Der vor allem international aktive österreichische Turbinenbauer GUGLER Water Turbines GmbH hat im Vorjahr im zentralamerikanischen Guatemala ein Projekt mit nicht alltäglichen Rahmenbedingungen erfolgreich abgeschlossen.

Für die erst fünf Jahre alte Ausleitungsanlage „Poza Verde“, rund 50 km südlich der Hauptstadt Guatemala-Stadt am Río Aguacapa gelegen, war es bereits Zeit für eine Fast-Komplett­erneuerung der Krafthaustechnik geworden. Aufgrund von häufigen Problemen und Gebrechen der fehleranfälligen Kaplan-Turbine seit der Inbetriebnahme entschloss sich die Betreibergesellschaft Papeles Elborados S.A. für eine Neuausführung von Maschinensatz, Elektrotechnik und Steuerung. Den Zuschlag für die Lieferung des elektromechanischen und leittechnischen Gesamtpakets ging an die österreichischen Wasserkraft-Allrounder GUGLER. Diese fertigten als neues Herzstück der Anlage eine optimal auf die hydrologischen Gegebenheiten am Anlagenstandort abgestimmte Kaplan­-Spiral-Turbine mit horizontaler Welle. Die nun in allen Betriebs­zuständen wunschgemäß arbeitende Maschine ist wie ihre Vorgängerin auf eine Ausbauwassermenge von 9 m³/s und eine Bruttofallhöhe von 22 m ausgelegt, dabei schafft sie eine Engpassleistung von über 1,8 MW. Seit der Wiederinbetriebnahme im Frühjahr 2017 kann die Anlage nun endlich – ein halbes Jahrzehnt nach der eigentlichen Fertigstellung – vollautomatisch und effizient Strom erzeugen.

Internationale Projekte bilden für den renommierten öster­reichischen Wasserkraft-Experten GUGLER Water Turbines GmbH seit jeher den Kern seiner wirtschaftlichen Tätigkeit und des Unternehmenserfolgs. Neben zahlreichen Anlagen in ganz Europa, dem mittleren Osten und Asien wurden auch im süd- und mittelamerikanischen Raum in den vergangenen Jahren eine ganze Reihe von Kraftwerken unterschiedlichster Ausführung und Leistungsklassen mit bekannt effektiv-zuverlässiger Technik ausgerüstet. Der gute Ruf der Oberösterreicher hat sich in den vergangenen Jahren bis nach Mittelamerika durchgesprochen, bis dato wurden bereits sechs Wasserkraftprojekte in Guatemala umgesetzt. Seinen jüngsten Auftrag hat GUGLER 2017 für den Betreiber Papeles Elborados S.A. im südlichen Hochland im Departamento Guatemala abgeschlossen, erklärt Projektleiter Stefan Hartl. Dabei wurde das erst vor fünf Jahren gebaute Kraftwerk „Poza Verde“ (Grüne Pfütze) am Río Aguacapa grundlegend mit neuer Technik ausgestattet. Neben der Energieproduktion aus Wasserkraft ist Papeles Elborados S.A. vorwiegend im Lebensmittelsektor tätig, die größte Brauerei des Landes steht im Besitz des Unternehmens. Für die Oberösterreicher bedeutete die Auftragserteilung den Gewinn eines neuen Kundens. Laut Hartl kam der Kundenkontakt unter anderem auch über die Empfehlung eines einheimischen Betreibers zustande, der GUGLER von dessem eigenem Kraftwerksbau in bester Erinnerung behalten hatte.

Technische Ultima Ratio
Hartl ergänzt, dass die Stromgewinnung des Kraftwerks Poza Verde laut Betreiber von Beginn an unter keinem guten Stern stand: „Wenn die ursprüngliche Kaplan-Turbine bei rund 60 Prozent lief, begann die Maschine in der Regel stark zu vibrieren, was sich in weiterer Folge negativ auf den gesamten Maschinensatz und die generelle Funktionalität des Kraftwerks auswirkte.“ Nachdem die Betreiber in fünf Jahren vergeblich unterschiedliche Varianten zur Lösung der anhaltenden Probleme erprobt hatten, entschloss man sich mit dem weitreichenden Tausch der verbauten Technik zur Ultima Ratio. Für GUGLER stellte der Fertigungsauftrag im Prinzip dieselben Anforderungen wie bei einem kompletten Neubau, sagt Hartl: „Wir haben bei der Konzeption der Turbine ganz von vorne begonnen, es lagen uns auch keine technischen Unterlagen der alten Maschine vor. Beim Design der wieder in Kaplan-Spiralausführung gefertigten Maschine hatten wir allerdings nicht komplett freie Hand, vorgegebene Parameter wie die Dimension des Saugrohr-Endquerschnitts und dessen Einbauposition mussten unverändert bleiben. Nichtsdestotrotz haben wir die Turbine natürlich nach unserem bewährt hohen Qualitätsstandard für eine möglichst effektive Stromproduktion ausgelegt und gefertigt.“

PARTNER IN NIEDERÖSTERREICH UND MITTELAMERIKA
Nachdem GUGLER den Auftrag im Dezember 2015 erhalten hatte folgten darauf gleich die ersten Planungsschritte. Im Zuge des Maschinenwechsels musste auch der größte Teil der verbauten Elektrotechnik  –  mit Ausnahme der Mittelspannungsschaltanlage  –  neu ausgeführt werden. Als Subunternehmer zur Bereitstellung der elektro- und leittechnischen Komponenten beauftragte GUGLER die H&W Control GmbH aus Ober Grafendorf in Niederösterreich, mit der man schon in der Vergangenheit mehrfach gut zusammenarbeiten konnte. Hartl lässt nicht unerwähnt, dass auch die Kooperation und Koordination mit der Betreibergesellschaft optimal verlaufen sind. „Die Projektbeteiligten in Guatemala sind auf einem technisch sehr guten Stand und verfügen über breites Know-how, was die Materie Wasserkraft angeht. Während der Vorkonstruktion stattete uns der Projektleiter des Betreibers in Österreich einen Besuch ab und machte sich einen Eindruck von unseren Fertigungskapazitäten. Dieses frühe Kennenlernen hat sich für die gesamte Projektumsetzung definitv positiv ausgewirkt.“

VIBRATIONEN SIND GESCHICHTE
Im Anschluss an die Werksfertigung wurde die Maschine mit bereits montiertem Leit­apparat im Oktober 2016 seefest verpackt und auf dem Wasserweg von Hamburg nach Mittelamerika verschifft. Die Turbinenmontage startete im darauf folgenden Jänner und wurde unter der Anleitung eines GUGLER-­Supervisors von lokalen Fachkräften erledigt. Für die millimetergenaue Positionierung der tonnenschweren Anlagenteile konnte auf einen ebenfalls neu montierten  Hallenkran zurückgegriffen werden. Obwohl die grundlegende Ausführung als doppelt-regulierte Kaplan-Spiralturbine mit horizontaler Welle beibehalten wurde, wurde bei der Neukonstruktion spezieller Wert auf technische Optimierungen gelegt, damit die Anlage über das gesamte Betriebsband einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreicht. So wurde das Konzept von Turbinen- und Generatorenlager völlig überarbeitet und die Hauptlagerungen nun beim Generator verbaut. Bei idealen Zuflussbedingungen erreicht die unverändert auf eine Ausbau­wassermenge von 9 m³/s sowie eine Bruttofallhöhe von 22 m ausgelegte Maschine eine Engpassleistung von 1.801 kW – „ohne nennenswerte Vibrationen versteht sich“, ergänzt Hartl. Zum Schutz vor abrasiven Verschleißerscheinungen besteht das 5-flügelige Kaplan-Laufrad mit einem Durchmesser von 1160 mm aus einer hochbeständigen speziellen Edelstahllegierung. Ein direkt mit der Turbinenwelle gekoppelter Synchron-Generator mit Wasserkühlung kommt in der Neuausführung als wirkungsgradstarker Energiewandler zum Einsatz. Dieser schafft eine Nennscheinleistung von 2.100 kVA und dreht wie die Turbine mit exakt 514 U/min. Hartl betont, dass der Maschinensatz nun ganzjährig effektiv Strom produzieren kann, sei es unter Volllast in der niederschlagsstarken Regenzeit zwischen März und Oktober oder im Teillastbetrieb während der trockenen Spätherbst- und Wintermonate.

ANLAGE WECKT LANDESWEIT INTERESSE
Im Anschluss an die elektromechanischen Montagearbeiten folgten im Februar und März der Einbau der übrigen Komponenten wie Hydraulikaggregat, Hydraulikverrohrung und die Verkabelung und Installation der Elektrotechnik. Bestehende zentrale Kraftwerksinfrastruktur wie Wasserfassung, Druck­- ­­­­rohrleitung und Energieableitung via Mittelspannungsschaltanlage und Transformator waren von den Umbauten nicht betroffen und blieben unverändert. Sehr wohl erneuert und modernisiert wurde hingegen die von der H&W Control ausgeführte Elektro- und Leittechnik. Dazu erklärt der für die Projekt­umsetzung zuständige Geschäftsführer Rainer Huber: „Nachdem die H&W Control GmbH gemeinsam mit GUGLER den Projektzuschlag erhalten hat, wurde, um den geforderten kurzen Liefertermin von fünf Monaten bis zur Auslieferung einhalten zu können, sehr zeitnah mit dem Detailengineering der elektrischen Ausrüstung begonnen. Zuerst wurde vom Endkunden ausschließlich eine neue Turbinensteuerung mit Synchronisierung, Generatorschutz und SCADA in Auftrag gegeben.“ Jedoch stellte sich nach detaillierter Berechnung und Prüfung der Be-i standsanlage heraus, dass auch die bestehende Niederspannungsschaltanlage nicht dem Stand der Technik entspricht, und im Falle eines elektrischen Kurzschlusses Gefahr für die Anlage und auch das Betriebspersonal bestand. Somit wurde dem Kunden eine neue 480VAC Niederspannungsschaltanlage mit einer 3200A Sammelschiene und 2 Leistungsschalterabgängen gemäß den letztgültigen IEC-Normen angeboten. „Ein Kundenwunsch bestand darüber hinaus darin, die vorhandenen neuwertigen 3200A Leistungsschalter weiter zu verwenden, was eine sehr spezielle Anforderung an das H&W-Team mit sich brachte. Denn das gesamte Kupfersystem wurde in Österreich entworfen und gefertigt und musste an die bestehenden Leistungsschalter angepasst werden. Die Leistungsschalter selbst konnten erst Vor-Ort in das Kupfersystem eingebaut werden“, sagt Huber und führt noch weiter aus, dass der Generator- und Trafoschutz ebenfalls durch ein hochmodernes 7UM85 Siemens Schutzgerät ersetzt wurden. Alle aktuellen Messwerte und auftretenden Meldungen werden auf dem SCADA System übersichtlich zur Anzeige gebracht und protokolliert. Als Visualisierungssystem (SCADA / Supervisory Control and Data Acqusition) setzte man auf Siemens WinCC Professional. Mit diesem ist es möglich, die gesamte Anlage lokal, aber auch von der Ferne zu bedienen. Alle Analog- und Messwerte werden angezeigt, auf Plausibilität überwacht und hochauflösend in einem Kurzzeitarchiv protokolliert, für die Langzeitarchivierung werden die Daten verdichtet. Auf zwei Bildschirmen können die Anlagen-Bediener je nach Wunsch ein Bedienbild und gleichzeitig ein Analysebild auswählen und bedienen. Ein Archivexport von Protokollen und Daten zur weiteren Auswertung in einer externen Datenbank wurde dem Kunden ebenfalls eingerichtet. Stefan Hartl kann bestätigen, dass sich die Betreibergesellschaft mit den durchgeführten Leistungen der österreichischen Turbinenbauer  und E-Techniker mehr als zufrieden zeigt. „Seit der Inbetriebnahme vor rund 1,5 Jahren läuft das Kraftwerk praktisch störungsfrei durch und konnte dabei stets effektiv Strom erzeugen. Gleich mehrere Wasserkraftbetreiber aus ganz Guatemala haben nach der Wiederinbetriebnahme das nach nur fünf Jahren schon komplett erneuerte Kraftwerk begutachtet.“