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Ein Stromspeicher für die Energiewende
Die Wasserkraft ist die älteste erneuerbare Energiequelle. Ihr Vorteil: neben klimaneutraler Stromerzeugung kann sie große Energiemengen speichern und bei Bedarf innerhalb weniger Sekunden wieder ins Netz einspeisen – ein entscheidender Aspekt für das Gelingen der Energiewende. Denn Stromspeicher puffern nicht nur die naturbedingten Erzeugungsschwankungen von Windkraft und Photovoltaik ab, sondern helfen auch, das Stromnetz jederzeit im Gleichgewicht zu halten. Wir nutzen die klimafreundliche Speicherart und realisieren ein einzigartiges Projekt, indem wir unser Wasserkraftwerk in Forbach ausbauen.
Inhalte
Speichervolumen nahezu verdoppelt
Ausbau des Pumpspeicherkraftwerks
Mit den topografischen Begebenheiten des Traditionskraftwerks und der großen Zustimmung der Menschen vor Ort bietet Forbach ideale Rahmenbedingungen, um den Standort auszubauen. Das Projekt soll in jeder Hinsicht für nachhaltiges Handeln stehen. Die Belastungen während der Bauzeit sind für Natur und Bevölkerung durch die untertägige Bauweise gering. Um die wenigen Auswirkungen auszugleichen, wurden bereits umfangreiche Maßnahmen ergriffen, wie zum Beispiel im Bereich des Artenschutzes durch die Umsiedlung von heimischen Eidechsen.
Von Planung bis Betrieb wird das Projekt von Umweltplanungsbüros und Natursachverständigen begleitet. Realisiert werden ein unterirdischer Kavernenspeicher und ein Kavernenkraftwerk. Die bestehenden, bis zu 100 Jahre alten Maschinen werden außer Betrieb genommen und durch neue effizientere Maschinen ersetzt. Zusammen mit dem existierenden Ausgleichsbecken bilden diese Komponenten die neue Unterstufe. Die Schwarzenbachtalsperre dient als Oberbecken.
Neues Kraftwerk im Berg sorgt für Leistungssteigerung um 10 MW
Das über die Schwarzenbachtalsperre gesammelte Wasser gelangt bei diesem Konzept zum neu gebauten Kavernenkraftwerk, wo sich das neue Schwarzenbachkraftwerk (mit einer Pumpturbine) und das neue Murgwerk als Laufwasserkraftwerk (mit zwei Turbinen) befinden. Durch seine neue Position im Berg strömt das Wasser fast senkrecht auf die Turbine, wodurch sich die Leistung zur aktuellen Erzeugung um 10 Megawatt erhöht.
Schnell verfügbare Leistung bei Schwankungen im Stromnetz
Über einen Hauptstollen ist das Kraftwerk mit dem Ausgleichsbecken in Forbach verbunden. Sechs Nebenstollen stellen zusätzlichen Speicherraum zur Verfügung. Nach der Nutzung im Kavernenkraftwerk wird das Wasser im Kavernenspeicher und im Ausgleichsbecken gesammelt. Bei Bedarf lässt es sich von hier über die Pumpturbine des Kavernenkraftwerks zurück in die Schwarzenbachtalsperre transportieren und später erneut zur Stromerzeugung nutzen. Vorteil dieser Konstellation: Sollte über erneuerbare Energien zu viel Strom ins Netz gelangen, kann dieser durch den Pumpbetrieb problemlos abgebaut werden – und steht in Bedarfszeiten sofort wieder zur Verfügung.
Größere Wasserspeicher ermöglichen 7 Stunden nonstop Stromerzeugung
Durch den neuen Kavernenspeicher erhöht sich das Speichervolumen des Kraftwerks um 200.000 Kubikmeter – das bestehende Ausgleichsbecken hat ein Nutzvolumen von 204.000 Kubikmetern. Die neue Unterstufe aus Kavernenspeicher und Ausgleichsbecken wird damit über eine Speicherkapazität verfügen, die 7 Stunden Turbinenbetrieb am Stück ermöglicht. Das altehrwürdige Kraftwerkshaus von Murg- und Schwarzenbachwerk kann als denkmalgeschützter Baubestand und aus wirtschaftlichen Gründen allerdings nicht in das neue Konzept integriert werden.
Das Rudolf-Fettweis-Werk
Das Wasserkraftwerk Forbach ist in vielerlei Hinsicht eine wahre Besonderheit. Neben seiner traditionsreichen Historie kann es als Lauf-, Speicher- und Pumpspeicherkraftwerk bezeichnet werden. Das ist auf den Standort des Rudolf-Fettweis-Werks (RFW) zurückzuführen, der sich durch große Höhenunterschiede, ein optimales Wasserangebot und topografisch ideale Bedingungen für Speicherbecken auszeichnet.
Traditionskraftwerk seit über
CO₂-freier Strom für
Wasserfallhöhe
Vier Kraftwerke für volle Leistung
Das RFW besteht aus insgesamt vier Einzelkraftwerken, die in zwei Bauabschnitten errichtet wurden: In der ersten Phase entstanden so von 1914 bis 1918 das Murgwerk und das Niederdruckwerk. Etwas später kamen das Raumünzachwerk (1921 bis 1923) und das Schwarzenbachwerk (1922 bis 1926) hinzu. Die fünf Turbinen des Murgwerks und die zwei des Schwarzenbachwerks sind gemeinsam im Krafthaus Forbach untergebracht. Zusammengenommen produzieren sie pro Jahr mit einer Gesamtleistung von 71 MW etwa 105 Millionen Kilowattstunden regenerativen Strom aus natürlichen Zuflüssen. Mit dieser Strommenge können rund 30.000 Haushalte mit CO₂-freiem Strom versorgt werden.
Herzstück des RFWs ist die Schwarzenbachtalsperre, ein von Einheimischen und Touristen gerne besuchter Stausee. Über Stollen und eine Druckleitung gelangt das Wasser in das 357 Meter tiefer gelegene RFW und wird dort zur Stromerzeugung eingesetzt. Zu Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten wurde der Stausee der Schwarzenbachtalsperre bisher dreimal vollständig entleert: 1935, 1952 und zuletzt 1997. Ein Vorgang, der von Öffnung des Grundablasses bis zur vollständigen Entleerung zweieinhalb Monate dauert.
Traditionsstandort: Das Rudolf-Fettweis-Werk (RFW) im Nordschwarzwald in Forbach
Das RFW ist ein ausgeklügeltes System aus Speicherseen, Wasserführungen und Kraftwerken. Das Murgwerk (Foto) war eine der ersten Anlagen.
Der Stausee, die sogenannte „Schwarzenbach“ bietet Platz für 14,4 Millionen Kubikmeter Wasser. Daraus lassen sich 10,5 Millionen Kilowattstunden Strom erzeugen.
Über die Rohrbahnen gelangt das Wasser in die 357 Meter tiefer gelegenen Turbinen, mit deren Hilfe schließlich klimaneutral Strom erzeugt wird.
Das Krafthaus (links) – und das eigentliche Kraftwerksgebäude (rechts), in dem auch Leitwarte und Ausbildungswerkstatt untergebracht sind
Blick ins Krafthaus mit den Turbinen: Hier wird die Gesamtleistung von 71 MW erzeugt.
Instandhaltung der Kraftwerksstollen
Damit das Wasser zuverlässig seinen Weg zu den vier Einzelkraftwerken im RFW findet, regelt ein komplexes Stollensystem unter Tage die Wasserwege. Neben dem Rohrleitungsnetz, das insgesamt über 8 km misst, können in zwei großen, unterirdischen Bassins rund 6 Millionen Liter Wasser gespeichert werden. Zusammen mit der Wassermenge in den Rohrleitungen können so auf Knopfdruck knapp 70 Millionen Liter Wasser abgerufen und zur Energieerzeugung genutzt werden.
Alle acht bis zehn Jahre werden die über hundert Jahre alten Stollensysteme von den Kraftwerksmitarbeitern kontrolliert. Dazu wird das System einmal komplett entleert. Wochenlang gehen die Mitarbeiter dann den Weg des Wassers im Berg nach und suchen nach eventuellen Schadstellen. Ein Kamerateam hat diesen besonderen Arbeitseinsatz begleitet.
Der Hydro-Fischlift am Niederdruckwerk
Kraftwerke, die in einem Fluss errichtet werden, sind auch immer ein Eingriff in die Natur. Um die Nutzung so naturfreundlich wie möglich zu gestalten, hat das Umweltbundesamt im Jahr 2000 die EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) verabschiedet. Diese gibt vor, welche Menge an Wasser in jedem Fall im Fluss vorhanden sein muss und nicht zur Stromerzeugung genutzt werden darf. Weiterhin muss die Durchgängigkeit für Fische gewährleistet werden.
Modernste Fischwanderhilfe
Der Hydro-Fischlift am Niederdruckwerk in Forbach im Bau
Am Niederdruckwerk in Forbach wird schon immer die dem natürlichen Abfluss der Murg entsprechende Wassermenge abgegeben. Um die notwendige Durchgängigkeit für Fische sowohl flussaufwärts als auch -abwärts sicherzustellen, hat die EnBW in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Unternehmen „Baumann Hydrotec” ein einzigartiges Projekt entwickelt: einen sogenannten Hydro-Fischlift. Damit können die Fische in der Murg platzsparend und ohne große Eingriffe in die denkmalgeschützten Bestandsbauwerke wandern. Besonderer Vorteil des Fischlifts: Er funktioniert unabhängig von Wasserspiegelschwankungen im oberen Wasserbecken und die Wasserabgabe über die Fischwanderhilfe kann durch eine installierte Dotierturbine auch noch energetisch genutzt werden.
So funktioniert der Hydro-Fischlift
Die Fische werden mittels einer Lockströmung in eine Art Aufzugskabine (dem sogenannten Schwimmkolben) geleitet. Nach dem Schließen der Aufzugskabine wird der Aufzugsschacht von unten mit Wasser geflutet. Durch den Auftrieb des Wassers gleitet die Aufzugskabine in der Röhre nach oben. Dort angelangt, öffnet sich der Ausstieg und die Fische schwimmen hinaus. Durch die Entleerung des Schachts bewegt sich die Aufzugskabine wieder nach unten. Der Lift ermöglicht den Fischen den Aufstieg, wird aber auch als Abstiegshilfe genutzt.
Aufzug mit Fahrplan
Der Lift bleibt stets eine halbe Stunde im Einstiegsbereich. Eine Aufzugfahrt mit Entleerungsvorgang oben dauert ungefähr fünf Minuten. Während die Aufzugskabine unten verweilt, wird sie konstant durchströmt. So soll die natürliche Gegenströmung für die flussaufwärts schwimmenden Fische simuliert und erreicht werden, dass die Fische in der Aufzugskabine verbleiben, bis diese nach oben fährt. Beim Fischabstieg zeigen Erfahrungswerte, dass die ideale Verweilzeit der Aufzugskabine im Oberwasser bei 15 Minuten liegt, bevor der Senkvorgang eingeleitet wird. Die Abfahrtsintervalle können aber jederzeit angepasst werden.
Das in Pumpspeicherkraftwerken in die Höhe beförderte Wasser fungiert quasi als Akku. Die Idee ist nicht neu, aber die Fähigkeit, nicht benötigte Energie zu speichern, wird immer wichtiger. Denn Windkraftanlagen und Solarparks, mit denen viel Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, produzieren nicht nach Bedarf, sondern dann, wenn der Wind weht und die Sonne scheint. Das klingt (und ist) trivial, stellt aber eine zentrale Herausforderung auf dem Weg in die klimaneutrale Energiewelt von morgen und übermorgen dar. Und derzeit ist potenzielle Energie von Wasser die einzige Möglichkeit, große Strommengen zu speichern.
Ein spektakuläres Beispiel ist das internationale Milliardenprojekt NordLink. Sein Kern ist ein Höchstspannungskabel in der Nordsee, das seit 2021 Schleswig-Holstein mit der Südküste Norwegens verbindet. Wenn in und vor Norddeutschland mehr Windstrom produziert wird als benötigt (oder in den Süden geleitet werden kann), kann dieser in Norwegen verbraucht werden. Dafür können norwegische Wasserkraftwerke gedrosselt oder ganz heruntergefahren werden und so Wasser für spätere Erzeugung aufstauen. So entsteht quasi ein transnationales, virtuelles Speicherkraftwerk.
Oberbecken
Wird elektrische Energie benötigt, strömt das in einem Oberbecken gestaute Wasser auf die Turbinen des im Tal liegenden Maschinenhauses.
Pumpturbine
Bei vielen Pumpspeicherkraftwerken sind heute sogenannte Pumpturbinen verbaut. Bei dieser Kombination aus Turbine und Pumpe handelt es sich um eine Strömungsmaschine, die aus beiden Richtungen durchströmt werden kann und je nach Drehrichtung als Pumpe oder Turbine arbeitet.
Unterbecken
Wenn im Stromnetz mehr elektrische Energie vorhanden ist als von den Verbrauchern benötigt wird (in der Regel nachts), wird der überschüssige Strom dazu benutzt, Wasser durch Rohrleitungen in das hoch gelegene Speicherbecken zu pumpen.
Motor/Generator
Über die Turbinen wird der Generator angetrieben. Ist zu viel Energie im Netz, beispielsweise bei einer Starkwindphase oder durch hohe Einspeisungen aus Photovoltaik-Anlagen, „verwandeln“ sich die Generatoren in Elektromotoren und treiben die Pumpen an. So gelangt das Wasser aus dem unteren Becken wieder in das obere Speicherbecken.
Umspannstation
Die Fähigkeit von Pumpspeicherkraftwerken, sowohl Energie aufzunehmen als auch abzugeben, macht Pumpspeicherkraftwerke äußerst wertvoll, weil sie so schwankende Stromproduktion und -verbrauch in Balance und das Netz stabil halten.
Der Standort Forbach steht exemplarisch für den Beginn der Elektrisierung in Baden. „Jahrhundert Kraftwerk“ lautete daher auch der Titel der 2018 zum 100. RFW-Geburtstag erschienenen Chronik. „Das Rudolf-Fettweis-Werk ist ein steinernes Zeugnis für großen Pioniergeist, für die Umsetzung großer Pläne in schwierigen Zeiten“, schrieb darin Kathrin Buhrke, die damalige Bürgermeisterin von Forbach.
Historische Filmaufnahmen zeigen den Bau des Rudolf-Fettweis-Werks in Forbach.
Das Schwarzenbachwerk war seinerzeit das erste Kraftwerk Europas, das in großtechnischem Rahmen Energie für die Stromerzeugung speichern konnte. Ideengeber und maßgeblich für die Ausarbeitung der Baupläne verantwortlich war Wasserbauingenieur Theodor Rehbock. Seine bereits 1903 entstandenen Überlegungen, wie die Wasserkraft im oberen Murgtal genutzt werden könnte, galten allerdings zunächst einer nahe Forbach gelegenen Papierfabrik und nicht der Stromerzeugung. Erst mit der Absicht des Großherzogtums Baden, eine staatliche Elektrizitätsversorgung aufzubauen, fielen die Pläne in die Hände des EnBW-Vorgängerunternehmens Badische Landes-Elektrizitäts-Versorgungs AG (später Badenwerk AG). Vom Baubeginn 1922 bis zur Fertigstellung 1926 leitete Rudolf Fettweis die Arbeiten an der Schwarzenbachtalsperre. Nach ihm wurde schließlich der gesamte Kraftwerkskomplex benannt.
Die Stollengräber der RFW-Anlagen aus dem Jahre 1923
Das Krafthaus mit den Turbinen im Aufbau
Transport des Generators von Raumünzach ins Krafthaus nach Forbach
Im Krafthaus werden die Turbinen Stück für Stück montiert.
Im nahegelegenen Steinbruch wird der Granit für die Staumauer geschlagen.
Mit einer Dieseldampflok auf Schienen werden die Gesteinsbrocken zur Baustelle an die Talsperre transportiert.
Rudolf Fettweis (*1882, † 1956): Namensgeber des RFW und Technikvorstand des EnBW-Vorgängerunternehmens Badenwerk AG.
Die Errichtung des Entnahmeturms und Fertigstellung des Grundablasses. Eine komplette Entleerung des Stausees über den Grundablass heute dauert ganze zweieinhalb Monate.
Die Staumauer im Aufbau: Die trapezförmig angeordneten Granitsteine ergeben am Grund eine Mauerbreite von rund 48 Meter, die sich zur Mauerkrone hin auf 6 Meter verjüngt.
Montage des rechtsseitigen Rohrstranges der Rohrstollenstrecke auf der Lindenhalde
Die mittig eingebauten 24 Öffnungen unterhalb der Dammkrone stellen sicher, dass bei Hochwasser die Mauer nicht überläuft.
Die Staumauer kurz nach ihrer Fertigstellung 1926
Festlicher Abschluss: der Transport des letzten Rohrstücks der Schwarzenbachleitung.