Energie - Strom |
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5. Das Heizkraftwerk Mitte Das Heizkraftwerk Mitte wurde als Beispiel ausgewählt, da es eine ganz neue und moderne Anlage ist. Außerdem hat es die Besonderheit, dass es mitten in der Stadt liegt. Das bedeutet, dass es sehr hohe Standards an Umweltanforderungen erfüllen muss. |
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Input-Output-Diagramm von HKW-Mitte Eigene Darstellung |
5.2 Anlagen Das HWK-Mitte ist eine so genannte "Kombi-Anlage". Zwei Gasturbinen, zwei nachgeschaltete Abhitzkessel und eine Dampfturbine werden also hier so miteinander kombiniert, dass die Anlage gleichzeitig Strom und Wärme mit einem sehr hohen Brennstoffenergie-Ausnutzungsgrad (etwa 90%) produzieren kann. |
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Schnittdarstellung des Kraftwerks mit den wichtigsten Anlagen Quelle: BEWAG |
5.3 Brennstoffe Im HKW-Mitte wird hauptsächlich Erdgas verbrannt, welches durch Pipelines von dem Europäischen Erdgasverbund das Kraftwerk erreicht. Seine Ursprünge sind von Sibirien, Norwegen und der Nordsee. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, das Erdgas durch das GASAG Flächennetz das HKW zu transportieren. Bevor das Erdgas jedoch in Betrieb genommen werden kann muss es erstmal gemessen und dann verdichtet werden. Die Bemessung findet in der Erdgasmessstation statt. Dieser Prozess ist notwendig, da der Energiegehalt des Brennstoffes sich je nach Quelle unterscheidet. |
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Brennstoffeinsatz als Prozess Eigene Darstellung |
Die Verdichtung findet nachher in den Erdgasverdichter statt, die das Gas mit einem Trassendruck von 2,5 bis 6 bar erreicht. Für den Einsatz des Gases in den Gasturbinen muss der Gasdruck durch den Verdichter in fünf Stufen auf 27 bar erhöht werden. Im Verdichter werden dafür durch eine Motorwelle die Laufräder der fünf Stufen angetrieben. Das Gas wird vom Laufrad jeder Stufe axial angesaugt. Im nachgeordneten Diffusor erfolgt dann für die jeweilige Stufe eine Druckerhöhung. Das Gas erhitzt sich bei der Verdichtung sehr stark und deshalb muss es durch Kühlanlagen nach der zweiten und fünften Stufe abgekühlt werden. Nach den zwei Prozessen darf es dann in den Gasturbinen des HKWs weitergeleitet werden. |
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Hauptgasleitungsdiagramm Eigene Darstellung Datenquelle: BEWA |
Als Ersatzbrennstoff wird leichtes, schwefelarmes Heizöl benutzt. Dieses kommt aus Rotterdam, von der Internationalen Entladestelle. Sein tatsächlicher Ursprung kann schwer genau bestimmt werden. Das Heizöl erreicht das Kraftwerk hauptsächlich durch den Wasserweg (Elbe und Spree). Es besteht zusätzlich die Möglichkeit, es mit Tankfahrzeugen zu transportieren. Von den Entladestellen wird es unterirdisch durch eine braune Leitung zu den Heizölpumpen geleitet. Da wird es in den ca. 9.000 m3 großen, doppelwandigen Heizöltank gepumpt, wo es auch gelagert wird. Der Tank ist aus Sicherheitsgründen mit einer automatischen Lecküberwachung ausgestattet. Das Heizöl muss immer eine Temperatur von ca. 15 °C haben. Wenn seine Temperatur niedriger als 15 °C ist, können Kristallpartikel entstehen und somit kann es nicht mehr für die Zwecke des Heizkraftwerks, d.h. für die Strom und Wärmeproduktion benutzt werden. Um das Öl auch bei tiefen Temperaturen stets einsatzbereit zu halten, wird der Tank über eine Bodenheizung mit der Abwärme des Maschinentrafos versorgt. |
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Heizpumpenhausprinzip eigene Darstellung Datenquelle: BEWAG |
5.4 Funktion Das Erdgas kommt nach dem Verdichtungsprozess in die Gasturbinen. In ihren Ringbrennkammern verbrennt Erdgas unter hohem Druck bei einer gleichmäßig hohen Temperatur von ca. 1.100 °C. Anschließend strömt das heiße Verbrennungsgas durch die fünf Schaufelräder der Gasturbine. An den Schaufeln wird die Strömungsenergie des Gases in Rotationsenergie umgewandelt. Der direkt an die Turbine gekoppelter Generator wandelt mit 3.000 Umdrehungen pro Minute die mechanische in elektrische Energie um. Somit wird Strom produziert. Das Verbrennungsgas wird dann mit einer maximalen Temperatur von 545 °C zum Abhitzkessel geleitet. Der 40 Meter hohe Kessel ist eine schwebende Konstruktion und wird nur von dünnen Stahlstützen gehalten. Diese aufwändige "Stahlkesselkonstruktion" wurde gewählt, da der Kessel, aufgrund der großen Temperaturunterschiede frei dehnbar sein muss. Ein Fundament wurde dementfolge sofort ausgeschlossen, denn es rissgefährdet wäre. Mit der Wärmeenergie des Rauchgases wird in übereinander liegenden Heizflächen Dampf, der über die Dampfsammler in die Dampfturbine mit einer Temperatur von max. 525 °C strömt, erzeugt. Zusätzlich sind Heizflächen zur Vorwärmung des Heizwassers im oberen Bereich jedes Abhitzkessels integriert. Mit diesen Heizflächen wird ein Teil des Rücklaufwassers direkt durch das Rauchgas erwärmt und wieder dem Fernwärmnetz zugeführt. Das abgekühlte Rauchgas verlässt mit einer Temperatur von ca. 70 °C über den Schornstein das HKW. |
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Schnitt durch Gasturbine mit gekoppeltem Generator Quelle: BEWAG |
Stahlstützen der "Stahlkesselkonstruktion" Eigenes Foto (links) Pumpen, die den Kessel mit hochreinem Wasser versorgen Eigenes Foto (rechts) |
In der Dampfturbine wird die Strömungsenergie des Dampfes an den 36 Schaufelreihen der Dampfturbine in Rotationsenergie umgewandelt. Der gekoppelte Generator wandelt die mechanische in elektrische Energie um. Der gesamte entspannte Dampf wird aus der Dampfturbine über zwei riesige Abdampfstutzen und zwei Anzapfungen auf drei Wärmetauschern (Heizkondensatoren) geleitet. Mit der Restwärme des Dampfes wird hier das abgekühlte Heizwasser des Fernwärmenetzes Mitte aufgeheizt. Der Dampf kondensiert bei der Wärmeabgabe. Das Kondensat wird anschließend in den Speisewasserbehälter zurückgepumpt und erneut in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingespeist. Das vom Dampf erwärmte Heizwasser gelangt den Kunden mit einer Temperatur von max. 135 °C und wird für Raumheizung, Warmwasserbereitung und Kälteerzeugung (Klimatisierung) eingesetzt. Das Wasser kommt ins HKW abgekühlt zurück, d.h. mit einer Temperatur von ca. 50-70 °C. |
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Schnitt durch Dampfturbine mit gekoppeltem Generator Quelle: BEWAG |
Abbildungen von Heizkondensatoren Eigene Fotos |
Funktionsdiagramm von Heizkraftwerk Mitte Eigene Darstellung Datenquelle: BEWAG Eigene Darstellung Datenquelle: BEWAG | |||
5.5 Betriebsstoffe Als Betriebsstoffe werden die zusätzlichen Chemikalien, die hauptsächlich für die Wasserzubereitung benutzt sind, bezeichnet. Für den Einsatz im Wasser-Dampf-Kreislauf wird das Wasser in Filtern und Ionenaustauschern befreit. Diese chemische Wasseraufbereitungsanlage muss ab und zu mit Salzsole (NaCl), Natronlauge (NaOH) und Salzsäure (HCl) regeneriert werden. Der Chemikalieneinsatz hängt von der behandelten Wassermenge sowie -qualität auch. Maßnahmen zur Wassereinsparung betreffen nachher auch unmittelbar den Chemikalienverbrauch. |
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Betriebsstoffverbrauch für die Wasseraufbereitung für die Jahre 2001-2003 Quelle: BEWAG |
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Die Verwendung von Natronlauge und Salzsäure zum Regenerieren der Ionenaustauscher der Wasseraufbereitungsanlagen ist direkt von der eingesetzten Zusatzwassermenge abhängig. In den letzten Jahren konnte der Verbrauch kontinuierlich gesenkt werden. Der Verbrauch von Salzsole zur Regeneration der Ionenaustauscher der Heiznetz- Teilstromaufbereitung ist abhängig von der Qualität des Fernheizwassers und daher nicht allein vom Kraftwerk zu beeinflussen. In den letzten Jahren konnte der Chemikalienverbrauch in HKW-Mitte gegenüber den Auslegungen erheblich reduziert werden. Der Hauptgrund dafür ist der geringe Anteil an Ölbetrieb, da Ölbetrieb mehr Wasser und eine zusätzliche Vollentsalzungsanlage fordert. |
Wasserwerte für das Jahr 2003 Quelle: BEWAG |
5.6 Wasserbezug Das HKW-Mitte benötigt 12 Millionen cbm Spreewasser pro Jahr. Davon wird das 99,74 % für Kühlzwecken benutzt und wird wieder eingeleitet. für Betriebszwecken wird das 0,24 % benutzt und für Sanitärzwecken das 0,02%. Dadurch gilt das HKW-Mite als einer der größten Gewässernutzer Berlins. Ein Teil dieses Reinwassers wird danach die zweite Reinigungsstufe unterziehen und wird den chemischen Wasseraufbereitungsanlagen zugeführt. |
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Für die Fernheizwasserherstellung wurde bisher eine Teilstromenthärtung über Ionenaustauschern durchgeführt. Heute sind jedoch die Qualitätsanforderungen für das Fernheizwasser deutlich gestiegen. Eine mobile Enthärtungsanlage wurde deswegen aufgestellt. Die wird bei Bedarf betrieben und kann bei allen BEWAG Standorten benutzt werden, an denen in das Fernheiznetz eingespeist wird. Der Bedarf an Wasser konnte etwa auf die Hälfte der geplanten Menge reduziert werden. Die Aufwärmspanne zwischen Wasserbezug und -wiedereinleitung ist auch geringer als früher: Statt der genehmigten 10 °C beträgt sie durchschnittlich 5 °C. Große Einsparrungen bei der Wasseraufbereitung wurden auch durch den Verzicht auf den Heizöleinsatz erreicht. Bis zu 65.000 cbm chemisch aufbereitetes Zusatzwasser werden so jährlich vermieden. |
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5.7 Wasseraufbereitung Das HKW-Mitte hat ein offenes Nebenkühlwassersystem, das über zwei Zwischenkühler den geschlossenen Zwischenkühlwasser-Kreislauf mit Spreewasser rückkühlt. Über diesen Kühlkreislauf werden z.B. die Kühlanlagen der großen Pumpen, der Generatoren, der Gasturbinen, der Dampfturbine und der Erdgasverdichter sowie der Kondensatkühler mit Kühlwasser versorgt. |
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Wasseraufbereitungsprozess eigene Darstellung Datenquelle: BEWAG |
5.8 Emissionen Zu den Emissionen eines Heizkraftwerks zählen gasförmige Luftschadstoffe, Staub und Lärm. Da das HKW Mitte mitten in der Stadt liegt, muss man mit großer Sensibilität mit den Nachbarn umgehen. Diese spezielle Verantwortung wird z.B. durch einen hohen Aufwand beim Lärmschutz Rechnung getragen. Somit wird durch den Betrieb des Heizkraftwerks Mitte der Geräuschspiegel im Umfeld nicht erhöht. |
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Absolute Emissionen für die Jahre 2001-2003 Quelle: BEWAG |
5.9 Abfälle Das Heizkraftwerk Mitte hat eine geringe Abfallmenge, wenn man bedenkt wie viele Brenn- und Betriebsstoffe es benötigt. Da es auch Heizöl als Brennstoff benutzt, ist der Betrieb aufwändiger Rauchgasreinigungsanlagen notwendig, die wiederum Abfälle und Einsatzstoffe produzieren. Das HKW-Mitte kann jedoch auf nachgeschalteten Reinigungsanlagen verzichten, aufgrund des vorwiegenden Erdgaseinsatzes und der modernen Kraft-Wärme-Kopplung Technik. Die Anlageplanung wurde auch nicht ohne Rücksicht auf die Umwelt gemacht. Der große Altbau wurde nicht sofort umgerissen. Auf Grunde seiner schwer zu beseitigen Fassade aus Asphalt, sowie auch aus Gründe des Lärm- und Staubschutzes wird er schrittweise über einen längeren Zeitraum rückgebaut und erzeugt deshalb zusätzliche Abfälle. |
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Abfallsentsorgungssystem Eigene Darstellung | ||||||||||||||||
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