Hannover, 27. Oktober 2014

Energie-Innovationsprojekt im Wasserwerk Fuhrberg

Die seit 20 Jahren arbeitende Holzhackschnitzelheizanlage im enercity-Wasserwerk wird modernisiert und dient mit ORC-Technik zukünftig auch zur Stromerzeugung. So kann das Waldholz noch effizienter zur Energieerzeugung genutzt werden

Der Holzhackschnitzelkessel im Wasserwerk Fuhrberg ist im Oktober 1994 als einer der ersten Niedersachsens in Betrieb genommen worden. Nun wird er erneuert und zukünftig mit innovativer ORC-Technik als Kraft-Wärmekopplungsanlage betrieben. Der bisher verwendete Kessel mit einer Leistung von circa 600 kW wird durch einen neuen Kessel mit gleicher Leistung, jedoch höherer Temperatur, ersetzt. Die nachgeschaltete ORC-Anlage erzeugt zusätzlich Strom und versorgt gleichzeitig das Wasserwerk mit Wärme für Prozess- und Gebäudeheizung.

Kooperation mit der Fraunhofer-Gesellschaft

Für die Planung, Montage und Demonstrationsbetrieb kooperiert enercity mit Fraunhofer UMSICHT (Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik) aus Oberhausen. Mit dem kürzlich unterzeichneten Kooperationsvertrag besiegelten Vertreter der Fraunhofer-Gesellschaft und enercity-Technikvorstand Harald Noske die zukünftige Zusammenarbeit.

"Wir sind sehr froh, die erste große Hürde genommen zu haben. Mit enercity haben wir nun einen verlässlichen Partner für unser Vorhaben gefunden", sagt Dr. Wilhelm Althaus, Abteilungsleiter Energieanlagen bei Fraunhofer UMSICHT zum Projektstart.

„Wir können hier ein wegweisendes Konzept zur dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung mit dem Brennstoff Holz umsetzen und einen interessanten Beitrag zum Klimaschutz in der Region leisten. Der Einsatz von Holzhackschnitzeln aus den umliegenden Waldflächen des Wasserschutzgebietes zur Wärmeversorgung des Wasserwerkes hat speziell in Fuhrberg eine gute Tradition und wird mit der neuen Technik deutlich effizienter", betont Noske.

Verdampft bei niedrigen Temperaturen

Der mit dem neuen Kessel verbundene ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle) zeichnet sich dadurch aus, dass die Abwärme der Stromerzeugung für Heizzwecke genutzt wird. Das Verfahren ähnelt dem normalen Dampfturbinenprozess auf niedrigerem Temperaturniveau, nur dass dabei nicht Wasserdampf, sondern ein organisches Kreislaufmedium zum Einsatz kommt, das bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen verdampft.

Der turbinengetriebene Generator ist auf eine elektrische Nennleistung von circa 60 kW ausgelegt. Der auch im Sommer bestehende Prozesswärmebedarf im Wasserwerk ermöglicht eine hohe Vollaststundenzahl der ORC-Technik. Derartige objektbezogene Anlagen gibt es bisher in Nah- und Fernwärmenetzen, jedoch mit mindestens dem achtfachen der hier geplanten Leistung. Kleine, dezentrale Anlagen - wie die in Fuhrberg - werden bisher nicht als Standard am Markt angeboten.

Energielieferant: Waldrestholz

Üblicherweise werden bei bestehenden ORC-Anlagen Thermalölkreisläufe eingesetzt. Aus Explosions- und Brandschutzgründen und vor allem wegen des Betriebs im Wasserschutzgebiet wurde in diesem Fall ein Druckwasserkreislauf zur Wärmeübertragung gewählt. Durch den Einsatz der neuesten Abscheidetechnik am Holzkessel wird die Emissionsarmut gewährleistet. Weite Teile des Fuhrberger Wassergewinnungsgebietes sind Wälder. Als ressourcenschonender Energielieferant wird in unmittelbarer Nähe zum Wasserwerk anfallendes Waldrestholz verwendet.

Das gesamte Investitionsvolumen beträgt rund 1 Million Euro. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie der Region Hannover. Die Montage der Anlage soll im Sommer 2015 erfolgen.

Fotos einer vergleichbaren, von UMSICHT realisierten ORC-Anlage an dem mit Bio-/Deponiegas betriebenen BHKW der Abfalldeponie des Landkreises Steinfurt (Nordrhein-Westfalen) finden Sie hier zum Download (ggfs. PIN-Code: 795UN erforderlich): https://mams.enercity.de/pindownload/login.do?pin=795UN

Hintergrundinformationen zum ORC-Prozess:

Der Organic Rankine Cycle (Abkürzung: ORC-Prozess) ist ein Verfahren zum Betrieb von Dampfturbinen. Der Name des Verfahrens geht auf William John Macquorn Rankine (1820-1872) zurück. Bisher ist eine biomassebefeuerte ORC-Technologie nur in größeren Kraftwerken (circa 500 bis 2500 kW) eingesetzt worden. Dort wird durch die zugeführte Wärme Dampf erzeugt und damit eine Turbine zur Stromerzeugung angetrieben.

Mit steigender Zahl von Blockheizkraftwerken (BHKW) an Biogasanlagen an dezentralen Standorten wuchs der Bedarf, deren Ab(gas)wärme zu nutzen. Hierzu wurde unter Federführung von Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen, und der Cyplan Ltd., Ingelheim, ein vom Bundeswirtschaftsministerium unterstütztes Entwicklungsvorhaben initiiert. Zielsetzung war es, entsprechend kleine ORC-Module zur Serienreife zu führen.

In einer ersten Entwicklungs- und Pilotphase wurden Technik und Betriebsparameter (Druckverhältnisse, Betriebsmittel, Turbinendimensionierung) entwickelt und der Prozess für kleinere Anlagen optimiert, um so die vorhandenen Effizienzpotenziale wirtschaftlich zu nutzen. Bei dem nun für Hannover beschlossenen Vorhaben wird darauf aufbauend erstmalig ein holzhackschnitzelbefeuerter ORC kleiner Größe für den dezentralen Einsatz entwickelt.

Im Kessel werden die heißen Rauchgase heruntergekühlt. Mit der abgenommenen Wärme wird Strom erzeugt. Die Energiegewinnung erfolgt in einem geschlossenen Kreislauf. Das Betriebsmittel der Anlage (handelsüblicher Kohlenwasserstoff) wird von einer Pumpe auf Betriebsdruck gebracht und anschließend in dem Verdampfer unter Wärmezufuhr verdampft.

Der erzeugte Dampf wird nun einer Turbine zugeführt und dort entspannt (Druckentlastung). Hierbei wird durch einen Generator elektrische Leistung erzeugt. Der nach der Tur-bine entspannte Dampf wird dem Kondensator zugeführt und dort kondensiert. Hierbei wird über einen Kühlkreislauf die Kondensationswärme zur Nutzung im Wasserwerk abgeführt. Das Kondensat wird wieder vorgeheizt und der Verdampfung zugeführt. Die Anlage ist speziell auf den Wärmebedarf des Wasserwerkes ausgelegt.

Die in der Turbine erzeugte Leistung wird mittels eines 3-Phasengenerators in elektrische Energie umgewandelt und anschließend einem intelligenten Wechselrichter zugeleitet. Dieser speist die erzeugte elektrische Wechselspannung in das öffentliche elektrische Versorgungsnetz ein. Bei dem ORC-Prozess treten keine Abgasemissionen auf und es entsteht auch kein Abfall. Denn es sind keine Verbrennungsprozesse nötig, da der Kreislaufprozess geschlossen ist.