe, wird ein Spülzyklus eingeleitet, wobei eine Kammer gespült wird und zwei aufrecht bleiben.Nach dem Entsander gelangt das Triebwasser über einen Feinrechen in die Druckhaltekammer, von wo aus das Wasser durch einen Düker (Unterquerung) unter der Passer hindurch in den Druckstollen gelangt.Die Wasserfassung, insbesondere das Verhalten bei Hochwasser und die Anströmung der drei Entsanderkammern, wurden mit einem numerischen hydraulischen Modell am Computer simuliert.

Die Wasserfassung in der Vogelperspektive

TRIEBWASSERWEG

Der Triebwasserweg gliedert sich in Fließrichtung gesehen von der Wasserfassung bis zum Anschluß an das Hosenrohr der Turbinenverteilung in folgende Abschnitte mit den jeweiligen Teillängen:

Düker Passerunterquerung 55 m
Quadratischer Querschnitt 4,0 m x 4,0 m
Druckstollen bis zum Wasserschloß 5940 m
Durchmesser 3,05 m
Gepanzerter Abschnitt vom Wasserschloß bis zur Apparatekammer 84 m
Durchmesser 2,40 m
Kraftabstieg 590 m
Durchmesser 2,20 m
Gesamtlänge 6669 m

Der Triebwasserweg führt entlang der orografisch rechten Talseite des Passeiertales.

 

APPARATEKAMMER

Zwischen Wasserschloß und dem Kraftabstieg (Vertikalschacht) befindet sich die Apparatekammer, auch Sperrkammer genannt.

In dieser sind eine automatisch wirkende Drosselklappe mit einem Durchmesser von 2,20 m und ein automatisches Beund Entlüftungsventil installiert. Mit der Drosselklappe kann der Wasserzufluß vom Stollen zum Krafthaus abgesperrt werden. Das Gebäude der Apparatekammer wurde aus Stahlbeton errichtet und ist bis auf den Eingangsbereich komplett eingeschüttet.

DRUCKSTOLLEN

Der Druckstollen, mit einem Ausbruchsdurchmesser von 3,65 m und einem fertigen Innendurchmesser von 3,05 m, wurde mit einer Doppelschild-Tunnelbohrmaschine von der Apparatekammer in Richtung Wasserfassung steigend aufgefahren.

Vom Übergang zum Düker der Passerunterquerung bis zum Wasserschloß ist der Druckstollen etwa 5885 m lang. Das Längsgefälle beträgt in Fließrichtung betrachtet 1,9‰. Der Stollen wurde mit vorgefertigten Tübbingen (Betonring) aus Stahlbeton ausgekleidet.
Im letzten Abschnitt, vom Wasserschloß bis zur Apparatekammer, wurde der Stollen konventionell ausgebrochen. Er wurde mit einer 15 mm starken Stahlpanzerung (ø 2,40 m) ausgekleidet und der Ringspalt zwischen Gebirge und Stahlpanzerung mit Beton verfüllt.Der maximale Betriebsdruck des Stollens beträgt 4 bar. Die Baustelleneinrichtungsfläche für den Druckstollen, das Wasserschloß und den Druckschacht befand sich östlich des Hofes „Oberort“.
Die Steilheit des Geländes erforderte umfangreiche Sicherungsarbeiten. Der Abtransport des Ausbruchsmaterials bzw. der Antransport der Stahlbetontübbinge erfolgte mittels einer Materialseilbahn, die von der Deponiefläche im Talboden bis zu Baustelleneinrichtungsfläche beim Wasserschloß führte. Nach Abzug der Baustelleneinrichtung wurde das Gelände im Bereich des Wasserschlosses und der Apparatekammer weitgehend wieder in den Ausgangszustand zurückmodelliert, begrünt und mit Jungbäumen bepflanzt.

Die Vortriebsarbeiten mit der Tunnelfräse gestalteten sich auf Grund der Felseigenschaften (Glimmerschiefer, Paragneise und Amphibolit) und insbesondere wegen der starken Wasserzutritte, mit örtlichen Spitzen bis zu 400 l/s, als sehr schwierig.

In Bereichen mit aggressivem Wasser sind die Betontübbinge der Stollenaus kleidung aus sulfatbeständigem Zement.
Der maschinelle Vortrieb nahm gut 1 Jahr in Anspruch, von Anfang März 2007 bis zum Durchschlag am 30. März 2008.

Durchschnitt des Druckstollen Skala 1:203D-Ansicht des Druckstollen nicht in Skala

DAS WASSERSCHLOSS

Das Wasserschloß ist etwa 240 m vor der Apparatekammer am Übergang vom Druckstollen zum Kraftabstieg angeordnet.

Das Wasserschloß ist als zylindrischer Schacht mit 8,0 m Durchmesser und 40 m Tiefe ausgebildet. Bis auf den oberen Bereich mit der Entlüftung befindet sich das Wasserschloß im standfesten Gebirge. Am unteren Ende ist das Wasserschloß mit einem Anschlußrohr von 2,0 m Durchmesser mit dem Druckstollen verbunden. Nach der Fertigstellung wurde der obere im Tagebau errichtete Bereich des Wasserschlosses bis auf die Belüftungsöffnung komplett eingeschüttet.
Der Ausbruch erfolgte teils maschinell, teils konventionell mit Sprengstoff. Zunächst wurde in Achse des Wasserschlosses eine Pilotbohrung von rund 28 cm Durchmesser bis zum Druckstollen abgesenkt. Nach dem Durchschlag der Pilotbohrung wurde der Bohrkopf durch den Erweiterungsmeißel (ø 1,88 m) für das „raise – boring“ ersetzt und anschließend die Pilotbohrung nach oben aufgeweitet. Danach wurde das Wasserschloß im Tagebau von oben nach unten auf den Durchmesser von 9,30 m fertig ausgebrochen und das Material über den Bohrschacht abgeworfen. Danach erfolgte der Innenausbau mit Einbringung einer 10 mm starken Innenverkleidung aus Stahlblech. Der Ringspalt zwischen Fels und Innenverkleidung wurde satt mit Stahlbeton hinterfüllt.
Das Wasserschloß wurde hydraulisch mit einem Computerprogramm berechnet. Dabei wurde die Betriebsweise des Kraftwerkes als reines Laufwasserkraftwerk der Berechnung zu Grunde gelegt. Bei plötzlichem Schnellschluß beider Turbinen ausgehend von voller Beaufschlagung mit 12,00 m3/s steigt der Wasserspiegel im Wasserschloß bis auf ca. 946 m Meereshöhe an. Das obere Ende des Wasserschlosses mit der Belüftungskammer befindet sich auf einer Meereshöhe von 956 m. Damit ist die notwendige Sicherheit gegen Austreten von Wasser aus dem System gegeben.
Bei Anfahren der Turbinen des Kraftwerkes kann der Wasserspiegel im Wasserschloß bis auf 919 m Meereshöhe sinken.

 

KRAFTABSTIEG

Der Kraftabstieg führt das Triebwasser vom Druckstollen zum Krafthaus. Es besteht aus einem 213 m tiefen Vertikalschacht und einem anschließenden leicht geneigtem Sohlstollen von 366 m Länge.

Die Druckrohrleitung aus Stahl wurde in den ausgebrochenen Felshohlräumen Rohr für Rohr eingebracht, eingerichtet und verschweißt. Der Ringspalt zwischen Rohraußenwand und Fels wurde mit Beton hinterfüllt.
Der Vertikalschacht wurde im „raise bore“ Verfahren hergestellt. Dabei wurde zunächst eine Pilotbohrung mit einem Durchmesser von ca. 30 cm bis hinunter zum vorher ausgebrochenen Sohlstollen abgesenkt. Anschließend wurde von unten nach oben eine Erweiterungsbohrung mit einem Durchmesser von 2,75 m ausgeführt. Nach Sicherung des Felsens mit Baustahlgitter und Spritzbeton wurde das Stahlrohr mit einem Durchmesser von 2,20 m und Wandstärken von 15 bis 18 mm eingeführt und der Ringspalt zwischen Fels und Panzerung mit Beton verfüllt.
Der Sohlstollen schließt an den Vertikalschacht an und führt bis zum Krafthaus. Er weist ein Längsgefälle von ca. 5 % auf und ist 366 m lang. Der Sohlstollen wurde vom Krafthaus aus bis zur Schnittstelle mit dem Vertikalschacht konventionell vorgetrieben. Über den Sohlstollen ist auch das gesamte Ausbruchmaterial des Druckschachtes abtransportiert worden. Kurz vor dem Krafthaus schließt die Druckrohrleitung an das Hosenrohr an. Dieses hat die Funktion, das Triebwasser auf die beiden Maschinensätze zu verteilen.
Der maximale Betriebsdruck am Ende des Kraftabstieges beträgt 26,4 bar. Die Rohrleitung wurde für einen Druck von 29,0 bar bemessen.

Nach Abschluß der Arbeiten wurden der Kraftabstieg und das Hosenrohr einer Druckprüfung mit einem Prüfdruck von 32,5 bar unterzogen.

 

KRAFTHAUS

Das Krafthaus befindet sich oberhalb von St. Leonhard orografisch rechts der Passer.

Der prismatische Baukörper besteht aus der Maschinenhalle, dem davor angeordneten niedrigeren Baukörper für die elektrischen Einrichtungen für den Eigenbedarf und die Trafonischen im Erdgeschoß, die Schaltwarte, Büround Nebenräume im Obergeschoß und dem seitlich im Westen angebauten Trakt mit der Hochspannungsschaltanlage und dem Umspannwerk der Energieund Umweltbetriebe Moos. Das Bauwerk schließt mit seiner Längsseite an die steile, kompakte Felswand der rechten Talseite an. Bei der architektonischen Gestaltung des Krafthauses wurde versucht, das doch erhebliche Bauvolumen zu kaschieren und dem Gebäude ein gefälliges und elegantes Erscheinungsbild zu geben. Der Boden des Krafthauses befindet sich auf 673,20 m Meereshöhe.
Im Maschinenraum mit den Abmessungen Länge x Breite x Höhe = 30,40 m x 13,20 m x 9,80 m sind zwei baugleiche Maschinensätze untergebracht. Die Maschinensätze mit vertikaler Achse bestehen je aus einer sechsdüsigen Peltonturbine und einem direktangetrieben Drehstromgenerator. Die Mitte des Turbinenlaufrades befindet sich auf 672,00 m Meereshöhe.
Der Maschinenraum wird von einem Hallenkran mit einer Nutzlast von 60 Tonnen bestrichen.Das Kraftwerk und das im Westtrakt integrierte 132/20 kV Umspannwerk verfügen über eine gemeinsame Hochspannungsschaltanlage.

 

WASSERRÜCKGABE

Das von den Turbinen abgearbeitete Wasser gelangt über zwei kurze unterirdische Kanäle aus Stahlbeton in ein naturnah gestaltetes Becken, von wo aus es mit einem Überfall mit Kante auf 669,50 m Meereshöhe der Passer oberhalb von St. Leonhard wieder zurückgegeben wird.
Der Überfall wurde als sogenannte Rodeowelle gestaltet und wird von den Sportkanufahrern zur Übung genutzt.

 

ELEKTRISCHE UND MASCHINELLE AUSRÜSTUNG

1. TURBINEN
Jeder Maschinensatz besteht aus einer sechsdüsigen Peltonturbine und einem direkt angetriebenen Drehstromsynchrongenerator. Die beiden Turbinen weisen folgende Konstruktionsdaten auf:

Bruttofallhöhe 258 m
Nettofallhöhet 251 m
Wassermenge 6,0 m3/s
Nenndrehzahl 428,6 UpM

2. GENERATOREN
Die Generatoren sind 3-phasige, bürstenlose Synchrongeneratoren. Die Generatorwelle ist mit zwei ölgeschmierten Gleitlagern ausgestattet, wobei das obere Generatorlager als kombiniertes Spurund Führungslager ausgelegt ist und das gesamte Gewicht der rotierenden Teile aufnimmt.
Die Generatoren sind luftgekühlt mit Rückkühlung der Luft in Luft/Wasserwärmetauschern.

Nennleistung 16.500 kVA
Nennspannung 10,0 kV
Nenndrehzahl 428,6 UpM

Die Verlustwärme der Generatoren wird aus dem Generatorkühlkreis ausgekoppelt und zur Aufheizung des Wassers des Freibades von St. Leonhard genutzt. Durch diese Wärmenutzung können ca. 40.000 m3/Jahr an Erdgas eingespart werden, die früher für die Erwärmung des Schwimmbadwassers benötigt wurden.

3. TRANSFORMATOREN
Jeder Generator ist mit einem eigenen Transformator direkt verbunden (Blockschaltung). Als Blocktrafos kommen luftge- kühlte Öltransformatoren mit Ausdehnungsgefäß, Buchholz- relais und Temperaturüberwachungseinheit mit folgenden Daten zum Einsatz:

Nennleistung 16.500 kVA
Übersetzungsverhältnis im Leerlauf 10/138 kV ± 2 x 2,5 %
Schaltgruppe YNd11

 

STEUERUNG UND ÜBERWACHUNG

Das Kraftwerk ist für einen vollautomatischen und wärterlosen Betrieb ausgelegt.
Die Leistung der Turbinen wird automatisch dem verfügbaren Zufluß bei der Wasserfassung angepaßt. Anfahren, Synchronisierung mit dem Netz, Parallelschaltung mit dem Netz, Stillsetzung und Gefahrenabschaltung erfolgen nach automatischen Steuerabfolgen. Alle relevanten Betriebsdaten werden auf Bildschirm aufgezeigt und elektronisch archiviert. Störmeldungen und Alarme werden über das mobile Telefonnetz an den Bereitschaftsdienst abgesetzt. Verschiedene Schutzeinrichtungen garantieren einen gefahrlosen und sicheren Betrieb der Anlage.
Die Eigenversorgung des Kraftwerkes mit 230/400 V erfolgt mit 3 Transformatoren zu 250 kVA Leistung, von denen immer nur einer in Betrieb ist. Die Eigenversorgung kann wahlweise entweder aus dem örtlichen Verteilernetz (bei Stillstand des Kraftwerkes) oder beim Regelfall von den beiden Generatorableitungen gespeist werden.

NETZANSCHLUSS

Die von den Generatoren mit einer Spannung von 10 kV erzeugte Energie wird von den Transformatoren auf die Spannung von 132 kV erhöht. Als Schaltanlage wurde eine gasisolierte Schaltanlage gewählt.
Die Schaltanlage ist in einem eigenen Raum untergebracht und verfügt über 5 Schaltfelder:
Je ein Schaltfeld für die beiden Maschinensätze des Kraftwerkes, je ein Schaltfeld für die beiden 132/20 kV Transformatoren des Umspannwerkes der Energieund Umweltbetriebe Moos und ein Schaltfeld für den 132 kVLeitungsabgang.

Eine 1,8 km lange erdverlegte Hochspannungskabelleitung leitet den erzeugten Strom zum ENEL Umspannwerk in St. Leonhard.

Hier erfolgt der Anschluß an das Verbundnetz des nationalen Netzbetreibers TERNA.

 

TECHNISCHE DATEN

Oberfläche des genutzten Einzugsgebietes 180,2 km²
Kote Stauziel Wasserfassung 930,00 m ü.d.M.
Kote Krafthaus (Mitte Turbinenlaufrad) 672,00 m ü.d.M.
Kote Wasserrückgabe 669,50 m ü.d.M.
Bruttofallhöhe 258,0 m
Ausbauwassermenge 12,00 m3/s
Nettofallhöhe bei Ausbaudurchfluß 251,7 m
Maximale Leistung 26 MW
Installierte Leistung (Generatoren) 2 x 16.500 kVA
Arbeitsvermögen im Regeljahr 102 Mio. kWh
Mittlere abgeleitete Wassermenge 5,25 m3/s
Mittlere Jahresnennleistung (Konzessionsleistung) 13.305,15 kW
Gesamtkosten ca. 55 Mio. Euro

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