Hochflexible Wasserkraft im Grimselgebiet

Mit dem Pumpspeicherwerk Grimsel 4 erweitert die KWO ihr bestehendes Wasserkraftsystem im Grimselgebiet mit einem sehr flexiblen Kraftwerk. Das Projekt setzt dort an, wo künftig im Energiesystem zunehmend Bedarf besteht: bei kurzfristig verfügbarer Leistung, hoher Flexibilität und präziser Regelbarkeit. Grimsel 4 verbindet den Grimselsee als Oberbecken auf kurzer horizontaler Distanz mit dem Räterichsbodensee als Unterbecken und schliesst damit eine hydraulische Engstelle im Kraftwerkssystem der KWO. Dies erweitert die Freiheitsgrade der Betriebsführung und ermöglicht eine gezieltere und flexiblere Nutzung der vorhandenen Wasservorräte.

Derzeit können zwischen den beiden Seen im Kraftwerk Grimsel 1 lediglich 20 m³/s verarbeitet werden, während die Kapazität oberhalb (Oberaarsee – Grimselsee) bis zu 100 m³/s und unterhalb (Räterichsbodensee – Handeck – Innertkirchen) bis zu 70 m³/s beträgt. Künftig können im Kraftwerk Grimsel 4 ebenfalls 70 m³/s verarbeitet werden, womit die Durchflusskapazität auf der Stufe Grimselsee – Räterichsbodensee auf 90 m³/s steigt.

Das Triebwassersystem verbindet den Grimselsee und den Räterichsbodensee über Ober- und Unterwasserstollen. Aufgrund der kurzen Distanz zwischen den beiden Seen kann auf ein Wasserschloss verzichtet werden, ohne damit den dynamischen Betrieb der Anlage einzuschränken. Dies reduziert das Bauvolumen zusätzlich.

Energiespeicherung für volatiles Stromsystem

Das Ausbauvorhaben Grimsel 4 ist als Pumpspeicherwerk ausgelegt und dient der zeitlichen Verschiebung der Energieproduktion. Überschüssige Energie, insbesondere aus Photovoltaik und Windkraft, kann aufgenommen und bei Bedarf wieder abgegeben werden. Im Zusammenspiel mit den bestehenden Kraftwerken übernimmt Grimsel 4 die Funktion eines hochdynamischen Systemelements. Die Anlage ist auf häufige Lastwechsel ausgelegt und kann kurzfristig zwischen Pump- und Turbinenbetrieb wechseln. Dadurch ergänzt sie die bestehenden Produktionsanlagen und erhöht die Reaktionsfähigkeit des gesamten Kraftwerkssystems. Grimsel 4 leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität und zur Versorgungssicherheit im Energiesystem.

Unterirdisch gebaut, landschaftsschonend integriert

Für das Pumpspeicherwerk Grimsel 4 werden die bestehenden Speicher und die existierende Infrastruktur genutzt. Die neu erstellten Anlageteile sind komplett unterirdisch. Zusätzliche Stauseen oder neue sichtbare Kraftwerksbauten sind nicht nötig und es wird kein zusätzliches Wasser gefasst. Dadurch bleibt der landschaftliche Eingriff gering, während der Nutzen für das Gesamtsystem wächst. 

Der Gesamtprojektleiter bei der KWO, ETH-Bauingenieur Benno Schwegler, freut sich auf das Projekt. Die KWO realisiere mit Grimsel 4 ein Kraftwerk, das wesentliche technische Neuheiten beinhalte. «Auch bei der vertraglichen Abwicklung wollen wir einen neuen Weg beschreiten. Die umfangreichen Ausbruch- und Betonarbeiten sollen in enger Zusammenarbeit mit dem Bauunternehmer in einer Allianz erfolgen.» Ziel sei, Bauzeit und -kosten zu optimieren, erklärt Schwegler.

Kavernenzentrale im Bau: Vortrieb, Sicherung, Montage

Die Bauarbeiten für das Pumpspeicherwerk Grimsel 4 starten im Juni 2026 mit dem Ausbruch des Erschliessungsstollens (Ausführende Rotpletz, Lienhard + Cie) entlang des Räterichsbodensees. Bestehende Erschliessungsstollen (Handeck – Gerstenegg) dienen als Zugang. Von diesen aus werden zusätzliche Erschliessungs- und Verbindungsstollen vorgetrieben. Die Lüftung erfolgt über einen alten Bahnstollen. Zentrales Bauwerk ist die unterirdische Kavernenzentrale. Sie wird rund 70 m tiefer als die bestehende Zentrale Grimsel 1 und rund 100 m unter der Oberfläche im Fels angeordnet und so dimensioniert, dass sie zwei Maschinensätze, Nebenaggregate sowie Montage- und Krananlagen aufnehmen kann. Die Abmessungen der Kraftwerkszentrale betragen rund 76 x 24 x 42 m (L x B x H), das entspricht ungefähr der Höhe eines Hauses mit 14 Stockwerken.

Der Ausbruch erfolgt konventionell im Sprengvortrieb von oben nach unten und wird an die geologischen Verhältnisse des Grimselgebiets angepasst. Die Sicherung erfolgt mittels Ankern, Spritzbeton und Netzen; der Innenausbau ist überwiegend einschalig ausgeführt. Abgelagert wird das Ausbruchmaterial in einer bestehenden Deponie an der Gerstenegg, deren Inhalt im Rahmen der Bauarbeiten zur Spitallamm-Staumauer (2019 bis 2025) für die Betonherstellung genutzt wurde und somit wieder genügend Platz für die Lagerung neuen Ausbruchs bietet. 

Planung und Einbau der Kraftwerkstechnik

Die Gesamtkoordination und den Einbau der Kraftwerksteile verantwortet Ueli Gasser, Maschineningenieur bei der KWO. Am Projekt arbeiten sowohl interne Fachkräfte als auch externe Spezialisten mit, wie er erklärt. Externe Partner lieferten insbesondere die verschiedenen Anlageteile, die sie gemäss den von der KWO definierten Anforderungen entwickeln, herstellen und montieren. «Die Spezialisten der KWO formulieren diese Anforderungen, leiten daraus die Submissionsunterlagen ab und koordinieren die zahlreichen Arbeitspakete während der gesamten Projektabwicklung», erläutert Gasser. Zudem stelle die KWO eigenes Montagepersonal, baue die Elektroschränke selbst und programmiere das Leitsystem.

Anspruchsvolle Logistik

Der Einbau der elektromechanischen Komponenten beginnt im Oktober 2029 mit der Montage der Saugrohre. Diese werden aufgrund ihrer Grösse in einzelnen Teilen angeliefert und dann vor Ort zusammengeschweisst. Die grossen elektromechanischen Anlageteile werden per Schwertransport an die Grimsel gefahren. Die Hauptmontagearbeiten finden von Februar 2031 bis Februar 2032 statt. Für die Montagearbeiten und künftige Revisionen steht ein Hallenkran mit einer Tragkraft von 180 t zur Verfügung. Die Logistik und die Planung der Montagearbeiten ist auch deshalb anspruchsvoll, weil die Grimsel nur im Sommerhalbjahr mit Schwertransporten befahren werden kann. Die beiden Generatoren und die beiden Transformatoren, die grössten elektromechanischen Komponenten, definieren die Grösse des Erschliessungstunnels. Sie werden 2031 gestaffelt angeliefert. Parallel zu diesen Arbeiten startet im Juni 2029 die Montage der Stahlpanzerung im Bereich der Kraftwerkszentrale.

Die Vorarbeiten wurden beim Ersatz der Staumauer Spitallamm ausgeführt

Im Rahmen des Projekts «Ersatz Staumauer Spitallamm» wurde die im Winter 2024/25 notwendige Seeabsenkung genutzt, um zusätzliche bauliche Massnahmen beim neuen Grundablass umzusetzen. Dabei wurde – abgestimmt auf die Anforderungen des Staumauerprojekts – ein unterirdisches Bauwerk erstellt, das eine spätere Anbindung eines Pumpspeicherwerks technisch ermöglichen kann.

Die Arbeiten wurden im Rahmen des bewilligten Projekts «Ersatz Staumauer Spitallamm» ausgeführt und dienten insbesondere der optimalen Nutzung der bestehenden Baustellen- und Logistiksituation während der Seeabsenkung. Nach Abschluss der Arbeiten wurde das Bauwerk mittels Drosselklappe gesichert und vom Seesystem getrennt, um den ordentlichen Betrieb des Grimselsees nicht einzuschränken. 

Maschinen und Leistung: ausgelegt auf Dynamik und Regelbarkeit

Die elektromechanische Ausrüstung des Pumpspeicherwerks Grimsel 4 ist auf einen maximal flexiblen Betrieb ausgelegt. Installiert werden im Kraftwerk zwei vertikalachsige, reversible Pumpturbinen in drehzahlvariabler Ausführung. Etwas, das auch Ueli Gasser fasziniert: «Ja, die zwei reversierbaren Pumpturbinen finde ich äusserst spannend – ein Maschinentyp, der bei KWO bisher noch nicht im Einsatz ist.» Jede Maschine ist für eine Durchflussmenge von bis zu 35 m³/s ausgelegt. Die installierte Turbinenleistung beträgt insgesamt rund 130 MW, die Pumpenleistung liegt bei 150 MW. Die Pumpturbinen von Voith sind mit Motorgeneratoren desselben Lieferanten ausgerüstet. In der Kaverne stehen auch Frequenzumrichter von Hitachi, die eine stufenlose Leistungsregelung im Pumpbetrieb ermöglichen und den Turbinenbetrieb optimieren. 

Die Anlage hat über den gesamten Fall- und Förderhöhenbereich einen Regelbereich von ±100 % der Leistung (inkl. hydraulischer Kurzschluss). Sie kann ihre Leistung somit präzise an die jeweiligen Systemanforderungen anpassen und lässt sich insbesondere im Regelenergiemarkt sowie für den Ausgleich kurzfristiger Netzschwankungen einsetzen.

Netzanschluss über bestehende Infrastruktur

Das Pumpspeicherwerk Grimsel 4 wird über die bestehende 220-kV-Schaltanlage Grimsel, die im Rahmen des Projekts erweitert wird, an das Übertragungsnetz angeschlossen. Der Anschluss kann damit über bestehende Infrastrukturen erfolgen; neue Hochspannungsleitungen sind nicht erforderlich. Grimsel 4 fügt sich kompakt in die vorhandene Netzinfrastruktur ein und kann seine Leistung ohne zusätzliche netzseitige Eingriffe bereitstellen. 

Anspruchsvolle Rahmenbedingungen

Der Bau eines unterirdischen Pumpspeicherwerks dieser Grössenordnung im Hochgebirge stellt hohe Anforderungen an Planung, Logistik und Sicherheit. Die geologischen Verhältnisse, die klimatischen Rahmenbedingungen sowie die Bauarbeiten bei laufendem Betrieb erfordern sorgfältig abgestimmte Bauabläufe. Auch im Betrieb stellen die hohen Leistungsdynamiken und die häufigen Lastwechsel erhöhte Anforderungen an die Anlage dar. Grimsel 4 ist daher auf einen hohen Automatisierungs- und Überwachungsgrad ausgelegt.

Baustein eines stabilen erneuerbaren Energiesystems

Das Pumpspeicherwerk Grimsel 4 ist ein gezielt einsetzbares technisches Instrument zur Stärkung der Flexibilität und Stabilität des Energiesystems. Mit hoher Leistung, schneller Regelbarkeit und vollständiger Integration in bestehende Infrastrukturen zeigt das Projekt, wie die alpine Wasserkraft bei der KWO systemorientiert weiterentwickelt werden kann: leistungsfähig, landschaftsschonend und auf die Anforderungen eines erneuerbaren Energiesystems ausgerichtet.