Zukunft Wasserkraft – Linthal 2015 - Axpo

Zukunft Wasserkraft – Linthal 2015
Kraftwerke Linth-Limmern AG

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. 2009 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.
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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.

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 Grafi k 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
Spitzenenergie
Bandenergie
Elektrische Leistung Verbrauchskurve
Schwachlastzeit
Typische Stromverbrauchskurve an einem Wintertag sowie
Beitrag der einzelnen Kraftwerkstypen zur Stromversorgung
in der Schweiz.
Speicherkraftwerke
Flusskraftwerke
Kernkraftwerke
Thermische Kraftwerke
wechselnden Bedarf anpassen. Zunehmender Regelungs
bedarf ergibt sich durch die Zunahme der stochastischen
Energien (unregelmässig anfallend,
Beispiel Windkraftwerke). Das optimale Zusammens
p i e l d e r v e r s c h i e d e n e n K r a f t w e r k s t y p e n s o r g t
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.
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Tageszeit

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 ab-
hängt 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.
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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 = 1 000 000 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 = 1 000 000 kW) gemessen.
Bild rechts: Spitzenenergie und Stauseeen – ein erfolgreiches
Tandem. Limmernsee mit Bogenstaumauer in der frühsommerlichen
Aufstauphase. © Walcherbild, Nidfurn.

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 Motorgene-
Turbine
Turbine
Oberer Speicher Oberer Speicher
rator 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
i h r e D r e h r i c h t u n g .
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.
Drucksystem Drucksystem Drucksystem Drucksystem
Schieber Schieber Schieber Schieber
MotorMotorgeneratorgenerator Unterer Speicher Unterer Speicher
Speicherpumpe
Funktionsprinzip Pumpspeicherwerk, Turbinenbetrieb
(Stromproduktion).
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Speicherpumpe
Turbine
Turbine
Oberer Speicher Oberer Speicher
Schieber Schieber Schieber Schieber
MotorMotorgeneratorgenerator Elektrischer Elektrischer Strom Strom Elektrischer Elektrischer Strom Strom
Unterer Speicher Unterer Speicher
Funktionsprinzip Pumpspeicherwerk, Pumpbetrieb.
Speicherpumpe
Speicherpumpe

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.
Limmernsee mit Bogenstaumauer. Im Hintergrund das Einlaufbauwerk
der Hochwasserentlastung. Im Vordergrund drei Tragmasten
der Baumaterialseilbahn Limmerntobel-Ochenstäfeli. © Walcherbild,
Nidfurn.
• 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.

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.
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
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.
Jahr 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Projektstart
Konzessionserteilung/-annahme
Baubeschluss
Realisierung
Ausgleichsbecken Tierfehd
Pumpspeicherwerk Limmern
Bau
Montage
Staumauer Muttsee
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Bild rechts: Gesamtübersicht über die bestehenden und neuen
Anlagen (hydraulisches Konzept) der Kraftwerke Linth-Limmern.

Kraftwerk Tierfehd
Turbine
140 MW
Pumpspeicherwerk
Tierfehd
Pumpe
140 MW
Kraftwerke Linth-Limmern AG nach der Erweiterung
Limmernsee
92 Mio. m3 92 Mio. m3 1857 m ü. M.
Turbinen Limmern
Total 261 MW
Ausgleichsbecken Tierfehd
560 000 m3 (bisher: 210 000 m3 Ausgleichsbecken Tierfehd
560 000 m )
811 m ü. M.
3 (bisher: 210 000 m3 )
811 m ü. M.
Abfluss in die Linth
Muttsee
25 Mio. m3 (bisher: 9 Mio. m3 Muttsee
25 Mio. m )
2474 m ü. M. (bisher 2446 m ü. M.)
3 (bisher: 9 Mio. m3 )
2474 m ü. M. (bisher 2446 m ü. M.)
Pumpen Hintersand
Total 34 MW
Turbinen Hintersand
Total 40 MW
Kraftwerk Linthal
Ausgleichsbecken Hintersand
110 000 m3 110 000 m3 1298 m ü. M.
Pumpspeicherwerk Limmern
(Linthal 2015)
Turbinen
Total 1000 MW
Pumpspeicherwerk
Limmern
Pumpen
Total 1000 MW
Turbinen Tierfehd
Total 34,4 MW
Ausgleichsbecken Linthal
210 000 m3 210 000 m3 676 m ü. M.

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. 1700 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
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
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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 350 000 auf ungefähr
560 000 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.
fachkundiger Leitung angeboten. Besichtigungen
von Staumauern und Baustellen sind aus Sicherheitsgründen
nicht möglich.
Öffnungszeiten Infozentrum
Dienstag bis Sonntag 10–16 Uhr
Axpo AG
Hydroenergie | Projekt Linthal 2015
Auenstrasse 51 | CH-8783 Linthal
T +41 55 285 29 11 | F +41 55 285 29 69
www.axpo.ch
Bild rechts oben: Längenprofil Muttsee-Limmernboden des
neuen Pumpspeicherwerks Limmern.
Bild rechts unten: Übersicht über die Er weiterungsbauten
beim Projekt Linthal 2015.

Wasserschloss
Druckschacht
Druckstollen
m ü. M.
2200
2000
1800
1600
11
Muttsee
Nutzinhalt = 25 Mio. m 3
Stauziel = 2474 m ü. M.
Absenkziel = 2417 m ü. M.
Ein-/Auslaufbauwerk
Oberwasser
10
Hüenderbüel Muttenkopf
Kavernenzentrale
ca. 1700 m ü. M.
Unterwasserstollen
Wasserschloss
Druckschacht
Druckstollen
km
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
1600
2
1
9
4
5
6
7
8
3
-
Limmernsee
Nutzinhalt = 92 Mio. m3 Ein-/Auslaufbauwerk
Oberwasser
m ü. M.
2200
Stauziel = 1857 m ü. M.
Absenkziel = 1750 m ü. M.
2000
Muttsee
Nutzinhalt = 25 Mio. m 3
Stauziel = 2474 m ü. M.
Absenkziel = 2417 m ü. M
Ein-/Auslaufbauwerk
1800 Unterwasser
1 Muttsee
2 Muttseefläche 2015
3 Limmernsee
4 Neue Staumauer
5 Druckstollen
6 Wasserschloss Hüenderbüel
7 Druckschächte
8 Kavernenzentrale
9 Zugangsstollen
10 Bestehendes Ausgleichsbecken
Tierfehd
11 Erweiterung Ausgleichsbecken

Axpo AG | Hydroenergie
Parkstrasse 23 | CH-5401 Baden
T +41 56 200 31 11 | F +41 56 200 37 55
www.axpo.ch
3. 2. Auflage | Oktober 2011
2010