Teilrevision eines Wasserkraftwerks Kraftwerk-Modernisierung

Autor / Redakteur: Christian Gempeler, Wandfluh AG / Silvano Böni

Als Entwickler und Hersteller hochpräziser Hydraulikventile mit dazugehöriger Elektronik unterhält Wandfluh in der Schweiz und im Ausland einen breit abgestützten System- und Aggregatebau. Die Aktivitäten liegen vor allem in den Bereichen Industrie, Mobile, Schiffsbau und Energie.

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Das zur Modernisierung der Kraftwerksanlage entwickelte Aggregat.
Das zur Modernisierung der Kraftwerksanlage entwickelte Aggregat.
(Bild: Wandfluh)

In der innovativen Energiebranche liegen die Anforderungen an ein Hydrauliksystem vor allem in der Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit der einzelnen Komponenten. Das erste Projekt im Gebiet der erneuerbaren Energie, an welchem Wandfluh beteiligt war, geht in die frühen Sechzigerjahre zurück. Seither wurden zahlreiche Projekte besonders im Bereich der Wasserkraft und der thermischen Energie umgesetzt.

Ein umfangreiches Fachwissen und ein möglichst grosser Erfahrungsschatz in der Auslegung und Berechnung solcher Hydrauliksysteme ist vor allem im Energiesektor von grossem Nutzen, denn bei den Projekten handelt es sich meist um «Prototypen», welche dann nicht selten im Dauerbetrieb und in einer Umgebung mit erhöhten Sicherheitsauflagen eingesetzt werden. Die Nutzungsdauer eines Hydrauliksystems im Dauerbetrieb liegt in dieser Branche bei 40 Jahren und mehr. Sie ist damit weit grösser als in den übrigen Einsatzgebieten.

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Zwei neue Hydraulikaggregate

Jüngstes Beispiel für ein Wandfluh-Projekt in der erneuerbaren Energie ist ein Wasserkraftwerk im Kanton Glarus, wo anlässlich einer Teilrevision zwei neue Hydraulikaggregate mit diversen Zusatzkomponenten entwickelt werden konnten. Das aus dem Jahre 1964 stammende Wasserkraftwerk ist mit zwei unabhängig voneinander laufenden Francis-Turbinen ausgestattet. Mit einem Nenndurchfluss von 32 m3/s und einer mittleren Jahresproduktion von rund 80 GWh zählt es zu einem der grösseren Kraftwerke der Schweiz. Die Projektvergabe erfolgte über eine Ausschreibung, bei welcher energetische Kriterien und innovative Ansätze in die Bewertung mit einbezogen wurden. Nebst wirtschaftlichen und energiesparenden Verbesserungen enthielt das Konzept von Wandfluh auch ressourcenschonende Ansätze, so beispielsweise bei einem Ölwechsel eine Verringerung des Hydraulikölbedarfs von jeweils rund 400 Litern, was zu einer Kosteneinsparung von jeweils circa CHF 6000.– führt, über eine Betriebsdauer von mehreren Jahrzehnten.

Modernisierung der Ansteuerung

Hauptziel der geplanten Teilrevision war die Modernisierung der elektrischen Ansteuerung und die damit verbundene Einbindung in das Leitsystem des Kraftwerkbetreibers. Dafür wurde durch eine Drittfirma eine neue Steuereinheit entworfen, in welche direkt auch die Wandfluh-Verstärkerelektronik SD7 integriert wurde. Das damit angesteuerte Hydrauliksystem übernimmt einerseits die Regelung der Turbinendrehzahl und andererseits die Ab- und Notausschaltung der Turbinen durch ein komplettes Trennen der Druckwasserzufuhr. Dies geschieht über einen grossen Kugelschieber mit nachfolgendem Druckregler, der die enorm hohen Wasserdrücke abfängt, welche beim Öffnen und Schliessen des Kugelschiebers entstehen. Aufgrund der extrem hohen Kräfte, die bei der Stromgewinnung durch Wasserkraft entstehen, gelten besonders in diesen Bereichen sehr hohe Anforderungen an die technischen Sicherheitseinrichtungen. Nebst gängigen Redundanzen wurden bereits bei der Planung grosse Hydraulikspeicher im Projekt mit eingeplant, die auch bei Stromausfall eine saubere Abschaltung der Turbinen mittels Kugelschieber und Druckregler garantieren. Im Gegensatz zu den Kugelschiebern, die auf einen Betriebsdruck von 80 bar ausgelegt wurden, arbeiten die Turbinenregler mit einem deutlich tieferen Betriebsdruck von lediglich 18 bar.

Auf die Kundenbedürfnisse ausgelegt

Das Problem in einem Hydrauliksystem mit relativ kleinen Drücken und hohen Durchflussmengen zeigt sich darin, dass bereits kleinste Druckänderungen zu sichtbaren Steuerausschlägen führen und ein System so in Schwingung geraten kann. Die im Vorfeld definierten Druckverhältnisse müssen somit zwingend und unabhängig von einer Lastveränderung stabil gehalten werden. Dies ist in einem Projekt dieser Grössenordnung eine interessante Herausforderung, die nur durch den Einsatz von speziell konstruierten Hydraulikkomponenten gelöst werden konnte.

Hier zeigten sich die bedeutenden Vorteile einer hausinternen Entwicklungs- und Produktionsstätte. Besonders durch eine enge Zusammenarbeit unter den verschiedenen Engineering-Teams, aber auch direkt mit dem Kunden konnte ein kompromisslos auf die Kundenbedürfnisse ausgelegtes Hydrauliksystem entwickelt werden, das einen zuverlässigen Dauerbetrieb für die kommenden Jahrzehnte garantiert. -sbo- SMM

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