Turbine für Flughöhe null

Technik

Koerzeugung - Ein Folienhersteller aus Worms erzeugt seit dem Frühjahr Strom und Dampf direkt vor Ort. Im Februar ging die Gasturbine in Betrieb. Jetzt liegen die ersten Betriebserfahrungen vor.

29. November 2016

Die neue Anlage besteht aus einer Industriegasturbine sowie einem nachgeschalteten Abhitzekessel, die elektrische Energie sowie Dampf produziert. Die heißen Abgase der Gasturbine, die mit Erdgas betrieben wird, werden in dem Kessel von über 550 Grad Celcius auf unter 85 Grad Celcius abgekühlt.

 

Die bis zu 4,7 Tonnen Dampf pro Stunde werden als Prozessdampf für die Herstellung von Kunststofffolien in den Produktionsanlagen von Renolit verwendet. Zugleich treibt die Gasturbine einen Generator an, der elektrische Energie erzeugt.

Strom und Dampf

Die Renolit-Gruppe zählt zu den international führenden Herstellern hochwertiger Kunststofffolien und verwandter Produkte für technische Anwendungen. Das unabhängige Familienunternehmen setzt seit 70 Jahren Maßstäbe in Qualität und Innovation und beschäftigt heute rund 4.500 Mitarbeiter an mehr als 30 Produktionsstandorten und Vertriebsgesellschaften.

 

Die Modernisierung der Energiezentrale wurde durch die M+P Consulting-Gruppe im Auftrag von Renolit geplant und abgewickelt. Effizienz, Umweltfreundlichkeit und eine hohe Flexibilität stehen stark im Vordergrund und wurden durch entsprechende technische Maßnahmen realisiert. Für die Modernisierung der Energieerzeugung investiert Renolit insgesamt rund 4,5 Millionen Euro.

Die Planungen der neuen Anlage begannen bereits Ende des Jahres 2013 und finalisierten sich schließlich Ende 2014 mit der offiziellen Beauftragung.

 

Die Gasturbine wurde im Juni 2015 ausgeliefert und innerhalb von zwei Tagen aufgestellt. Die anschließende Montage sowie kalte und heiße Inbetriebnahme der Gasturbine erfolgte innerhalb von 7 Wochen. Aufgrund der Inbetriebnahme des neuen Abhitzekessels sowie der Energieverteilung konnte die neue Anlage im Februar 2016 schließlich in den Regelbetrieb übergeben werden.

 

Das Herzstück der neuen Energieerzeugungsanlage besteht aus einer hocheffizienten Industriegasturbine des Herstellers Kawasaki Heavy Industries Ltd. aus Japan, die einen elektrischen Wirkungsgrad von 28,4 Prozent aufweist.

BHWK keine Option

Die Wahl der Gasturbine als am besten geeignete Energieerzeugungsanlage wurde aufgrund vieler Faktoren getroffen. Diese sind der hohe Bedarf an Dampf, der mit Hilfe der heißen Abgase erzeugt werden kann sowie vergleichsweise niedrige Wartungskosten.

 

Beides kann beispielsweise durch ein Motor-Blockheizkraftwerk (BHKW) nicht realisiert werden. Weiterhin sind der Gesamtwirkungsgrad und damit die KWK-Förderung zu nennen, die einen deutlichen Vorteil gegenüber einer klassisch befeuerten Dampfkesselanlage darstellen.

Das von der Tochtergesellschaft Kawasaki Gas Turbine Europe installierte Gasturbinen Generator Aggregat GPB17D wird mit Erdgas betrieben und zählt weltweit zu den emissionsärmsten Energieerzeugungsanlagen. Durch den Einsatz der Gasturbine zur Energieerzeugung spart das Unternehmen mehr als 12 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen. Dies entspricht fast 5.000 Tonnen pro Jahr.

Die gleichzeitige Nutzung von Abgas und elektrischer Energie garantiert einen hohen Gesamtwirkungsgrad beziehungsweise eine optimale Brennstoffausnutzung. Mit einer Energieerzeugung von bis zu 1,6 Megawatt nominal wird der Bedarf an Strom am Standort in Worms auf diese Weise zu einem Drittel abgedeckt. Der Ausbau durch ein weiteres Gasturbinen Generator Aggregat ist bereits vorbereitet und könnte in den kommenden Jahren realisiert werden.

Bestandsanlage

Weitere technische Ausstattungen wie ein Bypasskamin, eine Ansaugluftkühlung sowie elektrische Heizstäbe innerhalb des Abhitzedampfkessels garantieren höchste Flexibilität und effiziente Nutzung der Ressourcen. Das Unternehmen betreibt weiterhin zwei konventionelle Dampfkessel. »Mit einem federn wir die Spitzen im Energiebedarf ab, der andere dient als ‚eiserne Reserve‘ für Reparaturarbeiten und erzeugt im Winter während des einwöchigen Betriebsstillstands die Wärme für die Gebäudeheizung«, berichtet Gregor Petry, Projektleiter bei Renolit. Eine Besonderheit stellt die zweistufige Ansaugluftkühlung des Gasturbinen Generator Aggregates dar.

Diese besteht zum einen aus einem Verdunstungsluftkühler, der hauptsächlich bei warmen Temperaturen im Sommer die trockene Verbrennungsluft befeuchtet. Durch das Berieseln der im Kreuzstromprinzip luftdurchströmten Kühler-Pads mit Wasser, nimmt die Luft Feuchtigkeit bis zur Sättigung auf und kühlt sich um bis zu 11 Kelvin ab.

Zwei Kühlstufen

Dies entspricht im Sommer einer elektrischen Leistungssteigerung von mehr als 170 Kilowatt sowie einer ansteigenden Effizienz. Dem Verdunstungskühler muss lediglich das durch die Luft aufgenommene Wasser wieder zugeführt werden.

 

Die zweite Kühlstufe besteht aus einem klassischen Lamellen-Wärmeübertrager. Die angesaugte Luft strömt durch diesen Kühler, der in einem geschlossenen Kreislauf mit Kühlwasser beaufschlagt wird, demzufolge kühlt sich die Luft ebenfalls ab.

 

Bei einer Ansauglufttemperatur von beispielsweise 32 Grad Celsius kann die Luft, je nach Kühlwassertemperatur, problemlos auf 15 Grad Celsius abgekühlt werden. 

Da kalte Luft eine höhere Dichte im Vergleich zu warmer Luft aufweist, wird dementsprechend mit beiden Verfahren der Massenstrom der Gasturbine erhöht, was zu dem beschriebenen Zuwachs an Leistung führt.

Bypasskamin

Die Gesamtanlage ist zudem zwischen Gasturbine und Abhitzedampfkessel mit einem Bypasskamin konzipiert. Dies bedeutet, im Revisions- oder Störfall des Kessels ist es möglich, die Gasturbine über den Bypasskamin weiter zu betreiben.

 

Dies steigert die Flexibilität ebenso wie die Versorgungssicherheit der KWK-Anlage zusätzlich. Um auf die Anforderungen der Zukunft vorbereitet zu sein, wurde der Abhitzedampfkessel so ausgelegt, dass zwei Elektroheizstäbe in den Kessel eingesetzt werden können. Diese sind in der Lage, elektrische Energie aus dem Stromnetz aufzunehmen und somit negative Regelenergie umzusetzen. 

 

Dies wird vom Netzbetreiber finanziell unterstützt, der somit sein öffentliches Stromnetz regeln kann. In einem solchen Fall kann die Gasturbine über den Bypass-Betrieb weiter betrieben werden.

 

Dipl.-Ing. Jan Rathschlag (Kawasaki)

Erschienen in Ausgabe: 10/2016