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Bericht - Exkursion in das Pumpspeicherwerk Goldisthal / Thüringer Wald

Die sechste Exkursion des Jahres 2006 begann schon früh am Morgen: Die Abfahrt vom Park-platz am Kasseler Auestadion war wegen der langen Anfahrt um 645 Uhr erforderlich und das nötigte unseren Mitgliedern aus dem Waldecker Land und sogar aus Lauterbach ein frühes Auf-stehen ab. Mit einem komfortablen Doppeldeckerbus führen wir bei herrlichem Frühsommerwet-ter über die Bundesstraßen 7, 27 und 400 zur Autobahnauffahrt Wommen an der A4 und von dort bis zur Abzeigung der A71 in südlicher Richtung. Bei Ilmenau verließen wir die A71 und gelangten über schmale Straßen im zerklüfteten Thüringer Wald an unser Ziel.

Mit einem kurzen Film über den Bau und die Funktion des Pumpspeicherwerks wurden wir auf das Thema eingestimmt und dann begann die Führung durch Herrn Thomas Schubert, Vatten-fall Europe Generation AG & Co. KG und einen Kollegen. Wegen der guten Beteiligung wurden wir in zwei Gruppen mit einem Kleinbus in die Kaverne gefahren und besichtigten dort das Un-terbecken, von der Besuchergalerie aus das "Maschinenhaus" und gingen anschließend an den Maschinensätzen und einem Ersatzlaufrad vorbei. Mit unserem eigenen Bus fuhren wir dann zum Oberbecken. Nach der Mittagspause in der Kantine des Pumpspeicherwerks wurden wir in zwei Vorträgen über die eingesetzte Stromrichtertechnik der beiden Asynchrongeneratoren und die 400 kV-GIS-Anlagen informiert. Im Folgenden wird auf die Gesamtanlage detailliert einge-gangen.

1. Pumpspeicherwerk Goldisthal

1.1 Allgemeines

Das Pumpspeicherwerk Goldisthal liegt im westlichen Thüringer Schiefergebirge am Fluss Schwarza zwischen den Orten Scheibe-Alsbach und Goldisthal im Landkreis Sonneberg. Erste Überlegungen zur Planung und zum Bau dieses Pumpspeicherwerkes gab es bereits Mitte der sechziger Jahre, als im Ergebnis einer systematischen flächendeckenden Untersuchung dieser Standort auf Platz 1 der Rangliste gesetzt wurde. Im Jahr 1975 wurde mit den bergmännischen Arbeiten zur ingenieurgeologischen Erkundung, dem Holzeinschlag, den Straßenbauarbeiten sowie den Bau vorbereitenden Maßnahmen begonnen. Auf etwa 205 Hektar Waldfläche erfolg-ten der Holzeinschlag und die Stubbenrodung.

Als im Jahr 1981 aus ökonomischen Gründen eine zeitlich befristete Unterbrechung verfügt wurde, waren bereits umfangreiche Erd- und Felsarbeiten ausgeführt. Alle bis zu diesem Zeit-punkt realisierten Maßnahmen wurden auf der Grundlage des seinerzeit geltenden DDR-Rechts durchgeführt. Deshalb lagen zu Beginn der politischen Einheit für das Vorhaben eine Vielzahl gültiger "VerwaItungsentscheidungen entsprechend Artikel 19 des Einigungsvertrages vor. Auf dieser Grundlage wurde mit der politischen Einheit Deutschlands und der Neuformierung der ostdeutschen Stromwirtschaft von der VEAG Vereinigte Energiewerke AG (seit dem 1. Juli 2002 Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG) das vorliegende Projekt erneut überprüft und des-sen Notwendigkeit und Wirtschaftlichkeit bestätigt.

1.2 Geschichtlicher Abriss

Ausgehend von der bestätigten Wirtschaftlichkeit wurden die weiteren ingenieurtechnischen Vorbereitungen des Vorhabens sowie die Beantragung notwendiger Genehmigungen eingelei-tet. Für die am 8. Juli 1991 eingereichte Anzeige gemäß § 4 Energiewirtschaftsgesetz wurde am 26. Oktober 1992 die Nichtbeanstandung durch das Thüringer Ministerium für Wirtschaft undVerkehr ausgesprochen. Grundlage dafür war ein durch dieses Ministerium in Auftrag gegebe-nes unabhängiges Gutachten.

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Das am 26. Oktober 1992 eingeleitete Raumordnungsverfahren wurde am 14. Oktober 1993 durch das Thüringer Landesverwaltungsamt als obere Landesplanungsbehörde abgeschlossen. Die landesplanerische Beurteilung kam zu dem Ergebnis, dass das Vorhaben bei Beachtung verschiedener Maßgaben den Erfordernissen der Raumordnung und der Landesplanung ent-spricht. Auf der Grundlage der seit September 1993 komplett vorliegenden Entwurfsplanung wurden die Antragsunterlagen für das wasserrechtliche Planfeststellungs- verfahren nach § 31 Wasserhaushaltsgesetz eingereicht. In diese Antragsunterlagen war eine acht Fachgutachten umfassende Umweltverträglichkeitsstudie integriert.

Die. Antragsunterlagen wurden vom 6. September bis zum 6. Oktober 1994 öffentlich ausgelegt. Vom 6. bis 8. Dezember 1994 und am 10. Januar 1995 fand die öffentliche Erörterung des Pro-jektes statt. Insgesamt wurden die Einwendungen von 70 Personen bzw. Gruppen eingehend behandelt. Die Ergebnisse fanden als Nebenbestimmungen oder Auflagen Eingang in den Plan-feststellungsbeschluss, der am 21. März 1996 durch das Thüringer Landesverwaltungsamt er-ging.

Der Bund für Umwelt- und Naturschutz Deutschland e. V. (BUND), Landesverband Thüringen, legte am 25. April 1996 Widerspruch gegen den Planfeststellungsbeschluss ein, der vom Thü-ringer Landesverwaltungsamt Weimar in einem förmlichen Beschluss zurückgewiesen wurde. Kurz vor Ablauf der Klagefrist reichte der BUND am 5. August 1996 Klage gegen den Freistaat Thüringen beim zuständigen Verwaltungsgericht in Meiningen ein. Am 6. März 1997 wurde eine Vereinbarung zur außergerichtlichen Beilegung des Rechtsstreites um das PSW Goldisthal vom BUND, Landesverband Thüringen und von der VEAG unterzeichnet. Darin wurde vereinbart, eine Stiftung zur Förderung von Projekten für den Naturschutz und von regenerativen Energien in den neuen Bundesländern .zu gründen. Diese Stiftung wurde im November 1998 durch das Thüringer Innenministerium genehmigt. Am18. April 1997 nahm der BUND Thüringen die Klage gegen den Planfeststellungsbeschluss zum PSW Goldisthal zurück. Am 29. September 1997 erfolgte mit dem Stollenanschlag der Baubeginn für den Zufahrtsstollen zu den Kavernen sowie für die Infrastrukturmaßnahmen.

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1.3 Projektkonzept

Pumpspeicherwerke (PSW) dienen zur großtechnischen Energiespeicherung und kurzfristigen Bereitstellung von Elektroenergie. Im Grundaufbau besteht eine solche Anlage aus zwei Spei-cherbecken, die sich auf unterschiedlichem Höhenniveau befinden, dem Krafthaus mit den Ma-schinensätzen und den Verbindungsleitungen jeweils vom Oberbecken und dem Unterbecken zu den Maschinen. In Schwachlastzeiten wird Elektroenergie aus dem Netz bezogen und Was-ser aus dem unteren Speicherbecken in das obere gepumpt (Pumpbetrieb). Mit dem gespei-cherten Wasser im Oberbecken wird in Zeiten hohen Energiebedarfs durch die Maschinensätze Elektroenergie erzeugt (Turbinenbetrieb) und ins Energienetz eingespeist.

Mit einer Gesamtleistung von 1.060 MW gehört das Pumpspeicherwerk Goldisthal zu den größ-ten und modernsten Anlagen dieser Art in Europa. Es besteht im Wesentlichen aus den Teilan-lagen Oberbecken mit Einlaufbauwerk, zwei Oberwasserstollen, Maschinenkaverne mit Zu-fahrtsstollen, Trafokaverne mit Energieableitungsstollen, zwei Unterwasserstollen mit anschlie-ßendem Auslaufbauwerk, Unterbecken mit Haupt- und Vorsperre sowie Betriebsgebäude und Nebenbauwerke (z. B. Energieableitungsportal, Kleinwasserkraftanlage, Fortluftzentrale und Windenhaus für den Grundablass).

1.4 Oberbecken

Das Oberbecken befindet sich auf der Moosbergebene am Großen Farmdenkopf. Es verfügt über ein Nutzvolumen von 12 Millionen Kubikmeter. Das ermöglicht einen Turbinenvolllastbe-trieb aller vier Maschinensätze von acht Stunden. Die Beckenform ähnelt einem Dreieck mit gerundeten Ecken und wird im Wesentlichen durch das nach Norden, Süden und Westen steil zum Schwarzatal hin abfallende Gelände sowie das sich im Osten anschließende Naturschutz-gebiet "Wurzelbergfarmde" bestimmt.

Die größte Länge in Ost-West-Richtung beträgt etwa 1.015 Meter. Die Wasserfläche bei Voll-stau nimmt eine Fläche von etwa 55 Hektar ein, die Gesamtfläche des Oberbeckens einschließ-lich der Nebenanlagen beträgt etwa 80 Hektar. Der Ringdamm, der das Becken umgibt, hat eine Länge von 3.370 Metern und wurde im Massenausgleich aus dem Beckenaushub geschüttet. Zur Erprobung der Eignung des anstehenden Materials (Phycodenschiefer) wurden ein Probe-steinbruch und eine Probeschüttung angelegt.

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Die Dammhöhen liegen je nach Geländegestalt zwischen neun und vierzig Metern. Die sowohl luft- als auch wasserseitig möglichst steilen Böschungsneigungen von 1:1,6 und die schmale Krone von fünf Metern tragen zu einem optimierten Dammvolumen von 5,4 Millionen Kubikme-ter bei. lm nördlichen Bereich des Dammes wird durch eine profilierte Vorschüttung und die ge-zielte Begrünung der Dammluftseite die Einbindung des Dammes in das Landschaftsbild des Thüringer Waldes unterstützt.

Sowohl Beckensohle als auch die wasserseitige Dammböschung besitzen eine vollständige Dichtung aus Asphaltbeton. Durch ein systematisches Drainagesystem unter der Beckensohle, das auch die Ringdammböschung erfasst, ist die gesamte Asphaltbetondichtung feldweise kon-trollierbar und auftriebssicher gegen Bergwasser. Das anfallende Sickerwasser wird in einem Pumpensumpf in der Kontrollgalerie gefasst und von dort über das Einlaufbauwerk in das Ober-becken zurückgepumpt.

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1.5 Einlaufbauwerk – Oberwasserstollen – Kugelschieber

Als Übergang zu den zwei Oberwasserstollen wurde ein Betonbauwerk in den Ringdamm integ-riert. Es liegt am Westende des Beckens zum Schwarzatal hin und ermöglicht die kürzeste Ver-bindung zwischen dem Oberbecken und der Maschinenkaverne. Das Einlaufbauwerk wurde auf dem gesunden Fels des Phycodenschiefers gegründet und ist über 50 Meter hoch. Im Bauwerk sind zwei Rollschützen mit hydraulischen Hubvorrichtungen angeordnet, die als Not- und Revi-sionsverschluss für die anschließenden zwei Oberwasserstollen dienen. Am beckenseitigen Ende der Einlauftrompeten sind feste Einlaufrechen eingebaut. Die optimale Form und Anord-nung der Einlauftrompeten wurde auf der Grundlage von Modellversuchen ermittelt, um mög-lichst verlustfreie Strömungsverhältnisse zu gewährleisten und Wirbelbildungen, die zur Luftan-saugung im Turbinenbetrieb führen könnten, zu vermeiden.

An das Einlaufbauwerk schließen sich die beiden Oberwasserstollen an und verbinden das Ein-laufbau- werk im Oberbecken mit den Pumpturbinen in der Maschinenkaverne (je ein Stollen für zwei Maschinensätze). Sie sind stahlgepanzert und betonhinterfüllt, haben eine Länge von zirka 870 Metern, eine Neigung von zirka 25 Grad und einen Innendurchmesser von 6,2 Metern. Kurz vor der Maschinenkaverne verzweigt sich jeder Oberwasserstollen im Hosenrohr in zwei Verteil-rohrleitungen. Die Innendurchmesser der Verteilrohrleitungen verjüngen sich von 4,35 Metern am Hosenrohr auf 2,55 Meter direkt am Kugelschieber. Je ein Kugelschieber sperrt den Zufluss zur Maschine ab.

1.6 Zufahrtsstollen – Maschinenkaverne

Mit Ausbruchsabmessungen von etwa 137 Meter x 26 Meter x 49 Meter ist die Maschinenka-verne der größte untertägige Hohlraum des PSW Goldisthal. Sie kann über den zirka einen Ki-lometer langen Zufahrtsstollen erreicht werden, der von den Betriebsgebäuden im Rotseifen-bachtal in die Maschinen- und Trafokaverne führt. Bei Entwurf und Lagebestimmung der Ma-schinenkaverne wurden folgende Randbedingungen berücksichtigt:

- minimaler Raumbedarf, um sämtliche Anlagenteile einschließlich Hilfs- und Nebenein-richtungen in einem einzigen unterirdischen Hohlraum unterzubringen,

- ausreichende Tiefenlage der Laufräder, um Kavitationsschäden im Pumpbetrieb zu ver-meiden,

- ein ausreichender Abstand der Maschinenkaverne von der »Neuhammer Aufschiebung«. einer geologischen Störungszone, um die Aufwendungen für die Felssicherungsmaß-nahmen so niedrig wie möglich zu halten.

Zur Entflechtung des kritischen Weges während der Bauphase wurde sechs Monate vor der eigentlichen Hauptbauzeit mit dem Auffahren des Zufahrtsstollens zu den Kavernen begonnen. Der Ausbruch der Maschinenkaverne erfolgte in zwei Etappen. Zuerst wurde mit einem Hilfsstol-len direkt vom Zufahrtsstollen aus die dreigeteilte Kalotte aufgefahren, daran schloss sich der konventionelle Strossenabbau an.

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Das obere Bild zeigt die Kaverne der späteren Maschinenhalle. Kalotte und Strossen sind be-reits ausgebrochen.

Das untere Bild zeigt im Detail den noch nicht erfolgten Ausbruch der Sohle in der Maschinen-halle.

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Im Zuge des Ausbruchs erfolgte die Sicherung je nach Ausbruchsklasse durch Spritzbeton in mehreren Lagen mit Einlage von Baustahlgewebematten und 8 Meter langen SN-Ankern (STØRE NORFORS-Anker) sowie stellenweise Vorspannankern. An den Ausbruch der Maschi-nenkaverne schloss sich der Betonbau an.

Nach Mittel- und Nordblock (Montageblöcke) wurden die Maschinenblöcke und der Südblock hergestellt. Bei den einzubetonierenden Montageteilen der Pumpturbinen. wie z. B. untere Schachtpanzerung, Saugrohr und Spirale stellte der sehr hohe Bewehrungsgrad höchste Anfor-derungen an die Eisenflechter und Betonbauer.

1.7 Maschinenkavernen – Ausrüstung

In der Maschinenkaverne sind vier Maschinensätze einschließlich der dazugehörigen Be-triebseinrichtungen installiert. Von den vier Pumpspeichersätzen werden zwei für konstante Drehzahl mit Synchron-Motor-Generatoren, Nenndrehzahl n = 333,3 Umdrehungen in der Minu-te, und zwei für variable Drehzahl mit doppelt gespeisten Asynchron-Motor-Generatoren, Dreh-zahlregelbereich von 300 bis 346,4 Umdrehungen in der Minute ausgerüstet. Die Pumpturbinen besitzen hochdruckseitig jeweils einen Kugelschieber als Betriebs-, Not- und Revisionsver-schluss und zur Absperrung des Unterwasserstollens, niederdruckseitig eine hydraulisch betä-tigte Saugrohrklappe als Revisionsverschluss. Die hydraulischen Maschinen, Francis-Pumpturbinen, sind bei allen vier Pumpspeichersätzen identisch, welche im Turbinenbetrieb eine Nennleistung von jeweils 265 MW besitzen. Die Gesamtnennleistung des Pumpspeicher-werkes beträgt somit 1.060 MW.

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Die Maschinensätze sind im Turbinenbetrieb in einem Leistungsbereich von Null bis zur maxi-malen Leistung regelbar. Durch die Verstellung des Leitapparates der Maschine erfolgt die Ver-änderung des Wasserstromes von 0 auf über 100 Kubikmeter je Sekunde. Der Leitapparat setzt sich aus 19 fettfrei gelagerten Leitschaufeln zusammen, die gleichzeitig über einen leichten Re-gulierring von 10 Servomotoren angetrieben werden. Die am höchsten belasteten Teile der Pumpturbine sind das Laufrad, die Leitschaufeln und das Spiralgehäuse. Das Spiralgehäuse ist mit einem Außendurchmesser von 11,70 Metern und einem Gewicht von 140 Tonnen das größ-te und schwerste Bauteil der hydraulischen Maschine.

Die bedeutendste Neuerung auf der elektrischen Seite ist der erstmalige Einsatz von zwei dreh-zahlvariablen Asynchronmaschinen als Motorgeneratoren in einem europäischen Pumpspei-cherwerk. Sie sind als doppelt gespeiste Asynchron-Motor-Generatoren ausgeführt. Bei diesen drehzahlvariablen Maschinensätzen ist es möglich, auch im Pumpbetrieb eine Leistungsrege-lung je Maschinensatz von zirka 100 Megawatt durchzuführen. Zusätzlich wird im Turbinenteil-lastbetrieb eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht. Die Drehzahländerung beim Asynchron-Motor-Generator erfolgt durch statische Direktumrichter (Thyristorstromrichter) im Läuferstromkreis.

Um kurze elektrische Verbindungen zu den drehzahlgeregelten Maschinen sicherzustellen, wurden die Direktumrichter und die Umrichtertransformatoren an den Stirnseiten der Maschi-nenkaverne untergebracht. Das Anfahren der Maschinensätze in den Pumpbetrieb und das Bremsen wird ebenfalls über statische Umrichter (Gleichstromzwischenkreis-Umrichter) vorge-nommen.

Zu den Betriebseinrichtungen der Maschinensätze, die in der Maschinenkaverne untergebracht sind, gehören weiterhin Regel- und Steuereinrichtungen, Druckluftanlage, Kühlwasseranlage, Zentrale Ölwirtschaft, Erregereinrichtungen für die Synchron-Motor-Generatoren und Schaltein-richtungen für das Umschalten von Motor- in Generatorbetrieb.

Vormontageplatz der Motorgeneratoren (v.l.n.r.: Montage des Stators des Motorgenera-tors, Bepolen des Synchronrotors B, Einheben des Asynchronrotors D)

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Die Skizze oben rechts stellt einen Schnitt in Maschinenachse durch die Maschinenka-verne dar. Die Bilder oben links zeigen die Montage der Pumpturbine.

Von oben nach unten:

- montierter Maschinensatz – Höhe Turbinenflur - montierter oberer Turbinendeckel mit Turbinenwelle - montiertes Laufrad mit Leitschaufeln - Einheben des Laufrades in die Montageöffnung - Spirale mit oberer Schachtöffnung

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1.8 Transformatorenkaverne – Bau und Ausrüstung

Das Anlagenkonzept trennt die Hauptkaverne mit den Maschineneinheiten von der Transforma-torenkaverne. Diese liegt unmittelbar unterwasserseitig der Maschinenkaverne. Mit einem Ab-stand von 60 Metern zwischen den Achsen der beiden Kavernen verläuft die Transformatoren-kaverne parallel zur Maschinenkaverne und so nah zu ihr, wie eben technisch durchführbar.

Die geometrische Form und die Abmessungen der Transformatorenkaverne wurden ausschließ-lich durch die Forderungen der elektrischen Ausrüstung bestimmt, die in ihr untergebracht sind. Auch bei der Transformatorenkaverne erfolgten wie bei der Maschinenkaverne zuerst die Auf-fahrung der Kalotte, wegen des geringeren Querschnittes jedoch im Vollausbruch und anschlie-ßend der konventionelle Strossenabbau. Als Sicherung wurde eine Kombination von Spritzbeton und 6 Meter langen SN-Ankern mit Anpassung an das vorgefundene Gebirge ausgeführt.

Die elektrische Ausrüstung in der Transformatorenkaverne besteht hauptsächlich aus vier Ma-schinentransformatoren (ein Transformator je Maschinensatz), den zwei Eigenbedarfstransfor-matoren 18/10 kV, den Maschinenleistungsschaltern sowie der Anfahrumrichteranlage mit den Anfahrumrichter-Transformatoren.

Die Verbindung zwischen den Maschinen und den Maschinentransformatoren wird über vier koaxiale 18-kV-Hochstromschienen in zwei separaten Ableitungsstollen geführt, während die Energieableitung aus der Transformatorenkaverne mit 400 kV-VPE-Kabelsystemen über einen ca. 300 Meter langen Energieableitungsstollen bis zum Energieableitungsportal am Unterbe-cken erfolgt.

Im Energieableitungsportal werden jeweils zwei Maschinensätze über eine 400-kV-SF 6-Schaltanlage zusammengeschaltet. Der weitere Energietransport erfolgt über eine 400-kV-Doppelfreileitung bis zum acht Kilometer entfernten neu errichteten Umspannwerk in Altenfeld.

Das PSW Goldisthal verfügt über ein eigenes 10 kV-Eigenbedarfsnetz, das alle Haupt- und Ne-benanlagen sowie Betriebsmittel am Oberbecken, Unterbecken und an der Vorsperre strahlen-förmig mit Elektroenergie versorgt. Die Einspeisung wird direkt von den 18-kV-Generatorausleitungen über die zwei 18/10-kV- Eigenbedarfstransformatoren mit einer Nenn-leistung von je 8 MVA realisiert. Die Abspannung auf 400 Volt erfolgt in der Nähe der Verbrau-cherschwerpunkte.

1.9 Unterwasserstollen – Auslaufbauwerk – Unterbecken – Vorsperre

Zwei betonausgekleidete Unterwasserstollen und zu-gehörige Verzweigungsstollen verbinden die Pumpturbinen mit dem Auslaufbauwerk am Unterbecken. Die sich an das Saugrohr einer jeden Pumpturbine anschließenden Verzweigungsstollen werden, um eine ausreichende Über-deckung der Stollen zu gewährleisten, nahezu horizontal unter der Trafokaverne hindurchge-führt. Nach Querung der Trafokaverne werden jeweils zwei Verzweigungsstollen zu einem Un-terwasserstollen mit einem Innendurchmesser von 8,20 Meter zusammengefasst, der dann als ansteigender Schrägstollen zum Auslaufbauwerk führt.

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Das Auslaufbauwerk wurde in Randlage zum Unterbecken als ein in den Hang integriertes kombiniertes Fels- / Betonbauwerk ausgeführt. Dieses Bauwerk besteht aus zwei Verschluss-schächten für das Setzen von Dammbalken sowie den beiden Auslauftrompeten (ähnlich denen am Einlaufbauwerk) mit fest installierten Rechen.

Das Unterbecken entstand durch Aufstau der Schwarza, etwa 500 Meter oberhalb der Ortschaft Goldisthal. Während des Probestaus erfolgte der Anstau des Unterbeckens bei gleichzeitiger Abgabe eines Mindestabflusses von 100 Liter je Sekunde an den Unterlauf der Schwarza. Im späteren Betrieb ist der gleiche Mindestabfluss vorgeschrieben, wobei die Abflussdynamik der Schwarza weitgehend zu erhalten ist.

Das Unterbecken ist etwa 2.400 Meter lang und bis maximal 900 Meter breit. Im oberen Bereich des Unterbeckens wurde eine Vorsperre errichtet. Die Vorsperre hat die Aufgabe, die Stauwur-zel des Unterbeckens an der Einmündung der Schwarza bei Absenkung des Wasserspiegels nicht trockenfallen zu lassen. Durch den Vorsperrendamm wird der Wasserspiegel im Vorsper-renbereich stets konstant gehalten, so dass die betriebsbedingten WasserspiegeIschwankun-gen sich nur im Beckenbereich zwischen Vor- und Hauptsperre auswirken.

Der Vorsperrendamm ist 26 Meter hoch und hat eine Kronenlänge von etwa 120 Metern. Die Neigung der oberwasserseitigen Böschung beträgt 1:2, die der unterwasserseitigen Böschung 1:3,5. Der Vorsperrendamm ist ein Steinschüttdamm, der wegen der unterwasserseitig be-triebsbedingt wechselnden Wasserstände eine Kerndichtung aus Asphaltbeton besitzt. Die Dichtung des Untergrundes im Tal- und Hangbereich wird durch einen zweireihigen Dichtungs-schleier erzielt.

1.10 Hauptsperre - Kleinwasserkraftanlage

Als Absperrbauwerk für das Unterbecken dient ein Steinschüttdamm, der mit einer wasserseiti-gen Asphaltbetonaußenhautdichtung versehen ist. Um eine bessere Einbindung in das Land-schaftsbild zu erreichen, ist die Dammluftseite begrünt.

Die maximale Dammhöhe beträgt 67 Meter, die Dammkrone ist etwa 220 Meter lang und 6,25 Meter breit. Die wasser- und luftseitige Böschungsneigung beträgt 1:1,6, das daraus resultie-rende Dammvolumen liegt bei etwa 700.000 Kubikmetern. Das notwendige Dammschüttmaterial wurde überwiegend aus den im Stauraum des Unterbeckens liegenden Steinbrüchen Langeba-cher Kuppe und Langebacher Tal gewonnen.

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Zur Dichtung des Hauptsperrendammes wird eine Asphaltbetonaußendichtung mit kontrollierter Dränschicht eingesetzt. Die Dichtung folgt einer Linie von der Dammkrone aus über die auf der wasserseitigen Böschung befindliche Außenhaut, den Kontrollgang und den Injektionsschleier in den Berg. Dieser Injektionsschleier wurde zweireihig vom Kontrollgang aus hergestellt. Mit den Flankenschleiern rechts und links erreicht man eine durchgängige Untergrundabdichtung.

Das Bindeglied zwischen der Dammdichtungskonstruktion und der Untergrundabdichtung ist der Kontrollgang unter dem Hauptsperrendamm. Er ist aus bewehrtem, wasserundurchlässigem Beton hergestellt und folgt in seiner Lage der Schnittlinie zwischen wasserseitiger Dammbö-schung und dem natürlichen Gelände. Nach unten ist er ganz in den Felsen eingebunden und ragt nur im Scheitelbereich heraus.

Die Einläufe von Grundablass und Hochwasserentlastung sind auf der linken Talseite etwa 150 Meter oberstrom der Hauptsperre angeordnet. In diesem Bereich befindet sich der Schwarza-Umleitungsstollen, der für die Dauer der Schüttung des Hauptsperrendammes notwendig wurde. Er nimmt heute zwei GrundabIassleitungen auf und wird zur Hochwasserentlastung verwendet.

Der Grundablass besteht aus zwei in der Sohle des Hochwasserentlastungsstollens einbetonier-ten Stahlrohren von je einem Meter Durchmesser, die unabhängig voneinander zu betreiben sind und jeweils bis maximal 8,5 Kubikmeter je Sekunde ableiten können.

Die Hochwasserentlastung ist als Schachtbauwerk mit einer viertelkreisförmigen Einlauftulpe ausgeführt. Der anschließende vertikale Fallschacht hat einen Durchmesser von drei Metern; ist belüftet und wird über einen kreisförmigen Krümmer an den ausbetonierten, ehemaligen Umlei-tungsstollen angeschlossen. Damit können unter Einhaltung des höchsten Stauzieles (569,60 Meter über HN) Abflüsse bis zu 23,2 Kubikmeter je Sekunde abgeführt werden. Die Wasserab-leitung erfolgt über den Hochwasserentlastungsstollen zum Tosbecken unterstrom des Dammes und von da aus in das Bachbett der Schwarza.

Neben dem Tosbecken, an den Grundablässen der Hauptsperre, ist eine Kleinwasserkraftanla-ge angeordnet. Sie dient der Nutzung der Pflichtwasserabgabe an die Schwarza, die gemäß wasserrechtlicher Genehmigung dynamisch; das heißt dem natürlichen Zufluss der Schwarza entsprechend erfolgt. Neben der energetischen Nutzung der Pflichtwasserabgabe kann diese zweizellige Durchströmturbine mit einer Nennleistung von 770 Kilowatt so viel elektrische Ener-gie erzeugen, dass bei Netzzusammenbruch ein Pumpspeichersatz des PSW Goldisthal wieder gestartet und damit das Netz von Goldisthal aus wieder aufgebaut werden kann.

Die Kleinwasserkraftanlage ist im Netzparallelbetrieb auf eine Scheinleistung von 800 kVA aus-gelegt und erzeugt im Mittel etwa 1,6 Millionen Kilowattstunden pro Jahr umweltfreundlicher regenerativer Energie.

1.11 Ersatzstraße – Betriebsgebäude mit Schaltwarte

Von Rudolstadt im Norden führt die Landstraße L 1112 im Schwarzatal entlang über Scheibe-Alsbach weiter in den Raum Schalkau. Sie ist durch ihre Tallage mit engen Kurven und Durch-fahrten für Schwerlastverkehr ungeeignet. Zwischen den Orten Scheibe-Alsbach und Goldisthal wurde die L 1112 durch das Unterbecken überstaut und für dieses Teilstück der Straße eine etwa 10 Kilometer lange Ersatzstraße gebaut. Die Ersatzstraße zweigt im Ort Scheibe-Alsbach von der alten L 1112 ab, erreicht nahe dem Oberbecken den höchsten Punkt mit über 810 Me-tern über Normalnull und mündet am Nordausgang des Ortes Goldisthal im Schwarzatal wieder auf die alte L 1112.

Die Betriebsgebäude für das PSW Goldisthal – Haupt- und Nebengebäude sowie Werkstattge-bäude mit Lager und Garagen – liegen im Rotseifenbachtal neben der Ersatzstraße in der Nähe des Zufahrtsstollens. Die Schaltwarte, der größte Teil der Büros sowie die Sozialräume des Personals sind im Hauptgebäude untergebracht. Im Nebengebäude befinden sich die Kantine und ein Besucherinformationszentrum. Um eine gute Anpassung an die Umgebung zu gewähr- leisten, wurden die Betriebsgebäude dem Relief entsprechend höhenversetzt angeordnet.

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Unter Berücksichtigung der Auflagen aus dem Planfeststellungsbeschluss zur landschaftsge-rechten Einbindung der Betriebsanlagen wurden die Gestaltungsmerkmale der Betriebsgebäude wie z.B. Dachneigung, Dachform, und Fenstereinteilung einheitlich gewählt und auf die Verwen-dung landschaftstypischer Materialien geachtet.

Von der Schaltwarte aus erfolgt die Bedienung und Überwachung der Pumpspeichersätze, der Nebenanlagen, aller Schaltanlagen, der Wasserführung sowie der Brand- und Einbruchmelde-anlage. Die Prozessvisualisierung erfolgt über Monitore und eine Rückprojektionswand in der Schaltwarte.

Das PSW Goldisthal wurde für eine vollautomatische Fahrweise in allen Betriebsarten und Be-triebsübergängen konzipiert. Dabei werden alle relevanten Prozessgrößen auf Einhaltung der Grenzwerte überwacht und bei Überschreitungen Warnmeldungen und gegebenenfalls Abstell-vorgänge eingeleitet. Dazu wurde ein redundantes Prozessleitsystem installiert, welches die dezentralen Automatisierungseinheiten der Pumpspeichersätze und deren verfahrenstechnische Nebenanlagen über ein Leitsystem verbindet. Die Prozessleittechnik des PSW ist mit der zent-ralen Steuerstelle in Berlin verbunden. Das ermöglicht einen direkten und bedarfsgerechten Einsatz der einzelnen Pumpspeichersätze per Fernstart.

Nach Inbetriebnahme des letzten Pumpspeichersatzes erfolgte ab dem Jahr 2004 eine Aufrüs-tung der Wartentechnik mit fernwirktechnischer Einbindung neun weiterer Pumpspeicher- und Wasserkraftwerke der Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG. Zu diesem .Zweck wurden bereits zwei weitere Wartenarbeitsplätze ausgerüstet. Die leittechnische Anpassung und Ein-bindung aller Kraftwerke in die dadurch entstehende Zentralwarte endet voraussichtlich 2009, da erst dann die Ertüchtigungen in den fernzusteuernden Kraftwerken einschließlich umfangrei-cher Parallelmaßnahmen realisiert sind.

1.12 Umweltrelevante Aspekte

Nach § 7 ThürNatG ist der Verursacher von Eingriffen in Natur und Landschaft verpflichtet, un-vermeidbare Beeinträchtigungen innerhalb einer bestimmten Frist durch Maßnahmen des Na-turschutzes und der Landschaftspflege im räumlichen und zeitlichen Zusammenhang mit dem Eingriff auszugleichen bzw. Ersatzmaßnahmen zu leisten. In der UmweItverträglichkeitsunter-suchung (UVU) wurden relevante Schutzgüter wie Flora und Fauna, Boden, Oberflächengewäs-ser, Grundwasser, Biotop, Lebensgemeinschaften und deren natürliche Standortverhältnisse, Boden, örtliches Klima, Lufthygiene, Forstwirtschaft, Landwirtschaft, Jagd, Landschaftsbild, Er-holung, Fremdenverkehr, Siedlung, Infrastruktur, Kultur und sonstige Sachgüter auf ihre Beein-trächtigung durch den Bau des PSW Goldisthal hin untersucht. Der gesamte Eingriffsumfang einschließlich aller Untersuchungsergebnisse ist in den Gutachten zur UVU dargestellt.

Von den spezifischen Auswirkungen sind alle Schutzgüter nach dem Umweltverträglichkeitsge-setz betroffen. Für das örtliche Klima gibt es keine nachweisbaren Beeinträchtigungen. Als er-heblicher und nachhaItiger werden von den Naturschutzexperten die Auswirkungen auf Biotope, Lebensgemeinschaften und auf bestimmte Tierpopulationen eingeschätzt, für die entsprechen-de Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen durchgeführt werden. Um die Auswirkungen auf das Landschaftsbild bewerten zu können, wurden in die Umweltverträglichkeitsuntersuchungen foto- realistische Simulationen der unterschiedlichsten Ansichten nach Bauabschluss integriert.

Auf der Grundlage der UVU wurde der Landschaftspflegerische Begleitplan erstellt, in dem die Minimierung, der Ausgleich und der Ersatz der Eingriffe über Maßnahmen planerisch dargestellt und der Ausgleich der Eingriffe bilanziert wurde. Aus dieser Bilanzierung ergab sich, dass zu den definierten Eingriffen Kompensationsdefizite entstanden, d. h. für einen Teil der Eingriffe der Ausgleich direkt im Projektgebiet nicht möglich war. Für diese Defizite wurden deshalb im Zuge des Genehmigungsverfahrens sowohl bei den direkt beanspruchten Flächen als auch für die Beeinträchtigung der Auerhuhn-, Schwarzstorch- und FIedermauslebensräume, die über die Flächeninanspruchnahme hinausgehen, zusätzliche Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen beauflagt bzw. für eine ergänzende Planfeststellung vorbehalten.

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Beispiele dafür sind die Fließgewässerrenaturierungen und Auengestaltung verschiedener Bä-che im Thüringer Raum, der Rückbau von Wehren und Barrieren in der oberen Schwarza, Waldanpflanzungen in Thüringer Forstamtsbereichen sowie Waldumbaumaßnahmen und ein umfangreiches Projekt zur Wiederansiedlung von Auerhühnern. Für den nicht vollständig kom-pensierbaren Eingriff in das Landschaftsbild wurde eine Ausgleichsabgabe erhoben. Durch die Regelungen im Planfeststellungsbeschluss vom 21. März 1996, mit dem das Genehmigungsver-fahren abschloss, wurde allen umweltrelevanten Aspekten Rechnung getragen. In der Schwarza unterhalb der Hauptsperre und im an das Oberbecken angrenzenden Naturschutzgebiet "Wur-zelbergfarmde" wurde ein umfangreiches Beweissicherungsprogramm durchgeführt.

1.13 Ausblick

Nach der Inbetriebsetzung der Gesamtanlage steht Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG mit dem PSW Goldisthal ein Pumpspeicherwerk zur Verfügung, welches folgende Aufgaben erfüllt:

- Bereitstellung elektrischer Spitzenenergie von etwa 1.060 'Megawatt auf der Grundlage der Wasserkraftnutzung

- Primär- und Sekundärregelung für Netzbetreiber sowie Ausregelung der täglichen Last-flanken

- Phasenschieberbetrieb zur Verbesserung des Lastwinkels (Verringerung der Übertra-gungsverluste)

- Bereitstellung von Minutenreserve für den Ausfall großer Kraftwerksblöcke im Verbund-netz

- Wiederaufbau des Netzes nach einem Netzzusammenbruch (Schwarzstartfähigkeit)

Darüber hinaus kann durch den Einsatz der drehzahlgeregelten Pumpspeichersätze die Regel-fähigkeit und Qualität des Verbundnetzes in Schwachlastzeiten durch Übernahme von Re-gelaufgaben durch das PSW Goldisthal auch im Pumpbetrieb verbessert werden. Im Turbinen-betrieb, besonders in Teillastfahrweise werden bei den drehzahlgeregelten Pumpspeichersätzen Wirkungsgradverbesserungen um im Mittel etwa fünf Prozentpunkte erreicht.

Durch Bau und Betrieb der Gesamtanlage können bzw. konnten bereits weitere Nutzeffekte für die Region erzielt werden:

- Die bis zu 660 während der Bauzeit des PSW Goldisthal im Projektgebiet beschäftigten Arbeitnehmer trugen durch ihre zusätzliche Kaufkraft zur wirtschaftlichen Belebung der Region bei.

- Für das Kraftwerkspersonal wurden etwa 50 Dauerarbeitsplätze geschaffen.

- Im langjährigen Mittel werden durchschnittlich 80 Arbeitsplätze insbesondere in mittel-ständischen Betrieben der Region durch laufende Instandhaltungen und Dienstleistun-gen gesichert.

- Es wurde ein zusätzlicher Hochwasserschutzraum geschaffen.

- Für Trockenperioden steht über das Unterbecken eine Wasserreserve von 2,9 Millionen Kubikmeter zur Verfügung.

- Einzelne öffentlich zugängliche Teilbereiche des PSW Goldisthal und Besuche des neu entstandenen Informationszentrums im Betriebsgebäude sowie Betriebsführungen durch das PSW werden als Besuchermagnet in die Tourismuskonzepte der Anliegergemeinden eingebunden.

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1.14 Zusammenfassung

Soweit der Bericht, der aus dem an uns Besucher übergebenen Prospekt der Vattenfall Europe Generation AG & Co KG entstanden ist.

Im Anhang finden Sie die relevanten technischen Daten des Pumpspeicherwerks Goldisthal.

In getrennten Berichten wird auf die Vorträge unserer VDE-Mitglieder Dr.-Ing. Georg Möhlen-kamp, Converteam Berlin, und Dipl.-Ing. Wolfgang Gröhl, AREVA Energietechnik Kassel einge-gangen.

Wolfgang Dünkel Obmann Exkursionen und Öffentlichkeitsarbeit

Erstellt mit freundlicher Genehmigung der Vattenfall Europe Generation AG & Co KG aus dem Prospekt "Pumpspeicherwerk Goldisthal – 1.060 MW-Kavernenkraftwerk" und unter Verwendung der von Vattenfall zur Verfügung gestellten Bilder aus der Bauzeit der Kaverne.

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Anhang

Technische Daten – Bau

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Anhang

Technische Daten – Bau

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Anhang

Technische Daten – Ausrüstung