Forstbetrieb in Frohnleiten setzt auf ökologische Stromproduktion

Die Anlage am Gamsbach im steirischen Frohnleiten ist das bereits 7. Kleinwasserkraftwerk der Mayr-Melnhof Ökoressourcen GmbH. Im Regeljahr kann die neue Ausleitungsanlage rund 2,8 GWh sauberen Strom erzeugen.

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FORSTBETRIEB ERSCHLIESST GAMSBACH ERSTMALS FÜR DIE SAUBERE STROMPRODUKTION

Im Sommer 2021 nahm ein neues Wasserkraftwerk am Gamsbach in der steirischen Gemeinde Frohnleiten zum ersten Mal den Betrieb auf. Realisiert wurde das Projekt von der Mayr-Melnhof Ökoressourcen GmbH, die mit der Anlage am Gamsbach nun bereits ihr siebentes Kleinwasserkraftwerk errichtet hat. Das neueste Kraftwerk nutzt zur Stromgewinnung eine Bruttofallhöhe von knapp 90 m und eine maximale Ausbauwassermenge von 1.000 l/s, womit die 6-düsige Pelton Turbine im Maschinengebäude eine Engpassleistung von 715 kW erreicht. Im Regeljahr wird die neue Ökostromanlage in Frohnleiten rund 2,8 Millionen kWh saubere Energie produzieren.

Als Österreichs größter privater Waldbesitzer bewirtschaftet der Forstbetrieb von Baron Franz-Mayr-Melnhof-Saurau eine Fläche von rund 32.600 Hektar. Diese erstreckt sich über den Zentralraum der Steiermark und besteht im Wesentlichen aus zwei großen zusammenhängenden Waldgebieten. Im rund 30 Kilometer nördlich von Graz gelegenen Frohnleiten befindet sich die Zentrale der Mayr-Melnhof Forstgruppe, unter deren Dach rund 180 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt sind. Eine Tochtergesellschaft der MM Forstgruppe bildet die MM Ökoressourcen GmbH, die sich primär mit dem Ausbau erneuerbarer Energien auf den Liegenschaften des Forstbetriebs beschäftigt. Dabei steht neben der Nutzung von Biomasse und Photovoltaik vor allem die Wasserkraft im Vordergrund, erklärt Forstdirektor Willibald Ehrenhöfer: „Vor gut zehn Jahren haben wir in Kooperation mit der Universität Weihenstephan begonnen, verschiedene ökoenergietechnische Potentialstudien auf unseren Liegenschaften

Die Druckleitung aus GFK-Rohren der Marke Flowtite hat eine Länge von rund 3,3 km und verjüngt sich ab ca. der Hälfte der Rohrtrasse von DN1000 auf DN900. Für die Gewährleistung der ökologischen Durchgängigkeit am Wehrstandort sorgt ein technisch ausgeführter Schlitzpass.

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zu erstellen. Dies umfasste unter anderem das Einsparen von Energie, etwa durch die Wärmedämmung an bestehenden Gebäuden oder die Umrüstung Dutzender Heizanlagen von Öl auf Pellets. Darüber hinaus sollten ungenutzte nachhaltige Energiequellen – in erster Linie Wasserkraft – erschlossen werden.“

ERSTES KRAFTWERK AM GAMSBACH

Geeignete Dachflächen wurden mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet. Für die Wärmeversorgung mehrerer Betriebsgebäude sorgen zwei Biomasseheizanlagen, in denen Holz aus eigenen Beständen verfeuert wird. Zudem wurde vor allem der Ausbau der Wasserkraft in bemerkenswerter Weise vorangetrieben. Seit der Gründung der MM Ökoressourcen GmbH wurden insgesamt sieben Kleinwasserkraftwerke errichtet, wovon fünf dieser Anlagen zur Gänze im Eigenbesitz stehen, bei den anderen beiden Kraftwerken ist MM der Mehrheitseigentümer. Das jüngste Wasserkraftwerk von MM ging im Sommer des Vorjahres nur wenige Kilometer vom Sitz der Forstdirektion entfernt im Frohnleitener Gamsgraben in Betrieb. Die Wasserfassung der Anlage wurde ca. 25 m unterhalb der Einmündung des Pöllerbachs in den Gamsbach situiert, womit ein noch größeres Einzugsgebiet zur Stromgewinnung genutzt werden kann. Das entnommene Triebwasser gelangt durch einen rund 3,3 km langen Kraftabstieg ins Maschinengebäude und fließt nach der Turbinierung über den natürlichen Gewässerverlauf in die Mur.

BEWÄHRTE PROFIS AM WERK

Für die Umsetzung der Bau- und Techniklose wurden im Rahmen der Ausschreibung eine Reihe von bewährten Branchenexperten beauftragt, deren Kompetenz bei MM schon von früheren Wasserkraftprojekten bekannt war. Im Sinne der regionalen Wertschöpfung sowie kurzer Transport- und Anfahrtswege war es erfreulich, dass der Großteil der am Projekt beteiligten Unternehmen aus der Steiermark stammt. Etwa die Heinrich-Bau GmbH aus Fürstenfeld, die den Zuschlag für die kompletten Hoch- und Tiefbauarbeiten inklusive der Druckrohrverlegung erhielt. Mit der Generalplanung des Projekts wurde die nicht nur im Kleinwasserkraftsektor renommierte InterTechno Engineering GmbH aus Gleisdorf beauftragt. Der komplette Stahlwasserbau an der Wasserfassung stammt von der Mayrhofer Maschinenbau GmbH aus dem steirischen Wenigzell. Bei der Ausstattung des Krafthauses setzten die Betreiber auf die Kompetenz der Osttiroler Maschinenbau Unterlercher GmbH, die für das Projekt ein elektromechanisches Komplettpaket schnürte. Für die Ausführung der Kraftwerkssteuerung sorgte mit der aepick GmbH ein weiteres Unternehmen aus der Steiermark.

3,3 KM LANGER KRAFTABSTIEG

Die Bauphase startete mit den Aushubarbeiten für das Krafthaus im November 2020, wenig später begann die Verlegung der Druckrohrleitung. Die Höhenlage des Projektgebiets zwischen ca. 520 und 430 m Seehöhe machte es möglich, dass die Arbeiten

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auch während der kalten Jahreszeit durchgeführt werden konnten. „Angesichts des aktuellen Baustoffmangels und hoher Gestehungskosten sind wir froh, dass das Projekt frühzeitig ausgeschrieben wurde. Wäre die Ausschreibung ein Jahr später erfolgt, hätte dies die Baukosten wahrscheinlich um bis zu 30 Prozent in die Höhe getrieben“, so Ehrenhöfer. Der größte Bauaufwand des Projekts war mit der Herstellung der insgesamt ca. 3.320 m langen Druckrohrleitungen verbunden, deren Verlauf fast ausschließlich über Eigengrund von MM führt. Grundsätzlich verläuft die Druckleitung in einem konstanten Gefälle, wobei die Rohrleitung im unteren Abschnitt die Gemeindestraße unterquert. Einige 100 m weiter in Fließrichtung wechselt die Druckleitung mittels Unterdükerung kurz vor dem Krafthaus noch auf die orographisch rechte Gewässerseite. Hergestellt wurde der Kraftabstieg zur Gänze aus glasfaserverstärkten Kunststoffrohren (GFK) der Marke Flowtite, die der niederösterreichischen Vertriebsprofi Etertec lieferte. Die äußerst glatte Innenfläche der Flowtite-Rohre gewährleisten geringen Druckverlust, maximalen Energieertrag sowie konstante hydraulische Eigenschaften und machen diese somit bestens geeignet für die hohen Ansprüche im Wasserkraftsektor. Der obere, ca. 1.660 m lange Abschnitt der Druckleitung wurde in der Dimension DN1000 ausgeführt, danach verjüngt sich die Leitung bis zum Eintritt ins Maschinengebäude auf DN900. Begünstigt wurde die Rohrverlegung vom eingespielten Montageteam von Heinrich-Bau und dem anwenderfreundlichen Muffensystem von Flowtite. Die Muffenverbindungen erlauben – je nach Rohrdimension – geringfügige Abwinkelungen der Rohrenden innerhalb der Muffen. Richtungsanpassungen der Druckleitung können somit ohne den Einsatz zusätzlicher Rohrkrümmer hergestellt werden. „Glücklicherweise herrschen entlang der Rohrtrasse günstige geologische Bedingungen für die Rohrverlegungen, Schremmarbeiten waren lediglich auf einem sehr kurzen Abschnitt erforderlich. Die Arbeiten wurden mit größtmöglicher Rücksicht auf die Natur und die Umgebung durchgeführt. Beispielsweise wurde der Wurzelraum einer als Naturdenkmal ausgewiesenen Rosskastanie im Trassenverlauf von der Druckrohrleitung mit großzügigem Sicherheitsabstand umfahren“, erklärt Ehrenhöfer.

An der Wehranlage erfolgt der Einzug von bis zu 1.000 l/s Ausbauwassermenge. Den gesamten Stahlwasserbau lieferte die steirische Mayrhofer GmbH.

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AUSGEREIFTE TECHNIK AN DER WASSERFASSUNG

Am Standort der Wasserfassung konnten die Arbeiten zur Herstellung des Betonbaus unmittelbar nach der Schneeschmelze im Frühjahr 2021 beginnen. Diese besteht aus einer zweifeldrigen Wehranlage mit Wehrklappe und Grundablassschütz sowie dem am linken Ufer situierten Einlauf- und Entsanderbauwerk inklusive den entsprechenden Spül-, Abgabe- und Steuerungseinrichtungen. Das Aufstauen des Gewässers übernimmt eine 8 m breite Wehrklappe, die von Maschinenbau Mayrhofer in gewohnt massiver Ausführung hergestellt wurde. Über den Grundablassschütz mit aufgesetzter Klappe kann grobes Treibgut auf direktem Weg in den Unterwasserbereich abgegeben werden. Zusätzlich sorgt die hydraulisch bewegte Klappe am Grundablass für die Regelung der dynamischen Restwasserdotation und die Verbesserung der Abfuhrtätigkeit bei Hochwassersituationen. Die minimale Restwasserabgabe des Kraftwerks Gamsbach beträgt 100 l/s, darüber hinaus müssen bis zu 20 Prozent der jeweiligen Zuflussmenge bis zum Erreichen der Ausbauwassermenge von 1 m³/s dotiert werden. Von der Basisdotation dienen 78 l/s konstant zur Versorgung der Fischaufstiegsanlage, die restlichen 22 l/s fließen über eine Dotationsöffnung im Entsanderbecken zurück in die Restwasserstrecke. Am Ende des Entsanderbeckens montierte Mayrhofer einen 2 m breiten vertikalen Feinrechen mit 10 mm lichter Weite samt pegelgeregeltem Rechenreiniger in Teleskopausführung. Für die Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit an der Wehranlage sorgt ein auf der rechten Uferseite als technischer Schlitzpass ausgeführter Fischaufstieg. Das fischökologische Monitoring des Beckenpasses mit Querwerken aus Betonscheiben und rau überschütteten Übergängen wurde bereits erfolgreich abgeschlossen.

6-DÜSIGES KRAFTPAKET AUS OSTTIROL

Als Herzstück des ersten Wasserkraftwerks am Gamsbach kommt eine 6-düsige Pelton-Tur-

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Mayr-Melnhof-Forstdirektor Willibald Ehrenhöfer neben der 6-düsigen Pelton-Turbine von der Maschinenbau Unterlercher GmbH. Bei vollem Wasserdargebot erreicht die Maschine eine mechanische Engpassleistung von 715 kW. Der direkt gekoppelte Synchron-Generator von Hitzinger sorgt für beste Wirkungsgrade.

bine in vertikalachsiger Ausführung zum Einsatz. Mit dieser Vielzahl an Düsen kann die von der Maschinenbau Unterlercher GmbH gefertigte Turbine auch bei verringertem Wasserdargebot ein Maximum an Effizienz generieren. Die Turbinenschaufeln des Pelton-Laufrads werden bei der Fertigung von den Osttirolern aus einem Edelstahlblock gefräst und danach mittels stoff- und formschlüssiger Verbindung zu einem qualitativ hochwertigen Laufrad zusammengefügt. Mit dieser patentierten Bauweise vereint Unterlercher ein Höchstmaß an Genauigkeit und absolute Betriebssicherheit. Für die exakte Regelung der rund um das freistehende Turbinengehäuse angeordneten Pelton-Düsen sorgen elektrische Stellmotoren. Bei einer Bruttofallhöhe von 89,9 m und vollem Wasserdargebot erreicht das Kraftpaket eine mechanische Engpassleistung von 715 kW. Das elektrotechnische Equipment der Anlage inklusive Leittechnik lieferte die aepick GmbH aus dem steirischen St. Georgen ob Judenburg. Dazu zählten unter anderem die Niederspannungsanlage, die Schutz- und Steuerungseinrichtungen sowie die Notstromversorgung. Die digitale Kommunikation zwischen dem Krafthaus und der Wasserfassung erfolgt über einen gemeinsam mit der Druckrohrleitung verlegten Lichtwellenleiter. Dem Stand der Technik entsprechend funktioniert die Stromproduktion der Anlage vollautomatisch. Über einen sicheren VPN-Zugang hat das für die Betriebsführung zuständige Personal von MM rund um die Uhr Zugriff auf die Kraftwerkssteuerung.

WIRKUNGSGRADSTARKER ENERGIEWANDLER

Die Umwandlung der kinetischen Bewegungsenergie in elektrischen Strom übernimmt ein Synchron-Generator vom oberösterreichischen Traditionshersteller Hitzinger. Die Generatorwelle wird ohne zwischengeschaltetes Getriebe vom direkt gekoppelten Turbinen-Laufrad mit exakt 500 U/min angetrieben. Wie bei den Linzern üblich wurde der Generator von Grund auf für die Anforderungen des Kraftwerks Gamsbach konstruiert und ausgelegt. Dies beginnt bei der magnetischen Auslegung und reicht über die Anpassung des Isolationssystems bis hin zum idealen Eisen-Kupfer-Verhältnis. Für die Rotoren und Statoren der Maschinen kommen unterschiedliche Spezialharze zum Einsatz. Bei der Konstruktion nutzt Hitzinger neben der fundierten Erfahrung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter eine ausgefeilte Software, die in jahrzehntelanger Entwicklungsarbeit permanent verfeinert und verbessert wurde. Dank der engen Zusammenarbeit

Die exakte Regelung der Pelton-Düsen übernehmen sechs elektrisch betriebene Stellmotoren.

Technische Daten

• Ausbauwassermenge: 1.000 l/s • Bruttofallhöhe: 89,90 m • Nettofallhöhe: 85,10 m • Druckleitung: 3.320 m, GFK • Ø: DN1000/900 „Flowite“ • Lieferant: Etertec • Turbine: Pelton • Welle: vertikal • Engpassleistung: 715 kW • Hersteller: Maschinenbau Unterlercher • Generator: Synchron • Spannung: 400 V • Nennscheinleistung: 850 kVA • Hersteller: Hitzinger • Jahresarbeit: ca. 2,8 GWh

mit dem Linzer Stahlkonzern VOEST kann Hitzinger seine Maschinen mit modernen Hochleistungsstahlblechen bestücken. Die Kombination aus hoher Temperaturbeständigkeit und äußerst dünner Blechstärke sorgt für eine Minimierung von Verlusten und führt in weiterer Folge zu sehr guten Wirkungsgraden. Für optimale Betriebstemperaturen und leise Betriebsgeräusche bei der Stromgewinnung wurde der Generatormantel mit einer Wasserkühlung ausgestattet. Versorgt wird der Kühlkreislauf von einem im Unterwasserbereich platzierten Wärmetauscher, der vom abgearbeiteten Triebwasser der Turbine gekühlt wird. Der 3-phasige Generator für das Projekt Gamsbach wurde auf eine Frequenz von 50 Hz und eine Spannung von 400 V ausgelegt, seine Nennscheinleistung beträgt 850 kVA. Um das Einbringen der knapp 6 t schweren Maschine mittels Mobilkran so unkompliziert wie möglich zu gestalten, wurde das Dach des Maschinengebäudes als abhebbare Brettsperrholzkonstruktion ausgeführt. Diese Variante hat sich laut Ehrenhöfer bei allen Wasserkraftwerken von MM als sehr praktikabel erwiesen.

ERSTER VOLLLASTBETRIEB IN SICHTWEITE

Rund acht Monate nach Baubeginn konnte das erste Wasserkraftwerk am Gamsbach Ende Juli des Vorjahres erstmals den Probebetrieb aufnehmen. „Der gesetzte Zeitplan zur Fertigstellung musste lediglich wegen einer Lieferverzögerung um eine Woche nach hinten verschoben werden. Im Großen und Ganzen hat die Baustelle sehr gut funktioniert. Zu verdanken ist dies in erster Linie den an der Umsetzung beteiligten Unternehmen, die allesamt eine sehr gute Arbeit abgeliefert haben. Obwohl wir die Anlage seit der Inbetriebnahme wegen anhaltend geringer Niederschläge noch nicht unter Volllast testen konnten, sind die ersten Betriebserfahrungen dennoch positiv. Im heurigen Frühjahr zur Schneeschmelze wird das Kraftwerk zeigen, was es bei vollem Wasserdargebot zu leisten vermag“, so Willibald Ehrenhöfer. In Summe investierte MM ca. 2,8 Millionen Euro in die Realisierung des Kraftwerks Gamsbach, das im Regeljahr rund 2,8 GWh Ökostrom erzeugen kann.

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Die Kraftwerkssteuerung inkl. elektrotechnischem Equipment stammt von der aepick GmbH.

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