Die Energie des Maggiatals

Im hinteren Teil des Maggiatals zweigt das Bavonatal ab, ein wildes Tal mit im Sommer bewohnten Rustici, die nicht ans Stromnetz ange­schlossen sind. Über die Gründe für diesen Verzicht kursieren einige Geschichten, wobei das plausibelste Argument der Wunsch ist, das Tal in seinem ursprüng­lichen Zustand zu erhalten. Lediglich San Carlo, das letzte Dorf im Tal, wird mit Strom versorgt. Eigentlich ist die fehlende Elektri­fizie­rung des Tals paradox, denn am Ende des Bavonatals befinden sich zwei der leistungs­stärksten Wasser­kraft­werke des Kantons Tessin: das Kraftwerk Bavona direkt beim Dorf San Carlo und das Kraftwerk Robiei, 800 m weiter oben, das nur mit der Seilbahn ab San Carlo erreicht werden kann.

Robiei ist ein Pump­speicher­kraft­werk, das von den Maggia Kraftwerken AG, Ofima, betrieben wird, und zum Maggia-Kraft­werks­system gehört. Ofima wurde 1949 gegründet, als die Konzession für die Nutzung der Maggia und ihrer Zuflüsse erteilt wurde. Das damals erstellte Konzept sah einen Ausbau des Systems vom Ober­walliser Griessee bis zum Lago Maggiore in zwei Ausbau­stufen vor. Eigentlich hätten die Walliser ihr Wasser im eigenen Kanton nutzen können, aber sie erkannten, dass es sich lohnt, das Wasser wegen dem höheren Gefälle von knapp 2200 m im Tessin zu turbinieren.

Die erste Maggia-Kraft­werks­stufe wurde von 1950 bis 1955 gebaut. Ein Jahrzehnt später folgte die zweite Ausbaustufe der insgesamt 140 km Stollen, die ohne Tunnel­bohr­maschinen erstellt wurden. Zu den Maggia-Kraftwerken zählen heute 9 Speicherbecken, 7 Kavernen­kraft­werke und 35 Wasser­fassungen. Während der zweiten Ausbaustufe wurde auch das Kraftwerk Robiei gebaut, das nebst dem Wasser aus dem Ober­wallis auch das des Bedrettotals nutzt.

Ein Projekt dieser Dimension ist auf grosse Investoren angewiesen. Im Tessin hatte man damals das Potenzial der Wasserkraft zwar erkannt, verfügte aber weder über die nötigen finanziellen Mittel noch über den entsprechenden Strombedarf. Bei den deutsch­schweizer Kantonen präsentierte sich die Situation anders, denn mit der Industriali­sierung waren sowohl die Nachfrage nach Elektrizität als auch das erforderliche Geld vorhanden. Solche Anlagen waren für sie attraktiv. Zudem haben Kantone und Städte einen Partner­werk­vertrag im Kanton Tessin ins Leben gerufen, damit sich die Städte finanziell beteiligen und den Strom beziehen konnten.

Der Kraftwerksbau in Robiei

In Robiei war die Logistik des Baus anspruchsvoll, denn sämtliche Kompo­nenten mussten mit einer Seilbahn hinaufgebracht werden. Bei der Planung musste berück­sichtigt werden, dass kein Kraft­werks­teil die Trag­fähigkeit der Bahn von 20 t überschreitet. Deshalb wurden kompakte Maschinen mit schnell drehenden Francis-Laufrädern mit einer Drehzahl von 1000 U/min gewählt.

Obwohl die Seilbahn heute haupt­sächlich dem Tourismus dient, konnte sie schon früher für Personen­trans­porte genutzt werden. Bis zu 100 Personen können pro Fahrt befördert werden. Diese schweizweit leistungs­stärkste Seilbahn wurde erst 50 Jahre später durch die 40-t-Schwer­last­seilbahn übertroffen, die für den Bau des Kraftwerks Linth-Limmern errichtet wurde – die aber mittler­weile wieder zurückgebaut wurde.

Ofima besitzt somit nicht nur bei der Wasserkraft Erfahrung, sondern auch mit Luftseil­bahnen. Mit sieben Seilbahnen für die Maggia-Kraftwerke und zwei für die Blenio-Kraftwerke ist sie die grösste Seil­bahn­betreiberin des Kantons Tessin. Ein eigenes Team ist für die Instand­haltung zuständig. Diese Kompe­tenzen sind auch bei anderen Seil­bahn­betreibern beliebt, die entspre­chende Dienst­leistungen von Ofima beziehen.

Dass alpine Baustellen nicht nur eine logistische Heraus­forde­rung sind, sondern auch ihre Risiken haben, musste die Gesellschaft ebenfalls erfahren, denn der Bau eines Frei­spiegel­stollens zwischen dem Maschinenhaus Altstafel und dem Lago di Robiei wurde durch ein tragisches Unglück getrübt. Am 15. Februar 1966 starben in diesem praktisch fertigen Stollen in Robiei insgesamt 17 Bau­arbeiter an Sauer­stoff­mangel, darunter 15 Italiener. Dies geschah ein halbes Jahr nach dem grossen Unglück auf der Baustelle des Staudamms von Mattmark, wo die Baracken durch einen Gletscher­abbruch zerstört wurden und 88 Bau­arbeiter, ebenfalls mehr­heitlich Italiener, starben. Diese Unfälle führten zu Verstim­mungen zwischen Italien und der Schweiz, weil Italien die hiesigen Sicher­heits­vorkeh­rungen als ungenügend betrachtete.

Technische Pionierleistungen

Mit seinen fünf Maschinen mit über 150 MW installierter Pumpleistung stellte Robiei in den 1960er-Jahren eine Pionierleistung dar. Auch der Maschinentyp war damals neu: Die reversiblen Francis-Pump­turbinen, die in eine Dreh­richtung pumpen und in die andere turbinieren, gehörten zu den ersten Anlagen in der Schweiz. Später wurde dieser Typ weiterentwickelt und weltweit exportiert.

Im Pumpbetrieb wurden die Maschinen ungeregelt betrieben, wobei die Fallhöhe die Pumpleistung bestimmte. Bei diesem neuen Konzept hatte man anfänglich Schwingungs- und Vibra­tions­probleme, und dies sogar beim Turbinieren, obwohl ein Regelbetrieb mit Leistungs­variation vorgesehen war – wie er bei Francis­turbinen üblich ist. Auch das spätere Eingiessen der Druckrohre in Beton hat die Situation nicht entschärft. Der variable Betrieb musste eingestellt werden, die Pump- und Turbinier­leistung war ab dann fix. Spätere Unter­suchungen zeigten, dass Aus­legungs­fehler der Grund für diese Vibrationen waren.

Nebst den vier reversiblen Maschinen wurde eine fünfte, kleinere Maschine installiert, der Prototyp einer Isogyre-Pump­turbine. Das Besondere an diesem Maschinentyp war, dass er sich sowohl fürs Turbinieren als auch fürs Pumpen in die gleiche Richtung drehte. Je nachdem auf welches Laufrad das Wasser geleitet wurde, erfüllte sie eine andere Funktion. Alles war mechanisch geregelt. Gemäss dem Ofima-Direktor Marco Regolatti war die Isogyre von Robiei 1968 die erste industrielle Anwen­dung einer solchen Pumpturbine. Erst mehrere Jahre später wurde eine zweite, leistungs­stärkere Isogyre bei den Grimsel­kraft­werken installiert. Aber nach wenigen weiteren Installa­tionen wurde das komplexe und störungs­anfällige Konzept aufgegeben. Weil die Maschine in Robiei heikel war, wurde sie insbesondere als Pumpe selten genutzt.

Die Gesamterneuerung

Als zwischen 2010 und 2016 das Kraftwerk Robiei komplett erneuert wurde, beschloss man, auf die Isogyre zu verzichten und sie durch eine klassische Francis­turbine zu ersetzen. Die neue Turbine kann statt der früheren 10 MW eine Leistung von 25 MW erzeugen – auch wirkungs­grad­mässig ein gewaltiger Sprung. Reversible Pump­turbinen stellen bezüglich Effizienz immer einen Kompromiss dar. Die klassische Turbine ist hingegen auf einen exzellenten Wirkungsgrad für die Erzeugung optimiert.

Im Erneuerungs­projekt, das insgesamt 110 Mio. CHF kostete, wurden auch die vier 40-MW-Maschinen ersetzt. Bei ihnen war leistungs­mässig keine Erhöhung möglich, weil ihr Gewicht durch die Seilbahn begrenzt war. Zudem ist der Platz in der Kaverne beschränkt. Die neuen Maschinen können nun im Turbinier­betrieb durch Verstellen der Leitschaufeln variabel betrieben werden, denn die Vibrations­proble­matik konnte mit der neuen hydrau­lischen Auslegung gelöst werden.

Neu sind aber nicht nur alle Maschinen, sondern auch die Anfahr­methode. Die ursprünglichen Maschinen wurden brachial mit einem Anlasstrafo in drei Leistungs­schritten auf 50 Hz gebracht, was ihre Lebensdauer verkürzte. Die Maschinen mussten deshalb schon nach 40 Jahren ersetzt werden, was für solche Anlagen eine relativ kurze Zeit ist.

Gemäss Marco Regolatti werden die Maschinen nun mit einem neuen Anfahr­konzept angefahren, der Back-to-Back-Methode. Dabei wird eine Pumpe elektrisch mit einer Turbine kurz­geschlossen und die Turbine wird angefahren. Da sie elektrisch mit der Pumpe verbunden ist, fährt auch die Pumpe hoch. Sobald die Pumpe die Nenn­dreh­zahl erreicht, wird sie mit dem Netz synchronisiert und bezieht den Strom vom Netz statt von der Turbine. Der Pumpbetrieb startet und die Turbine kann herunter­gefahren werden. Auf diese Weise lassen sich mit den fünf Maschinen in Robiei alle Gruppen anfahren, denn die fünfte Maschine, die nur turbinieren kann, fährt die letzte Pumpe an und wird dann abgestellt.

Aber nicht nur das rabiate Anfahren setzte den ursprüng­lichen Maschinen zu, sondern auch die grossen Höhen­varia­tionen, die zu starken Kavitationen führten. Deshalb entschied sich die Gesellschaft, für die neuen Maschinen zwei unter­schiedliche Laufräder einzusetzen: Zwei waren für die höhere Fallhöhe optimiert, zwei für die niedrigere. Nach der Inbetrieb­nahme stellte man aber fest, dass diese Aufteilung ziemlich ein­schrän­kend war, weil es Betriebs­bereiche gab, in denen nur zwei Maschinen genutzt werden konnten. Diese Situation wurde anschlies­send optimiert, indem den höheren Fallhöhen drei Maschinen zugewiesen wurden. Eine Maschine reicht für die niedrigeren Höhen aus, denn sie treten seltener auf. Marco Regolatti präzisiert: «Heute würde man sich vermutlich für einen einzigen Typ entscheiden, um die Komplikation im Betrieb zu umgehen. Denn jetzt muss man kontrollieren, wie viele Maschinen zur Verfügung stehen und wie viel Pump­leistung man verkaufen kann.» Aus kavitations­techni­scher Sicht ist aber die 3:1-Lösung der beste Kompromiss.

Erfahrungen und Entwicklungen

Durch die technischen Pionier­leistungen konnten bei den Maggia-Kraftwerken viele Erfah­rungen gesammelt werden. Dabei brauchte es manchmal einige Anläufe, bis eine gute Lösung gefunden werden konnte. Die Arbeit hat sich gelohnt, denn die Maggia- und die Blenio-Kraftwerke sind gemeinsam bezüglich Speicher­wasser­kraft grössen­mässig beispiels­weise vergleichbar mit den Kraftwerken Oberhasli, die das Grimselgebiet nutzen. Trotz dieser Grösse werden sie oft nicht wahrgenommen. Bei der Verfüg­barkeit haben die Maggia- und Blenio-Kraftwerke einen strategischen Vorteil, denn die 1230 MW installierte Leistung sind dezentral auf 29 Maschinen verteilt. Somit steht auch beim Abstellen einzelner Produk­tions­einheiten fast die gesamte Leistung zur Verfügung.

Während sich in den kommenden Jahrzehnten in Robiei dank der Erneuerung technisch wenig verändern wird, sieht es bei den Besitz­verhält­nissen anders aus: Bei der Erteilung der Konzession Ende der 1940er-Jahre war der Kanton Tessin auf deutsch­schweizer Investitionen angewiesen. Der Enthusiasmus wurde aber gedämpft, als man sah, welche Gewinne die Investoren mit dem Wasser machten. Nun möchte der Kanton Tessin die Kraftwerke übernehmen. Wann dies geschehen wird, ist wegen dem Heimfall absehbar, denn der Kanton hat bereits angekündigt, dass es keine Konzes­sions­verlänge­rung geben wird: Bei der Ausbaustufe Maggia 1 ist dies bereits 2035 der Fall. Natürlich ist diese Übernahme auch ein Risiko, weil der Ertrag wetter­abhängig ist. In einem trockenen Jahr können die finanziellen Einbussen beträchtlich sein. Es ist noch nicht klar, wie sich hier der Kanton Tessin aufstellen wird. Aber der Niederschlag des Jahres 2024 stimmt doch optimistisch.