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Das „Höllenfeuer“ von Wiesbaden

Bild 1. Das moderne Biomasse-Heizkraftwerk Wiesbaden verbrennt jährlich rund 90 000 t Biomasse und erzeugt somit CO2-neutralen Strom und Fernwärme

Bild 1. Das moderne Biomasse-Heizkraftwerk Wiesbaden verbrennt jährlich rund 90 000 t Biomasse und erzeugt somit CO2-neutralen Strom und Fernwärme

Bild 2. Die im Turbinenhaus produzierte Energie reicht für die Versorgung von circa 12 000 Einfamilienhäusern

Bild 2. Die im Turbinenhaus produzierte Energie reicht für die Versorgung von circa 12 000 Einfamilienhäusern

Bild 3. In der zentralen Warte laufen alle Information zum Bedienen und Beobachten des gesamten Prozesses zusammen

Bild 3. In der zentralen Warte laufen alle Information zum Bedienen und Beobachten des gesamten Prozesses zusammen

Bild 4. Auf dem Übersichtsbild der Anlage werden wichtige Daten und Zustände aktuell grafisch angezeigt

Bild 4. Auf dem Übersichtsbild der Anlage werden wichtige Daten und Zustände aktuell grafisch angezeigt

Nach nur eineinhalb Jahren Bauzeit hat das moderne Biomasse-Heizkraftwerk (BMHKW)Wiesbaden in der hessischen Landeshauptstadt seinen Betrieb aufgenommen. Jährlich werden rund 90 000 t Biomasse in Form von Alt- und Gebrauchsholz im Heizkessel bei bis zu 1 100 °C verbrannt. Ein „Höllenfeuer“, so Wolfgang Zieger, Geschäftsführer der Betreibergesellschaft ESWE Bioenergie GmbH, einer 90%igen Tochter der ESWE Versorgungs AG. Für den Betrieb des BMHKW ist die Sicherstellung einer hohen Anlagenverfügbarkeit unabdingbar. Diese Anforderung erfüllt das Prozessleitsystem „PMSXpro“ von der ME-Automation Projects GmbH mittels redundant ausgelegter Automatisierungsstationen und deren ebenfalls redundant ausgelegten Prozess-Servern.

Klimaschutz erreicht man nur durch Taten. Mit dieser Aussage hat sich die Stadt Wiesbaden verpflichtet, den Gesamtenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 um 20 % zu reduzieren (bezogen auf das Jahr 1990) und den Anteil an erneuerbaren Energien im gleichen Zeitraum um 20 % der verbrauchten Energie (Primärenergie) zu steigern. Ein Meilenstein zum Erreichen dieser Klimaschutzziele der hessischen Landeshauptstadt ist das bereits in Betrieb genommene BMHKW (Bild 1), welches aus 90 000 t Biomasse jährlich netto circa 55 Mio. kWh Strom und circa 154 Mio. kWh Fernwärme erzeugt. Dies entspricht etwa 4 % des aktuellen Strom- und Wärme­bedarfs von Wiesbaden. Rechnerisch können damit 12 000 Einfamilienhäuser versorgt werden (Bild 2). Somit ist das BMHKW derzeit das größte Einzelprojekt zur Erreichung der städtischen Energie- und Klimaschutzziele.
Nach 3½ Jahren Planungs- und Genehmigungsphase fand Ende April 2012 der offizielle Spatenstich statt und im September des gleichen Jahres wurde im feierlichen Rahmen der Grundstein für das BMHKW gelegt. Anfang März 2013 wurde nach erfolgreicher Kesseldruckprobe durch den TÜV Süd die sogenannte Kesselstempelung durchgeführt und nach einer Bauzeit von nur 1½ Jahren nahm im Dezember 2013 das BMHKW offiziell seinen Betrieb auf.

Aufbereitung und Verbrennung
Die Aufbereitung des überwiegenden Teils des Altholzes der Klassen A I bis A III aus Sperrmüllsammlungen in der Rhein-Main-Region findet auf dem Nachbargelände des BMHKW bei der Firma Knettenbrech + Gurdulic Service GmbH & Co. KG statt. Diese Firma ist wie auch die MBA Wiesbaden GmbH zu je 5 % an der ESWE Bioenergie GmbH beteiligt. Das zerkleinerte und von groben Störstoffen befreite Material wird per Lkw in die Brennstofflagerhalle des BMHKW transportiert und dort in Vorratsboxen deponiert. Per Radlader kommt der Brennstoff dann auf die Schubbodenanlagen und wird ab hier automatisch über eine Fremdstoffausschleusung zum Dosier- und Vorlagebehälter im Kesselhaus zur Beschickung der Feuerung transportiert.
Über eine automatische Aufgabe gelangt der Brennstoff in das technische Herzstück des BMHKW, dem Feuerraum und verbrennt bei Temperaturen zwischen 950 °C und 1100 °C auf einem mehrzonigen und luftgekühlten Vorschubrost mit automatischem Einzug. Die Feuerungswärmeleistung beträgt circa 46 MW. Bereits hier werden die Stickstoffoxide primär durch eine Rauchgasrezirkulation und sekundär durch eine Harnstoffeindüsung weitgehend aus dem Rauchgas entfernt. Die heißen Rauchgase strömen nun zur Dampferzeugung durch die Kesselzüge und werden anschließend in einer aufwendigen Rauchgasreinigungsanlage von weiteren Schadstoffen befreit. Die Emissionen aus dem BMHKW halten die strengen Vorgaben des 17. Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchV) ein.

Strom- und Fernwärmeerzeugung
Der durch die Verbrennung der Biomasse erzeugte heiße Dampf wird dem Kessel entnommen und über ­einen HD-Verteiler der Turbine zugeführt. Die in der Turbine entstehende mechanische Drehbewegung wandelt ein Generator in elektrischen Strom, welcher über eine werkseigene Trafo­anlage auf Mittelspannung (20 kV) hochtransformiert wird. Über ein circa 2 km langes Kabel wird der so erzeugte CO2-neutrale Strom aus erneuerbarer Energie in das Stromnetz der ESWE Netz GmbH eingespeist. Die elektrische Leistung beträgt durchschnittlich 8,6 MW (max. 10,5 MW) und die Stromeinspeisung beläuft sich auf 55 Mio. kWh/a.
Wenn das BMHKW keinen Strom erzeugt, dann wird es selbst über das Einspeisekabel mit Strom versorgt. Mittels einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und einem Ersatzstromaggregat kann das BMHKW auch bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes in einen gesicherten Betriebszustand überführt werden.
Nachdem der Hochdruckdampf in der Turbine auf einen niedrigeren Druck entspannt ist, wird er der Turbine entnommen und über einen ND-Verteiler dem Heizkondensator zugeführt. Dieser bringt das Heizwasser für die Fernwärmeversorgung auf Temperatur. Über ein im Erdreich verlegtes, wärmegedämmtes Rohrsystem wird das Heizwasser in das Fernwärmeverbundnetz der ESWE Versorgungs AG eingespeist. Die thermische Leistung erreicht im Durchschnitt 20,2 MW (max. 23 MW) und die Fernwärmeauskopplung beträgt 154 Mio. kWh/a.
Beim Verbraucher erfolgt die Wärmeübergabe mithilfe eines Wärmetauschers in Form einer Übergabestation. Die Betriebstemperaturen für den Vorlauf betragen 70 °C bis 100 °C bei einem Betriebsdruck von 10 bar bis 15 bar.

Anlagenüberwachung und Bedienung mittels Prozessleitsystem
Die Anlagenüberwachung des BMHKW (Bild 3) erfolgt über das Prozessleitsystem „PMSXpro“ (Bild 4) von der ME-Automation Projects GmbH. In diesem verteilten System kommen zur Sicherstellung einer hohen Anlagenverfügbarkeit ausschließlich redundant ausgelegte Automatisierungsstationen und ebenfalls redundant ausgelegte Prozessserver zum Einsatz. Diese prozessnahen ­Komponenten sowie alle Bedien- und Beobachtungsstationen in der zentralen Warte gehören ebenso zum Prozessleitsystem „PMSXpro“ wie mehrere Drucker, Archivserver und Engineering-Stationen.
Bei den redundant ausgelegten Automatisierungsstationen handelt es sich um Mitsubishi-Electric-Steuerungen der Melsec-System-Q-Serie für die sichere Automatisierung der Prozessabläufe sowie Überwachungen des Brennstofflagers, der Feuerung und des Kessels bis hin zur Rauchgasreinigung. Die Kommunikation der Leittechnikkomponenten untereinander erfolgt über ein LWL-Netzwerk in fehlertoleranter Ringtopologie. Dieses Leittechniknetzwerk ist über einen Applikationsserver mit dem Büronetzwerk verbunden. So können autorisierte Benutzer aus der Bürowelt über eine geschützte Verbindung auf das Prozessleitsystems zugreifen. Für den ­Remoteservice stehen zwei Internetzugänge (DSL und UMTS) mit getunnelten VPN-Verbindungen zur Verfügung. (mh)

Die Leitsystemtechnik im Überblick

Auftragnehmer für die Lieferung der zentralen Leittechnik des BMHKW Wiesbaden ist die ME-Automation Projects GmbH, kurz MEAG, mit Sitz in Fuldabrück. Mit dem Prozessleitsystem „PMSXpro“ hat die MEAG in nur 10 Monaten das gesamte Leittechnikprojekt realisiert. Das nach VGB R 170 A, B und C zertifizierte Prozessleitsystem arbeitet im BMHKW Wiesbaden mit einer Verfügbarkeit von 99,9 %. Das sind 364 Tage und gut 15 Stunden pro Jahr. Zum Lieferumfang der MEAG gehören im Wesentlichen:

  • die Schaltschränke und die Rangierverteiler, deren Bau sowie die zugehörige Elektromontage der NS-Anlage und des gesamten Leittechnik-Netzwerks;
  • die Leittechnikkomponenten, bestehend aus den ­Bedien- und Beobachtungsstationen, den Prozess­servern, den Archivservern, dem Applikationsserver und den Engineeringstationen, sowie alle Automa­tisierungsstationen mit insgesamt über 6 000 Ein- und Ausgängen; alle Automatisierungsstationen sind untereinander über ein separates LWL-Netzwerk gekoppelt und haben jeweils einen Profibus-Master zur Ankopplung weiterer Profibus-­Geräte;
  • die komplette Programmierung der Automatisierungsstationen (auch Sicherheitssteuerung) und der Leittechnikkomponenten für alle verfahrenstechnischen Gewerke;
  • der FAT (Factory Acceptance Test) für jedes Gewerk;
  • die Kalt- und Warminbetriebnahme, der Probe­betrieb ­sowie
  • die Dokumentation nach VGB R 170 C.

Dipl.-Ing. Horst Endter ist Produktmanager bei der ME-Automation Projects GmbH in Fuldabrück. horst.endter@me-ap.de

Dipl.-Ing. Horst Endter ist Produktmanager bei der ME-Automation Projects GmbH in Fuldabrück. horst.endter@me-ap.de