Artikel BauJournal 02/2009 - Marti Holding AG

Wasserkraft verstärkt gefragt
Curt M. Mayer
Tunnelbau Technologie
Unterirdische Pumpspeicherwerke
im Bau
Zur Bewältigung des ab 030 angesagten Engpasses bei der Stromversorgung
erlangt die Wasserkraft als regenerative Energiequelle wieder zunehmende
Bedeutung. Das grösste Potenzial beim Ausbau liegt in Aufwertungsprojekten
von bestehenden Anlagen. Der Fokus ist dabei auf Pumpspeicherwerke gerichtet,
die grössere Netzstabilität gewährleisten. Die Energiegesellschaften
investieren Milliardenbeträge in Ausbauprojekte für die Wasserkraft.
Das technisch nutzbare Wasserkraftpotenzial
der Schweiz wird auf 41 000 GWh
geschätzt, von dem gegenwärtig 35 500
GWh genutzt werden. Die damit vorhandene
Produktionsreserve lässt nach Meinung
des Bundesamts für Energie (BFE)
für einen weiteren Ausbau noch einen
gewissen Spielraum offen. Dabei stehen
die Optimierung bestehender Anlagen
sowie ein qualitativer Zubau im Mittel-
1
punkt. Gefordert ist eine bessere Anpassung
der Produktion an die Nachfrage
durch Steigerung der Speicherkapazität
und Leistungssteigerung.
Aktuell befinden sich zur Produktionssteigerung
die Anlagen Rheinfelden,
Albbruck-Wehrkraftwerk und das Umwälzwerk
Tierfehd GL sowie Nant de
Drance Emosson VS, ferner Anlagen der
KWO am Grimsel im Bau.
2 3
Emosson erfährt Zubau durch
Nant de Drance
Die im Grenzgebiet zu Frankreich seit
1955 beziehungsweise 1975 im Betrieb
stehenden Kraftwerkanlagen von
Emosson erfahren eine Erweiterung
durch das Pumpspeicherwerk Nant de
Drance (PWS NdD). Mit Investitionen
von einer Milliarde Franken wird dabei
eine Produktionsleistung von 600 MW
Bahnstrom 50 Hz erreicht, die 2015 an
das Netz gehen soll.
Das Projekt nutzt das Gefälle zwischen
den beiden bestehenden Stauseen
Emosson und Vieux Emosson auf dem
Gebiet der Walliser Grenzgemeinde Finhaut
zwischen Martigny und Chamonix
zur Produktion von Spitzenenergie. Das
neue Kraftwerk wird komplett unterirdisch
gebaut. Der Zugang zu den auf
1800 m ü. M. liegenden Kavernen wird
durch einen 5,5 km langen Stollen erfolgen.
Bau- und Betriebsgesellschaft von
Alpiq und SBB
Die in Alpiq umfirmierte frühere Atel
und die SBB haben Anfang November
2008 die Bau- und Betriebsgesellschaft
Nant de Drance SA gegründet. Darin
sind die Kraftwerkgesellschaft mit 60 %
und die Bundesbahn mit 40 % beteiligt.
Auch der Kanton Wallis hat sein Interesse
an einer Beteiligung angemeldet.
Im Hinblick auf die Nachfrageentwicklung
in Spitzenzeiten wird Nant de
Drance einen wichtigen Beitrag sowohl
1 Der Zubau von neuen Stromkapazitäten aus
Wasserkraft, der meist unterirdisch und im Gebirge
erfolgt, stellt besondere bautechnische
und logistische Anforderungen. Bild: Projekt
Nant de Drance, 4 x 150 MW.
2 Die Optimierung bestehender Wasserkraftanlagen
gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Dazu gehört das zwischen den beiden Stauseen
von Emosson VS im Bau befindliche Kavernenkraftwerk
Nant de Drance. (Bilder: Alpiq)
3 Die Kraftwerkbetreiber sind auch mit Vorgaben
zur Ertüchtigung bestehender Stauanlagen
konfrontiert, wie die mit Investitionen von 35
Millionen Franken zu verstärkende Staumauer
Toules VS. (Bild: C. Mayer)
Tunnelbau – SchweizerBauJournal – SBJ 2/09

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zur Versorgungssicherheit im Schweizer
Stromnetz als auch zum Abdecken
der ausgeprägten Verbrauchsspitzen
im Bahnbetrieb der SBB und mehrerer
Privatbahnen leisten. Dank entsprechender
Maschinentechnik können innert
kürzester Zeit Netzschwankungen
und auch unregelmässige Produktion
aus erneuerbaren Energien ausgeglichen
werden. Die Anlage wird über einen
ausserordentlich hohen Wirkungsgrad
von über 80 % verfügen.
Baufakten zum Projekt
Nant de Drance
Der grösste Teil der geplanten Anlage
wird untertage ausgeführt und daher
das Landschaftsbild kaum beeinträchtigen,
wie es im Projektbericht heisst.
Die Kavernen als Herzstück der Anlage
weisen dabei eine Felsüberdeckung von
585 m auf. Das feste Ausbruchvolumen
für den Bau der gesamten Anlage von
rund 1,1 Millionen m 3 wird zu etwa
einem Viertel für die Betonherstellung
wieder verwendet, das restliche
Ausbruchmaterial wird in die Deponie
Châtelard gebracht.
Das Portal des Zugangsstollens kommt
auf der nördlichen Seite der bestehenden
Kraftwerkanlage CFF in Le Châtelard
auf 1120 m ü. M. zu liegen. Die Deponie
des Ausbruchmaterials erfolgt direkt
beim Stollenportal nördlich des Ausgleichsbeckens.
Die Eingriffe durch den
Stollenbau und die Ausbruchdeponie
ins Landschaftsbild werden dank der
Lage in einer Geländemulde nicht weit
sichtbar sein; zudem liegt die Deponie
nicht in einer Gewässerschutzzone.
Hauptanlagenteile des Bauprojekts
• Stausee Vieux Emosson mit der 1955
fertiggestellten 45 m hohen Bogengewichtsmauer.
• Zwei unabhängige Triebwasserwege
mit je einer/einem Wasserfassung Vieux
Emosson inklusive anschliessender
Schützenkammer, Oberwasser-Druck-
stollen, Vertikalschacht, Flachstrecke
des OW-Druckstollens, UW-Druckstollens,
Wasserfassung Emosson.
• Stausee Emosson mit der 1974 fertiggestellten
180 m hohen Bogenmauer.
• Maschinenkaverne mit vier Vario-
Pumpturbinen à je 150 MW.
• Trafo- und Schaltanlagenkaverne mit
den AC-Erregungen, den 12 Einphasentransformatoren,
der Lüftungszentrale
und der HS-Schaltanlage
380 kV gasisoliert.
• Zufahrtsstollen mit integriertem Drainagestollen
und Werkleitungskanal.
• Lüftungs- und Fluchtwegschacht.
• Deponie Le Châtelard.
• Umrüstung der bestehenden Freileitung
vom Stollenportal in Le Châtelard
bis zur neuen Schaltanlage bei Martigny
zur Aufnahme eines weiteren
380-kV-Leiterpaars.
Es sind vier Francis-Pumpturbinen mit
asynchronem Motor-Generator für die
Ausrüstung des PSW NdD vorgesehen.
Je zwei Maschinengruppen werden
durch ein unabhängiges Triebwassersystem
mit einer Ausbauwassermenge
im Turbinenbetrieb von 120 m 3 /s gespiesen.
Bautechnische Daten
Das Neubauprojekt basiert auf dem bestehenden
Oberbecken Vieux Emosson
mit einem Nutzvolumen von 11,4 Millionen
m 3 und einem Pegel min./max.
2180 / 2205 m ü. M. sowie auf dem Unterbecken
mit 210 Millionen m 3 und dem
Pegel min./max. 1815 / 1930 m ü. M.
Die neu auszubrechende Maschinenkaverne
weist mit 40 m Höhe und 26 m
Breite einen Ausbruchquerschnitt von
1040 m 2 auf. Das ergibt bei einer Kavernenlänge
von 132 m eine totale Ausbruchkubatur
von etwa 137 000 m 3 .
Die Transformatoren- und Schaltanlagenkaverne
ist 168 m lang, 35 m hoch
und 23 m breit. Das ergibt einen Querschnitt
von 800 m 2 und eine totale Ausbruchkubatur
von 134 000 m 3 .
Technologie Tunnelbau
4 Das nach einem Druckleitungsbruch seit Ende
2000 ausser Betrieb stehende Kraftwerk Bieudron
VS wird durch den Einbau eines neuen
Panzerstahlrohres von 4,5 km Länge bis 2010
wieder betriebstüchtig gemacht. (Bild: CDC)
5 Situation des Kraftwerkprojekts Linthal 2015
im Kanton Glarus mit den Objekten zweites Ausgleichsbecken
Tierfehd, dem Zugangsstollen zur
neuen unterirdischen Turbinenkaverne, den
Druckstollen und -schächten sowie der neuen
Staumauer Muttsee auf 2450 m Höhe. (Bild: KLL)
Für das Triebwasser werden zwei unabhängig
voneinander arbeitende Systeme
mit einer Ausbauwassermenge pro
Triebwasserstrang von 120 m 3 /s erstellt.
Die Länge pro Strang beträgt 2230 m,
der Innendurchmesser 6,50 m, das Gewölbe
ist betonverkleidet, eine Panzerung
erfolgt im Hochdruckbereich.
Der Zufahrtstollen ist 5,5 km lang, weist
eine mittlere Neigung von 10,3 % und
einen Ausbruchquerschnitt von 85 m 2
auf (min. 5 x 5 m Lichtraumprofil).
Ausrüstungstechnische Kenndaten
Bei den Pumpturbinen Vario 600 MW
handelt es sich um vier Typen Francis reversibel
mit einem Laufraddurchmesser
von 3550 mm und einer Drehzahl (Turbinenbetrieb/Pumpbetrieb)
von 428,6
± 7 % U/min. Die Einbaukote liegt 1680
m ü. M. und das Gefälle min./max. beträgt
250 / 390 m. Bei einer Nennwassermenge
im Turbinenbetrieb von je
53 m 3 wird eine maximale Leistungsabgabe
von je 157 MW und eine maximale
Leistungsaufnahme von je 154,7 MW
erreicht.
Die Kenndaten des Asynchron-Motor-
Generators lauten Nennleistung Generator
170 MVA Frequenz 50 Hz (+/- 2 %).
Die Energieableitung Kaverne bis Stollenportal
erfolgt mit Kabel 380 kV von
5,7 km Länge.
Bauarbeiten nach Rekurs
aufgenommen
Die Bauarbeiten für das Projekt PWS
NdD haben im September 2008 begonnen,
nachdem bereits vorgängig
SBJ 2/09 – SchweizerBauJournal – Tunnelbau 3

ausgedehnte Sondierbohrungen für
die unterirdische Kaverne sowie die Zugangsstollen
und Tunnels durchgeführt
worden sind. Noch im Herbst fanden
Räumungsarbeiten und Waldrodungen
in Châtelard sowie der Bau eines Vortunnels
statt, um einen reibungslosen
Zugang zur Baustelle zu ermöglichen.
Die Hauptarbeiten am 5,5 km langen
Stollen sind seit Anfang Jahr im Gange.
Gegen den von der damaligen Atel
und der SBB erteilten Zuschlag der
Hauptbaumeisterarbeiten an die Arbeitsgemeinschaft
«Groupement Marti
Implenia» hatte das zweitplatzierte
Mitbewerberkonsortium Beschwerde
erhoben. Diese wurde jedoch von der
Schätzungskommission des Kantons
Solothurn im letzten November abgewiesen.
Kraftwerkbaustellen für
Linth­Limmern
Auch zu hinterst im Glarnerland tut
sich einiges in Sachen Wasserkraftausbau.
45 Jahre nach ihrer Inbetriebnahme
erfahren die aus den Kraftwerken
Muttsee, Tierfehd und Linthal bestehenden
Stromproduktionsanlagen eine
markante Produktionssteigerung.
Dabei werden das Pumpspeicherwerk
Tierfehd gemäss dem Projekt Nestil optimiert
und für das Projekt Linthal 2015
ein neues unterirdisches Pumpspeicherwerk
realisiert.
Die Anlagen der Kraftwerke Linth-Limmern
(KLL) mit einem Einzugsgebiet
von 140 km 2 leisten schon heute einen
wichtigen Beitrag zur Stromversorgung
der Schweiz. Die Ausbauprojekte Nestil
und Linthal 2015 optimieren die bestehenden
Anlagen mit leistungsfähigen
Pumpspeicherwerken und gewährleisten
damit nach Angaben der Kraftwerkbetreiberin
die Stromversorgungssicherheit
in der Nordost- und Zentralschweiz
auch für die Zukunft.
Mit Linthal 2015 wird die Leistung der
KLL um 1000 MW Turbinen- und 1000
MW Pumpleistung erhöht. Die gesam-
Tunnelbau Technologie
ten Investitionen für den Bau belaufen
sich auf rund 1,4 Milliarden Franken.
An den KLL sind die Axpo Tochtergesellschaft
Nordostschweizerische Kraftwerke
AG (NOK) mit 85 % und der Kanton
Glarus mit 15 % beteiligt.
Mit der Konzessionserteilung sind einmalige
Zahlungen von insgesamt rund
150 Millionen Franken an den Kanton
Glarus ausgelöst worden. Gleichzeitig
hat der Verwaltungsrat der Kraftwerke
Linth-Limmern AG Kredite von 40 Millionen
Franken für die Erweiterung des
Ausgleichsbeckens in Tierfehd sowie
von 140 Millionen Franken für die Bauvorbereitungsarbeiten
im Hinblick auf
die Realisierung des neuen Kavernenkraftwerks
Limmern sowie den Ausbau
des Muttsees gesprochen.
Projekt Nestil bereits in Betrieb
Mit dem im Bau befindlichen neuen
Pumpspeicherwerk Tierfehd (Projekt
Nestil) auf dem Areal der dort bestehenden
Zentrale kann das bereits zur
Stromproduktion genutzte Wasser aus
dem Ausgleichsbecken Tierfehd wieder
in den Limmernsee zurückgepumpt und
für die Produktion von Spitzenenergie
genutzt werden. Dieses Werk hat eine
Pumpleistung von 140 MW und eine
Turbinenleistung von 110 MW.
Zudem hat im April 2008 der Bau der
neuen 220/380- kV-Schaltanlage in Tierfehd
für rund 100 Millionen Franken begonnen.
Zusammen mit den laufenden
Erneuerungen an den bestehenden
Kraftwerkanlagen der KLL sind dafür
Investitionen von rund 250 Millionen
Franken erforderlich.
Grossprojekt Linthal 2015
im Anlaufen
Die neue Kraftwerkstufe der KLL basiert
auf dem Konzept, das Wasser aus dem
Limmernsee in den 630 m höher gelegenen
Muttsee zurückzupumpen und
bei Bedarf wieder zur Stromproduktion
nutzen zu können. Damit wird sich die
Leistung von heute rund 340 MW auf
1240 bis 1340 MW erhöhen.
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Das Herzstück des Projekts Linthal 2015
bildet ein neues unterirdisches Pumpspeicherkraftwerk
zwischen dem Limmern-
und dem Muttsee mit einer Leistung
von 1000 MW. Dazu wird auf 1700
m ü. M und 600 m tief im Berginnern
am Fuss der heutigen Staumauer des
Limmernsees eine riesige Felskaverne
ausgebrochen.
In die neue Kraftwerkkaverne werden
vier Pumpturbinen eingebaut.
Die Turbinenzentrale wird über zwei
parallel geführte Druckschächte und
einen Druckstollen mit dem Muttsee
und durch zwei rund 500 m lange Unterwasserstollen
mit dem Limmernsee
verbunden.
Weiterer wesentlicher Bestandteil des
Projekts ist der Bau einer Gewichtsstaumauer
am südlichen Ufer des Muttsees.
Damit wird die Stauhöhe um 28 m auf
2474 m ü. M erhöht und dadurch das
Fassungsvermögen des Sees, der heute
über ein Speichervolumen von 9 Millionen
m 3 Wasser verfügt, auf 24 Millio-
nen m 3 erweitert.
Hinzu kommt ein zusätzliches Ausgleichsbecken
in Tierfehd, das nördlich
der Freiluftschaltanlage angelegt wird.
Das Speichervolumen kann damit von
heute 210 000 m 3 auf 560 000 m 3 gesteigert
werden. Mit dieser Massnahme
können die Maschinen der Pumpspeicherwerke
flexibler eingesetzt werden.
Das Baugesuch dafür wurde im März
2008 eingereicht und erste Vorarbeiten
noch bis Ende Jahr ausgeführt. Die
Hauptarbeiten starten im Frühsommer
2009.
Für die Realisierung dieses Grossprojekts
rechnen NOK und KLL mit einer
6 Übersicht über das Areal der KLL in Tierfehd:
Von links die im Bau befindliche 25-t-Schwerlast-Luftseilbahn,
der Installationsplatz der Arge,
die Zentrale der KLL, die Freiluftschaltanlage
sowie das abhumusierte Gelände für das
zweite Ausgleichsbecken. (Bilder: Chr. Ris / AZS)
7 Winterliches Stimmungsbild bei der Ausbruchdeponie
am Stauseerand. Das Stollenausbruchmaterial
wird mit der Bauseilbahn angeliefert
und am Rande des Limmern-Stausees auf
1860 m Höhe deponiert.
Tunnelbau – SchweizerBauJournal – SBJ 2/09

Planungs- und einer Bauzeit von je fünf
Jahren. So kann vorgesehen werden,
gegen Ende 2015 mit der ersten Pumpturbine
ans Netz zu gehen. Bis zu 250
Personen werden auf den Bauplätzen
tätig sein. Die Erteilung und Annnahme
der neuen Konzession konnte Anfang
2008 abgeschlossen werden.
Langes Warten auf Grossausbau
am Grimsel
Zur Sache Grimselsee-Vergrösserung hat
das Bundesgericht in seinem Urteil vom
20. Februar 2009 entschieden und die
Beschwerde der Kraftwerke Oberhasli
AG abgelehnt. Die KWO hätte sich nach
Aussagen von Direktor Gianni Biasiutti
erhofft, dass das Bundesgericht wenigstens
die Rechtsunsicherheiten, die das
Verwaltungsgericht bezüglich Verfahrensfragen
in fast allen Projekten der
KWO geschaffen hat, klären würde.
Dies ist aber nicht erfolgt.
Die KWO ist nun nach den Worten von
Biasiutti gezwungen, auf die Revision
des Wassernutzungsgesetzes (WNG)
des Kantons Bern zu warten. Nach dem
Willen einer über alle Parteien breit abgestützten
Motion sollen mit dem revidierten
WNG Modernisierungs- und
Erweiterungsprojekte auf bestehenden
Anlagen im Baubewilligungsverfahren
realisiert werden können.
Inserat
SBJ 2/09 – SchweizerBauJournal – Tunnelbau
Ertüchtigungsprojekte realisiert
Mit den im Rahmen des Investitionsprogramms
der KWO erfolgten Aufwertung
der Kraftwerke Innertkirchen 1
und Grimsel 1 hat man im Oberhasli
gezeigt, wie sinnvoll die Leistungs- und
Energieproduktionssteigerungen bei
bestehenden Anlagen sind. In den nunmehr
zehn Jahren, in denen KWO plus
in der Realisierung ist, wurden beim
Kraftwerk Innertkirchen rund 95 Millionen
Franken in einen Parallelstollen zur
Vermeidung von Druckverlusten und in
die Anlagenmodernisierung investiert;
weitere 35 Millionen Franken sind es
bei Grimsel 1 für den Ersatz der Nachschubmaschine.
Mit diesen Massnahmen
konnte zusammen ein Leistungszuwachs
von 60 MW erreicht werden.
Ein weiteres KWO-Projekt betrifft die
Erneuerung des Kraftwerks Handeck 2.
Die 1950 in Betrieb gegangene Anlage
verarbeitet das Wasser aus dem Räterichsboden-
und Mattenalpsee.
Das Investitionsprogramm KWO plus
umfasst heute Projekte mit einem Volumen
von rund 900 Millionen Franken.
Nach dem Bundesgerichtsentscheid ist
es nun unklar, wann die Projekte realisiert
werden können.
Zurzeit laufen zur Instandhaltung und
Modernisierung der Anlagen verschiedene
Retrofit-Projekte. Eines der grösseren
Projekte ist das Retrofit Handeck
Technologie Tunnelbau
Fakten Wasserkraftanlagen
Anzahl Zentralen
mit max. mögl. Leistung >300 kW 532
davon im Ausland 10
Laufkraftwerke 430
Speicherkraftwerke 86
Pumpspeicherkraftwerke 14
Umwälzwerke 2
mit max. mögl. Leistung