Wasserkraftwerk Gapp - Wattens


Das E-Werk Gapp wurde in den Jahren 1998 bis 1999 erbaut und befindet sich in Wattens (Nordtirol) am Weerbach. Das zur Verfügung stehende Wasser hängt direkt vom Unterwasser des darüberliegenden E-Werk Haim II ab, welches in seine Konzeption und Betriebsweise zur Spitzenstromgenerierung für das Energieversorgungsunternehmen Haim dient.
Krafthaus E-Werk Gapp (Vorderansicht)
Durch die kompakte Bauweise der drei Propellerturbinen konnte die Kubatur das Maschinenraumes erheblich reduziert werden.
Eine Besonderheit dieses E-Werkes ist, daß im Betrieb mit einer sehr stark schwankenden Wasserführung zu rechnen ist, je nach Lastsituation des E-Werkes Haim II. Die nutzbare Wassermenge schwankt dabei zwischen einem Minimum von 150 l/s und einer maximalen Wassermenge von 1.500 l/s.
Überraich Krafthaus (Draufsicht)
Die Gesamtlänge des Überraichs beträgt ca. 8 m.
Die Bruttofallhöhe des Wasserkraftwerkes beträgt bei minimalem Unterwasserrückstau 4,7 m (geplant 5,2 m). Aufgrund der großen Schwankungsbreite zwischen minimaler und maximaler Wasserführung ist die Auswahl der Turbinen von entscheidender Bedeutung, damit auch noch bei kleineren Wassermengen die Anlage mit einem akzeptablen Wirkunggrad betrieben werden kann.
Ansicht der drei Maschinensätze
Die erste der drei Propellerturbinen (im Vordergrund) wird drehzahlvariabel betrieben.
Die ursprüngliche Planung (laut Einreicheprojekt) sah zwei Francis Schachtturbinen vor, mit einem Nenndurchsatz von 600 l/s und 1.000 l/s.
Rohreinführung für Maschinensätze
Der Zulauf zu den Turbinen wird über eine Schnellschlußklappe im Oberwasserschacht kontrolliert.
Bedenkt man jedoch, daß der Wirkungsgrad einer Franzisturbine bei Wassermengen kleiner als der halben Nennwassermenge stark abfällt, und die Anlage des öftern auch mit unter 300 l/s betrieben wird, um dann vielleicht im nächsten Augenblick wieder mit einer Wassermenge von 1.200 l/s zu fahren, so würde eine solche Anlage die Anforderungen nicht erfüllen. Hinzu kommen noch die steuer- und regelungstechnischen Anforderungen an die beiden Turbinengruppen, die nur mit sehr hohem finanziellen und technischem Aufwand zu realisieren gewesen wären.
Schaltschrank
für Steuerung und Regelung, bzw. Umrichter mit Netzpulser.
Eine weitere Alternative wäre eine Durchströmturbine von Typ Ossberger. Im Teillastbetrieb zeichnet sich eine Dreikammer-Durchströmturbine mit einem recht guten relativen Wirkungsgrad aus, jedoch der Gesamtwirkungsgrad liegt in jedem Falle diesseits der 80%. Ein weiterer Punkt der gegen eine Ausführung mit nur einem Maschinensatz spricht ist der, daß bei kleiner Leistung auch der Generatorwirkungsgrad geringer wird und zusätzlich noch Transmissions- oder Getriebeverluste hinzukommen.
Aus den vorher genannten Gründen mußte für diesen speziellen Fall auch eine spezielle Lösung her, die wir in der Variante mit drei Kaplanrohrturbinen sahen.
Prinzipieller Aufbau einer Kaplanturbine
Die Kaplanturbine besteht im wesentlichen aus einem Leitapparat unmittelbar vor dem Kaplanturbinenlaufrad und dem eigentlichen Laufrad.
Alle drei Kaplanturbinen sind ohne verstellbaren Leitapparat und ohne verstellbare Schaufeln ausgeführt um die Turbinen möglichst kostengünstig herzustellen zu können und eine aufwendige Regulierung der Turbinen zu umgehen. Zwei der Maschinensätze werden mit konstanter Drehzahl von 760 U/min mit speziell ausgelegten Asynchrongeneratoren betrieben.
Schaltschränke
(Vorderansichten)
Der Wirkungsgrad dieser Maschinensätze ist sehr hoch; der Turbinen und Generatorwirkungsgrad liegt jeweils um die 90% ! Die Asynchrongeneratoren wurden speziell auf hohem Wirkungsgrad hin ausgelegt. Vergleichsmessungen haben ergeben, daß bei Einsatz von für Motorbetrieb ausgelegten Asynchronmaschinen im Generatorbetrieb - im Falle einer innenbelüfteten Maschine - nur ein Generatorwirkungsgrad von 77% erreicht werden konnte. Auslegungsbedingt haben Standard-Asynchronmaschinen (Motoren) im Generatorbetrieb höhere Eisenverluste aufgrund höherer magnetischer Flußdichten im Eisen, die dann zu einer entsprechenden höheren Wärmeentwicklung führen und den Wirkungsgrad verschlechtern.
Die dritte Maschinengruppe ist mit einer drehzahlvariablen Asynchronmaschine ausgeführt worden, die von einer minimalen Drehzahl von 300 U/min bis zu einer maximalen Drehzahl von 900 U/min geregelt werden kann. Die Leistung kann somit in einem Bereich von 4,2 kW bis 14 kW verstellt werden, der Wasserdurchsatz von ca 150 l/s auf 450 l/s. Der Wirkungsgrad dieses Maschinensatzes liegt etwas niedriger als der der beide anderen, da zusätzlich die Verluste im Umrichter anfallen und auch die Turbinengeometrie nur für die Nenndrehzahl optimal ist. Auch schankt der Wirkungsgrad der Kaplanturbine bei unterschiedlichen Drehzahlen relativ stark, der Wirkungsgradbestpunkt liegt bei ungefähr 700 U/min.
Kaplan-Turbinenlaufrad mit 6 Schaufeln
Die Turbinenschaufel bestehen aus einer Aluminiumbronzelegierung.
Mit diesem Maschinensatz wird auch die Regelung des Oberwasserstandes ermöglicht. Reicht der Stellbereich nicht mehr aus, so wird eine der beiden anderen Maschinensätze über hydraulisch betätigte Einlaßklappen zu- oder weggeschaltet. Auf diese Art und Weise kann sehr schnell auf die ständig auftretenden Wasserschwankungen reagiert werden.

Ziel der Optimierung war es, die Gesamtkosten der Anlage im Verhältnis zur Energieausbeute zu minimieren.

Bei der Inbetriebnahme ist man jedoch auf ein größeres Problem gestoßen. Im ursprünglichen Projekt ist die Kote des Unterwasserspiegels fehlerhaft eingetragen bzw. vermessen worden. Deshalb beträgt die nutzbare Fallhöhe nicht wie geplant 5,2 m, sondern nur 4,7 m. Das wiederum führte dazu, daß die bereits konstruierten Turbinen nicht den geplanten Durchsatz aufweisen und somit auch nicht die volle Leistung liefern können. Anstelle der geplanten Nennwassermenge von 1.400 l/s kann mit der reduzierten Fallhöhe nur eine Wassermenge von 1.200 l/s verarbeitet werden, was einer Nettoleistung von 40 kW entspricht.

Vorteile dieser Variante

Sollte Interesse an einer Besichtigung der Anlage oder an einer konkreten Beratung bestehen, so ist dies nach Voranmeldung ohne weiters möglich.



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