Ökologische Energieerzeugung durch Grubengas-BHKW

Stadtwerke Dinslaken sammelten Erfahrungen mit Sondergasen

Rund 7,5 Mio. DM investierten die Stadtwerke Dinslaken in ihr Grubengas- Blockheizkraftwerk (BHKW). Die Technik ist innovativ, doch auf manche Besonderheiten ist bei der Grubengasnutzung zu achten, sagt BHKW-Chef Klaus Wichert.

17. April 2001

Zwangsläufig fällt beim Abbau von Steinkohle unter Tage Grubengas an. Es muss aus Sicherheitsgründen abgesaugt werden und steht auch noch Jahre nach Schließen des Zechenbetriebes zur Verfügung. Zu schade ist der Energieträger, um ungenutzt zu bleiben, zumal entweichendes Grubengas wegen seines hohen Methangehalts die Erdatmosphäre aufheizt.

Das Grubengas der Zeche Lohberg-Osterfeld, wo etwa 2,6 Mio. t hochwertige Kokskohle pro Jahr gefördert werden, wollten die Stadtwerke Dinslaken GmbH sinnvoll einsetzen und schlossen deswegen einen Vertrag mit dem Zechenbetreiber, der RAG AG. Etwa 20.000 Nm3 Grubengas werden hier immerhin stündlich aus 1.000 m Tiefe gefördert. Also ließen die Stadtwerke im historischen Kühlturmgebäude ein modernes Blockheizkraftwerk (BHKW) errichten, dessen Kernstück zwei Jenbacher- Motoren vom Typ JMS 620 GS-S/N.LC sind.

Die turboaufgeladenen 20-Zylinder sind als Magermotor mit gespülter Vorkammer konzipiert. Somit kann der NOx-Grenzwert der TA-Luft ohne Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Die Einhaltung des CO-Grenzwertes wird durch einen Oxidationskatalysator erreicht. Die Motoren leisten jeweils etwa 2,7 MWel. Bei Nennlast benötigt das BHKW etwa 2.000 Nm3 Grubengas pro Stunde bei durchschnittlicher Qualität. (Der Brennwert liegt zwischen 2,8 und 6,5 kWh/Nm3, meist im engeren Band von 3,9 bis 5 kWh/Nm3.) Der erzeugte Strom gelangt in das 10-kV-Netz der Stadtwerke Dinslaken. Mit rund 2,7 MWth wird zudem die Wärmeleistung angegeben, womit sich ein Gesamtwirkungsgrad der Anlage von 81,6 % ergibt. Die erzeugte Prozesswärme wird in das Netz der Fernwärmeversorgung Niederrhein GmbH eingespeist.

Bei den Stadtwerken Dinslaken steht aufgrund der Ökologie eine stromgeführte Betriebsfahrweise im Vordergrund, um auch zur Minderung der Treibhausgasemissionen beizutragen. Möglich ist auch eine wärmegeführte Fahrweise.

Obwohl weitgehend auf bewährte Komponenten zurückgegriffen werden konnte und der Motorenlieferant, die Jenbacher AG aus dem österreichischen Jenbach, einiges Know-how in Sachen Sondergasanwendungen sammeln konnte, war die Abstimmung der Kraft- Wärme-Kopplungsanlage Lohberg nicht einfach, erinnert sich Klaus Wichert, Leiter des BHKW. „Die Grubengasanwendung bringt einige Probleme mit sich, die im Laufe des Projektes zu lösen waren.“

Ein Problem ist beispielsweise die zum Teil sprunghaft schwankende Qualität des Grubengases: Zwischen 30 und 60 % kann der Methangehalt des Regelbrennstoffs betragen, und Erdgas wird nicht zugefeuert. „Nur zum Zünden benötigen wir maximal vier Prozent Erdgas“, versichert Wichert. Der variierende Energiegehalt macht eine Klopferüberwachung notwendig, um Motorschäden vorzubeugen. Dazu sind an jedem zweiten Zylinder Piezosensoren angebracht. Bei Klopferneigung verstellt die Motorsteuerung automatisch den Zündzeitpunkt. Auch das Absenken der Gemischtemperatur oder eine Leistungsreduzierung wirken der Klopfgefahr entgegen.

Erschwerend ist auch die hohe Feuchtigkeit des Grubengases nahe 100 %. Um das mit etwa 45 °C im BHKW ankommende Gas zu trocknen, sind ein zweistufiger OK-Filter, ein Zyklonabscheider und ein Vorwärmer notwendig. „Den elektrischen Vorwärmer haben wir vergangenes Jahr nachträglich installiert. Er hebt die Temperatur noch einmal um 5 °C an, damit es auch im Winter nicht zu Betriebsstörungen kommt“, erklärt Wichert.

Erfahrungen mussten Lieferanten und Betreiber auch bei der Gasregelstrecke sammeln. Die erste Ausführung lief nicht einwandfrei, weswegen Nachbesserungen notwendig wurden. Allerdings möchte Wichert die „Kinderkrankheiten“ niemandem vorwerfen, denn „immerhin handelt es sich bei dieser Anlage um die erste ihrer Größenordnung mit Magergemischmotoren, die an einer aktiven Schachtanlage installiert wurde“.

Auch heute, rund 18 Monate nach der Inbetriebnahme des BHKW Lohberg, denken Wichert und sein Team in Kooperation mit dem Frauenhofer- Institut Umsicht über Optimierungspotenziale nach: „Zur Zeit prüfen wir, ob die Anschaffung eines Gasspeichers sinnvoll wäre“, erklärt Wichert. „Er könnte Druckschwankungen und Schwankungen des Methangehalts kompensieren.“ Und auch in Jenbach wird noch getüftelt, berichtet Wichert. „Einige technische Komponenten bedürfen noch der weiteren Entwicklung. An diesen Problemen arbeiten die Entwickler bei Jenbach mit hoher Motivation.“

Wer also hofft, mit Grubengas die „schnelle Mark“ machen zu können, den muss Wichert enttäuschen. „Betreiber solcher Anlagen sollten mit langen Amortisationszeiten rechnen“, meint er, „denn durch die hohen Gestehungskosten sind schnell auszuweisende Erlöse nicht zu erwarten. Außerdem fallen betriebsgebundene Kosten und Personalkosten, beispielsweise für Reparatur, Instandhaltung und Störungsbeseitigung, bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ins Gewicht. Aus diesen Gründen ist eine kurzfristige Refinanzierung nicht möglich.“

Trotz dieser Einschränkung befürwortet Wichert die Entscheidung zu Gunsten des Grubengas-BHKW, denn es ermöglicht eine effiziente Energieerzeugung und leistet einen wichtigen Beitrag zur Schonung fossiler Brennstoffe. Und es trägt nicht zuletzt zum Klimaschutz bei. (du)

Erschienen in Ausgabe: 06/2000