Wasserkraft in Vorarlberg : Drei Maschinen weniger, 16 GWh mehr: Wie Illwerke vkw ein Kraftwerk von 1930 erneuert

Ein Kraftwerk, das mit weniger Maschinen mehr Strom erzeugt, klingt zunächst wie ein Rechenfehler. Bei genauerem Hinsehen entpuppt sich der scheinbare Widerspruch als das eigentliche Ergebnis einer Entscheidung, die Illwerke vkw vor Jahren treffen musste: Wie ersetzt man eine fast hundert Jahre alte Maschinengeneration, ohne das historische Krafthaus, in dem sie steht, gleich mit abzureißen?

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Vor der Erneuerung arbeiteten im Vermuntwerk in Partenen fünf Maschinensätze, mit einer Engpassleistung von 163 Megawatt und einem jährlichen Regelarbeitsvermögen von 270 Gigawattstunden. Nach dem Umbau sind es nur noch zwei Maschinensätze, die zusammen auf 170 Megawatt und rund 286 Gigawattstunden pro Jahr kommen. Rechnerisch bedeutet das ein Plus von 7 Megawatt beziehungsweise 4,3 Prozent bei der Leistung und ein Plus von 16 Gigawattstunden beziehungsweise 5,9 Prozent bei der Jahreserzeugung, bei gleichzeitig drei Maschinen weniger. Die gesamte Generalerneuerung ist mit rund 95 Millionen Euro veranschlagt, eine Zahl, die sich auf das komplette Projekt bezieht, nicht allein auf die beiden neuen Turbinen.

Die naheliegende Erklärung, mehr Wasser bringe mehr Strom, greift hier nicht. Bereits in der 2021 vorgestellten Projektplanung war die Ausbauwassermenge mit 26 Kubikmetern pro Sekunde als feste Randbedingung definiert, eine Erhöhung der Wassermenge war ausdrücklich kein Bestandteil des Konzepts. Die zusätzliche Leistung entsteht stattdessen durch bessere Wirkungsgrade: modernere Turbinen, Generatoren und Transformatoren mit geringeren Verlusten als die alte, weitgehend aus der Bauzeit stammende Technik. Das Vermuntwerk arbeitet dabei über eine Fallhöhe von 713 Metern, jede der beiden neuen Maschinen leistet 85 Megawatt bei 600 Umdrehungen pro Minute und einer Generator-Nennspannung von 10 Kilovolt.

Bei einer Fallhöhe von 713 Metern ist eine Peltonturbine die naheliegende Wahl: Unter hohem Druck ankommendes Wasser wird durch Düsen zu schnellen Strahlen geformt, die auf die becherförmigen Schaufeln eines Laufrads treffen und es in Drehung versetzen. Ungewöhnlich ist im Vermuntwerk die Zahl der Düsen an einer liegenden, horizontalen Maschine: sechs.

Traditionelle horizontale Peltonturbinen besaßen meist nur eine oder zwei Düsen. Der Grund war kein fehlender Ehrgeiz, sondern ein physikalisches Problem: Bei einer horizontalen Maschine mit vielen Düsen kann bereits abgeprelltes Wasser erneut auf das Laufrad treffen, es abbremsen und den Wirkungsgrad verschlechtern. Deshalb wurden leistungsstarke mehrdüsige Peltonturbinen seit den 1950er-Jahren überwiegend mit stehender, vertikaler Welle gebaut, weil sich das Wasser dort einfacher nach unten abführen lässt. Voith Hydro entwickelte für das im Vermuntwerk verbaute HP3+-Konzept ein neues Gehäuse- und Wasserführungssystem: Ein speziell geformter Konus leitet das Wasser gezielt ab und verhindert, dass es das Laufrad erneut bremst, entwickelt über numerische Strömungssimulationen und Modellversuche.

Die Technologie ist dabei noch außergewöhnlich jung. Die erste horizontale sechsdüsige Peltonturbine dieses Konzepts ging im Oktober 2022 im Verbund-Kraftwerk Gerlos 1 im Zillertal in Betrieb, dort ersetzte eine einzelne Maschine vier alte vertikale Einheiten. Illwerke vkw bezeichnet das Vermuntwerk entsprechend als weltweit erst zweite Anlage dieser Bauart. Zwei der weltweit seltensten Peltonturbinen stehen damit inzwischen in einem Kraftwerk, das seit fast einem Jahrhundert Strom erzeugt.

Dass ausgerechnet horizontale Maschinen zum Einsatz kommen, hat mit dem historischen Krafthaus selbst zu tun. Neue vertikale Maschinensätze wurden ebenfalls untersucht, in der Projektplanung aber als baulich sehr aufwendig eingestuft: Fallhöhe wäre verloren gegangen, die Lösung wäre im Ergebnis einem beinahe vollständigen Neubau nahegekommen und wirtschaftlich kaum darstellbar gewesen. Auch ein Umbau zu einem Pumpspeicherwerk wurde geprüft, aber wegen des begrenzten Volumens des Unterwasserbeckens verworfen.

Bei horizontalen Maschinen liegen Turbine und Generator im Wesentlichen auf einer Ebene, Wartung und Demontage sind dadurch einfacher als bei vertikalen Einheiten, die sich über mehrere Geschosse erstrecken können. Gleichzeitig lassen sich bestehende Krafthausstrukturen und im Idealfall auch Teile vorhandener Fundamente deutlich besser weiterverwenden. Die neue Turbinentechnik wurde damit nicht trotz des alten Gebäudes gewählt, sondern gerade deshalb, weil sie zur ursprünglichen Grundkonzeption des Krafthauses passt.

Die Reduktion von fünf auf zwei Maschinen war keine bloße Modernisierungsentscheidung, sondern das Ergebnis eines Variantenvergleichs. Die 2021 vorgestellte Konzeptbewertung verglich Lösungen mit fünf, drei und zwei Maschinen: Bezogen auf die ursprüngliche Fünf-Maschinen-Variante wurden die relativen Anlagenkosten für die Drei-Maschinen-Lösung mit rund 80 Prozent und für die Zwei-Maschinen-Lösung mit rund 71 Prozent angesetzt. Noch deutlicher fiel der Unterschied bei Betrieb, Wartung und Erneuerung über eine angenommene Nutzungsdauer von 50 Jahren aus: 100 Prozent bei fünf Maschinen, 70 Prozent bei drei, nur 46 Prozent bei zwei. Das sind relative Werte aus der damaligen Konzeptbewertung, keine später tatsächlich realisierten Einsparungen, sie erklären aber, warum sich Illwerke vkw konsequent für die kleinere Maschinenzahl entschied: Bei fünf Maschinensätzen müssen langfristig fünf Laufräder, Generatoren, Transformatoren sowie Leittechnik- und Schutzsysteme gewartet und erneuert werden, bei zwei eben nur zwei.

Konsequent zu Ende gedacht, hätte die radikalste Lösung eine einzige große Maschine sein müssen. Genau diese Variante scheiterte jedoch an einer Aufgabe, die über die reine Stromproduktion hinausgeht: Fällt die 110-kV-Einspeisung aus, kann das Vermuntwerk das innere Montafon und Teile des Paznauntals als Insel weiterversorgen, beim Wiederaufbau des Vorarlberger Netzes nach einer größeren Störung spielt es ebenfalls eine wichtige Rolle. Diese Schwarzstart- und Versorgungsfunktion setzt eine gewisse Redundanz voraus, mit nur einer einzigen Maschine wäre sie nicht gegeben gewesen. Das Projekt ist damit ein Kompromiss zwischen möglichst wenigen Maschinen mit möglichst geringem Wartungsaufwand auf der einen und Redundanz sowie Versorgungssicherheit auf der anderen Seite, zwei war dabei die Zahl, bei der sich beides noch vereinbaren ließ.

Bevor überhaupt eine neue Turbine eingebaut werden konnte, musste der historische Bestand weichen, und das keineswegs unkompliziert. Die alten Maschinensätze waren in massiven Stahlbeton eingebettet und mussten präzise herausgeschnitten werden, auch die Decke des Unterwasserkanals wurde zurückgebaut, einzelne ausgeschnittene Elemente wogen bis zu 30 Tonnen. Das mit dem Spezialrückbau beauftragte Unternehmen Diamantbohr nennt für seinen Einsatz 15 Wochen und mehr als 2.350 Tonnen Stahlbeton und Maschinenteile, entfernt mit Bohr-, Schneid- und Seilsägetechnik. Ein weiterer Baustellenbericht dokumentiert zusätzlich, dass bis Mitte Oktober 2025 unter Beteiligung von i+R Bau und Diamantbohr bereits mehr als 2.000 Kubikmeter Stahlbeton abgebrochen und mehr als 3.000 Kubikmeter Erdbewegungen durchgeführt worden waren, die alte 110-kV-Freiluftschaltanlage war zu diesem Zeitpunkt bereits demontiert. Diese beiden Zahlen, die 2.350 Tonnen und die 2.000 Kubikmeter, stammen aus unterschiedlichen Projektumfängen und Zeitständen und lassen sich nicht direkt addieren, jede für sich zeigt aber die Dimension des baulichen Aufwands, der nötig war, damit am Ende weniger Maschinen mehr Strom liefern können.

Für die neue Zwei-Maschinen-Lösung mussten außerdem die fünf früheren Zuläufe neu geordnet werden: In der gewählten Ausführungsvariante werden jeweils zwei bestehende Zuleitungen zu einer neuen Maschine zusammengeführt, eine der bisherigen Leitungen wird nicht mehr benötigt. Zwei Zuläufe pro Maschine verringern gegenüber einer einzelnen größeren Zuleitung die Rohrverluste und erlauben, vorhandene Kugelschieber weiterzuverwenden, klassisches Refurbishment: möglichst viel vorhandene Infrastruktur sinnvoll in die neue Anlage integrieren, statt alles neu zu bauen.

Damit neue 85-Megawatt-Maschinen in eine bestehende Halle, bestehende Wasserwege und vorhandene Fundamente passen, wurde die Planung sämtlicher beteiligter Gewerke modellbasiert in 3D abgewickelt. FCP Fritsch, Chiari & Partner aus Wien übernahm dafür die Planung und Ausschreibung der Baumeisterarbeiten, mit einem dokumentierten Leistungsbild von Entwurfs-, Ausschreibungs- und Ausführungsplanung über statisch-konstruktive Planung bis zu Bauphasen-, Termin- und Kostenplanung sowie Bestandsplanung. Die eigentliche Turbinentechnologie stammt davon getrennt von Voith Hydro, FCP koordinierte die Schnittstellen zwischen Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Elektrotechnik und Haustechnik über eine gemeinsame digitale Datenumgebung, in der aktuelle Planungs- und Projektdaten zentral für alle Beteiligten bereitlagen und Änderungen nachvollziehbar dokumentiert wurden, notwendig, weil parallel Bestand rückgebaut, neue Maschinen konstruiert, Leitungen eingebaut, Elektroanlagen erneuert und Gebäude saniert wurden.

Die 95 Millionen Euro fließen nicht allein in die beiden neuen Maschinensätze. Zur Generalerneuerung gehören zusätzlich die Erneuerung der gesamten übrigen Kraftwerkstechnik, eine neue beziehungsweise erneuerte Schaltanlage, die Sanierung von Gebäudehülle und Heizung, Arbeiten an Sperre und Einlaufbauwerk des Vermuntsees, Sedimentmanagement sowie Außen- und Infrastrukturarbeiten. Die Abwärme der neuen Maschinentechnik wird künftig zusätzlich für die Beheizung der Kraftwerksgebäude genutzt. Ein neues Krafthaus wurde dabei bewusst nicht errichtet, der nahezu hundertjährige Bestand bleibt erhalten und wird stattdessen modernisiert, wodurch zusätzliche Baumaterialien und weitere Eingriffe in die Hochgebirgslandschaft vermieden werden.

Am 14. Juli 2025 wurde die erste alte Maschine endgültig vom Netz genommen, bis Ende August 2025 war auch die letzte der fünf historischen Einheiten außer Betrieb, ihr Ausheben feierte Illwerke vkw mit einem internen „Abbaufest" und rund 100 Gästen vor dem Kopswerk I. Mitte Oktober 2025 liefen bereits neue Zulaufleitungen und das untere Verteilrohr einer neuen Maschine ein, anschließend begannen Schweißarbeiten an den Turbinenkomponenten. Am 12. Mai 2026 wurde die erste neue Maschine erstmals angedreht, nur gut einen Monat später, am 15. Juni, ging sie in Vollbetrieb. Am 23. Juli 2026 startete die zweite Maschine ihren Testbetrieb, im August folgten die entscheidenden Probeläufe. Der Maschinentausch ist damit weitgehend abgeschlossen, für Außen- und Infrastrukturarbeiten war ursprünglich Zeit bis Oktober 2026 vorgesehen, das Gesamtprojekt befindet sich damit in seiner Schlussphase, ohne bereits vollständig beendet zu sein.

Die Generalerneuerung des Vermuntwerks steht dabei nicht allein: Für 2026 hat Illwerke vkw ein Baubudget von rund 400 Millionen Euro beschlossen, mit Schwerpunkten unter anderem auch beim Kopswerk II und beim Lünerseewerk, bis 2040 will der Energieversorger insgesamt rund 9 Milliarden Euro in Versorgungssicherheit und den Ausbau erneuerbarer Energien investieren.

Das Vermuntwerk ging 1930 zunächst mit vier Maschinensätzen in Betrieb, ein fünfter kam 1939 hinzu, bei der Eröffnung war es das größte Wasserkraftwerk Österreichs. Schon die ursprünglichen Vermunt-Maschinen waren horizontalachsige, zweidüsige Peltonturbinen, später wurden bei großen mehrdüsigen Peltonturbinen vertikale Bauweisen üblich. Erst Voiths sechsstrahliges HP3+-Konzept ermöglicht heute wieder hohe Leistungen in horizontaler Anordnung. Das Vermuntwerk kehrt damit nicht zu einer alten Technologie zurück, es nutzt eine neue Turbinentechnologie, damit die grundsätzliche Maschinenanordnung von 1930 auch fast hundert Jahre später weiter funktionieren kann, mit drei Maschinen weniger, aber 16 Gigawattstunden mehr im Jahr.