MAGAZIN FÜR WASSERKRAFT-TECHNOLOGIEWASSERKRAFTTECHNOLOGIEN

Hypower
HyPower#22 | Frühjahr 2013

Modernisierung als Beitragzu einer sicheren Zukunft

BLICK
NACH
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Herausgeber:
Voith Hydro Holding GmbH & Co. KG
Alexanderstr. 1189522 Heidenheim
Tel: +49 7321 37 0
Fax: +49 7321 37-7828
www.voith.de
A Voith and Siemens Company

innovative Lösungen

SMALL HYDRO IM FOKUS
GREEN ENERGY MIX

Wasserkraft als wegweisende Technologie

editorial

Erfahrung nutzen,
Innovation vorantreiben

Impressum
Herausgeber:
Voith Hydro Holding GmbH & Co. KG
Alexanderstr. 1189522 Heidenheim
www.voith.de
Verantwortlich: Ute Böhringer-Mai
Chefredaktion: Lukas Nemela
Telefon: +49 7321 37 0
Fax:
+49 7321 37-7828
info.voithhydro@voith.com
In Zusammenarbeit mit:
Burda Creative Group GmbHwww.burda-creative-group.de
Papier:Das Recyclingpapier Respecta Silk besteht aus
60 % Recyclingfasern und wurde mit einer Voith
Papiermaschine hergestellt.
Bildnachweise:
S. 5 gettyimages/Yuji Sakai; S. 8–10: Micha Wolfson(3); S. 11: gettyimages/Adam Gault; S. 27: laif/
Tobias Hauser; S. 28–29: unit/500gls; S. 30–31:
EDP Energias de Portugal; S. 32: Erich Meyer;
S. 40–41: Lifesaver (3); S. 43: gettyimages/Yuji Sakai.
Weiteres Bildmaterial ist Eigentum von Voith Hydro.
Alle Angaben zur installierten Leistung enthalten auchDaten von Pumpspeicherkraftwerken. Zahlen zum
Wasserkraftpotenzial beziehen sich auf das technischrealisierbare Wasserkraftpotenzial.
Copyright:
Ohne vorherige schriftliche Genehmigung des Heraus­gebers darf kein Teil dieser Veröffentlichung kopiert,
reproduziert oder auf andere Weise übertragen werdenbzw. es dürfen keine Inhalte ganz oder in Teilen inanderen Werken jedweder Form verwendet werden.

Erfahrung ist unverzichtbar. Nach mehr als 140 Jahren im
Wasserkraftgeschäft kann Voith Hydro aus dem Vollen schöpfen:
Wir haben nicht nur einen wichtigen Beitrag geleistet, um die
ausgereifte Technik der Wasserkraft stetig zu verbessern. Wir
wissen auch, dass wir uns unablässig neue Ziele setzen müssen.
Auf dem Weg zu diesen Zielen zeigen wir die Bereitschaft, ein
Leben lang zu lernen. Das gilt für unsere Produkte und für ­unsere
Mitarbeiter.
Das Prinzip unserer Strategie ist damit klar: Voith Hydro kom­biniert langjährige Erfahrung mit Innovationsfreude, um bessere,effizientere und noch umweltfreundlichere Technik auf den Marktzu bringen. Das ist von hoher Bedeutung für den weiteren Aus­bau der erneuerbaren Energien, denn die Wasserkraft spielt eineentscheidende Rolle bei der zuverlässigen Energieversorgung
von Morgen.
Daher offenbart sich seit einigen Jahren auch der Trend,
bestehende Wasserkraftwerke zu modernisieren. Dabei freuen
sich unsere Kunden und Partner, neue technische Lösungengemeinsam mit uns zu entwickeln. Denn häufig lieferte Voith
bereits vor Jahrzehnten die Ausrüstung für diese Wasserkraft­werke. So wächst gegenseitiges Vertrauen. Zugleich entsteht ein
Know-how, das die Zukunft langfristig in den Blick nimmt undtechnische Lösungen hervorbringt, die generationsübergreifend
funktionieren.
Und die Zukunft der Wasserkraft ist vielversprechend. Die­Internationale Energieagentur erwartet, dass sich der Anteil aus
Wasserkraft erzeugter Energie bis zum Jahr 2050 verdoppeln
wird. Die bisherige Erfolgsgeschichte der Wasserkraft haben wir
nicht nur miterlebt, sondern auch mitgeprägt, und wir sind über­zeugt, dass sie auch weiterhin einen wichtigen Beitrag zur klima­
freundlichen Energiegewinnung leisten wird.
In dieser Ausgabe der HyPower zeigen wir Ihnen, wie Voith
technische Fertigkeiten entfaltet und weltweite Projekte ge­staltet.
Darüber hinaus wollen wir Ihnen zeigen, auf welche W­ eise wir
unser Know-how an die nächste Generation weitergeben.
Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre!
Ihre

Feedback: Bei Fragen und Anmerkungenzu dieser Ausgabe von HyPower schreiben
Sie uns gerne an: hypower@voith.com

Ute Böhringer-Mai
Head of Communications

HyPower 2013 | 3

Inhalt

Inhalt

12

34

22

40

	AGENDA

8

FlieSSender Übergang
Der neue CTO Dr. Norbert Riedel
und sein Vorgänger Dr. Siegbert
Etter über Innovationen bei
Voith Hydro

Möchten Sie
noch mehr überuns erfahren?
www.voith.com

22 VERBORGENER SCHATZ
Mehr Effizienz für das Kraftwerk
Roncovalgrande in Italien

Wie Pumpspeicherung unsere
Stromnetze flexibler und effizienter
macht

24	IN DER VERTIKALEN
Mehr Leistung für japanisches
Kraftwerk

11	Expertise sichern
Wissensexperte Steve Trautmanüber den Erhalt von Know-how

30	Eine höhere Ebene

34	Ungeahntes Potenzial
Die innovative StreamDiverTurbine im Detail

GLOBALE EXPERTISE
erfolgreiche Partnerschaften

25	Kultur der Wasserkraft
Komplettanbieter

12	Alles auf Anfang
Voith Hydro modernisiert
Kraftwerke - weltweit
Rubriken2	Impressum
3	Editorial
6	Neuigkeiten
39	Die Welt von Voith
40 	Gastperspektive
42 	Kaffeepause
4 | HyPower 2013

18	LEBENSDAUER VERLÄNGERN
Kanadisches Kraftwerk auf dem
neuesten Stand

19	Der Zukunft zugewandt
Modernisierung erschließt Potenziale
in China und Südamerika

Geschichte und Zukunft derWasserkraft in einer Anlage

37	Weit voraus
Generatoren-Know-how vonVoith Hydro in Schweden

26 Meilenstein in Costa Rica
Ein Kleinwasserkraftwerk mit großerinternationaler Reichweite
Green Energy Mix

28	WASSERKRAFT: EINEWEGWEISENDE TECHNOLOGIE
Exklusives Interview mit Dr. Paolo
Frankl, Leiter der IEA-Abteilung für
erneuerbare Energien

38 Sichere Reise
Ein Forschungsprojekt zum
Schutz der Fische

Projektverzeichnis

43	Weltweit
Eine Übersicht über alle
Wasserkraftprojekte indieser HyPower-Ausgabe

HyPower 2013 | 5

Section

Neuigkeiten

Voith auf derHydro 2012
in Bilbao
Spanien Neben 1300 weiteren Teil-nehmern aus 80 Ländern war auch
Voith Hydro auf der internationalen
Konferenz und technischen Ausstellung für Wasserkraft H­ YDRO 2012
in Bilbao vertreten. Die jährlich stattfindende Messe bildet einen Rahmen für zahlreiche Ausstellungen
und Diskussionen über die vielen konkreten Pläne zur Entwicklung von Wasserkraft- und Pumpenspeicheranlagen in aller Welt. Die Experten von Voith Hydro
reisten von verschiedenen Standorten in ganz Europa an und stellten mit ihren
Vorträgen zu besonderen technischen Aspekten und Projektfallstudien einmal
mehr das große technische Know-how des Unternehmens unter Beweis. Bei der
Veranstaltung in der baskischen Stadt lud Voith auch zu einem Konferenzdinnerim Museo Marítimo am Ufer des Nervión. Auch der komplett neu gestaltete Messestand von Voith Hydro kam auf der HYDRO erstmals zum Einsatz. //AUSBAU DES AFTER-MARKET SERVICE

Marktpotenzial
in Myanmar
Myanmar Im Januar fand der erste Ener­gie­
gipfel Myanmars in Rangun statt, bei
dem Voith als Co-Sponsor auftrat und als
einziges Wasserkraftunternehmen mit einem eigenen Stand vertreten war. Über50 Vertreter des myanmarischen Ministeriums für Elektroenergie nahmen teil undtauschten sich über Entwicklungs- und Investitionschancen im myanmarischen Energiesektor aus. Elektrizität ist in Myanmar
nur für ausgewählte Bevölkerungsschichten zu­gänglich und selbst dieser Personenkreis muss häufige Stromausfälle hinnehmen. Das Potenzial für Wasserkraft indieser Region ist beträchtlich. Voith Hydro
hat bereits zwei Projekte in Myanmar umgesetzt: So lieferte man Turbinen, Generatoren und Automatisierungssysteme für
das größte Wasserkraftwerk des Landes in
Yeywa ­
sowie zwei Einheiten des KindaStaudamms im Jahr 1986. //Nordamerika Mit einem neuen Firmenstandort in Kanada hat Voith sein

Im Voith-Pavillon auf der deutsch-indischen „Urban Mela“ wurde das breite Serviceangebot des Unternehmens auf dem indischen Subkontinent präsentiert.

60 Jahre deutsch-indische BeziehungenIndien Bei den Feierlichkeiten zum 60-jährigen Bestehen
diplomatischer Beziehungen zwischen Deutschland und Indien
war Voith im Oktober 2012 als offizieller „City Partner“ auf der„Indo-German Urban Mela“ in Delhi vertreten. Auf der vierten voninsgesamt fünf Stationen der Mela (Sanskrit für „Messe“) in Indien
wurde das Beste aus Deutschland in allen möglichen Bereichen
gezeigt. Die Ausstellung wurde von mehr als 140.000 Gästen
besucht. Im Voith-Pavillon stellte das Unternehmen seine Aktivi­
täten in Indien vor, dabei standen die Herausforderungen derschnellen Urbanisierung auf dem Subkontinent im Mittelpunkt. FürVoith ist Indien ein wichtiger Markt, auf dem das Unternehmenbereits seit 1911 erfolgreich aktiv ist. Das Serviceangebot ist breit
gefächert und umfasst u. a. Lösungen für eine effiziente Infra­
struktur (z. B. für die Metro in Delhi), saubere Energien, sichere
Wasserversorgung und ressourcenfreundliche Fabrikanlagen.
Im Voith-Pavillon war außerdem der Film „Megacities of theWorld – Their Challenges“ auf einem speziellen Großbildschirm zu
6 | HyPower 2013sehen. Er entstand mit Unterstützung von Studierenden desIndian Institute of Technology, mit dem Voith eine Partnerschaft
unterhält. Ein Höhepunkt für die Besucher war die interaktive
iPad-Präsentation eines Wasserkraftprojekts mit einem Quiz über
Wasserkraft und Umwelt, das auch die Grundlage für einen
Schulwettbewerb bildete, an dem 19 Schulen aus Delhi und dem
Umland teilnahmen. Jedes Team bestand aus vier Schülern im
Alter zwischen 14 und 17 Jahren, und die drei erfolgreichsten
Teams erhielten Auszeichnungen und Urkunden.
Voith durfte auch eine Sonderdelegation in seinem Pavillon
begrüßen: Philipp Rösler, Bundesminister für Wirtschaft undTechnologie, Dr. Hubert Lienhard, Vorsitzender der VoithKonzerngeschäftsführung, Dr. Roland Münch, Vorsitzender derGeschäftsführung Voith Hydro, Peter Löscher, CEO von Siemens,
und zahlreiche weitere hochrangige Vertreter aus Wirtschaft
und Politik. //Service­
portfolio für Wasserkraftwerke gestärkt und sein bestehendes AfterMarket Geschäft weiter ausgebaut. Durch die Akquisition des in Québec
ansässigen Unternehmens Vortex Hydro profitiert Voith vom Know-how bei
mechanischen Systemen, spezialisierten Wasserkraft-Produkten und pro­fessionellen Beratungsleistungen. „Angesichts der Erwartungen unserer Kunden
werden langfristige und umfassende Dienstleistungen immer wichtiger“, sagt
Kirsten Lange, Mitglied der Geschäftsführung und Chief Business Development
Officer der Voith Hydro Holding. Lange ist seit 2012 Mitglied der Geschäftsführung
und u. a. für das After-Market Services Geschäft zuständig, zu dem präventive
Instandhaltung, Reparatur, Bereitstellung von hochwertigen Ersatzteilen undInspektionen gehören. //Erfolge in Südamerika
Brasilien Voith verbucht weitere Erfolge inseinem Wasserkraftgeschäft auf dem wichtigen südamerikanischen Markt. Zum Jahreswechsel erhielt das Unternehmen den
Zuschlag für mehrere Großaufträge zur­Modernisierung von Wasserkraftwerken in
Brasilien. Das Auftragsvolumen beläuft sich
auf insgesamt rund 185 Millionen Euro undbeinhaltet die Modernisierung von zwei
Kraftwerken für Tractebel Energia S.A. sowie eines Kraftwerks für den Betreiber
Duke Energy. Im Kraftwerk Salto Santiago
mit einer Kapazität von 1420 MW werden
die vier Turbinen, Generatoren, die elektro­
mechanische Ausrüstung und die Auto­mati­sierungstechnik generalüberholt underneuert. Im 226 MW Kraftwerk Passo
Fundo modernisiert Voith die beiden Ge­
neratoreneinheiten, die Automatisierungs­
systeme und die Turbinenregler. Beim
­Projekt Chavantes erneuert Voith drei Ge­
ne­ratoren-Turbinen-Einheiten, sowie dieelektromechanischen Systeme in dem
414 MW-Kraftwerk. //HyPower 2013 | 7

AGENDA

FlieSSenderÜbergang
Nach über 30 Jahren bei Voith Hydro geht
Chief Technology Officer Dr. Siegbert
Etter in den Ruhestand und übergibt die
Verantwortung an Dr. Norbert Riedel.
Wir haben die beiden getroffen und uns
mit ihnen über technische Innovationen undeffektiven Wissenstransfer unterhalten.

Dr. Norbert Riedel trat 1998 bei Voith ein und übernahm verschiedene Führungspositionen. Zuletzt war er Managing Director desVoith Hydro Engineering Center.
8 | HyPower 2013

Was waren in Ihrer aktiven Zeit bei Voith Hydro die wichtigsten
technologischen Entwicklungen in der Wasserkraftbranche?
Dr. Etter: Was die Grundprinzipien angeht, hat sich in den ver­gangenen 30 Jahren nicht viel verändert. Wasserkraft ist einesehr ausgereifte Technologie, bei Voith befassen wir uns damit
bereits seit mehr als 140 Jahren. Doch im Detail hat es viele Ver­änderungen gegeben, durch die sich letztlich auch die Industrieals Ganzes gewandelt hat. Die Entwicklungen haben Verbesse­
rungen in puncto Leistung, Leistungsdichte, Größe und Effizienz
mit sich gebracht. In diesem Zusammenhang ließe sich etwa die
Materialentwicklung nennen. Heutzutage sind Stähle wider­standsfähiger, flexibler, stabiler, korrosionsbeständiger und voninsgesamt deutlich höherer Qualität. Bei der Arbeit in unseren
Labors und unserer Gießerei haben wir die enormen Qualitäts­verbesserungen mitgemacht und aktiv dazu beigetragen.
Dr. Riedel: Große Entwicklungssprünge gab es bei der Auto­matisierung, der Digitalisierung, Steuerungstechnik sowie bei der
Mess- und Sensortechnik. Dadurch haben sich neue Möglich­keiten der Steuerung von außen ergeben, und die Reaktions­zeiten haben sich verkürzt. Durch die höhere Verfügbarkeit kannein Kraftwerk auch mehr Gewinn erzielen. Darüber hinaus­wurden erhebliche Fortschritte bei elektrischen Anlagen erzielt,
etwa bei den Isolierwerkstoffen. Ein weiteres Beispiel ist der­luftgekühlte Generator, mit dem höhere Wirkungsgrade erzielt
werden können.
Dr. Etter: Außerdem sind Aspekte des Umweltschutzes zuneh­
mend in den Blickpunkt gerückt: ölfreie Naben, Belüftung desProzesswassers mithilfe entsprechender Laufradkonstruktionenoder Technologien, die das Verletzungsrisiko von Fischen ver­ringern.

Hat sich die Branche schneller oder stärker verändert als
Sie erwartet hätten?
Dr. Etter: Rückblickend denke ich: ja. Vor allem ab Ende der1980er Jahre gab es viele Veränderungen infolge der Konsoli­
dierung der Wasserkraftbranche. Die Entwicklung zu einem
Komplettanbieter, der das gesamte Produktportfolio für Wasser­
kraftwerke herstellt, verlief erstaunlich schnell und tiefgreifend.
Für Voith war dies das Ergebnis des Joint Ventures mit Siemens
im Jahr 2000. Im Zuge der Konsolidierung der Branche ver­schwanden viele große und bekannte Namen von der Bildfläche,doch Voith behielt seinen ausgezeichneten Ruf und ist mittler­
weile der einzige Anbieter in diesem Bereich, der auf eine mehrals 140-jährige Firmengeschichte zurückblicken kann.

AGENDAGab es technische Innovationen, die Sie wirklich überrascht
haben, bzw. Innovationen, die Sie eigentlich erwartet h­ ätten,aber die niemals umgesetzt wurden?
Dr. Etter: Einige Innovationen wie das „Straflo“-Prinzip oder der
Hochspannungsgenerator konnten nie Fuß fassen, doch das
hatte zumeist eher wirtschaftliche als technische Gründe. Wirk­
lich überrascht hat uns hingegen nichts, selbst mit der drehzahl­
variablen Turbine hatten wir gerechnet.
Dr. Riedel: Die Modellversuche sind bis heute nicht abgelöst
worden und werden weiter praktiziert. Dies wurde zwar zeitweisevermutet, erwies sich jedoch als unrealistisch und ich gehe nicht
davon aus, dass sich in Zukunft etwas daran ändern wird.
Trotz der Entwicklungen in der Computertechnologie werden
Modellversuche weiter unverzichtbar sein. Sie stellen für unsere
Kunden einfach eine besonders wirkungsvolle Maßnahme zur
Risikominimierung dar.
Was waren die wesentlichsten Veränderungen bei Voith­Hydro während Ihrer Zeit im Unternehmen?
Dr. Riedel: Die Entwicklung zu einem echten Komplettanbieter
war ein gewaltiger Schritt nach vorne. Schließlich wurde unser
Know-how über Turbinen schrittweise durch neues Wissen inden Bereichen Generatoren, Automatisierung und Kraftwerke
insgesamt ergänzt.
Dr. Etter: Das stimmt, und Voith profitierte von der Eingliederung
von Mitarbeitern anderer Unternehmen.
Auf welche technische Innovation von Voith Hydro sind Siebesonders stolz und warum?
Dr. Etter: Ganz klar: Meeresenergien. In diesem Bereich haben
wir robuste neue Technologien wie etwa wassergeschmierte undsalzwasserresistente Komponenten entwickelt. In einigen Fällen
konnten wir das entsprechende Know-how auch auf die
konventionelle Wasserkraft übertragen, wie etwa beim
StreamDiver, einer neuen Entwicklung im Bereich derKleinwasserkraft [siehe Seite 34].
Welche wichtigen technischen Entwicklungen erwarten Sie
in naher Zukunft für die Wasserkraft? In welchen Bereichen
wird gegenwärtig Forschung betrieben?
Dr. Riedel: Wir erwarten künftig weitere neue Entwicklungen

Dr. Siegbert Etter kam 1982 als Turbinenbauingenieur zu Voithund übernahm in seiner Laufbahn u. a. die Position des Head ofCorporate Technology und des CTO.
HyPower 2013 | 9

AGENDA

und Anwendungen in der Materialforschung. Umweltaspekte
werden beim technischen Fortschritt weiter eine große Rolle­spielen, wie etwa die ölfreien Naben in Kaplan-Turbinen. Bei den
Generatoren können wir Fortschritte in der Isoliertechnik und
der Kühlung und noch robustere Maschinen mit weiter stei­
gender Leistung erwarten. Wir beobachten die Entwicklung inder Halb- und Supraleitertechnologie, um bei Voith Hydro recht­
zeitig die erforderlichen Elemente zu integrieren. So können
wir letztlich besser auf Kundenanforderungen eingehen, zum
Beispiel mit verschiedenen Betriebsarten, höherer Flexibilität,
häufigeren Lastwechseln und höherer rechtzeitiger Verfügbar­
keit. Als I­ngenieure und Techniker müssen wir stets ein offenes
Ohr für unsere Kunden haben, um frühzeitig zu erkennen, wel­che Vorstellungen sie haben und unsere Innovationsstrategie
entsprechend ­ausrichten.
Wie hat sich während Ihrer Zeit bei Voith Hydro die Weitergabe von Wissen und Erfahrung entwickelt?
Dr. Etter: Aufgrund unserer globalen Präsenz auf allen wichtigen
Wasserkraftmärkten und unseres breit gefächerten Dienst­
leistungsangebots müssen wir viel Wissen, das im Unternehmen
steckt, sammeln, bündeln und weitergeben. Unsere Ingenieurein den verschiedenen Regionen kennen sich mit den Gegeben­
heiten und Anforderungen vor Ort bestens aus. Dieses Wissen
fließt durch das ganze Unternehmen. Sie benötigen jedoch auch
Zugang zum gesammeltem Know-how von Voith. Es ist unser
Ziel und unsere Herausforderung, auf der ganzen Welt lokaler
Komplettausrüster zu sein.
Dr. Riedel: Dies wird auch eines meiner Hauptziele als neuer
CTO sein: Wir müssen von der eigenen Erfahrung lernen, sie
bewahren und immer wieder erweitern und dieses Know-how
ständig in die Entwicklung unserer Produkte einfließen lassen. Zu
meinen Aufgaben gehört auch, den Wissenstransfer zwischen
den verschiedenen Standorten zu steuern, damit das Know-how
Kunden in aller Welt auf lokaler Ebene zur Verfügung steht.

Wie wichtig ist ein detaillierter Wissenstransfer, um optimale
Ergebnisse zu erzielen?
Dr. Etter: Das ist äußerst wichtig und daher müssen wir auch im
Unternehmen langfristig fähige Nachfolger aufbauen – so wie
Dr. Riedel. Es braucht Vertrauen nach innen und außen und den
Erfahrungsschatz verschiedener Unternehmensbereiche, um
gute Arbeit leisten zu können. Dabei spielt auch die praktische
Erfahrung mit Kraftwerken eine wichtige Rolle.
Dr. Riedel: Dem kann ich nur zustimmen. Erst wenn man die In­
betriebnahme eines Kraftwerks persönlich miterlebt hat, begreiftman, was alles dahintersteckt, und entwickelt für die Technologie
und die Naturgewalten gleichermaßen großen Respekt – von den
damit verbundenen Risiken ganz zu schweigen.
Was war der beste Rat, den Sie von Ihrem Vorgänger erhalten haben, und welchen Rat werden Sie Ihrem Nachfolger
geben?
Dr. Etter: Man darf nie den Faktor Mensch außer Acht lassen.
Man muss auf die richtigen Mitarbeiter in den richtigen Positionen
setzen, ihren Fähigkeiten vertrauen und ihnen die Chance geben,
an Herausforderungen zu wachsen. Ein CTO sollte das Unter­nehmen auch für Nachwuchskräfte attraktiv machen. Micherstaunt immer wieder das enorme Ansehen, das das Prädikat„German engineering “ auf der ganzen Welt genießt. Wir sollten
daher das Beste daraus machen. Außerdem sollte man Stolz
vermeiden, denn er hält einen davon ab, zuzuhören. Und das
offene Ohr für Mitarbeiter und Kunden ist nun einmal das
Wichtigste, was ein CTO mitbringen muss. Selbstverständlich
bin ich stolz auf die Marktposition des Unternehmens, seine
hervorragende Entwicklung und die Integration neuer Produkteund Mitarbeiter, doch eine Sache war mir in meinen mehr als
30 Jahren in der Branche immer wichtiger als alles andere:meine Liebe und Demut gegenüber der Wasserkraft. //Welche weiteren Ziele verfolgen Sie als neuer CTO?
Dr. Riedel: Ich möchte Antreiber und Partner sein – das Unter­nehmen von innen heraus zu Leistung und Innovation motivierenund ein offenes Ohr für unsere Kunden und Mitarbeiter haben,um auf zukünftige Anforderungen aufmerksam zu werden undeine entsprechende Technologieentwicklung zu forcieren. Dabei
streben wir ein gesundes Gleichgewicht zwischen Innovation und
Risiko an. Wasserkraft muss eine sichere erneuerbare Energie­quelle bleiben.
Wird die Weitergabe von Wissen durch technologische­Entwicklungen leichter oder eher schwieriger, weil es heuteso viel Wissen gibt?
Dr. Etter: Ich denke, dass beides zutrifft. Die Computertechno­
logie hat zweifellos viele Dinge vereinfacht. Doch gleichzeitig ist
auch vieles wesentlich komplexer geworden: Es gibt mehr Knowhow, mehr Schnittstellen, höhere Dokumentationsan­forderungenund so weiter.
10 | HyPower 2013

„Ich muss dafür sorgen, dass unser
Know-how den Kunden in aller Welt
zur Verfügung steht.“
Dr. Norbert Riedel, neuer CTO bei Voith Hydro

Agendabeit abzuziehen, damit sie anderen Kollegen Unterricht geben. Der Wissenstransfer
muss in den normalen Arbeitsablauf eingebunden werden. Anders ist er nicht
denkbar. Da es bei der Vermittlung von
Wissen häufig um Nuancen geht, ist das
normale Arbeitsumfeld am besten für den
Wissenstransfer geeignet.

EXPERTISE SICHERN
Steve Trautman, Experte für Wissenstransfer, erklärt,
wie Unternehmen rechtzeitig für Erhalt undWeitergabe von Wissen sorgen können.
Bei der Nachfolgeplanung, die die Anwerbung und Weiterbildung von Mitarbeitern zur Besetzung wichtiger Posi­tionen
umfasst, haben viele Unter­nehmen nur
die obersten Führungs­
positionen im
Blick. Es sollten jedoch alle Experten einbezogen werden, die über wichtiges undspezielles Wissen ver­fü­gen. Wissenstransferprogramme verringern das Risiko eines Wissens- und Erfahrungsverlusts. Es geht um weitaus mehr als
betriebliche Fortbildung. Vielmehr müssen potenziellen Nach­folgern Kompetenz, Erfahrung und Wissen hochqualifizierter Mitarbeiter vermittelt werden.
Forscher und Ingenieure benötigen
Wissenstransfer für ihre Berufspraxis. Am
Anfang sollten klare Zielvorgaben stehen
wie etwa: „Erklären Sie ihr bis Dienstag
die Datenanalyse. Wenn sie dann fünf
Fragen beantworten kann und dabei soklingt wie Sie, haben wir unser Ziel erreicht.“ Mitarbeiter mit einem technischen
Schwerpunkt benötigen Unterstützung,um den Wissenstransfer sinnvoll mit ihrer
täglichen Arbeit abzu­stimmen, und entsprechende Tools zur Vermittlung ihrer
Erfahrungen und Ideen. Schrittweise Anleitungen können hierbei besonders hilfreich sein. Hinsichtlich einer effektiven

Wissens­transferstrategie sollten folgende
Punkte beachtet werden:
Priorisierung von Informationen
Langgediente Mitarbeiter sind wahre
Fundgruben für Informationen, dochnicht jedes Wissen ist gleichermaßen
relevant. Es gilt, hochbrisantes undwertvolles Know-how von überholtem
bzw. bereits ausführlich dokumentiertem
Wissen zu trennen.
Unterschiedliche Formen von Wissen
Beim Wissenstransfer müssen sowohl
explizites Wissen (über bestimmte Abläufe) als auch implizites Wissen vermittelt werden. Letzteres beinhaltet Erfahrungswerte darüber, wofür man Augenund Ohren offen halten muss, welche
Regeln beachtet und welche ggf. vernachlässigt werden können, an wen
man sich wenden muss, wenn es etwas
Wichtiges zu erledigen gibt und so weiter. Implizites Wissen ist die „Geheimzutat“, die erfahrene Mitarbeiter zu wahren
Experten in ihrem Bereich macht.
Wissenstransfer im Berufsalltag
Ein Unternehmen kann es sich nicht leisten, qualifizierte Mitarbeiter von ihrer Ar-

Verständnis ist der Schlüssel
Wissensmanagement im Sinne von Da­
ten­­speicherung löst keine Probleme.
­Risiken können erst erfolgreich gemeistert werden, wenn das weitergegebene
sen von der nächsten Generation
Wis­
auch verinnerlicht wurde. Dies lässt sichdurch eine Kombination von Tools fürWissens­management und Wissens­trans­
fer errei­chen.
Konzept des messbaren Fortschritts
Mit einem klar formulierten Plan, der vor­
gibt, welches Wissen zu welchem Zeit­
punkt weitergegeben werden soll, können vielbeschäftigte Experten den Wissenstransfer planen und priorisieren und
mit ihrer sonstigen Arbeit abstimmen. Ein
solcher Plan, in dem die Verant­wortlichen
die erzielten Fortschritte vermerken können, verringert auch die Gefahr, dass ein
Teil des Wissens möglicherweise nicht
weitergegeben wird.
Noch vor Kurzem galten Mitarbeiter
mit einer fünfjährigen Erfahrung im Berufals „Neulinge“, da viele Kollegen 20 oder
30 Jahre Erfahrung vorweisen konnten.
Fünf Jahre erschienen seinerzeit nicht als
außergewöhnlich lange Zeit, um sich zu
etablieren. Heutzutage stehen Stellen­
wechsel mindestens alle sieben Jahre an,so dass größere Eile geboten ist. Um der
in der heutigen Arbeitswelt typischen
höheren Fluktuation Rechnung zu tragen,muss der Wissenstransfer rasch und
methodisch vonstattengehen. //Steve Trautman
Steve Trautmann unterstützt seit mehr als zwei
Jahrzehnten leitende­Angestellte bei Kunden
wie Microsoft, Nike undBoeing mit praktischen­Methoden für einen effek­
tiven Wissenstransfer.

HyPower 2013 | 11

Komplettanbieter

Alles auf
AnfangAuf der ganzen Welt unterstützt Voith Hydro seine Kunden dabei,
das Potenzial ihrer Wasserkraftwerke voll auszuschöpfen. Innovative
Modernisierung sorgt für mehr Effizienz und erhöht die Leistung, die
Kraftwerke werden umweltfreundlicher und ihre Lebensdauer kannum Jahrzehnte verlängert werden.
12 | HyPower 2013

HyPower 2013 | 13

Komplettanbieter

Komplettanbieter

Leitschaufel des umfassend modernisierten Wasserkraftwerks Rheinfelden an derschweizerisch-deutschen Grenze.

D

ie Entscheidung für eine Modernisierung ist eine Investition in
die Zukunft, sagt Lars Meier,Chief Engineer bei Voith Hydro York in
den Vereinigten Staaten. Er macht sichkeine Illusionen darüber, dass die finanziellen Notwendigkeiten den größten
Einfluss auf das umfangreiche Sanierungs- und Modernisierungsgeschäft haben. Auf diesen Bereich entfällt ein
Großteil des Wasserkraftgeschäfts vonVoith in den Vereinigten Staaten, undauch in anderen Märkten ist der Anteil
beträchtlich.
Das Serviceportfolio von Voith
Hydro deckt weite Bereiche der Wasser­
kraft ab, bietet Lösungen für Turbinen,
Generatoren und Automati­sierungs­
systeme aller Art und reicht von kleinen
Wasserkraftanlagen bis zu den weltweit
größten Projekten.
Das Verhältnis zwischen Neu­an­lagen und der Sanierung oder Modernisierung unterscheidet sich je nach­Region und hängt vom Alter und Reife14 | HyPower 2013

grad des Wasserkraftsektors in den einzelnen Ländern ab.
Im Durchschnitt werden Automatisierungssysteme etwa alle 20 Jahre,­Generatoren alle 30 Jahre und Turbinen
alle 40 Jahre überholt. Das Geschäft
gliedert sich in drei Hauptkategorien:
zum einen die „Nachsorge“, das kannder Austausch von Verschleiß- und Ersatzteilen sein; die Sanierung, bei dereine bestehende Anlage quasi wieder in
den Neuzustand versetzt und ihre
Lebensdauer dadurch um Jahrzehnte­
verlängert wird; und schließlich Modernisierung, die normalerweise zusammen
mit der Sanierung stattfindet, aber zum
Ziel hat, die ursprüngliche Konstruktion
und Ausrüstung auf verschiedenen­Wegen zu verbessern.
„Verbesserungen in der Strömungs­
simulation haben zusammen mit er­
höhten Anforderungen an Teil- undÜber­last­betrieb deutliche Optimie­
rungen bei den Betriebseigenschaften
von Turbinen aller Art ermöglicht“,Im russischen Uglitsch ermöglichten die Modernisierungsarbeiten von Voith Hydro eineKapazitätssteigerung um 20 Prozent.

­erichtet Meier. Ferner haben auchb
Magnet­fluss­simulationen zu Ver­besse­
rungen des Generatordesigns geführt.
Diese Methoden gewährleisten in Ver­bindung mit M­ odellversuchen für Turbinen bei größeren Projekten, dass Voith
stets modernste und vor allem besonders
zuverlässige Konstruktionen anbietenkann.
Durch modernere Designkonzepte wird
die Effizienz einer bestehenden Anlage
gesteigert. Die Installation neuer undverbesserter Laufräder ermöglicht einen
deutlich höheren Durchfluss, wodurch
sich wiederum die Ausgangsleistung erhöht. Darüber hinaus können durch verbesserte Laufräder Kavitations­pro­bleme
und damit auch die langfristigen Tur­binen­instand­haltungskosten verringert
werden.
Für die meisten Betreiber empfiehlt
sich jedoch eine Kosten-Nutzen-­Analysevieler verschiedener Optionen, um ein
optimal ausgewogenes Verhältnis zwi­

„Die neuesten Technologien sind derSchlüssel dazu, um alles aus einer
Modernisierung herauszuholen.“Lars Meier, Chief Engineer, Voith Hydro Yorkschen Aufwand und Ertrag zu erzielen.
„Dabei kommt es auf eine enge Zu­sam­men­arbeit mit dem Kunden an“, betont
Meier. „Wir genießen den Ruf, unseren
Kunden die besten technischen Lö­
sungen zu bieten. Die neuesten Tech­no­logien sind der Schlüssel dazu, um alles
aus einer Modernisierung heraus­zu­holen.“
Eines der größten Probleme für Ser­vice­anbieter und Kunden sind die unvor­
hersehbaren Herausforderungen. Wenn
man das Innenleben einer Anlage aus­
einandernimmt, die seit 40 Jahren kein
Tageslicht mehr gesehen hat, ist das
manchmal so, als würde man die Büchse
der Pandora öffnen. Laut Meier kannman niemals sicher sein, worauf man bei

solchen Arbeiten stößt. Von Asbestiso­
lierungen bis hin zu „Hot Spots“ inGeneratorkernen ist alles möglich.
­„Aber für jedes Problem lässt sich aucheine Lösung finden.“
Die größte Herausforderung besteht zweifellos darin, den Arbeitsablauf
so zu planen, dass die Ausfallzeiten auf
ein absolutes Minimum beschränkt werden. Die Anlage muss während der Arbeiten an einzelnen Maschinen­gruppen
in Betrieb bleiben und für jedes neue
Problem müssen rasch Lösungen gefunden werden. Dazu ist eine besondereMischung aus Organisation und tech­nischem Wissen erforderlich. Wo immer
Betreiber auf das technische Know-how
von Voith Hydro angewiesen sind – vonConowingo in den Vereinigten Staaten

bis Uglitsch in Russland – ist Voith mit
seiner langjährigen Erfahrung im Projekt­management und seinen Produktions­anlagen in aller Welt zur Stelle.
Die Ergebnisse einer Sanierung hinsichtlich Effizienzsteigerung durch Voith
Hydro fallen zwar je nach Projekt unterschiedlich aus, doch in jedem Fall kannfür die folgenden Jahrzehnte eine höhere
Ausfallsicherheit und eine Verringerung
der wartungsbedingten Ausfallzeiten garantiert werden.
Weltweit finden sich zahlreiche Beispiele für Projekte, bei denen Voith seine
langjährige Erfahrung bei Modernisierungsarbeiten einbrachte, insbesondere
in den etablierten Märkten wie Nordamerika oder Europa. Das Ergebnis:­Effizienzsteigerungen und Verlängerung
der Betriebsdauer.
Auf dem alternden nordamerikanischen Wasserkraftmarkt spielen Mo­der­nisierung und Sanierung bereits seit
mehr als 30 Jahren eine wichtige Rolle
HyPower 2013 | 15

Komplettanbieter

Wasserkraft inden USA
Installierte Leistung: 91 GW
Ausbaupotenzial: 82 GW

Wasserkraft in
Deutschland
Installierte Leistung: 10 GW
Ausbaupotenzial:
6 GW

Wasserkraft in
RusslandInstallierte Leistung: 47 GW
Ausbaupotenzial: 425 GW
16 | HyPower 2013

für Anbieter von Wasserkraftwerkanlagen. In den vergangenen 15 Jahren entfielen auf diesen Bereich über 70 Prozent
des Jahresumsatzes von Voith Hydro inden USA.
Zu den jüngsten Beispielen für Modernisierungsprojekte von Voith in den
Vereinigten Staaten zählen die Sanierung
und Aufrüstung von zehn 56 MW-­
Turbinen im Bonneville Lock and Dam
First Powerhouse in Oregon, umfassende Sanierungsarbeiten am Conowingo
Dam (in Maryland) sowie die Über­holung von zehn 111 MW-Turbinen am­Wanapum Dam am Columbia River im
US-­Bundesstaat Washington.
Da Voith bereits seit langem auf dem
nordamerikanischen Markt präsent ist,
kommt es nicht selten vor, dass das Unternehmen Sanierungs- und Moderni­
sierungsarbeiten an Anlagen vornimmt,
die ursprünglich von Voith selbst oder­einem der im Laufe der Zeit integrierten
Unternehmen wie Allis Chalmers oderWestinghouse stammen.
Seit dem Bau dieser Kraftwerke hat
es laut Marcel Bos, Projektmanager bei
Voith Hydro in York, enorme Verbesserungen im Materialbereich gegeben,
durch die sich höhere Wirkungsgrade
erzielen lassen. Im Inneren einer Turbine betragen die Toleranzen für Lauf­räder mittlerweile gerade einmal nochplus oder minus 0,15 mm, wobei hiervon einem Bauteil mit mehreren Metern
Durchmesser die Rede ist. Zum Vergleich: Ein Blatt Papier wäre etwa
20-mal dicker als diese Toleranzgrenze.
Und dennoch ist Marcel Bos volldes Lobes für seine Vorgänger, die damals diese Kraftwerke errichtet haben.
„Heute haben wir durch Design- undComputersimulationen viele Möglich­keiten, doch bei Sanierungen verblüfft es
mich immer wieder, welch gute Arbeit
damals auch ohne diese Technologien
geleistet wurde.“
Neben technischem Know-how ist
nach Meinung von Bos auch eine enge
Partnerschaft mit den Kunden ein we­„Die Arbeit leisten nicht nur wir
alleine – es steckt eine Menge
echte Teamarbeit dahinter.
Ohne eine funktionierende
Beziehung mit dem Kunden
läuft gar nichts.“ Marcel Bos, Voith Hydro Engineer

Die Modernisierung von Generatoren kann die Betriebsdauer eines Kraftwerks um Jahrzehnte verlängern.

sent­licher Erfolgsfaktor. „Die Arbeit
leisten nicht wir alleine – es steckt eine
Menge echte Teamarbeit dahinter“, sagt
Bos. „Ohne eine funktionierende Be­
ziehung mit dem Kunden läuft gar
nichts. Kommunikation ist das Wich­
tigste. Man muss die Kundenan­for­de­rungen verstehen, um auf sie eingehen
zu können.“
Tausende Kilometer entfernt an derschweizerisch-deutschen Grenze stimmt
Björn Reeg, Projektmanager bei Voith
Hydro in Heidenheim, dieser Aussage
ohne Vorbehalt zu. Er arbeitete am Umbau des Kraftwerks in Rheinfelden, seinerzeit die größte Einzelinvestition in
erneuerbare Energien in Deutschland,zu dem Voith einige Komponenten
beisteuerte. „Die Modernisierung von­Rhein­
felden gelang im Wesentlichen
dank einer dauerhaft vertrauensvollen
und verlässlichen Zusammenarbeit mit
dem Kunden über die gesamte Projektdauer hinweg“, berichtet Reeg und bestätigt damit die Einschätzung seines
amerikanischen Kollegen.
Die Anlage in Rheinfelden wurde
ursprünglich 1898 erbaut und war das
erste zur Stromerzeugung genutzte große Wasserkraftwerk Europas. Das Projekt beinhaltete weit mehr als eine reine
Modernisierung. Das Kraftwerk wurde
vielmehr zu weiten Teilen de­montiert
und mit modernster und umweltfreundlicher Technologie wieder aufgebaut.

„Was man in Rheinfelden geleistet hat,
­ euerist erstaunlich“, so Reeg. Dank vier nRohrturbinen von Voith konnte die
Leistung des Kraftwerks um nahezu das
Vierfache von 26 MW auf 100 MW gesteigert werden. Somit kann der Betreiber nun auch die vierfache Menge an
Strom aus dem Rhein gewinnen – ganze
600 Millionen kWh pro Jahr.
Die Fähigkeit von Voith, die Anlagen­leistung durch Modernisierung signifi­
kant zu steigern, zeigte sich auch bei den
Arbeiten am russischen Wasserkraftwerk
Uglitsch an der Wolga. In diesem Kraftwerk wurden eine Einheit bestehend aus
einer vertikalen Kaplanturbine und einem Generator mit 65 MW Leistung,die elektrische und mechanische Ausrüstung und das Automatisierungssystemersetzt. Die Ausgangsleistung der modernisierten Einheit stieg um rund 18 %,wodurch sich die installierte Kapazität
um 10 MW erhöhte.
Vor allem die Größenordnung beeindruckt: Alleine das Laufrad der Turbine brachte 221 Tonnen auf die Waage
und hatte einen Durchmesser von neun
Metern. „Bei diesem Projekt lieferte
Voith erstmals eine vollständige Einheit
aus Turbine und Generator an einen russischen Kunden“, berichtet SebastianPaul, Lead Engineer bei Voith. „Da das
Projekt rundum erfolgreich verlaufen
ist, wird das sicherlich nicht das letzte
Mal gewesen sein.“ //HyPower 2013 | 17

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I. LEBENSDAUER
VERLÄNGERN
Kanada ist ein typisches Beispiel für einen entwickelten
Wasserkraftmarkt – Modernisierungen wie die desWasserkraftwerks Gordon M. Shrum steigern die
Leistung bestehender Anlagen.

Einen weiteren etablierten Markt fürWasserkraft findet man in Kanada,
wo Voith derzeit das Wasserkraftwerk Gordon M. Shrum modernisiert.
Ausgerüstet mit zehn Turbinen-/Generator-Einheiten hat das Kraftwerk eine
Nennleistung von 2730 MW.
Die ersten fünf Einheiten wurden inden 1960er-Jahren eingebaut und verfügen über eine Kapazität von 266 MW.
Der Betreiber BC Hydro startete 2008
ein Projekt zur Modernisierung der Turbinen. Ziel war es, die Nennleistung derTurbinen von 266 MW auf 310 MW
anzuheben; mit modernem Turbinen­
design den Wirkungsgrad zu steigern,
Kavitation zu vermeiden und Stabilität
zu gewährleisten; sowie dem klassischen
Problem von Rissen in den Laufrad­flügeln entgegenzuwirken.
Voith Hydro und ein anderer Tur­binenhersteller wurden mit einem Modellentwicklungsprojekt beauftragt. Jedes Unternehmen hatte ein Jahr langZeit, die neuen Bauteile, die in die bestehenden Wasserturbinenkanäle integriertwer­den sollten, zu entwickeln, zu analysieren und zu erproben.
Am Ende der Entwicklungsphasebewertete das unabhängige Schweizer
Institut „École polytechnique ­fédérale deLausanne“ die Ergebnisse der beiden
Anbieter. Die Entscheidung fiel zugunsten des Entwurfs von Voith aus, der das
technisch und wirtschaftlich überzeugendere Gesamtpaket bot.

18 | HyPower 2013

Voith Hydro in Montreal führt das Projekt an, das Hydraulikdesign und die
Tests übernahm das Voith Hydro En­
gine­ering Center in York. Um die ideale
schaufel,Abstimmung zwischen Stütz­
Leitschaufel und Laufrad zu finden, wurden drei verschiedene Laufräder, ­diverse
Leitschaufeln und Stützschaufeln erprobt. Iterativ erstellten die Ingenieure
verschiedene stationäre und instationäre
Analysen anhand der nu­merischen Strömungsmechanik, um sie dann später im
Modellversuch zu testen.
Voith Hydro identifizierte zu Be­
ginn des Projekts die Stützschaufeln als
Haupt­
verursacher für Verluste in der
Spirale. Die Turbinendesigner erprobten
verschiedene Entwürfe, wobei sie stets
darauf achteten, dass die Stützschaufeln
einbetoniert sind und nicht ausgetauscht
werden können. Bei jedem Entwurf­behielten sie die Form der Stützschaufeln weitgehend bei. Lediglich die Anund Abströmkanten wurden durch Aufschweißungen verändert, um die
Strömung auf die Leitschaufeln zu verbessern. Da die neuen Leitschaufeln aus
martensitischem Stahl bestehen, konnten diese dünner als zuvor ausgeführt
werden. Dadurch entstehen wiederum
weniger Verluste.
Das endgültige Design sieht längere
Schaufelblätter vor, die es ermöglichen,
die Ausgangsleistung zu steigern undeine höhere Sicherheit gegen Kavitationzu erreichen. Die Ingenieure vergrößerten den Laufradmantel, sodass vor Ort
Umbauarbeiten an einigen fest installierten Bauteilen erforderlich waren. Der
untere Teil am Laufradaustritt wurde in
den oberen Teil des Saugrohrs hinein
verlängert.
Die Anpassung der Stützschaufeln
stellte aufgrund der Zerspanungs-,
Schleif- und Schweißarbeiten an den
Pro­filen eine weitere Herausforderung
dar. Schablonen halfen dabei, die Ausrichtung korrekt auszuführen. Da bei
dieser speziellen Turbinenkonstruktion
der untere Leitradring bei der Errichtung des ursprünglichen Kraftwerks miteinbetoniert wurde, mussten die Umbaumaßnahmen direkt am Standort
vorgenommen werden.
Für die Arbeiten vor Ort standen nur
wenige Wochen zur Verfügung. Angefikationen,sichts der zahlreichen Modi­
die an den fest eingebauten Teilen vorgenommen werden mussten, waren die
Arbeitsteams rund um die Uhr beschäftigt, um die vertraglich vereinbarten
Fristen einhalten zu können.
Neben neuen Laufrädern und Leitschaufeln benötigte BC Hydro auch weitere neue Bauteile wie Turbinendeckel,
Ummantelung, Führungslager, Wellendichtung und Leitapparatmechanismus.
Ebenfalls wurden die Turbinenwelle undder Regulierring überholt.
Im Spätherbst 2012 wurde BC­Hydro die erste modernisierte Einheit
geben, die vollständige Inbetrieb­über­nahme durch den Kunden erfolgte
schließlich Ende Februar 2013. //Wasserkraft in
KanadaInstallierte Leistung: 74 GW
Ausbaupotenzial: 162 GW

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Die Turbinenmodernisierung im Wasserkraftwerk Guri II in Venezuela
steigert die Ausgangsleistung der fünf Turbinen um jeweils 5,5 %.

II. Der Zukunftzugewandt
Durch innovative Modernisierung
kommen China und Südamerika ihrem Zielnäher, ihr enormes Potenzial zur Nutzung
von Wasserkraft auszuschöpfen.

Wasserkraft in
Venezuela
Installierte Leistung: 15 GW
Ausbaupotenzial: 58 GW

S

eit Jahrzehnten stellt Wasserkraft für Schwellenländer in
Asien, Südamerika und andernorts die günstigste, um­
weltverträglichste und verlässlichste Energiequelle dar.
Bei einigen Kraftwerken wird es nun Zeit für Modernisierungs­
arbeiten.
Voith Hydro hat eine Reihe von Technologien für das
Modernisierungsgeschäft entwickelt, bei denen herkömmlichetechnische Lösungen an ihre Grenzen stoßen. Einige derneuesten Innovationen zur Modernisierung und Sanierung vonWasserkraftanlagen sind den bei einem deutsch-chinesischen
Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnissen zu verdanken,
bei dem Schutzmaßnahmen für Turbinen gegen Sanderosion
entwickelt wurden.
Das Projekt zielte auf den schlammreichen Gelben Fluss ab,der eine der schwierigsten Umgebungen für den Betrieb von
Wasserkraftanlagen darstellt. Zunächst wurden alle in ­Frage
kommenden Schutzmaßnahmen ausgiebig in einer Testein­richtung des Max-Planck-Instituts in Stuttgart untersucht, um
die Beständigkeit gegen Erosion verschiedener ­Materialien
miteinander zu vergleichen. Die vielversprechendsten Konzepte­wurden auf dem Hochgeschwindigkeits-Prüfstand im chine­
HyPower 2013 | 19

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sischen Institut für Wasserressourcen und Wasserkraft­forschungweiteren Tests unterzogen, die reale Bedingungen nachstellen.
Als Ergebnis der Kombination aus Voith Hydros ­umfassender
Produktionserfahrung sowie seiner Forschungs- und Entwick­lungskompetenz, entstand ein ganzes Sortiment an Techno­
logien zum Oberflächenschutz, die als „Wear Inert SurfaceE­ n­hance­ment“-System (WISE) bezeichnet werden.
Dieses Sortiment besteht im Kern aus drei Lösungen:­DIATURB, eine thermisch aufgebrachte Hartstoffbeschich­tung auf Wolframkarbidbasis, SOFTURB, eine moderne Dick­schicht-Polymerbeschichtung und TECTURB, austauschbare
Verschleißteile, die die Betriebsdauer wichtiger Turbinen­bau­
teile verlängern.
Bei DIATURB-Beschichtungen handelt es sich um spe­zielle Cermet-Beschichtungen, die Erosionsschutz bieten. Die
Beschichtungen bestehen aus äußerst dichten Schichten mit
hervorragender Bindungs- und Abriebfestigkeit. Das Auftragenist technisch anspruchsvoll, da die Parameter für das sach­gerechte Aufspritzen der Beschichtung genau beachtet werden
müssen, darunter die Spritzgeschwindigkeit der Spritzpistole
und der Abstand zur Oberfläche. Häufig ist dabei der Einsatz
von Robotern erforderlich. Diese Beschichtungen sind üblicher­weise weniger als 0,4 Millimeter dick und werden daher bevor­
zugt eingesetzt, wenn Bauteile geringe Toleranzen erfordern.
Die Verschleißfestigkeit von Turbinenbauteilen kann d­ amit um
das Drei- bis Siebenfache erhöht werden.
SOFTURB-Beschichtungen bieten hervorragende Abrieb­
festigkeit zu vergleichsweise niedrigen Kosten, da sie durch,
Bürsten oder Spritzen mit einer Dicke von 1,5-2 mm aufge­
tragen werden können. TECTURB-Verschleißteile können an
kritischen Punkten von Turbinen angebracht werden, die ei­
nem schnelleren Verschleiß unterliegen, und deren Nutzungs­
dauer verlängern.

zent und die Ausgangsleistung der Einheit von 50 auf 60 MW
steigen. Neben einer verbesserten Erosionsbeständigkeit wird
die Jahresleistung pro Einheit durch die Modernisierung um
knapp 8 Millionen kWh wachsen, sagt Xu Gang, Head of Sales
bei Voith Hydro in China.
Da in Südamerika bislang weniger als ein Viertel destechnisch nutzbaren Potentials an Wasserkraft erschlossen ist,stellt der Kontinent einen wichtigen Markt für den Neubau
von Kraftwerken dar. Aber auch hier gibt es verschiedene
wichtige Modernisierungsprojekte. Als Teil eines Konsortiums
modernisiert Voith Hydro derzeit das Wasserkraftwerk Guri II
in Venezuela, das größte Wasserkraftwerk des Landes und das
drittgrößte der Welt (nach dem Kraftwerk an der DreiSchluchten-Talsperre in China und Itaipú an der Grenzezwischen Brasilien und Paraguay).
Guri II wird als erstes dieser drei riesigen Kraftwerke
saniert, was es laut Telmo Gomes, Projektmanager bei Voith
Hydro für Guri II, auch zum bislang größten WasserkraftModernisierungsprojekt aller Zeiten macht.
Zu den Aufgaben von Voith Hydro gehört es, fünf Tur­binen und zehn Regler samt Zubehör zu erneuern und neue
Laufräder, Turbinendeckel sowie fünf neue Sätze Leitschaufeln
für Francis-Turbinen zu installieren. Darüber hinaus sollen ein
neuer Regulierring eingesetzt, vier weitere erneuert und zehn
neue Spindelpumpen für den Hydraulikregler sowie zehn Be­
dienungseinheiten für den digitalen Regler eingebaut werden.
Mit der Modernisierung der Anlage wird die Leistung
deutlich verbessert. „Nach Abschluss der Arbeiten an den fünf
Einheiten in Guri II wird deren Leistung jeweils von 730 MW
auf 770 MW steigen.“
Die Sanierung der ersten Einheit wurde im Mai 2011 be­endet und die Arbeiten an der zweiten Anlage sind zu etwa
80 Prozent abgeschlossen. Die Wiederinbetriebnahme ist fürEnde 2013 vorgesehen. Anschließend wenden sich Gomes undsein Team der Sanierung der verbleibenden drei Turbinen undacht Regler zu.

Im Wasserkraftwerk San Men Xia setzt Voith Hydro einige
dieser Innovationen dort ein, wo sie bereits ursprünglich getestet
wurden. Das Unternehmen modernisiert dort zwei 50 MWDerart umfangreiche Projekte bergen meist große He­raus­
Turbinen sowie weitere Bauteile und die Automatisierung.
forderungen. In diesem Fall bestanden sie darin, dass die Aus­
Bei den Einheiten 2 und 4 der Anlage werden das gesamte
rüstung an den abgelegenen Standort transportiert werden
Laufrad, die Leitschaufeln und die Verschleißbleche des Tur­und Voith Hydro mit der bestehenden Ausrüstung fremderbinendeckels und des unteren Leitradrings modernisiert, hinzu
Hersteller arbeiten musste. Als größte Herausforderung nennt
kommt die Automatisierung der Turbinenelemente. Voith be­
Gomes jedoch – wie bei allen Modernisierungsprojekten – den
schichtet die Durchflussoberflächen mit Wolframkarbid undZeit­faktor. „Guri ist für Venezuela enorm
setzt statt einem halbkugel- einen kugel­wichtig, daher war und ist es auch weiter­
förmigen Laufradaustritt ein.
Wasserkraft inhin besonders wichtig, rasch umsetz­bare
Durch diese Maßnahmen wird der
China
Lösungen zu finden und die Einheiten so
Wir­kungsgrad im Optimum der PrototypInstallierte Leistung: 249 GW schnell wie möglich wieder in Betrieb zu
Turbine von 91,5 auf 94,35 Prozent, derAusbaupotenzial: 466 GW nehmen.“ //Nennwirkungsgrad von 89 auf 93,8 Pro­
20 | HyPower 2013

Modernisierung in San Men Xia• Steigerung des optimalen Wirkungsgrads
der Prototyp-Turbine von 91,5 auf
94,35 Prozent• Steigerung des Nennwirkungsgradesvon 89 auf 93,8 Prozent• Verbesserung der Ausgangsleistungpro Einheit von 50 auf 60 MW

12

3

1&2	Die SOFTURB-Polymerbeschichtung zeichnet sich durch eine hervorragende Abriebfestigkeit aus. Sie kann herkömmlich,z. B. durch Bürsten oder Spritzen, aufgetragen werden.
3 Die Verbesserungen am Kraftwerk in San Men Xia steigern Effizienz, Ausgangsleistung und Erosionsbeständigkeit.
HyPower 2013 | 21

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Pelton-Laufrad mit spezieller Tosi-Düse, nach der Revision vollständig montiert und bereit für Inbetriebnahme.

III. VERBORGENER
SCHATZ
Das unterirdische Wasserkraftwerk
Roncovalgrande in den Alpen ist eines
der größten und nach seiner Sanierung durch
Voith Hydro nun auch eines der modernsten und
effizientesten Wasserkraftwerke in Europa.

22 | HyPower 2013Durch seine unterirdische Lage am
malerischen Lago Maggiore in
Norditalien und die innovative
und umweltfreundliche Technik ist das
Wasserkraftwerk Roncovalgrande in jegli­cher Hinsicht einzigartig. Die in den
1960er Jahren erbaute Anlage, die damals
zu den Sahnehäubchen der besten Ent­
wicklungen gehörte, wurde kürzlich um­
fassend modernisiert und in eines der effi­
zientesten Wasser­kraftwerke Europas mit
einer Leistung von 1000 MW verwandelt.
Zusammen mit der internatio­nalen Hoch­spannungs­
leitung von Musignano nach
Livargo stellt Roncovalgrande bei ­Ausfällen
die Wiederherstellung der Strom­versor­
gung in Italien sicher.

Die verschiedenen Maschineneinheiten in der Kaverne des Roncovalgrande-Kraftwerks.

„Bei der Modernisierung standen
Leistung und Zuverlässigkeit im Mittel­
punkt“, berichtet Vincenzo Marino, Tech­nical Director bei Voith Hydro in Italien.
„Die Regler der Hauptgruppen wurden
ersetzt, um die Betriebskapazität zu erhö­
hen. Des Weiteren sollte der Einsatz
von Schmiermitteln und Hydraulik­flüssig­
keiten reduziert werden. Die 44 PeltonDüsen werden nach der Neukonstruk­tion
des Nadelschaftgleitmechanismus nun
selbstständig geschmiert und die alten
Schäfte aus unlegiertem Stahl wurden mit
Verkleidungen aus Edelstahl versehen.
Diese Maßnahmen sind zwar an und fürsich relativ einfach, aber wir mussten das
Hydrauliksystem vollständig überholen,
das jetzt mit einem viermal so hohen
Betriebsdruck (80 bar) arbeitet. Daher­
musste das Kräfteaus­gleichssystem für den­Nadelmechanismus überarbeitet werden.
Da die originalen Pumpengeneratoren
von unterschiedlichen Herstellern stamm­ten, war keine einheitliche Vorgehens­weise

Betrieb auch deutlich weniger Öl. Da dasmöglich. Marino berichtet, dass die Ar­
System viele Düsen enthält, können diebeiten an den 24 Düsen in den Einheiten
Bereitstellungs- und Lagerkosten deutlich
von Riva Calzoni relativ problemlos ver­gesenkt werden.
liefen, da diese bereits über ein Öl- undFederungssystem verfügten, bei dem der„Doch das sind nicht die einzigen
Schließ­druck durch das Zusammenwirken­Vorteile“, berichtet Marino. „Das neue
von Wasser und Feder aufgebracht wurde.
Hydrauliksystem spart ebenfalls Energie.
Hier musste lediglich die Anlauffläche im
Die überdeckten Proportional­ventile
inneren Servomotor verringert werden.
­verringern den Ölverlust und die Pum­
„Bei den 20 Düsen von Franco Tosi
penschaltzeiten deutlich, ohne dass die
war es komplizierter. Wir mussten die
Anlauffläche des inneren Servomotors­
Reaktionszeiten des Systems auf die Reg­
verringern und das Ausgleichssystemler­steuerung darunter leiden. Ein Algo­über­arbeiten, damit
rithmus im Regler
der Schließ­druck aus­
gleicht die durch die
Wasserkraft inÜber­deckung der Pro­
schließ­lich durch Was­
Italienportionalventile ent­
ser erzeugt wer­denkann. Beim ursprüng­
Installierte Leistung: 23 GW stehende Totzone aus.
lichen Mecha­nismus
Ausbaupotenzial: 12 GW Außerdem haben wir
für die Maschinenan­
wurde zum Öffnen
und Schließen jeweils Hydrauliköl
lage ein Hydrauliköl gewählt, das zwar
verwendet.“ Diese Schwie­rig­keiten
teurer als Mineralöl, aber biologischwurden erfolgreich gemeistert und dank
­abbaubar ist. Damit wird das Kraftwerk
der verringerten Anlauffläche verbrauchtüber dem Lago Maggiore noch umwelt­
das neue Hochdruck-Hy­drauliksystem imfreundlicher.“ //HyPower 2013 | 23

Komplettanbieter

M

IV. In der
VertikaleN

odernisierungsprojekte im Wasserkraftsektor sollen die
Effizienz bei möglichst geringem finan­ziellen Aufwand
steigern. Voith Hydro ist hier mit seinen ver­tikalen Rohrturbinen vorne mit dabei, wie ein aktuelles Projekt in Japan zeigt.
Im 1929 erbauten Wasserkraftwerk von Toyomi werden die sechs
alten Francis-Turbineneinheiten ­(Leistung: 56,4 MW) durch zwei
hocheffiziente, vertikale Rohrturbinen (Leistung: 61,8 MW) ersetzt.
Die derzeitige Leistung wird dadurch um 10 Prozent ge­
steigert. Voith Hydro baut damit seine führende Position auf dem
wichtigen japanischen Wasserkraftmarkt aus. Das ist aus­schlag­
gebend in einem Land, in dem Wasserkraft die wichtigste er­
neuer­bare Energiequelle darstellt.
Die weltweit größte vertikale Rohrturbine mit einer Leistungvon 32 MW und einem Laufraddurchmesser von 4,40 Metern ist
eine technische Glanzleistung. „Eine der Besonderheiten ist die
Ausführung der Kühlsysteme mit weniger Bauteilen“, berichtet
der Kraftwerks-Ingenieur Masahide Masuo. „Die im Generator­
stator- bzw. -rotor entstehende Wärme wird über die Außenhülle
der Einheit an das Flußwasser übertragen. Die in den Lagern ent­
stehende Wärme wird über doppelwandige Ölkammern in der
Bulb-Abstützung gekühlt“, ergänzt Masuo.

10 Prozent mehr Leistung im Kraftwerk
Toyomi durch die größte vertikale
Rohrturbine der Welt.

Wasserkraft inJapan
Installierte Leistung: 50 GW
Ausbaupotenzial: 16 GW

24 | HyPower 2013

1

Voith Hydro hat bewiesen, dass Modernisierung effizient ablaufen kann. So kam eine Methode zum Einsatz, bei der das
Laufrad entfernt wird, ohne dabei jedoch den gesamten Generator und weitere Teile der Turbine zu zerlegen. Die Stillstandszeit
kann dadurch deutlich verkürzt werden. Vertikale Rohrturbinensind die beste Lösung für Anlagen mit hoher Leistung und niedrigen Fallhöhen, da sie den linearen Wasser­kanal überflüssig machen, der bei horizontalen Einheiten erforderlich ist. Der
Grundriss des Kraftwerks wird verringert, das Gebäude kannkompakter gebaut werden und die Baukosten ­sinken erheblich“,
berichtet Masuo.
Der geringere Platzbedarf für vertikale Turbinen erlaubt
den Einsatz auch an Standorten, die natürlichen Einschränkungenunterliegen, zum Beispiel, wenn sich ein Staudamm flussaufwärts
befindet. „Wenn man neue Kraftwerke bauen oder bestehende
Anlagen modernisieren möchte, ist die Wahl des richtigen Stand­orts und der Turbinen das A und O“, stellt Masuo fest.
Rohrturbinen wie diese liefert Voith bereits seit den 1950er
Jahren und die neuesten Modelle erreichen Leistungen vonmehr als 80 MW. Wegen des höheren Volllast-Wirkungs­grades
und höherer Durchflusskapazitäten sind vertikale Rohrturbinenbesonders für Betreiber älterer Kraftwerke interessant. Turbinen
mit geringer Fallhöhe wie die in Toyomi verbauten liefern pro
Jahr eine höhere Energieausbeute bei geringeren Baukosten. //GLOBALE EXPERTISE

1

2
1	Das neue Kleinwasserkraftwerk
wird jährlich rund 9 GWh saubere
Energie erzeugen.

KULTUR DER WASSERKRAFT

2	Die spezielle Kaplanturbine mit
integriertem Generator.

In einem südfinnischen Wasserkraftwerk trifft traditionelle
Wasserkraft auf hochmoderne Technologie.

Das finnische Versorgungsunterneh­men Suur-Savon Sähkö suchte per Aus­
schreibung einen Partner für den Bau
eines neuen Wasserkraftwerks am Stau­damm bei Kissakoski im Süden des Lan­des. Das Projekt war in kultureller undtechnischer Hinsicht anspruchsvoll. Die
neue Anlage sollte die beiden 1932 und1940 errichteten Wasserkraftwerke er­
setzen, die ein Meilenstein für die Strom­
versorgung der Region waren. Daher gab
es für das Projekt die Auflage, die unter
Denkmalschutz stehenden alten Kraft­werke einschließlich ihrer Maschinen­
anlagen und Wasserzulaufvorrichtungenzu erhalten und ein Wasser­kraftmuseum
zu errichten.
Die größte technische Heraus­forde­rung lag darin, eine moderne Turbine indie bestehende Dammkonstruktion zu
integrieren. Das alte Wehr wies beim
­Betrieb starke Schwankungen und un­
typische hydraulische Bedingungen auf:
Die Wasserzufuhr betrug meist etwa

40 m³/s, fiel mitunter jedoch auf 6 m³/s
und die Fallhöhe schwankte zwischenzwei und sechs Metern. Gefordert war
eine wirtschaftliche Lösung, die einenstörungsfreien Betrieb ohne Vibrationen
und ohne Kavitation ermöglicht.
Im Gegensatz zu den Konzepten an­derer Firmen sah das Angebot derVoith Hydro-Tochter Kössler eine speziell
designte Kaplan-Rohrturbine vor. Diese
Turbinen sind auf der ganzen Welt im
Einsatz, üblicherweise jedoch zumeist in
größeren Anlagen. Karl Henninger, Offer
Project Manager für Skandinavien bei
Kössler: „Als wir Suur-Savon Sähkö bei
unserem Treffen in München eine ver­gleichbare Anlage an der Isar zeigten,
waren sie schnell überzeugt.“
Die Umsetzung war laut Gerald Hoch­leitner, Head of Design bei Kössler, je­doch schwieriger: „Den Turbinenmantel,
die Rohr­
turbine und den 20 Tonnen
schwe­ren Generator zu integrieren undein ent­sprechendes Kühlsystem zu ­ent­
wickeln, war eine gewaltige Heraus­
forderung. Letztlich konnten wir das
Problem mit einem an die erweiterte­Turbinenwelle geflansch­ten Syn­chron­generator lösen.“ Von Kössler stammen
die Turbine und der Generator, darüber
hinaus auch alle notwendigen Neben­
aggregate sowie Er­satz­teile. Das öster­reichische Unter­nehmen war ebenfalls
für Transport, Montage, Bauleitung undInbetriebnahme verant­wortlich.
Trotz der frostigen Wetterbedingungen,die den Projektstart im Januar 2012 be­gleiteten, lief das Projekt reibungslos.
Nur knapp fünf Monate später konnte dieneue Anlage in Betrieb genommen wer­
den. Am Staudamm von Kissakoski wur­de damit ein neues Zeitalter der Was­ser­kraft eingeläutet, doch da Kraftwerk undMuseum in der alten Holzschleiferei un­tergebracht sind, bleibt die Vergangen­heit weiter lebendig. //HyPower 2013 | 25

GLOBALE EXPERTISE

MEILENSTEIN
IN COSTA RICA
Voith Hydros Cubujuquí Projekt ist
eine Small Hydro Anlage mit internationaler
Reichweite.

Globale Zusammenarbeit: Die Turbinenlaufräder
wurden in Brasilien und Indien entwickelt, während
die Herstellung in Indien erfolgt.
26 | HyPower 2013

Das Wasserkraftwerk Cubujuquí wurde zwar in Costa Rica gebaut,doch die Ausrüstung stammt aus Brasilien, Italien, Kolum­bien undIndien. Die Anlage wurde in Zusammenarbeit zwischen Voith und
dem größten lokalen Energieversorger Coopelesca e­ rrichtet und
im Dezember 2012 in Betrieb genommen. Sie v­ erfügt über zwei
horizontale Francis-Turbinen mit 11,4 MW Leistung, die vonVoith Hydro Brazil und Voith Hydro Noida (­Indien) entwickelt
und von Voith Hydro Vadodara (Indien) hergestellt wurden, sowieüber zwei 13,8 MVA-Generatoren und Drosselklappen, die von indischen und italienischen Partner­unter­nehmen stammen. Die Absperrorgane wurden von Voith ­Hydro in Mailand kontrolliert, diehydromechanischen ­Teile stammen von Partnerfirmen aus Costa
Rica und die Schaltanlagenausrüstung von Siemens Kolumbien
bzw. Siemens Costa Rica. Für die mechanischen und elektrischenP­eripherie- und Auto­matisierungssysteme zeichnet Voith H­ ydroBrazil verantwortlich.
Warum setzt Voith den Bau eines Kleinwasserkraftwerkes
in einem multinationalen Projekt um? Leonardo Penteado, zuständiger Projektmanager für das Cubujuquí-Projekt bei Voith­Hydro Brazil: „Auf dem Weltmarkt für Kleinwasserkraftprojekte
herrscht ein zunehmender Konkurrenzdruck. Daher müssen wir
mit kreativen Lösungen ein überzeugendes Preis-Leistungs­
Verhältnis bieten. Indem wir die Bauteile von verschiedenen Anbietern bezogen haben, blieben die Kosten im Rahmen und wir
konnten unseren Lieferumfang erweitern – und dabei die Auswahl der besten Komponenten treffen.“
Beim Cubujuquí-Projekt kam erstmals in Lateinamerika ein
Maschinensatz zum Einsatz, der in Indien entwickelt, hergestellt,
getestet und von dort geliefert wurde. Sicherlich wird dies nicht
das letzte Mal gewesen sein. Die Produkte des indischen Teams
entsprechen den hohen Qualitätsanforderungen von Voith ­Hydro,überzeugen jedoch auch auf der Kostenseite. Sumeet Mazumdar,
Head of Communications and Project Management & Field Services, Large Hydro, bei Voith Hydro in Indien, berichtet, dass das
Unternehmen bei der Exportproduktion von Steuervergün­sti­
gungen niedrigen Lohnkosten und staatlichen Fördergeldern fürWasserkraftprojekte profitiert. Dieser Kostenvorteil kann d­ irekt
an den Kunden weitergegeben werden.
Für Rohit Uberoi, Head of Small Hydro Engineering bei
Voith Hydro Noida, war das Cubujuquí-Projekt in vielerlei Hinsicht lehrreich: „Unser Werk in Vadodara wurde 2010 eröffnet.
Allerdings hatten nur wenige Mitarbeiter Erfahrung mit solchen
Projekten. Eigentlich sollten Standardlösungen zum Einsatz

Dichter Urwald am Standort Cubujuquí. Da die natürliche Umgebung keinen Einsatz eines Wasserschlosses zuließ, musste eine innovative Lösung
gefunden werden.

kommen, doch für das Cubujuquí-Projekt benötigten wir einen
Generator, den wir erst kurz zuvor entwickelt hatten. Außerdem
mussten wir unser Beschaffungsnetzwerk optimieren, um Ver­zögerungen zu vermeiden.“Dank der Unterstützung der Teams in aller Welt konnte das
Werk in Vadodara die Anforderungen von Voith Hydro Brazil­erfüllen. „Unsere Mitarbeiter wurden eigens von einem Qualitätsbeauftragten aus Brasilien geschult“, erinnert sich Uberoi.
„Wir tauschten uns auch regelmäßig mit Voith Hydro in Brasilien
und Deutschland über Entwicklungsfragen aus. Unser Team hatbeim Cubujuquí-Projekt sehr viel gelernt und konnte dieses­Wissen mittlerweile auch bei anderen Projekten anwenden. Zum
Beispiel haben wir Turbinen für ein Wasserkraftwerk in Kanada
hergestellt und konnten diese sogar früher als vereinbart liefern.“
Die Zusammenarbeit mit den Kollegen aus aller Welt war wegen der sprachlichen und kulturellen Unterschiede sowie der
Entfernung nicht immer einfach. Wobei sich, wie Penteado erklärt, die unterschiedlichen Zeitzonen letztendlich als ein großes
Plus herausstellten: „Unsere E-Mails an das Team in Indien­kamen dort in der Nacht an und wir hatten dann am nächsten
Morgen die Antwort im Posteingang. So wurde praktisch jedenTag 24 Stunden am Projekt gearbeitet.“

Neben der internationalen Teamarbeit mussten noch weitere
Herausforderungen gemeistert werden. Wegen der Gegeben­
heiten vor Ort konnte kein Wasserschloss eingesetzt werden und
Druckentlastungsventile wären zu aufwändig gewesen. Daher
entwickelte das brasilianische Team eine innovative Lösung: In
dem neu entwickelten Hydrauliksystem wird die Funktion der
Druckentlastung durch die Turbine selbst übernommen.
„So etwas hat es vorher praktisch nicht gegeben. Das Team in
Brasilien führte deshalb erst einmal einige Computersimula­tionen durch, die anschließend Voith-Ingenieure in Heidenheim­geprüft haben“, erklärt Penteado. „Das System in Cubujuquí
funktioniert einwandfrei. Die Anlage ist für den Energiesektor in
Costa Rica richtungsweisend.“ Auch wenn die Testphase viel Zeit
in Anspruch nahm, konnte das Projekt in insgesamt weniger als
zwei Jahren realisiert werden.
Eine weitere Innovation des Cubujuquí-Kraftwerks ist dievon Voith Hydro Brazil entwickelte Automatisierung. „Diese vereinfachte Automatisierungslösung erfüllt genau die Kunden­
anforderungen“, sagt Penteado. „Gegenüber herkömmlichen
Systemen ist sie wesentlich wirtschaftlicher.“ Und die Lösung hat
sich bewährt: Das Automatisierungssystem kommt bereits bei­einem weiteren Projekt von Voith in Lateinamerika zum Einsatz.
Der Erfolg des Cubujuquí-Kraftwerks macht also Schule. //HyPower 2013 | 27

GREEN ENERGY MIXGREEN ENERGY MIX

Wasserkraft: Eine
wegweisende Technologie
Dr. Paolo Frankl, Leiter der Abteilung für
erneuerbare Energie der Internationalen
Energieagentur, über die Rolle derWasserkraft auf dem Weltmarkt fürumweltfreundliche Energien.

Welche neuartigen Technologien werden Ihrer Meinung nachdie wichtigste Rolle für die Entwicklung umweltfreundlicher
Energie spielen?
Während die erneuerbaren Energien immer ausgereifter werden,
blicken wir gespannt den Technologien der zweiten und dritten
Generation für bestimmte Formen erneuerbarer Energien ent­­
gegen. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Photovol­
taik­anlagen der dritten Generation mit extrem effizienten Zellenbzw. äußerst kostengünstigen organischen Zellen zu nennen,
darüber hinaus Biokraftstoffe der zweiten Generation, bei denen
Bio­masse direkt in Ethanol umgewandelt wird.
Außerdem entstehen verbesserte Geothermiesysteme, bei denen
auch Erdwärme genutzt werden kann, deren Temperatur deutlich
geringer ist. Das würde das Potenzial dieser Form von Energie­
gewinnung deutlich vergrößern. Auch die Meeresenergie und an­dere Zweige geben Anlass zur Zuversicht. Bei einigen erneuer­
baren Energien wird die technische Entwicklung schneller
voranschreiten als bei anderen, doch mit den richtigen politischen

Rahmenbedingungen, deren Augenmerk nicht nur auf den fort­
schrittlichsten Technologien, sondern auch auf Forschung und
Entwicklung liegt, werden in absehbarer Zeit technologische
Inno­vationen für alle erneuerbaren Energien erreicht.
Insbesondere Grundlagentechnologien sind hier wichtig, wovon
bei den erneuerbaren Energien zwei zu nennen sind: Speicher­netze und intelligente Stromnetze. Beide erlauben eine höhere
Flexi­bilität, was für die effizientere Bereitstellung erneuerbarer
Energien von zentraler Bedeutung ist. Künftige Stromversor­
gungssysteme müssen an verschiedene Energieversorgungssys­
teme anpassbar sein, darunter auch solche, die schnell hochund heruntergefahren werden können, wie Wasserkraft oder
Gas. Für die Strom­versorgung werden auch Speichersysteme
benötigt, die mehr F­ lexibilität bieten, zum Beispiel Pumpspeicher
oder neue Technologien zur Bündelung von Solarenergie. Und
schließlich benötigen wir Zugang zu intelligenten Stromnetzen,
die Nachfrage und An­gebot effizient und kostengünstig in Ein­klang bringen, darunter Fernstromnetze für grenzübergreifenden
Energiehandel.
Welche Bedeutung haben Pumpspeicher für den Mix bei­ rneuerbaren Energien?
ePumpspeicher stellen die derzeit günstigste Methode zur Spei­
cherung großer Mengen Strom dar. Die Internationale Energie­
agentur [IEA] steht dieser Technologie sehr positiv gegenüber,nicht nur aufgrund ihrer Bedeutung für die Wasserkraft, sondern

Paolo Frankl
Frankl kam 2007 zur
IEA und leitet heute
die Abteilung für
erneuerbare Energien.
Er besitzt einen
Doktortitel fürEnergie- undUmwelttechnologien
der Universität Rom.

auch, weil mit diesem Speicherkonzept in Zukunft weitaus grö­ßere Mengen Wind- und Solarenergie in das globale Stromnetz
eingespeist werden können. Neuartige Pumpspeichersysteme
können teuer sein, doch bestimmte Formen werden wirtschaft­lich interessant bleiben, etwa solche mit kaskadierenden Lei­
tungen zwischen Energiesystemen.
Laut einem kürzlich veröffentlichten Bericht der IEA ist­Was­ser­kraft mittlerweile die weltweit führende erneuerbare
Energiequelle. Wird sie diese Position auch in Zukunft verteidigen können?
Von allen erneuerbaren Energien, die weltweit genutzt werden,
wird Wasserkraft bis mindestens 2050 die wichtigste bleiben, auchwenn andere erneuerbare Energien, insbesondere Solar- undWindenergie, ihre Marktanteile steigern werden. Wasserkraft ist ein
Sonderfall unter den erneuerbaren Energien, da wir es hier mit ei­
ner bereits ausgereiften Technologie zu tun haben. Tech­nische
Fortschritte werden die Nachhaltigkeit von Wasserkraftanlagenweiter verbessern, die Folgen für die Umwelt mindern – zum Bei­spiel durch fischfreundliche Turbinen – und schließlich weitere
Pumpspeichervarianten hervorbringen, etwa durch die Entwick­lung von Speichersystemen, die Meerwasser verarbeiten können.
Neue Technologien im Bereich der Kleinwasserkraftwerke, die invielen Teilen der Dritten Welt eine wichtige Rolle spielen, werden inden betreffenden Ländern die Energiesicherheit verbessern.
Welche wichtigen Trends zeichnen sich international im­Bereich der erneuerbaren Energien ab?
Besonders auffallend ist die in jüngster Zeit rapide steigende An­
zahl von Ländern, die – teils erstmalig – in diesem Sektor aktiv
sind. Immer mehr Länder setzen sich ehrgeizige Ziele bei erneuer­
baren Energien. Bei der Entwicklung umweltfreundlicher Energie­
technologien spielen Schwellenländer eine zunehmend wichtige
Rolle, insbesondere China und Brasilien, aber auch Südafrika,
Mexiko usw. Ein deutliches Zeichen für den weltweit gewach­senen Stellenwert der erneuerbaren Energien ist, dass die 2009
gegründete Internationale Organisation für Erneuerbare Energien
bereits 160 Mitglieder zählt, darunter auch die EU.
Wo liegen Ihre Schwerpunkte als Leiter der IEA-Abteilung für
erneuerbare Energien?
Die IEA sieht es als ihre Aufgabe an, einen faktenbezogenen,­objektiven und neutralen Überblick über den Status, die Fort­schritte und das Potenzial aller Arten von erneuerbaren Energien
zu liefern. Wir möchten umweltfreundliche Energien vollständig indas weltweite Energieversorgungssystem integrieren und ihre
Wettbewerbsfähigkeit sicherstellen. Außerdem sollen auf den
Energiemärkten faire Voraussetzungen für diesen Sektor herr­schen. Die IEA macht derzeit in einer Kampagne darauf aufmerk­sam, dass die Entwicklung fossiler Kraftstoffe weitaus stärker
subventioniert wird als die von erneuerbaren Energien. Auf dem
Weltenergiemarkt müssen die Spielregeln dahingehend geändert
werden, dass künftig die Entwicklung sicherer, sauberer und­erschwinglicher Energien stärker gefördert wird. Die IEA wird wei­terhin nach globalen Best Practices für den grünen Energiesektor
suchen und konsequent fördern. //28 | HyPower 2013

HyPower 2013 | 29

GREEN ENERGY MIXEINE HÖHERE
EBENE
Drei entscheidende Pumpspeichertechnologien helfen
dabei, die fluktuierenden, regenerativen Energien sicher
und flexibel in die Stromnetze einzuspeisen.

M

Kombination von Wind- und Wasserenergie: Frades II
30 | HyPower 2013

it steigendem Anteil der erneuerbaren Energien am Stromversorgungsmix nimmt auch der Bedarf
an effizienten Kurzzeit-Energiespeichernzum Ausgleich von Schwankungen in den
Stromnetzen zu. Laut einer Studie desBundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit aus dem Jahr
2011 müssen im deutschen Stromnetz
künftig vor allem stunden- oder tageweise
auftretende Lastschwankungen aufgefangen werden (siehe Schaubild auf der nächs­ten Seite). „Langfristig werden minde­stens
70 bis 80 Prozent des Spei­
chergeschäfts
in diesen Bereich fallen“, so Alexander
Schech­ner, Leiter Service bei Voith Hydro
in Deutschland.
Auf der ganzen Welt stehen bereits
Pumpspeicherkraftwerke zur kostengüns­
tigen Energiespeicherung zur Verfügung.
Durch die spezielle Bauweise der Anlagen
lässt sich Energie in Form von Wasser
speichern und anschließend Elektrizitäte­rzeugen: Bei überschüssiger Leistung im
Netz wird das Wasser in ein höher gele­ge­
nes Speicherbecken gepumpt. Bei Strom­
bedarf wird das Wasser durch Turbinenin ein tiefer gelegenes Speicherbecken ab­gelassen.
Die seit Jahrzehnten im Einsatz befindlichen Technologien, etwa ternäre­Sät­ze oder mehrstufige Pumpen, sind inden letzten Jahren weiterentwickelt und damit ­effizienter geworden bzw. haben unterden veränderten Rahmenbedingungen an
tivität gewonnen. Darüber hinaus
Attrak­e­rmöglicht die neue technische Ent­wick­lung der drehzahlvariablen Maschinensätzeeine Leistungsregelung im Pumpbetrieb
bei reversiblen Pumpturbinen.
Bislang galten Pumpspeichersysteme als
ideale Ergänzung zu Kernkraftwerken undthermischen Kraftwerken, da das Zurückfahren dieser Kraftwerke bei geringerer
Nachfrage zu kosten- und zeitintensiv ist.
„Bei einem Pumpspeicherkraftwerk
kann man die Energieproduktion bzw.
-aufnahme innerhalb von Minuten odersogar Sekunden regulieren. Pump­spei­cher­kraftwerke sind also sehr wichtig für die
Netzunterstützung und Speicherung derEnergien“,überschüssigen erneuerbaren ­erklärt Schechner. Unterschieden wird
zwischen Lang- und Kurzzeit-Speicherung, wobei „Kurzzeit“ ein Zyklus von ein
paar Stunden, maximal 10, bedeutet. Laut
Schechner ist derzeit entgegen der verbreiteten Meinung der Bedarf an KurzzeitSpeicherung besonders hoch. „Für die­Erzeuger zählt vor allem Flexibilität. Gespeicherte Energie muss mit erneuerbaren
Energien kombiniert werden, die nicht immer uneingeschränkt verfügbar sind, z. B.
Wind- und Sonnenenergie.“
In Portugal, wo die Regierung die Windkraftkapazität um weitere 5.400 MW ausbaut, stattet Voith das Pumpspeicherkraftwerk Frades II im Norden des Landes mit
drehzahlvariablen Pumpspeichereinheiten
aus, um das Netz stabiler und zuverlässiger
zu machen. Das Kraftwerk mit zwei verHyPower 2013 | 31

GREEN ENERGY MIXGREEN ENERGY MIX

größten Pumpspeicheranlagen Europas,
wurde Voith vom Betreiber Schluchseewerk AG beauftragt, die vier horizontalen
Motor-Generatoren zu modernisieren. Dievier ternären Sätze mit einer Leistung vonjeweils 300 MVA waren seit 40 Jahren im
Betrieb und zeichneten sich durch höchste
Zuverlässigkeit und Flexibilität aus. Voith
wurde beauftragt, die Technik auf den neuesten Stand zu bringen.

Pumpspeicher auf dem Vormarsch

2050

Stündlicher Ausgleich
Täglicher Ausgleich
Wöchentlicher Ausgleich
Quelle: Fraunhofer Institut

32 | HyPower 2013

50

60
2030

0
10 20
Leistung [GW]3040

zu 88 % erneuerbare Energien

zu 68 % erneuerbare Energien

1050Energie [TWh]

15

20

25

30

70

35

80

40

90

45

Wachsender Bedarf an KurzzeitLastausgleich im deutschen Stromnetz

2030

2050

Monatlicher Ausgleich
Jährlicher Ausgleich

Luftaufnahme des unteren und oberen Speicherbeckens bei Wehr in Süddeutschland.

Modernisierungsarbeiten an einem der Generatoren in Wehr.

tikalen, drehzahlvariablen und reversiblen
Francis-Pumpturbinen geht 2015 ans Netz
und wird pro Einheit bis zu 383 MW Leis­tung abgeben. Für die Netzversorgung
werden zwei asynchrone Motor-Genera­
toren eingesetzt.
Die Netzfrequenz darf um maximal
0,1 Hertz schwanken. Die Motor-Generatoren stabilisieren das Netz, indem sie sehrschnell reagieren und die fehlende elektrische Leistung bereitstellen bzw. die überschüssige aufnehmen. Die hochsensiblen
Steuer­systeme können innerhalb von Milli­
sekunden Leistungssprünge der Maschine
realisieren. Dabei wird kurzzeitig die kinetische Energie aus der rotierenden Masse
der Maschine durch eine Drehzahl­änderung genutzt.
Bei Industrieanlagen ist die Re­gu­lie­rung von Pumpgeschwindigkeit und-leistung mittels asynchroner Motoren­
nichts Neues. Die Maschinen laufen
unabhängig von der Netzfrequenz als­
Pumpenmotoren mit variabler Leistung.
Gleich­zeitig verbessern sie während der„Asynchrone Pumpturbinen eignen sichbesonders für dynamische Spitzen bei
Netzlastschwankungen und können sowohl
im Pump- als auch im Turbinen­betrieb mit
optimalem Wirkungsgrad ­arbeiten.“
Für Kraftwerke, die bereits mit synchronen Generatoren arbeiten, insbesondere kleinere Pumpspeicherwerke, entwickelt
Voith gegenwärtig eine Voll­umrichter­
lösung, die ähnliche Funktionen bieten soll.
Abhängig von der Fallhöhe und den An­
forderungen an die Regelleistung, setzt
Voith Hydro weiterentwickelte ternäre­Maschinensätze ein, um die Leistung von
Pumpspeicherkraftwerken zu verbessern.

Strom­
erzeugung im Teillastbetrieb auchden Turbinenwirkungsgrad.
In Wasserkraftwerken ließ sich dieses
Konzept bisher nur schwierig im größeren
Maßstab umsetzen. Voith Hydro hat nun
einen asynchronen Motor-Generator für
große Pumpspeicherwerke entwickelt, mit
dem die Drehzahl der Pumpenturbine
variiert werden kann. Die Pumpleistung­kann je nach verfügbarer Energiemenge
angepasst und das Netz im Pumpen- und
Turbinenbetrieb stabilisiert werden.
„Normalerweise sind Pumpturbinenüber synchrone Generatoren mit dem Netz
verbunden und können im Pump­
modus
nicht geregelt werden – sie arbeiten also
stets mit gleichbleibender Leistung“, sagt
Wieland Mattern, Projektmanager bei­Frades II. „Durch variable Drehzahlen werden Pumpspeicher flexibler und sind daher
besser für künftige Netz­anforde­rungen geeignet. Variable Leistung kann ins Netz
eingespeist, aber auch entzogen werden.“Mattern spricht zwei weitere Vorteile an:

Ein ternärer Satz besteht aus drei Teilen:
einer Turbine, einem Motor-­Generator undeiner Pumpe. Durch diese beiden sepa­
raten hydraulischen Strömungs­maschinen
kann dieselbe Drehrichtung des MotorGenerators für beide Betriebsmodi verwendet werden – eine außerordentlich
wirtschaftliche Lösung für den Kraftwerks­
betrieb. „Die Technologie bietet höchste

Flexibilität und Regelgeschwindigkeit zwischen Energieproduktion und Energie­
aufnahme – im hydraulischen Kurzschlusssogar stufenlos zwischen maximaler Turbinenleistung und maximaler Pumplei­stung“,
berichtet Johannes Roest, Projektmanager
bei Voith Hydro.
In anderen Teilen Europas setzt Voith
Hydro weiterentwickelte dreiteilige Sys­­
teme ein, um die Leistung von Pumpspeicherkraftwerken zu verbessern.
Für Forces Motrices Hongrin-Léman
S.A., Betreiber der Kraftwerke am Lac del’Hongrin und dem Genfersee in der
Schweiz, liefert Voith zwei mehrstufige
vertikale Pumpeneinheiten als Teil der ternären Sätze des Kraftwerks.
Ternäre Sätze sind sehr flexibel. Siesind zwar im Gegensatz zu reversiblen
Pumpturbinen mit höheren Investitionen
verbunden, bieten aber durch die hohe
Flexibilität bessere Vermarktungsmodelle
für die angebotene Leistung.
Auf der anderen Seite der Grenze, im
Pumpspeicherkraftwerk Wehr, einer derEine weitere Anwendung bei hohen Fallhöhen ist die mehrstufige Pumptechno­
logie. Bei diesem Konzept wird Wasser innerhalb einer Pumpe über eine stufenweise
Druckerhöhung in das höher gelegene
Speicherbecken gepumpt.
Aufgrund des Kraftwerkstandorts hoch inden Bergen bzw. des beträchtlichen Höhenunterschieds zwischen dem unteren
und dem oberen Speicherbecken sind die
Pumpenstufen in Reihe angeordnet (amLac de l’Hongrin in fünf Stufen).
Die kontinuierlichen Verbesserungendieser drei Technologien bei Voith verhel­fen Pumpspeichern zu einer weiteren Flexi­
bilitäts- und Effizienzsteigerung. Tria­nel,ein Verbund von Stadtwerken aus ­Europa,
entwickelt Pumpspeicherkraftwerke undwird dabei von Voith beraten. Der Verbund
ist zuversichtlich, dass diese Kraftwerke
mehr Effizienz und Flexibilität bietenw­ erden.
„Da der Energiemix in Deutschland
zunehmend aus erneuerbaren Energien besteht, ist Flexibilität bei der Strom­
versorgung besonders wichtig“, meint
Christoph Schöpfer, Projektmanager bei
Trianel. „Pumpspeicherkraftwerke können
mittlerweile so konstruiert werden, dass sie
sich in das jeweilige Ökosystem eingliedern. Wir achten von Anfang an darauf,
den Einfluss des Kraftwerks auf die Umwelt möglichst gering zu halten.“ //HyPower 2013 | 33

GREEN ENERGY MIXGREEN ENERGY MIX

Ungeahntes
Potenzial
StreamDiver® ist eine neue, kompakte undumweltfreund­liche Turbine von Voith, die dort
zum Einsatz kommt, wo konventionelle Wasser­
kraftwerke an ihre Grenzen stoßen.

Wasserkraft deckt gegenwärtig
mit jährlich über 3000 TWh
den weltweit größten Anteil
an dem durch erneuerbare Energien er­
zeugten Strom. In über 60 Ländern wird
mindestens die Hälfte des Strombedarfs
durch Wasserkraft gedeckt.
Dennoch verbleibt ein großes un­er­
schlossenes Potential. Ein Grund dafür
ist die Tatsache, dass in manchen Regio­
nen eine wirtschaftliche Nutzung vonWasserkraft bisher nicht möglich war.
Niedrige Gefällestufen galten bislang oft
als unwirtschaftlich und blieben deshalb
häufig energetisch ungenützt.

Vor allem ökologische Aspekte veranlassten
Voith zur Entwicklung des StreamDivers.
Ein wichtiges Merkmal sind die Wellenlager,
die ausschließlich mit Wasser geschmiert
werden, um eine Verunreinigung durch Öloder sonstige Schmiermittel zu vermeiden.
34 | HyPower 2013

Um dieses brachliegende Potential
wirt­
schaftlich nutzbar zu machen, hat
Voith in Zusammenarbeit mit seiner
Toch­ter­firma Kössler den StreamDiver
entwickelt. Dabei handelt es sich um eineneue kompakte Propellerturbine, die be­sonders dort zum Einsatz kommen soll,
wo größere Kraftwerke unwirtschaftlichsein könnten.
Die Idee zum patentierten Stream­
Diver stammt aus der Meeresenergie­
forschung. Der StreamDiver ist eine kom­pakte und wartungsarme Alternative fürBereiche in denen konventionelle Wasser­
kraftwerke nicht realisierbar sind, wie
zum Beispiel in Naturschutz­gebieten.
Durch die Kompaktheit des Stream­
Divers können die Baumaß­nahmen unddie peripheren Geräte auf das Wesent­liche reduziert werden. Der gesamte An­
triebsstrang bestehend aus Turbine, Wel­le, Wellenlager und Generator befindet
sich in einem Rohrturbinengehäuse, wasein sichtbares bzw. zugängliches Kraft­haus überflüssig macht. Der Stream­
Diver wird direkt im Wasser installiert,
lediglich das Stromkabel führt an die
Oberfläche. Auf wartungsintensive Dich­
tungs­systeme wurde verzichtet, denn derTurbinen-Generatorstrang ist inklusive
der Lager mit Wasser gefüllt. Im Ver­gleich zu öl- und fettbasierten Schmier­stoffen wird damit eine umweltfreund­liche Schmierung und Kühlung derGleit­lager realisiert.
Die Turbine selbst ist als Propeller­
turbine ausgeführt, d.h. sowohl Leitrad

Der StreamDiver stellt eine flexible Alternative zu konventionellen Wasserkraftwerken dar.
Er kann als einzelne Turbine oder, wie hier abgebildet, im Verbund installiert werden.

als auch Laufrad werden nicht verstellt.
Die Durchflussregulierung kann durch
Zu- und Abschalten einzelner Turbinen
erzielt werden oder durch drehzahlvari­ablen Betrieb mittels Frequenzum­rich­ter. Als Notabsperrein­richtung wird ein
Saugrohrschütz verwendet. Mit die­sem
kann auch gleichzeitig die Dreh­zahl zum
Anfahren und Synchro­nisieren der Kom­paktturbine geregelt werden.
All diese konstruktiven Lösungen er­m­ öglichen vergleichsweise niedrige Ge­samtinvestitionskosten und beschränken
die Wartungsanforde­rungen, sowie die
Aus­fall­wahrscheinlich­keit auf ein Mi­
nimum.

Der StreamDiver ist auf dem neuesten
Stand der Technik, obwohl das Grund­konzept verhältnismäßig einfach ist, wie
Gerald Hochleitner, Konstruktionsleiter
bei Kössler, berichtet. Das Wasser strömt
zunächst durch einen Rechen, welcher
Äste, Blätter und sonstigen Unrat zu­
rück­hält. Die weitere Energieumwand­lung findet dann im voll integrierten An­
triebsstrang des StreamDivers statt.
„Durch die kompakte Bauweise unddie umweltfreundlichen Eigen­schafteneignet sich der StreamDiver besonders
für Standorte, an denen bereits Stau­weh­
re oder Dämme zur Regulierung klei­ner
Flüsse existieren“, erklärt der Produkt­manager Jörg Lochschmidt, der seit 2010
die Verantwortung für das Stream­DiverProjekt trägt.
„In Europa gibt es viele Damm­
anlagen, die durchgängig gemacht wer­den müssen, um den neuen Umwelt­vor­rah­
schriften der europäischen Wasser­men­richtlinie zum „guten ökologischen
Zustand“ der Fliessgewässer gerecht zu„Der StreamDiver ist ein
Serienprodukt mit zahlreichen
Einsatz­möglichkeiten.“Jörg Lochschmidt, Projektmanager

werden. Kombiniert man die Maßnah­men zur Renaturierung mit der Installa­tion eines StreamDivers in einem Bau­vorhaben, dann unterstützt die Stream­
Diver-Technologie zwei Ziele: Sie leistet
einen Beitrag zum Ausbau der regenera­
tiven Energieversorgung und sie trägt
zur Refinanzierung der Flussrenatu­
rierung bei minimalem Eingriff in die
Umwelt bei“, erläutert Lochschmidt.
„Der StreamDiver ist etwas Besonderes.
Konventionelle Wasserkraftwerke wer­den entsprechend den Gegebenheiten
vor Ort und den Projektvorgaben ent­
worfen. Der StreamDiver ist hingegenein bezahlbares Serienprodukt, das
HyPower 2013 | 35

GREEN ENERGY MIX

für viele Einsatzbereiche in aller Welt in
Frage kommt.“

Aufgrund seiner kompakten Bauweise eignet sich der StreamDiverbesonders für Bereiche, in denen kleinere Fließgewässer bereits
durch vorhandene Wehre reguliert werden. Die Anlage ist wartungsarm
und muss lediglich alle fünf Jahre einer technischen Überprüfung
unterzogen werden.

Funktionsprinzip:1

2

3

Die Turbine ist bis auf den Stator mit Wasser gefüllt und wird vom durch
den Rechen geleiteten Wasser angeströmt. (1) Die Strömung wird um das
Generatorgehäuse geleitet und in den Leitschaufeln mit Drall beaufschlagt,(2) bevor sie auf den Propeller trifft und klimaneutrale Energie erzeugt (3).

36 | HyPower 20132011 begann ein Pilotprojekt in Zu­
sam­menarbeit mit den österreichischen­Ener­gie­anbietern VERBUND Hydro­Power, Grenzkraftwerke, evn naturkraft
und Wien Energie. Der Prototyp verfügtüber eine maximale Leistung von
450 kW mit einem Laufraddurchmesser
von 1,3 Meter. Neben dem Test des neu­en Antriebsstrangs mit rein flusswasser­
geschmierten Lagern werden auch für
zwei Netzanbindungsvarianten Betriebs­
erfahrungen gesammelt.
Allein in Deutschland könnten mit­
hilfe des neuen Energiegewinnungs­
konzepts jährlich zusätzlich 3,5 TWh
rer Energie aus erneuerbarensaube­
Quel­len gewonnen werden. Dies ent­
spräche einem Anstieg der momen­
tanen natio­nalen Wasserkrafter­zeugung
um 15 Prozent und würde den jährli­chen Strom­bedarf von nahezu 300.000
Haushalten decken. //erfolgreiche Partnerschaften

Weit voraus
Voith Hydro's schwedische
Niederlassung versteht ihr
Geschäft, insbesondere in
der Generatorherstellung.

Ein schwedisches Sprichwort lautet: „Schwedische Stachel­
beeren gibt es nur in Schweden“. Das skandinavische Landist stolz auf seine Besonderheiten, die es so einzigartig machen.
Mehrere Unternehmen haben nicht zuletzt dank ihrer Erfah­
rungen auf dem heimischen Markt auch international Fuß­gefasst.
Schweden eignet sich ideal für die Erzeugung von Wasser­
kraft – sowohl geographisch als auch politisch gesehen. Wegender zahlreichen Berge, in denen durch Niederschläge Wasser
zur Energieerzeugung entsteht, gibt es viele Standorte, die fürWasserkraftanlagen geeignet sind. Infolge der Ölkrise in den
1970er Jahren beschloss die Regierung, die Abhängigkeit desLandes von fossilen Brennstoffen zu verringern. Besonders stark
wurde in erneuerbare Energien investiert. Derzeit werden knapp
50 Prozent des landesweiten Strombedarfs durch Wasserkraft
gedeckt. Dies unterscheidet den schwedischen Wasserkraft­markt vom Rest der Welt. „Wir haben es hier mit einem reifen
Markt zu tun“, analysiert Magnus Wenna, Marketing Director bei
Voith Hydro Västerås (VHV), „auf dem 80 bis 90 % der poten­
ziellen Wasserkraftstandorte bereits erschlossen sind.“Der ehemals unter dem Namen VG Power AB bekannte
Anbieter VHV ist in Skandinavien Marktführer bei großen Gene­
ratoren. Das Unternehmen wurde 2002 gegründet und hat sichauf große Generatoren und die Sanierung und Wartung vonWasserkraftanlagen spezialisiert. Voith Hydro übernahm 2006
die Mehrheit und zum diesjährigen Jahreswechsel 100 % derAnteile.
In einem reifen Markt wie Schweden werden nur noch we­
nige neue Wasserkraftwerke gebaut. In erster Linie werden be­
stehende Anlagen modernisiert. Das Land setzte schon früh­
zeitig auf Wasserkraft und viele der über 1.000 Wasserkraft­anlagenstammen aus den ersten beiden Jahrzehnten des vergangenen

Jahrhunderts. Mit der Modernisierung der Maschinen kann den
Betreibern ein Mehrwert geboten und die gegebene Infrastruktur
effizienter genutzt werden. Bei solchen Projekten hat sich VHVsein umfassendes Know-how erarbeitet.
VHV entwickelt modernste Generatoren für neue und be­
stehende Wasserkraftanlagen und übernimmt die Wartung,­Generalüberholung und Nachrüstung von Wasserkraftgenera­
toren und -turbinen, Motoren für Pumpen und Motor-Genera­
toren für Pumpturbinen, Generatoren für Rohrturbinen, rotieren­den und statischen Erregersystemen und anderen Kompo­nenten.
„Die Betreiber haben dadurch große Vorteile, darunter die Ver­längerung der Lebensdauer und höhere Leistung bei geringeren
Betriebskosten“, berichtet Stefan Borsos, seit Oktober 2012
neuer President und CEO von VHV. „Auf einem reifen Markt, dernur wenige Möglichkeiten zum Bau neuer Anlagen bietet, stellen
wir optimale Lösungen für mehr Kapazität und Effizienz zur­Verfügung.“
Bei verschiedenen internationalen Projekten von Voith Hydro
wird es auch weiterhin auf das Know-how von VHV ankommen,
zum Beispiel beim Red Rock-Projekt in den Vereinigten Staaten
oder bei Arbeiten in Norwegen, Island, Wales und der Schweiz.
VHV wird hierfür neue Generatoren und Bauteile liefern. //VHV erweitert das Portfolio von Voith Hydro in verschiedenen
Bereichen um wichtiges Know-how, zum Beispiel bei Projekten
in den USA, Norwegen, Wales und der Schweiz.
HyPower 2013 | 37

grüneerfolgreiche
Energie Partnerschaften

Zu Testzwecken werden in Ice Harbor Laufräder installiert, die die Fischpassage verbessern sollen.

Sichere Reise
Ein Forschungsprojekt zum
Schutz der Fische und zur
Effizienzsteigerung.
Die großen Vorteile der Wasserkraft sindfür die Menschheit unverzichtbar. Flüsse,Bäche und Ozeane sind jedoch auch dernatürliche Lebensraum unzähliger Fisch­arten. Da Wasserkraft eine nachhaltige
Energiequelle ist, ent­wickeln die Ingeni­
eure von Voith Hydro technische An­lagen
kontinuierlich weiter, um Fischwan­derun­
gen zu erleichtern.
In herkömmlichen Anlagen konnte dieÜberlebensquote der Fische durch Maß­nahmen wie das Überlaufenlassen von
Dämmen, das Sammeln der Fische in hö­

Schematische Ansicht einer
Minimum Gap Runner Kaplanturbine
38 | HyPower 2013

her gelegenen Wasserreservoirs oder das
Umleiten der Tiere um die Wasserkraft­anlage erhöht werden. Es handelt sichdabei jedoch um kostspielige Lö­sun­gen,welche die Anlagen­effi­zienz beeinflussen
können.
Für Fische herausfordernd sind Druck­schwankungen, hohe Scherkräfte, Kon­
takt mit Laufschaufeln und ein ungüns­
tiger Strömungsverlauf. Große Spalte an
der Laufradnabe und an der Schaufel­
spitze des Lauf­rades erhöhen aufgrund
der dort ent­stehenden Wirbel das Ver­letzungs­risiko der Fische.
Um die Überlebensrate von Fischen bei
kleineren Anlagen mit Radialströmung zu
erhöhen, entwickelt und testet Voith in Zu­
sammenarbeit mit dem Alden ResearchLabor­atory eine neue Laufrad­technologie
mit drei Schaufeln, die die Fischsterblich­keit durch Schläge, Druck und Scher­kräfte senken soll. Die voraussichtlicheÜber­lebensrate von Jung­fischen, die die
Alden-Turbine durchqueren, liegt für ver­schiedene Fisch­arten bei mindestens
98 Prozent.
Mit Unterstützung des Electric Power
Research Institute, des US-Energie­
ministe­riums und von Partnern aus derIndustrie hat die Entwicklung nunmehr
Marktreife erlangt. „Die Technologie ist
auf dem neue­
sten Stand“, so Jason

Foust, Ingenieur für hydraulische Strö­mungs­maschinen bei Voith Hydro. „Alle
aktuellen Umwelt­vor­schrif­ten für Fisch­passagen sind in die Entwicklung ein­geflossen.“
Für Kaplanturbinen konnten dank der
Minimum Gap Runner-Technologie(MGR) bei mehreren großen Anlagen, wie
dem Bonneville- und dem WanapumStaudamm im Nordwesten der USA, be­reits sicherere Fischpassagen geschaffen
werden. MGR-Konzepte werden auch im
Rahmen einer neuen Zusammenarbeit
mit dem US Army Corps of Engineers
umgesetzt und zu Testzwecken am Ice
Harbor-Damm installiert.
Dabei sollen Turbinengeometrien ent­
wickelt werden, die die Fisch­durch­
gängigkeit sicherer machen. „­Gemeinsam
mit dem US Army Corps of ­Engineers
entwickeln wir Laufräder mit feststehen­den und verstellbaren Ersatz­
laufrädern
für Kaplanturbinen“, berichtet Foust. Bei
der Entwicklung dieser Tur­binen werden
bereits die Kriterien für den Bau vonsicherer Fischdurchgängigkeit berück­­
sichtigt. In unserem Labor werden außer­
dem die neuen Bauteile getestet. DieÜberlebensrate der Fische in Ice Harborsoll die von früheren MGR-Anwendungenerreichte Marke von 95 Prozent über­steigen. //Die Welt von Voith

Brandschutz für dänisches Tanklager

5

Nachhaltige
Papierproduktion
in der Türkei
Modern Karton – einer der­uropaweit größten Herstellerevon Karton und Verpackungs­pa­pieren – hat bei Voith Paper dieneue PM 5 zur Produktion vonleichtem Verpackungs­pa­pier be­
stellt. Die Maschine soll bis Mitte
2015 mit einer Produktionsge­
schwindigkeit von 1500 m/min im
türkischen Werk Corlu in Betrieb
genommen werden. Sie wird eineSieb­breite von mehr als 8 Metern
haben und rund 400.000 Tonnen
Verpack­ungs­papier pro­duzieren.
Aufgrund des geringen Frisch­was­ser­ver­brauchs stellt die Pa­
piermaschine eine besonders
nachhal­tige Investi­tion für Modern
Karton dar. Durch den Einbau ei­
nes innovativen Dosiersystems im
Konstantteil der PM 5 kann der
Chemika­lieneinsatz präzise ge­steuert wer­
den. Darüber hinaus
erfasst eine Software den gesam­ten Stromverbrauch des Papier­her­stellungs­prozesses und stellt
ihn grafisch dar. Somit können
Strom und Wasser gespart wer­
den. Des Weiteren wird Modern
Karton ein Kraftwerk auf dem Ge­
lände der Fabrik errichten, um die
Reststoffe des Herstellungspro­
zesses vollständig zu nutzen undzusätzliche Energie zu erzeugen. //Kilometer unterirdischverlegte Wasserrohre

Voith Industrial Services hat den dänischen
Tanklagerbetreiber Inter Terminals mit einem neuen
automatischen Brandschutzsystem ausgestattet.
Aufgrund neuer Vorschriften mussten 12 Öltanks
aus den 1960er Jahren mit modernen Brandschutzund Kühlsystemen versehen werden. Im Verlauf
des 12-monatigen Projekts wurden fast fünf Kilo­
meter unterirdische Wasserleitungen sowie eineben­so langes oberirdisches Rohrleitungssystem verlegt, das im Notfall Schaum verteilt.
Das System entspricht nun den neuesten Standards und bietet dem dänischen Unterneh­men modernen manuellen und automatisierten Schutz gegen Brandgefahren. //Die Technologien von Voith tragen maßgeb­lich zur technisch zuverlässigen und öko­nomischen Erschließung der Ölvorkommen
vor der brasilianischen Küste bei. Bis 2017
wird das Betreiberkonsortium in dem Ge­
biet acht Floating Production Storage andOffloading Units (mobile Produktions- und
Lagereinheit, FPSO) im Gesamtwert von
3,5 Milliarden Dollar installieren. Die FPSOs
werden Ölvorkommen aus einer Tiefe vonbis zu sieben Kilometern unter der Meeres­
Voith Turbo:
oberfläche zutage fördern.
GroSSauftrag aus
Aus dem brasilianischen Ölfeld wird ein
Brasilien
Gemisch aus Öl, Gas und Wasser an die
Oberfläche gefördert. Um ein Gasgemisch
Voith hat einen GroSSauftrag über 60 mit variierender Moldichte zu komprimieren
regelbare Planetengetriebe „Vorecon“ er­ und in das Ölfeld zurückzuführen, ist eine
halten. Sie werden bei der Offshore-Förde­ Drehzahlregelung nötig. Die durch denrung in atlantischen Ölfeldern des riesigen Vorecon drehzahlgeregelten Kompressoren
Pre-Salt-Clusters rund 300 Kilometer vor ermöglichen die Gasrückführung ganz
der Küste von Rio de Janeiro und São ­Paulo ohne zusätzliches Equipment. Im Vergleich
eingesetzt. Der Betreiber ist ein Konsortium zu anderen technischen Lösungen spart
unter der Leitung des brasilianischen Mine­ das Platz auf den FPSO.
Dank der kompakten und robusten
ralölkonzerns Petrobras. Dieser über meh­rere Jahre laufende Auftrag festigt die füh­ Bauweise und der hohen Zuverlässigkeit
rende Position von Voith Turbo in den eignet sich das Vorecon-Getriebe hervor­
wachsenden Öl- und Gasmärkten in Latein­ ragend für die rauen Bedingungen im Atlan­
amerika und der NAFTA-Region. Voith ist tischen Ozean. Das regelbare Planetenge­
bereits seit knapp 50 Jahren in Brasilien triebe von Voith hat sich über Jahrzehnte­aktiv und wird über die Dauer des gesam­ hinweg durch seine Zuverlässigkeit in derten Projektes den Anteil der Wertschöpfung Öl- und Gas­industrie bewährt. Auf dieser
in Brasilien steigern. Voith Turbo baut dafür Technologie und Erfahrung basieren auch­eigens eine neue Montagehalle mit Prüffeld die Vorecons für das brasilianische PreSalt-Cluster. //am Standort im Bundesstaat São Paulo.
HyPower 2013 | 39

Gastperspektive

Gastperspektive

die LIFESAVER-Flasche, sieht im Grunde genommen aus wie
viele andere Trinkflaschen. Sie besteht größtenteils aus Plastik,
ist leicht, kann in einer Hand gehalten werden und verfügt übereinen Trinkaufsatz und eine Verschlusskappe. Lediglich der „ein­drückbare“ Boden unterscheidet sie von anderen Flaschen.
­Dabei handelt es sich um eine Pumpe, die sauberes Wasser er­
zeugt.

LEBENs­RETTER
Der LIFESAVER: Michael Pritchards
Erfindung macht seinem Namen alle Ehre.
Angetrieben von den Folgen desTsunamis 2004, erfand er das einfacheaber geniale Produkt.
Nur wenigen Menschen gelingt es, wahrhaft innovative Lösun­gen für die kompliziertesten Probleme zu finden. Wenn das Pro­
blem darin besteht, dass eine fehlende Trinkwasserversorgung
lebensbedrohlich für Menschen wird, dann ist eine innovative
Sicherung der Versorgung umso bedeutender.
Wie Millionen andere Menschen in aller Welt hatte auch­Michael Pritchard am Fernsehgerät schockiert die Bilder desgewaltigen Tsunamis im Indischen Ozean verfolgt, der im Jahr
2004 mehr als 200.000 Menschenleben forderte. Er stellte mit
großem Erstaunen fest, dass in der Folgezeit weiterhin Menschen
aufgrund des fehlenden Zugangs zu sauberem Trinkwasser
starben. „Ich dachte mir nur, dass das einfach nicht sein kann“,
erinnert er sich. „Wir leben im 21. Jahrhundert – wie kann es unsda nicht gelingen, diese Menschen mit sauberem Trinkwasser zu
versorgen?“
Diese Tragödie lieferte die erste Motivation für sein späteres
Handeln, doch erst die Folgen des Hurrikans Katrina 2006 gaben
für ihn den endgültigen Ausschlag, eine Methode für die Bereit­
stellung von sauberem Wasser in Katastrophengebieten zu ent­
wickeln. „Ich dachte mir: Das ist das mächtigste Land der Welt
mit der größten Wirtschaftskraft und es ist nicht in der Lage, den
Opfern sauberes Trinkwasser zur Verfügung zu stellen.“
Wenngleich der aus England stammende Pritchard keine
klassische wissenschaftliche Ausbildung vorweisen kann, so hat
er doch die Einstellung eines radikalen Innovators. Sein Konzept
für sauberes Wasser ist so einfach und genial: Der Erstentwurf,
40 | HyPower 2013

1
3

2

1 Die Erfindung von Michael Pritchard hat bereits viele Gemeinden
mit sauberem Wasser versorgt...
2 ... so können sie die natürlichen Ressourcen in ihrem Umfeld
optimal nutzen.
3 Die LIFESAVER-Technologie ist eine interessante Alternative
zum Transport riesiger Trinkwassermengen.
Weitere Informationen finden Sie unter www.lifesaversystems.com.

Pritchards Konzept für sauberes Wasser basiert auf Filte­
rung, ist jedoch um einiges ausgeklügelter als herkömmliche
Systeme, die 200 Nanometer „große“ Löcher zur Filterung ein­setzen. Bei einem solchen Durchmesser können Bakterien undViren nämlich den Filter durchdringen. Daher setzt Pritchard zur
Gewinnung von absolut reinem Trinkwasser auf Filterlöcher mit
einem Durchmesser von nur 15 Nanometern, durch die „nichts
Lebendiges hindurchgelangen kann“. Die Herausforderung be­
stand jedoch darin, einen Druck zu erzeugen, der ausreicht, um
die Flüssigkeit durch die winzigen Löcher zu pressen.
Da es schier unmöglich ist, Wasser zu komprimieren, entwi­
ckelte er eine Flasche mit einer Pumpe zur Luftkompression, mit
der das Wasser durch die Filterlöcher gepresst wird. Schließlich
musste noch sichergestellt werden, dass ausschließlich Wasser
und keine Luft durch den Filter gelangt. Dazu ließ sich Pritchardvon der Natur inspirieren: „Einige natürliche Materialien absorbie­
ren Wasser, andere stoßen es ab“, erklärt er. „Mir wurde klar,
dass eine hydrophile Membran keine Gase durchlassen würdeund ich großen Druck aufbauen könnte.“ Kurz gesagt, der Effekt
besteht darin, dass verschmutztes Wasser mithilfe der kompri­
mierten Luft durch die 15 Nanometer großen Löcher des Filters
gepresst wird. Der „Schmutz“ wird dabei herausgefiltert und es
gelangt sauberes Wasser in die Flasche.
Schon nach kurzer Zeit konnte Pritchard ein ähnliches Prinzip
auf einen 18,5 Liter fassenden Kanister anwenden und Nutzern
so Zugang zu weitaus größeren Mengen an sauberem Trink­wasser verschaffen. Die Innovation konnte bereits in Katastro­phengebieten und anderen Regionen, in denen Probleme mit
sauberer Trinkwasserversorgung bestehen, erfolgreich eingesetzt
werden. Da jeder Filter Tausende Liter Wasser liefert, bevor erverstopft, kann in Katastrophengebieten Schmutzwasser mit
wenigen einfachen Pumpbewegungen an einer Plastikflasche insauberes Trinkwasser verwandelt werden.
Pritchards LIFESAVER fand so große Zustimmung, dass er
mittlerweile zur Standardausrüstung der britischen Armee gehört
und die britische Hungerhilfe die Flaschen und Kanister bei
humanitären Einsätzen verwendet. Pritchard hofft allerdings,
dass dies nur der Auftakt zu einem noch viel größeren Ziel war.
„Es mag wie eine Fantasterei klingen, aber ich möchte das
Problem der Wasserknappheit aus der Welt schaffen und zwar
noch zu meinen Lebzeiten.“ //HyPower 2013 | 41

Kaffeepause
Dr. Roland Münch, CEO von Voith Hydro, über seine
persönliche Beziehung zur Welt der Wasserkraft.

Dr. Münch, denken Sie unwillkürlich an
Wasserkraft, wenn Sie morgens im
Bad den Wasserhahn aufdrehen?
Ehrlich gesagt nicht, nein. Ich arbeite
wirklich gern in der Wasserkraftbrancheund bin von den Vorteilen der Wasserkraft
als klimafreundlicher und effizienter Form
der Energieerzeugung überzeugt. Abermorgens denke ich doch eher an eineTasse Kaffee.
Die natürlich ebenfalls Wasser enthält...
Richtig. Und zum Kaffeekochen braucht
man Strom. Wir von Voith sorgen dafür,dass ein bedeutender Anteil dieses
Stroms aus Wasserkraft gewonnen wird –und das bereits seit über 140 Jahren.
42 | HyPower 2013

Ich verstehe. Also denken Sie morgens erst an Wasserkraft, wenn Sie
ihre ­Kaffeemaschine anschalten?
Das kommt eigentlich auch ziemlich sel­ten vor, obwohl wir einen beträchtlichen
Beitrag zur Erzeugung umweltfreund­lichen Stroms leisten und ich einen
Doktortitel in Elektrotechnik habe!
Wie kommt ein Elektroingenieur in die
Wasserkraftbranche?
In erster Linie wegen der Generator- undAutomatisierungstechnologien. Seit Voith
und Siemens im Jahr 2000 ihre Wasser­
kraftsparten in ein Joint Venture einge­bracht haben, sind wir ein echter Kom­
plettanbieter. Voith Hydro bietet die ganze
Bandbreite an Serviceleistungen, vonTurbinen über Generatoren bis hin zur
kompletten Kraftwerkautomatisierung.
Wie wichtig sind Generatoren bei Voith,einem Unternehmen mit einer langen
Tradition als Turbinenhersteller?
Sie sind überaus wichtig für uns. In bei­den Bereichen sind wir schon lange aktiv
und dabei äußerst erfolgreich. Unser um­
fassendes Know-how setzen wir in den
firmeneigenen Generatorfertigungen in
Shanghai, São Paulo und Västerås ein.
Apropos Generatoren: Bei der Ausgangsleistung haben wir es ja heutemit gewaltigen Zahlen zu tun.
Allerdings, ja. Wir nähern uns einer Ge­
neratorklasse mit einer Kapazität von1000 MVA – eine beeindruckende Ent­
wicklung.
Sie sind also ein Zahlenmensch?
Auf jeden Fall, ja. Sowohl in meiner
Eigenschaft als Ingenieur als auch als­
CEO sind Zahlen für mich unerlässlich. //2Alle Kraftwerksprojekte indieser Ausgabe und der
Lieferumfang von Voith.

Projekt­verzeichnis

3

1 Guri II, Venezuela:
Sanierung von fünf
Francis-­Turbinen inklusive
Automa­tisierungssystemen
mit erhöhter ­Leistung von
770 MW.
2 Cubujuquí, Costa Rica:
Lieferung von zwei FrancisTurbinen (11,4 MW) sowie vonBalance-of-Plant und Auto­matisierungssystemen.
3 Gordon M. Shrum,
Kanada: Rehabilitierung

1

7

6
9

5

10

von fünf Turbinen mit einer­erhöhten ­Leistung von jeweils
310 MW.
4 Kissakoski, Finnland:
Lieferung einer speziellen Rohrturbine und eines synchronen
Generators mit einer Leistungvon 1,5 MW.
5 Wehr, Deutschland:
Modernisierung von vier hori­zontalen 300 MVA-Generatoren
einschließlich der Erneuerung
von Rotor und Stator.

84

6 Rheinfelden, Deutschland/
Schweiz: Lieferung von vier­neuen 25 MW-Kaplanrohr­
turbinen, die die Leistung desKraftwerks vervierfachen.
7 Hongrin-Léman, Schweiz:
Lieferung von zwei verti­kalen
Mehrstufen-Pumpeinheiten
für zwei ternäre Sätze mit je
120 MW.
8 Frades II, Portugal: Zwei
drehzahlvariable vertikale Pumpturbinen mit einer Leistung von12

je 383 MW und zwei asynchrone
Motor-Generatoren mit einer
Nennleistung von 419,5 MVA.
9 Roncovalgrande, Italien:
Modernisierung von acht Tur­bineneinheiten mit einer Gesamtkapazität von 1000 MW.
10 Uglitsch, Russland: Neuer
Maschinensatz für eine Gene­
rator­einheit mit einer Leistungvon 65 MW inklusive vertikaler
Kaplanrohrturbine, Generator,
elektromechanischer Ausrüstung11

sowie Automatisie­rung.
11 San Men Xia, China:
Modernisierung von zweiT­urbinen und Automatisierung
zur E­ rhöhung der Leistungauf 60 MW.
12 Toyomi, Japan:
Moderni­sierung des Kraftwerks
durch E­ rsetzung von sechs
Francis-Tur­binen durch zwei
neue vertikale Rohrturbinen
samt Generatoren mit einer
Leistung von 61,8 MW.