Kraftwerkskette Gosau

Die Kraftwerkskette Gosau gehört zu den ältesten Anlagen der Energie AG. Als die Staumauern für die vier Kraftwerke Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts gebaut wurden, war die Erzeugung von elektrischem Strom zwar ein willkommener Nebeneffekt – ihr eigentlicher Zweck war jedoch, Hochwässer zu verhindern. Bereits 1907 reichte die Firma Stern und Hafferl ein Projekt ein, das insgesamt fünf Kraftwerksstufen vom Hinteren Gosausee bis zum Hallstättersee vorsah. Zunächst wurden jedoch nur zwei davon verwirklicht: das Kraftwerk Steeg und vier Jahre später das Kraftwerk Gosau. Als erstes Kraftwerk der Gosauwerke wurde 1910 das KW Steeg errichtet, 1913 folgte das KW Gosau als Speicherkraftwerk. Es entnimmt sein Triebwasser direkt aus dem Vorderen Gosausee, der auch als Speichersee dient. Um die Wasserabgabe aus dem Hinteren Gosautal an das Kraftwerk Steeg bzw. die Wasserfassung Klaushof nutzbringend beeinflussen zu können, bot sich die Errichtung eines kleinen Werkes beim Gasthof Gosauschmied an, das in den Jahren 1967/68 verwirklicht wurde.

Vordere Gosausee

Vordere Gosausee
Der Vordere Gosausee weist ein für die Stromerzeugung nutzbares Volumen von 20 Mio. m3 auf, es wird aber auch der nutzbare Anteil der ständigen Zuflüsse in das System zur Stromerzeugung in den 3 Kraftwerksstufen KW Gosau, KW Gosauschmied und KW Steeg genützt. Im unten abgebildeten Diagramm ist das Längenprofil der Kraftwerkskette im Gosautal dargestellt.
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Bei Wasserkraftwerken treten verschiedene Verluste auf, die den Wirkungsgrad der Kraftwerke beeinflussen. Die Art der Verluste sind im Wesentlichen:
  • Hydraulische Reibungsverluste durch die Strömung des Wasser (diese werden durch die Wahl optimaler Strömungsquerschnitte und kurzer Triebwasserwege möglichst gering gehalten)
  • Verluste bei Turbinen, Generatoren und Transformatoren
Die verlorene Energie tritt hauptsächlich als Wärme und Schall in Erscheinung. Deshalb müssen auch Wasserkraftmaschinen ein Kühlungssystem und Schallschutzeinrichtungen haben.
Unter Berücksichtigung des durchschnittlichen Gesamtwirkungsgrades  η = 0,85 der Kraftwerke, kann aus der Formel für die Leistung P in Watt einer Turbine  (P = η * ρ * Q * g * H, wobei ρ die Dichte von Wasser bezeichnet (1000 kg/m3), Q den Wasserstrom in m3/s, g die Erdbeschleunigung (~9,81 m/s2) und H die Nettofallhöhe des Wassers in Metern) eine Abschätzung des Energiegehalts W in GWh eines Stausees, der V Mio. m3 nutzbares Wasser enthält, abgeleitet werden:

Aufgabenstellung 1 - Physikalische Größen

  • Welcher Zusammenhang besteht jeweils zwischen den Begriffen Energie, Arbeit und Leistung und in welchen Einheiten werden diese jeweils angegeben?
  • Erkläre den Begriff Wirkungsgrad und wie kann ein durchschnittlicher Gesamtwirkungsgrad η = 0,85 interpretiert werden?
  • Was bedeutet die Abkürzung GWh?

Aufgabenstellung 2 - Herleitung

Wie kannst du mit dem Wissen über die physikalischen Größen die obige Faustformel herleiten? Hinweis: Beachte die gegebene Formel für die Leistung in der Angabe sowie die gegebenen Werte und die Einheiten! Runde die Faktoren sinnvoll, um die richtige Faustformel (Abschätzung) zu erhalten: Verwende für den durchschnittlichen Gesamtwirkungsgrad η = 0,9 und die Erdbeschleunigung g = 10 m/s2. Das Volumen kann auch mit der Formel berechnet werden.

Aufgabenstellung 3

Berechne das Energiespeichervermögen (den Energiegehalt) des Vorderen Gosausees bezogen auf den Hallstättersee. Als Bezugspunkt für die Fallhöhe, wähle den sogenannten "Speicherschwerpunkt". Diesen kannst du aus der unten abgebildeten Grafik entnehmen. Er stellt dabei den Seespiegel bei halbem Nutzinhalt dar.
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Aufgabenstellung 4

Berechne den technischen Nutzungsgrad der Kraftwerksgruppe - also den Prozentsatz der Fallenergie, die durch Turbinen in elektrische Energie umgewandelt werden kann - bezogen auf die nutzbaren Fallhöhen der einzelnen Kraftwerksstufen. Gehe dabei von einem einheitlichen Gesamtwirkungsgrad von 85% aus und wähle bei den Staubecken jeweils den Wasserspiegel als Bezugspunkt. Als Bezugspunkt für die Fallhöhe des Vorderen Gosausees wird der Speicherschwerpunkt des Vorderen Gosausees gewählt (siehe Aufgabenstellung 3). Hinweis: Finde heraus, wo sich ungenutzte Fallhöhen befinden und vergleiche diese mit der Gesamthöhe.

Aufgabenstellung 5

Berechne die einzelnen Kraftwerksleistungen bei folgendem Wasserstrom Q:
  • KW Gosau: Q = 5,5 m3/s
  • KW Gosauschmied: Q = 6,5 m3/s
  • KW Steeg: Q = 7,8 m3/s
Hinweis: Verwende dazu die oben gegebene Formel zur Berechnung der Leistung! Die Höhenangabe der jeweiligen Seen und Kraftwerke kannst du der Grafik Längenprofil entnehmen. Als Bezugspunkt für die Fallhöhe des Vorderen Gosausees wird wieder der Speicherschwerpunkt des Vorderen Gosausees gewählt.

Kraftwerk Steeg

Kraftwerk Steeg

Aufgabenstellung 6

Berechne den mittleren "Triebwassereinzug", also die Gesamtmenge an Wasser V, die in einem Jahr pro Kraftwerk zur Energieerzeugung genutzt werden kann - bei folgender "Regelerzeugung", also der Gesamtmenge an Energie W, die pro Kraftwerk und pro Jahr umgesetzt werden kann:
  • KW Gosau: 8,9 GWh
  • KW Gosauschmied: 2,9 GWh
  • KW Steeg: 50,3 GWh
Hinweis: Die Höhenangabe der jeweiligen Seen und Kraftwerke kannst du der Grafik Längenprofil entnehmen.
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