Zukunft Wasserkraft Linthal Kraftwerke Linth-Limmern AG

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1 Zukunft Wasserkraft Linthal 2015 Kraftwerke Linth-Limmern AG

2 Kraftwerke Linth-Limmern AG Die Kraftwerke Linth-Limmern AG (KLL) mit Sitz in Linthal ist ein Partnerunternehmen des Kantons Glarus und der Axpo AG. Am Aktienkapital sind der Kanton Glarus mit 15 Prozent und die Axpo AG mit 85 Prozent beteiligt. Die Kraftwerke Linth-Limmern wurden zwischen 1957 und 1968 erbaut erfolgte eine erste Anlagenerweiterung mit der Inbetriebnahme des Pumpspeicherwerks Tierfehd. Die verschiedenen Kraftwerkstufen nutzen die Wasserzuflüsse eines rund 140 km 2 grossen Einzugsgebiets im Quell - gebiet der Linth. Die durchschnittliche Stromproduktion aus natürlichen Zuflüssen beträgt 460 GWh pro Jahr. Die Bedeutung der KLL für die schweizerische Strom ver sor gung ist aber weit grösser. Als Speicherkraftwerk produzieren die KLL vor allem wertvolle Spitzenenergie (wenn die Nachfrage besonders gross ist). Sie tragen damit entscheidend dazu bei, dass der Stromverbrauch und die Stromproduktion im Gleichgewicht gehalten werden können. Da der Bedarf an Spitzenenergie laufend zunimmt, werden die Anlagen mit einem zusätzlichen, leistungsfähigen Pumpspeicherwerk (Projekt Linthal 2015) erweitert. Der Axpo Konzern Der Axpo Konzern mit der Axpo AG, der Centralschweizerischen Kraftwerke AG (CKW) sowie der EGL AG ist ein führendes Schweizer Energieunternehmen mit lokaler Verankerung und internationaler Ausrichtung. Stromproduktion, Transportnetze, Handel, Verkauf und Dienstleistungen sind in den Unternehmens gruppen vereint. Axpo versorgt zusammen mit Partnern rund 3 Millionen Menschen in der Schweiz mit Strom. Die Axpo Holding AG ist zu 100 Prozent im Besitz der Nordostschweizer Kantone. Bild oben: Natürlicher Muttsee, im Vordergrund die entstehende Bauseilbahn. Walcherbild, Nidfurn. Bild Titelseite: Limmernsee auf 1857 m ü. M., im Quellgebiet der Linth. Zukunft Wasserkraft Linthal

3 Wozu dienen Pumpspeicherwerke? Strom kann in grösseren Mengen nicht gespeichert werden. Deshalb müssen die Kraftwerke jederzeit genau so viel Strom produzieren, wie im entsprechenden Stromnetz gebraucht wird. Wird etwa irgendwo ein Kochherd oder ein PC eingeschaltet, muss genau zu diesem Zeitpunkt ein Kraftwerk die dafür benötigte zusätzliche Energie produzieren. Der Strombedarf in einem Versorgungsnetz verändert sich im Tagesverlauf stark. Nachts ist der Verbrauch am tiefsten, um die Mittagszeit und abends am höch sten. Die untenstehende Grafik zeigt eine typische Verbrauchskurve an einem Wintertag. Die Bandenergie wird in der Schweiz hauptsächlich von den Kernkraftwerken und den Flusskraftwerken abgedeckt. Einen Beitrag leisten auch Biomassekraftwerke und konventionell-thermische Kraftwerke, die den Strom vor allem in Kehrichtverbrennungsanlagen produzieren. Die Spitzenenergie liefern die Speicherkraftwerke. Hier ist die Energie in Form von Wasser in einem Stausee gespeichert. Im Gegensatz zu den Kernkraft- und Flusskraftwerken können die Speicherkraftwerke die Stromproduktion sehr schnell an den wechselnden Bedarf anpassen. Zunehmender Regelungs bedarf ergibt sich durch die Zunahme der stochastischen Energien (unregelmässig anfallend, Beispiel Windkraftwerke). Das optimale Zusammenspiel der verschiedenen Kraft werks typen sorgt dafür, dass eine sichere und wirtschaftliche Stromversorgung rund um die Uhr gewährleistet ist. Im Gegensatz zu reinen Speicherkraftwerken können Pumpspeicherwerke nicht nur Spitzenenergie erzeugen, sondern auch Stromüberschüsse, die während Schwachlastzeiten anfallen, in wertvolle Spitzenenergie umwandeln. Sie pumpen zu diesem Zweck Wasser in den höher gelegenen Stausee zurück und nutzen es zu einem späteren Zeitpunkt erneut zur Stromproduktion. Die Pumpspeicherung ist eine bewährte Methode, um Angebot und Nachfrage in einem Stromnetz auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Art auszugleichen. Elektrische Leistung Verbrauchskurve Schwachlastzeit Spitzenenergie Speicherkraftwerke Flusskraftwerke Bandenergie Kernkraftwerke Thermische Kraftwerke Tageszeit Typische Stromverbrauchskurve an einem Wintertag sowie Beitrag der einzelnen Kraftwerkstypen zur Stromversorgung in der Schweiz.

4 Spitzenenergie ist immer mehr gefragt Der Bedarf an Spitzenenergie nimmt im ganzen euro - päischen Netzverbund, an den auch die Schweiz angeschlossen ist, laufend zu. Ein wichtiger Grund dafür ist nebst der allgemeinen jährlichen Ver brauchs zunahme der intensive Ausbau der Wind energie in den Küstenländern der Europäischen Union (EU). Dies führt zu einer Zunahme an so genannter stochastischer Energie, die von den Windverhältnissen abhängt und deshalb nicht zuverlässig geplant werden kann. Fällt der Strom aus Windenergie in den Schwachlastzeiten an, kann mit dem Überschuss in Pumpspeicherwerken Wasser in den Stausee zurückgepumpt werden. Herrscht tagsüber Windflaute, können die Pumpspeicherwerke den fehlenden Strom liefern. Ein weiterer Grund für den steigenden Bedarf an Spitzenenergie ist die Öffnung des Strommarktes. Da der Strom im freien Markt von den Verbrauchern irgendwo eingekauft werden kann, müssen die Stromnetze vermehrt mittels Systemdienst leis tun gen (z.b. Vorhalten von Reserven) geregelt werden, um eine sichere Versorgung zu gewährleisten. Axpo investiert in die Versorgungssicherheit Eine sichere Stromversorgung stellt hohe Anforderungen an die Betreiber der Kraftwerke und Stromnetze. Die wichtigsten Voraussetzungen für eine hohe Versorgungssicherheit sind: Die Kraftwerke müssen genügend Energie produzieren. Die Kraftwerke müssen genügend Leistung haben, um die Verbrauchsspitzen abdecken zu können. Der Kraftwerkpark muss so bestückt sein, dass die Stromproduktion den kurzfristigen Schwankungen angepasst werden kann (Systemdienstleistungen). Es müssen genügend Reserven vorhanden sein, um mögliche Ausfälle überbrücken zu können (Systemdienstleistungen). Das Netz muss ausreichende Kapazitäten für den Transport und die Verteilung des Stroms aufweisen. Die Spitzenenergie aus Speicherkraftwerken und Pumpspeicherwerken sowie die Systemdienst leis tungen spielen eine Schlüsselrolle bei der Ver sorgungssicherheit. Sie ermöglichen, dass jederzeit exakt so viel Leistung zur Verfügung steht, wie gerade nachgefragt wird, und garantieren so eine bedarfsgerechte, zuverlässige Stromproduktion. Pumpspeicherwerke können Energie in Form von Wasser in den Stauseen speichern. So kann mit Pumpspeicherwerken der steigende Bedarf an Spitzen energie abgedeckt werden. Die Axpo Studie «Stromperspektiven 2020» zeigt auf, dass der Schweiz um das Jahr 2020 eine Stromver sorgungslücke droht. Schon zu einem früheren Zeitpunkt, ungefähr zwischen 2013 und 2018, braucht es zusätzliche Kraftwerksleistung. Axpo hat deshalb zahlreiche Massnahmen geplant und in Angriff genommen, um eine sichere Stromversorgung auch in Zukunft zu gewährleisten. Unter anderem wird sie in den nächsten Jahren ihre Wasserkraftwerke für über 2 Mia. Franken ausbauen und erneuern. Der geplante Ausbau der Kraftwerke Linth-Limmern (Linthal 2015) ist dabei das mit Abstand grösste und wichtigste Projekt. Energie und Leistung Eine Energiemenge ist der Arbeit gleichzusetzen. So braucht es eine bestimmte Energiemenge, um Wasser zu erwärmen, mit einer Glühlampe Licht zu erzeugen oder einen Motor anzutreiben. Die elektrische Energie wird in Kilowattstunden (kwh) gemessen oder in Abwandlungen davon: in Megawattstunden (1 MWh = 1000 kwh) oder Gigawattstunden (1 GWh = kwh). Die Leistung ist die Energiemenge, die in einer Zeiteinheit (Stunde) verbraucht oder erzeugt wird. Sie gibt gewissermassen die Stärke eines Stromverbrauchers oder eines Stromerzeugers an. Die elektrische Leistung wird in Kilowatt (kw), in Megawatt (1 MW = 1000 kw) oder in Gigawatt (1 GW = kw) gemessen. Bild rechts: Spitzenenergie und Stauseeen ein erfolgreiches Tandem. Limmernsee mit Bogenstaumauer in der frühsommerlichen Aufstauphase. Walcherbild, Nidfurn. Zukunft Wasserkraft Linthal

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6 So funktioniert ein Pumpspeicherwerk Im Gegensatz zu einem reinen Speicherkraftwerk verfügt ein Pumpspeicherwerk nicht nur über einen oberen Speichersee, sondern auch über ein unteres Wasserbecken. Die maschinelle Ausrüstung eines Pumpspeicherwerks besteht entweder aus einem Dreimaschinensatz mit Turbine, Pumpe und einem Motorgenerator oder aus einer Pumpturbine und einem Motorgenerator. Bei beiden Ausrüstungstypen sind die jeweiligen Maschinen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Das Funk tionsprinzip dieser Maschinen geht aus den unten stehenden Abbildungen hervor. Wird Strom produziert, gelangt Wasser vom oberen Becken (Speichersee) in das Drucksystem. Das Wasser treibt die Turbine an und diese den Motorgenerator, der in diesem Fall als Generator arbeitet. Der produzierte Strom wird ins Stromnetz eingespeist. Nach der Turbine gelangt das Wasser in das untere Becken. Im Pumpbetrieb arbeitet der Motorgenerator als Motor. Er wird mit Strom aus dem Netz versorgt und treibt die Pumpe an. Diese entnimmt dem unteren Becken Wasser und pumpt es in den Stausee zurück. Die jeweils nicht arbeitende Maschine, entweder die Pumpe oder die Turbine, dreht in der entwässerten Kammer leer mit. Bei einer Pumpturbine werden die Funktionen der Turbine und jene der Pumpe durch dieselbe Maschine ausgeführt. Dabei ändert die Pumpturbine je nach Betriebsart ihre Dreh richtung. Die Pumpspeicherung ist immer mit Verlusten verbunden. Von der für den Pumpbetrieb zugeführten elektrischen Energie lassen sich im Generatorbetrieb etwa drei Viertel zurückgewinnen. Trotzdem ist das Verfahren sinnvoll, denn es ermöglicht es, ein Überangebot an Strom in Schwachlastzeiten in wertvolle Spitzenenergie umzuwandeln. Oberer Speicher Oberer Speicher Drucksystem Drucksystem Schieber Schieber Schieber Schieber Motorgenerator Motorgenerator Turbine Speicherpumpe Turbine Speicherpumpe Elektrischer Strom Elektrischer Strom Unterer Speicher Unterer Speicher Funktionsprinzip Pumpspeicherwerk, Turbinenbetrieb (Stromproduktion). Funktionsprinzip Pumpspeicherwerk, Pumpbetrieb. Zukunft Wasserkraft Linthal

7 Bestehende Anlagen der KLL Die heutigen Anlagen der KLL bestehen aus den Kraftwerken Muttsee, Tierfehd und Linthal. Das Kraftwerk Muttsee nutzt den natürlichen Wasserinhalt des Muttsees zur Stromproduktion. Es hat eine Leistung von 4,4 MW. Die Zentrale befindet sich in einer Felskaverne, von wo das Wasser in den Limmernsee abfliesst. Das Kraftwerk Tierfehd besteht aus zwei Stufen. Die eine Stufe verarbeitet das Wasser aus dem Limmernsee, die andere das Wasser aus dem Ausgleichsbecken Hintersand. Die Kraftwerk stufe Limmern hat eine Leistung von 261 MW, die Kraftwerkstufe Hintersand eine von 40 MW. Nach der Stromproduktion fliesst das Wasser in das Ausgleichsbecken Tierfehd. Das Wasser aus dem Ausgleichsbecken Hintersand kann bei geringer Stromnachfrage auch in den Limmernsee gepumpt werden. Das Pumpspeicherwerk Tierfehd, das 2009 den Betrieb aufnahm, benutzt das bestehende Drucksystem Limmern. Die Maschinengruppe verfügt über eine maximale Leistung von 120/140 MW im Turbinen-/Pumpbetrieb. Das Kraftwerk Linthal nutzt das Gefälle zwischen Tierfehd und Linthal. Es hat eine Leistung von 34,4 MW. Nach dem Kraftwerk fliesst das Wasser in das Ausgleichsbecken Linthal und von dort zurück in die Linth. Die Anlagen der Kraftwerke Linth-Limmern leisten schon heute einen wichtigen Beitrag zur Stromversorgung der Schweiz. Mit dem Ausbauprojekt Linthal 2015 werden nun die bestehenden Anlagen mit einem zusätzlichen, leistungsfähigen Pumpspeicherwerk erweitert und optimiert. Limmernsee mit Bogenstaumauer. Im Hintergrund das Einlaufbauwerk der Hochwasserentlastung. Im Vordergrund drei Tragmasten der Baumaterialseilbahn Limmerntobel-Ochenstäfeli. Walcherbild, Nidfurn.

8 Ausbauprojekt Linthal 2015 Ein bedeutendes Ausbauprojekt läuft unter dem Namen «Linthal 2015». Ein neues, unterirdisch angelegtes Pumpspeicherwerk wird Wasser aus dem Limmernsee in den gut 600 m höher gelegenen Muttsee zurückpumpen und bei Bedarf wieder zur Stromproduktion nutzen. Das neue Werk soll eine Pumpleistung und eine Turbinenleistung von je 1000 MW aufweisen. Damit wird sich die Leistung der KLL-Anlagen von heute rund 480 MW auf 1480 MW erhöhen. Das entspricht leistungsmässig (jedoch nicht energie mässig) dem Kernkraftwerk Leibstadt oder dem Wasserkraftwerk Cleuson-Dixence. Linthal 2015 wird als energetisch und volkswirtschaftlich sinnvolle Massnahme dazu beitragen, die Stromversorgungs sicherheit in der Schweiz auch in Zukunft zu gewährleisten. aufzunehmen. Während der Bauzeit werden bis zu 500 Personen auf den verschiedenen Bauplätzen tätig sein. Die Investitionskosten für dieses Grossprojekt betragen rund 2 Mia. Franken. Das Vorhaben bedingte eine vorzei tige Neukonzessionierung der Kraftwerke. Im September 2009 haben die zuständigen Organe die Realisierung von Linthal 2015 beschlossen. Um Umwelteinwirkungen zu minimieren, wurden im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung, einer Schutz- und Nutzungsplanung sowie einer eigens eingesetzten Begleitgruppe mit Vertretern von Behörden und Naturschutzorganisationen Vorgehen und ökologische (Ausgleichs-) Massnahmen definiert. Für die Realisierung wird mit einer Bauzeit von rund sieben Jahren gerechnet. Vorgesehen ist, mit der ersten der vier Maschinengruppen 2015 den Betrieb Zeitplan Linthal 2015 Jahr Projektstart Konzessionserteilung/-annahme Baubeschluss Realisierung Ausgleichsbecken Tierfehd Pumpspeicherwerk Limmern Bau Montage Staumauer Muttsee Bild rechts: Gesamtübersicht über die bestehenden und neuen Anlagen (hydraulisches Konzept) der Kraftwerke Linth-Limmern. Zukunft Wasserkraft Linthal

9 Kraftwerke Linth-Limmern AG nach der Erweiterung Muttsee 25 Mio. m 3 (bisher: 9 Mio. m 3 ) 2474 m ü. M. (bisher 2446 m ü. M.) Pumpspeicherwerk Limmern (Linthal 2015) Limmernsee 92 Mio. m m ü. M. Turbinen Total 1000 MW Pumpspeicherwerk Limmern Pumpen Total 1000 MW Kraftwerk Tierfehd Ausgleichsbecken Hintersand m m ü. M. Turbine 140 MW Pumpen Hintersand Total 34 MW Pumpspeicherwerk Tierfehd Pumpe 140 MW Turbinen Limmern Total 261 MW Turbinen Hintersand Total 40 MW Ausgleichsbecken Tierfehd m 3 (bisher: m 3 ) 811 m ü. M. Kraftwerk Linthal Turbinen Tierfehd Total 34,4 MW Abfluss in die Linth Ausgleichsbecken Linthal m m ü. M.

10 Die wichtigsten Ausbauvorhaben Die bestehenden Anlagen der KLL sind für das Ausbau projekt Linthal 2015 in hohem Masse geeignet. Es müssen keine zusätzlichen Wasserläufe gefasst werden. Das neue Pumpspeicherwerk Limmern selbst wird unterirdisch in einer Felskaverne installiert. Für den Muttsee ist eine neue Schwergewichtsmauer geplant, und das bestehende Ausgleichsbecken Tierfehd wird erweitert. Für die Zu- und Ableitung des Stroms muss ein neuer Anschluss an das Höchstspannungsnetz erstellt werden. Muttsee Eine neue, ca. 1 km lange Gewichtsstaumauer ermöglicht das Speichervolumen des Mutt sees von heute 9 Mio. auf 25 Mio. m 3 zu vergrössern. Die natürliche Seehöhe von heute 2446 m ü. M. wird auf eine Stauhöhe von 2474 m ü. M. erhöht. Pumpspeicherwerk Limmern (Kavernenzentrale) Am Fuss der heutigen Staumauer des Limmernsees, auf ca m ü. M., wird rund 600 m im Berginnern eine neue Kavernenzentrale für die vier Maschinengruppen entstehen. Zwei parallel geführte Druckleitungen werden den Muttsee mit der Zentrale und zwei rund 500 m lange Unterwasserstollen die Zentrale mit dem Limmernsee verbinden. Der Zugang zur Kaverne wird von Tierfehd aus über einen neuen, etwa 4 km langen Zugangsstollen sichergestellt, der mit einer Standseilbahn ausgerüstet wird. Ausgleichsbecken Tierfehd Das heutige Ausgleichsbecken wird durch ein weiteres Becken nördlich des Betriebsgebäudes ergänzt. Die Speicherkapazität kann so um auf ungefähr m 3 Wasser erweitert werden. Netzanschluss Die massive Leistungserhöhung, die mit dem Projekt Linthal 2015 verbunden ist, bedingt den Anschluss der Anlagen an das schweizerische Höchstspannungsnetz. Heute besteht eine 220-kV-Freileitung von Tierfehd in die Grynau bei Uznach. Für Linthal 2015 ist parallel zur heutigen Leitung eine neue 380-kV- Freileitung von Tierfehd bis in den Raum Schwanden/ Sool vor ge sehen. Hier wird sie an die bestehende 380-kV-Leitung vom Vorab angeschlossen. Infozentrum und geführte Besichtigungen in Tierfehd Im Saal des Hotel Tödi, Tierfehd/Linthal, informiert eine permanente Ausstellung über die bestehenden Anlagen der Kraftwerke Linth-Limmern AG und über die Entstehung des Pumpspeicherwerks Limmern (Projekt Linthal 2015). Mit modernen Mitteln werden neben den Kraftwerksanlagen das Projekt und das Bauprogramm der verschiedenen Baustellen vermittelt. Das Infozentrum im Hotel Tödi kann individuell besucht werden. Auf Anmeldung werden Gruppen von mindestens 6 Teilnehmenden Führungen durch die Anlagen in Tierfehd und im Infozentrum unter fachkundiger Leitung angeboten. Besichtigungen von Staumauern und Baustellen sind aus Sicherheitsgründen nicht möglich. Öffnungszeiten Infozentrum Dienstag bis Sonntag Uhr Axpo AG Hydroenergie Projekt Linthal 2015 Auenstrasse 51 CH-8783 Linthal T F Bild rechts oben: Längenprofil Muttsee-Limmernboden des neuen Pumpspeicherwerks Limmern. Bild rechts unten: Übersicht über die Er weiterungsbauten beim Projekt Linthal Zukunft Wasserkraft Linthal

11 Wasserschloss Druckschacht Druckstollen Muttsee Nutzinhalt = 25 Mio. m 3 Stauziel = 2474 m ü. M. Absenkziel = 2417 m ü. M. Hüenderbüel Muttenkopf m ü. M Ein-/Auslaufbauwerk Oberwasser 2000 Limmernsee Nutzinhalt = 92 Mio. m 3 Stauziel = 1857 m ü. M. Absenkziel = 1750 m ü. M Unterwasserstollen 1600 Kavernenzentrale ca m ü. M. Ein-/Auslaufbauwerk Unterwasser km 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 1 Muttsee Muttseefläche Limmernsee 1 4 Neue Staumauer 5 Druckstollen 6 Wasserschloss Hüenderbüel 5 7 Druckschächte Kavernenzentrale 9 Zugangsstollen 10 Bestehendes Ausgleichsbecken Tierfehd 11 Erweiterung Ausgleichsbecken

12 Axpo AG Hydroenergie Parkstrasse 23 CH-5401 Baden T F Auflage Oktober 2010