Das Gewässer und sein
3 Naturwissenschaftliche Grundlagen
3.1 Wasserdargebot
Auswertungen hydrologischer Daten nach der Methode gemäss wein
-gartner und asChwanden (2010) zeigen, dass über das Einzugsgebiet von 0,5 km2 jährlich im Mittel rund
Abb. 2. Übersicht des hydraulischen Systems der bestehenden Wasserkraftanlagen (rote Linie) und der geplanten Wasserkraft- und Schnee-anlagen (grüne Linie und orange Kreise). Die blaue Linie umfasst das Einzugsgebiet des Chüebodensees.
Einzugsgebiet ca. 0,5 km2
Neue Zentrale Pleus 130 kW
Zentrale Empächli 310 kW
Zentrale Elm-Dorf 140 kW
Zentrale Güetli 205 kW Neues Reservoir Steinböden 300 m3
Reservoir Pleus 900 m3
Neues Absperrbau- werk mit Pumpe
Neue
Schneeanlage anlagen neu
2. Etappe 1. Etappe
Neue Zentrale Äschen 900 kW
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östlichen Rand des Chüebodensees befinden. Die Gestaltung der Damm-oberfläche mit Blocksatz mit stand-ortspezifischem Gestein soll nicht nur die Standsicherheit des Bauwerks gewährleisten, sondern auch optisch für eine möglichst unauffällige Einglie-derung ins Landschaftsbild sorgen.
nisch in das Landschaftsbild einfügen.
Mit dem so neugeschaffenen Speicher-volumen ist eine optimale Bewirtschaf-tung des Sees hinsichtlich Beschneiung und Stromproduktion möglich.
Die Wasserfassung ist am Ausfluss des Sees geplant. Hier soll das Wasser von Pumpen angesaugt werden, die sich im Stützkörper des Dammes am Beschneiung als auch für die
Niveau-steuerung bei der Stromproduktion.
Die hierfür benötigte Vergrösserung des Seevolumens kann mit einem ca.
30 m langen und maximal 3 m hohen Damm im Bereich des Seeauslaufes geschaffen werden. Der vorwiegend mit örtlich vorhandenem Material zu schüttende Damm lässt sich
harmo-Abb. 3. Summenkurve des natürlichen Seezuflusses aus Niederschlag gemäss Niederschlags-Abfluss-Simulation mit Daten der Eidg. For-schungsanstalt WSL (SLF Messdaten© 2007).
Okt. Nov. Dez. Jan. Feb. März April
m3 1000000
800000
600000
400000
200000
0
Mai Juni Juli Aug. Sept.
Summenkurve; niederschlagreiches Jahr Summenkurve; niederschlagarmes Jahr Summenkurve; Mittelwert
2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047 2048 2049 2050
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Kote m ü.M.
Stauvolumen in Tausend m3
Speicherinhaltslinie
Minimalwasserstand 2044 m ü.M.
aktueller Wasserstand 2046 m ü.M.
Stauziel 2047.5 m ü.M.
Maximalwasserstand 2049 m ü.M.
Speicher-Bewirtschaftungsraum 50000 m3
Abb. 4. Speicherinhaltslinie des Chüebodensees nach topografischen Aufnahmen durch die FHNW Studienwoche 2005.
ist gemäss den kantonalen Fangstatisti-ken kein Fischgewässer.
Eine Umweltverträglichkeitsprüfung der neuen Anlagen ist nicht erforder-lich, da die maximal mögliche Leistung kleiner 3 MW ist und die Beschnei-ungsfläche unter der Grösse von 5 ha liegt. Mit der Steigerung der Strom-produktion um 1,05 Mio. kWh/a las-sen sich rund 300 Haushalte/a ver-sorgen. Aus der Ökobilanz ergibt sich damit eine Ersparnis von 105 000 Liter Heizöl/a und eine Reduktion des Aus-stosses von 277,2 Tonnen CO2.
6 Synergieeffekte
Durch die Realisierung des Projektes
«Elmer hydro» könnte das Speicher-potential des Chüebodensees umwelt-verträglich mit relativ wenig baulichem Aufwand in der Etappe 1 zur Beschnei-ung und zur Stromproduktion genutzt werden. Die bauliche Infrastruktur für Beschneiung und Stromproduktion wird dabei kombiniert. In Abbildung 5 ist das hydraulische System der techni-schen Infrastruktur für die Wasserver-sorgung, Schneeanlagen und Kraftwer-ke von Elm dargestellt. Die in Grün und Orange skizzierten Anlagenteile umfassen das Projekt «Elmer hydro»
mit den Etappen 1 und 2. Die Etap-pe 2 wird im nächsten Abschnitt kurz beschrieben.
6.1 Energieproduktion
Berechnungen zeigen, dass durch den Bau eines Kleinwasserkraftwerks auf der Ebene Pleus eine jährliche Ener-gieproduktion von 0,45 Mio. kWh realisiert werden kann. Mit der Inbe-triebnahme des neuen Kleinwasser-kraftwerks stünde zusätzliches Wasser zur Optimierung des Auslastungsgra-des der bestehenden unteren Zentra-len Empächli, Güetli und Elm-Dorf zur Verfügung. Dadurch wäre eine jährliche Mehrproduktion elektri-scher Energie von 0,60 Mio. kWh mög-lich. Mit der vorgestellten Projektidee (Etappe 1) kann somit die Strompro-duktion um 1,05 Mio. kWh/a erhöht werden.
Mit dem Ausbau der Anlagen in Etappe 2 können durch Zusammen-4.5 Bestehende Kraftwerksstufen
Empächli, Güetli und Elm-Dorf Die bestehenden Kraftwerksstufen Empächli, Güetli und Elm-Dorf sind in den Sommermonaten bereits heu-te regelmässig zu 100 Prozent, in der Übergangszeit und den Wintermona-ten allerdings nur teilweise ausgelastet.
Durch die Nutzung des Chüeboden-sees und der damit verbundene Bau des Kleinwasserkraftwerks Pleus, kann die Auslastung dieser drei Kraftwerks-stufen optimiert und die Strompro-duktion entscheidend erhöht werden.
Ausserdem besteht die Möglichkeit mit dem neuen Speichervolumen einige Stunden Spitzenenergie zu produzie-ren. Das bestehende System hat keine Speichermöglichkeit und Wasser kann nur zum Zeitpunkt des Zufliessens wie bei einem Flusskraftwerk verarbeitet werden.
5 Umweltaspekte
Das Projektgebiet liegt nicht in der Zone des Bundesinventars der Land-schaften und Naturdenkmäler von nationaler Bedeutung (BLN). Eine Realisierung des Projekts ist deshalb grundsätzlich möglich. Hinsichtlich kantonaler Richtlinien des Umwelt- und Landschaftsschutzes wird mit grösster Sorgfalt projektiert. Beein-trächtigungen des alpinen Ökosys-tems werden aus Sicht der Planer mit modernen Baumethoden gering gehal-ten. Emissionen während des Baus und Betriebs sind im Vergleich zum Nutzen sehr klein. Alle Bauwerke sind unter-irdisch angeordnet und nach der Fer-tigstellung unsichtbar. Der Lebens-raum von Wild und Vögeln wird nicht gestört.
Da der Abfluss aus dem Chüebo-densee in einer Doline versickert, hat er keinen Einfluss auf die Moore und auf die Vegetation der oberen Chüebo-denalp. Indikator dafür sind genügend Quellaustritte im Zwischeneinzugsge-biet der Alp (Mohr 2007). Die Lage des Seespiegels ist in der Zeit von Juli bis Oktober im oberen Bereich. Bei tie-feren Lagen des Spiegels verbleibt im See ein definiertes Restwasservolumen für eingesetzte Fische. Der unterhalb des Sees entstehende Chüebodenbach 4.2 Reservoir Steinböden
Durch eine unterirdisch verlegte Druckleitung soll das Wasser in ein 60 m höher gelegenes Reservoir im Gebiet Steinböden gepumpt werden.
Das Reservoir mit einem Volumen von etwa 300 m3 dient nicht als Speicher, sondern lediglich dem Ausgleich zwi-schen Pump- und Turbinenbetrieb. Das Bauwerk kommt im Bereich des Berg-kamms Steinböden zu liegen und wird komplett unterirdisch in den Berg ein-gebunden.
4.3 Technische Beschneiung
In der Nähe des geplanten Stand-orts für das Reservoir befindet sich die Bergstation der Sesselbahn Pleus.
In schneearmen Wintern besteht das Bedürfnis, die bestehende Skipiste zwi-schen Mitte November und Mitte Janu-ar technisch zu beschneien. Die Druck-leitung zur geplanten Zentrale Pleus soll unterirdisch entlang dieser Skipis-te geführt werden, um einen einfachen Anschluss für die Beschneiungsanla-gen zu ermöglichen. Zusammen mit dem Bau des Kleinwasserkraftwerks Pleus ergeben sich so Synergieeffek-te durch die gemeinsame Nutzung der Anlagen. Dadurch können der Ener-gieaufwand und die Kosten für die Beschneiung minimiert werden.
4.4 Zentrale Pleus
Für die Stromproduktion ist eine Zent-rale in der Nähe des heute schon beste-henden unterirdischen Reservoirs Pleus geplant. Die Fallhöhe zwischen dem geplanten Reservoir Steinböden und der neuen Zentrale Pleus beträgt rund 250 m. In der neuen, unterirdisch angelegten Zentrale Pleus wird eine Peltonturbine mit einer Leistung von etwa 130 kW installiert. Das dort turbi-nierte Wasser fliesst anschliessend zum bestehenden Reservoir Pleus, von wo es in die Anlagen der Kraftwerksstufen Empächli, Güetli und Elm-Dorf wei-tergeleitet wird.
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Abb. 5. Systemübersicht der Wasserversorgung, der Schneeanlagen und der Kraftwerke (heFti 2009).
8 Literatur
weingartner, r.; asChwanden, h., 2010:
Hydrologischer Atlas der Schweiz.
Abflussregimes als Grundlage zur Abschätzung von Mittelwerten des Abflusses. Bern, Bundesamt für Umwelt.
Mohr, h., 2007: Aufstau Chüebodensee, Geologischere Bericht, Machbarkeits-studie, Bericht 5188-1. Sargans, Büro für technische Geologie Dr. M. Kobel + Part-ner AG.
Brunner, d.; sChwyzer, o., 2009: Projek-tierung eines Kleinwasserkraftwerks im Berggebiet Steinböden-Pleus in Elm, Kanton Glarus, Teil 1 Speicheranlage, Teil 2 Kraftwerksanlage, Bachelor-Thesis, Ins-titut Bauingenieurwesen. Muttenz, Fach-hochschule Nordwestschweiz FHNW.
heFti, s., 2009: Hydraulisches System mit Ausbau-Etappen, Gemeinde Elm und Sportbahnen Elm AG, Kanton Glarus.
gonsowski, p.; inderMitte, M.; stark, h-J.;
BähLer, L., 2011: Kombinierte Nutzung der Infrastruktur für Beschneiung und Stromproduktion aus natürlichen Seen oder Speicherbecken, Potenzialstudie.
Muttenz, Fachhochschule Nordwest-schweiz FHNW.
7 Ausblick
Der Ansatz im Projekt «Elmer hydro», die Infrastruktur sowohl zur Beschnei-ung als auch zur Stromproduktion zu nutzen, kann auf Gebirgsregionen in der Schweiz und im Ausland übertra-gen werden, wo entsprechendes Lage-potential von natürlichen Seen oder Speicherbecken vorhanden ist. Im Rahmen des Projekts «Elmer hydro»
wurde in einer separaten Potenzial-studie ein Google-Maps unterstütztes GIS-Modell entwickelt, um weitere Standorte in der Schweiz zu identifizie-ren, welche sich für den Bau ähnlicher Anlagen gemäss Etappe 1 eignen wür-den (gonsowski et al. 2011). «Elmer hydro» ist ein durch das Netzwerk Wasser im Berggebiet NWB geförderte Gewinner-Projekt und wird Ende 2012 abgeschlossen. Auf Basis des vorliegen-den Projekts könnte im kommenvorliegen-den Jahr das Wasserechtsverfahren für eine Neukonzession eingeleitet werden.
Bundesrätin Doris Leuthard würdigte in ihrer Ansprache zur Preisverleihung, dass im Projekt die Ressource Wasser auf eine sanfte und nachhaltige Art für verschieden Zwecke genutzt wird.
legung der bestehenden zwei unteren Kraftwerksstufen Güetli und Elm-Dorf zu einer Stufe nochmals 0,75 Mio.
kWh/a zusätzlich produziert werden.
Heute liegt die gesamte Produktion bei 3,2 Mio. kWh/a bei einer Ausbau-leistung von 655 kW und mit den Pro-jekten der Etappen 1 und 2 sind künf-tig 5 Mio. kWh/a bei 1340 kW möglich, was einer Steigerung der Strompro-duktion um mehr als 50 Prozent ent-spricht.
6.2 Technische Beschneiung
Durch die Druckleitung Steinböden-Pleus kann das Wasser des Chüeboden-sees zur technischen Beschneiung der Skipiste Steinböden-Pleus genutzt wer-den. Durch die gemeinsame Nutzung der Anlagen können den Sportbahnen Elm AG jährlich 50 000 m3 Wasser zur Versorgung ihrer Beschneiungsanla-gen zur Verfügung gestellt werden. Die benötigte Zeit für die Beschneiung der Skipisten wird von 20 auf 10 Tage hal-biert und die notwendige Pumpenergie um 90 Prozent reduziert.
6.3 Wirtschaftlichkeit
Anhand des Programms zur kostende-ckenden Einspeisevergütung (KEV) gemäss der Energieverordnung des Bundes vom 14. März 2008, lässt sich die Rentabilität des Projektes abschät-zen. Mit den Eingabewerten der Jah-resproduktion von 1,05 Mio. kWh und der Brutto-Fallhöhe von 265 m berech-net das Programm eine Vergütung von rund 20,4 Rp/kWh und eine theoreti-schen Investition von 2,3 Mio. CHF für eine entsprechende Referenzanlage.
Bei einem Gestehungspreis von 16,7 Rp/kWh und der Vergütung der Jahres-produktion von 20,4 Rp/kWh resultiert ein Gewinn von rund 39 000 CHF/a.
Die Rentabilitätsberechnung weist also eine positive Bilanz auf. Dabei ist die monetäre Bewertung der verbesserten Schneesicherheit für den Wintertouris-mus bzw. die Bereitstellung des Was-sers an die Sportbahnen Elm AG zur Beschneiung noch nicht berücksichtigt.
Abstract
Elmer Hydro Systems - Combining Snowmaking and Electricity Production The project «Elmer hydro» was developed in collaboration with the Institute of Civil Engineering at the University of Applied Sciences in Northwestern Switzerland and the Elm power company and Sportbahnen Elm AG. The
«Netzwerk Wasser im Berggebiet NWB» was awarded the Swiss Mountain Water Award in 2009. The project intends to sustainably use natural inflowing water and lakewater retention from Chüeboden lake, located above Elm in Canton Glarus, for hydroelectric power and technical snow production under ecological and economic aspects with the same technical infrastructure. The project’s approach can be transferred to other mountainous regions in Switzerland and abroad where the potential location of natural lakes or reservoirs during no-snow periods is possible for producing energy. In a separate potential study within the «Elmer hydro» project, a Google-Maps supported GIS model was developed to identify Swiss sites.
Keywords: multipurpose plant for small hydroelectric power and technical snow production, development of water resources, lakewater retention
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