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Wärme und Strom in einem

Aus dem ehemaligen Heizkraftwerk Klingenhof der N-ERGIE ist eine moderne KWK-Anlage geworden.

Sektorenkopplung ist im Zuge der Energiewende eines der großen Schlagwörter. Die Vernetzung ver- schiedener Versorgungssegmente soll die Dekarbonisierung unterstützen, indem erneuerbare Energien optimal genutzt werden. Eine Form der Sektorenkopplung sind Kraft-Wärme-Kopplungs (KWK)-Anlagen. Bei ihnen wird gleichzeitig elektrischer Strom aus der Umwandlung mechanischer Energie und Fern- sowie Nahwärme zu Heizzwecken gewonnen. Üblicherweise erfolgt der dahinterstehende thermodynamische Prozess in einem Heizkraftwerk. Die N-ERGIE Aktiengesellschaft aus Nürnberg hat hier angesetzt und ihr Heizwerk am Standort Nürnberg-Klingenhof in eine moderne KWK-Anlage umgebaut. Am 5. November 2018 feierte das so neu entstandene Gasmotorenkraftwerk seinen offiziellen Betriebsstart.

Beim Umbau des alten Heizwerks Klingenhof wurden zwei neue Gebäude errichtet. In einem befinden sich die beiden Erdgasmotoren. Foto: Claus Felix / N-ERGIE Aktiengesellschaft

Das alte Heizwerk Klingenhof versorgte die umliegenden Stadtgebiete bislang nur bei besonders kalten Temperaturen mit Fernwärme. Als modernes Heizkraftwerk soll es künftig ganzjährig im Einsatz sein und dabei nicht nur Wärme, sondern auch Strom liefern. N-ERGIE markiert damit ein Umdenken im Versorgungssektor. „Unsere neue Anlage in Klingenhof steht symbolisch für den Wandel der Energieversorgung: weg von einer zentralen Struktur, die auf einige wenige große Erzeugungsanlagen ausgerichtet ist, hin zu vielen kleinen, hocheffizienten und flexiblen Einheiten, dicht am Ort des Verbrauchs“, erklärt Martina Paasch, Vorstandsmitglied der N-ERGIE. „Mit ihren emissionsarmen Gasmotoren und der Verbindung der beiden Sektoren Wärme und Strom leistet sie einen spürbaren Beitrag zum Klimaschutz“. Eine weitere Besonderheit des neuen Heizkraftwerks besteht darin, dass es seine Leistung „in Sekundenschnelle anpassen kann“, wie Paasch betont. Damit trage die Anlage zur Stabilität des Stromnetzes bei.

Aus alt wird neu – in drei Jahren

Der Umbau des alten, 1964 zur Versorgung eines Industrieparks in Betrieb genommenen Heizwerks mit einer Feuerungswärmeleistung von etwa 12,5 Megawatt begann 2015 mit dem Austausch eines älteren Kessels mit etwas über sechs Megawatt gegen einen leistungsfähigeren, (20 Megawatt), schnelleren und emissionsärmeren Erdgaskessel. Zur Schaffung der Einspeisemöglichkeit in das Fernwärme-Verbundnetz war die Errichtung neuer Vor- beziehungsweise Rücklaufpumpen sowie eine Erweiterung der elektro- und leittechnischen Einrichtungen erforderlich. Beides wurde in einem neuen Gebäude untergebracht. Auf dem Gelände des Heizkraftwerkes wurden zudem eine neue 20-Kilovolt-Station und eine neue Gasübergabestation errichtet. Mit der möglichen Rückwärts-Einspeisung in das Fernwärme-Verbundnetz soll dieses zusätzlich gegen Versorgungsausfälle abgesichert werden. Die Gesamt-Feuerungswärmeleistung steigerte sich nach der ersten Umbaumaßnahme auf rund 30 Megawatt.

Im Jahr 2017 folgte dann in einem zusätzlichen Gebäude die Nachrüstung mit zwei Erdgasmotoren sowie verfahrenstechnischen Komponenten für eine zusätzliche Stromerzeugung. Die Feuerungswärmeleistung erhöhte sich damit auf knapp 50 Megawatt insgesamt. Davon können, so N-ERGIE, rund 40 Megawatt als Fernwärme ausgekoppelt und rund 9 Megawatt als elektrische Leistung eingespeist werden.

Die beiden Gasmotoren treiben nun zwei Generatoren für die Stromerzeugung an. Der produzierte Strom wird dem allgemeinen, öffentlichen Stromnetz auf 20-Kilovolt-Ebene zugeführt. Die entstehende Abwärme des Motors wird dann in einer ersten Stufe über einen Wärmetauscher an das Heizwasser abgegeben und das dadurch erwärmte Wasser durch einen zweiten Wärmetauscher im heißen Abgasstrom der Gasmotoren auf bis zu 120 Grad Celsius weiter erhitzt. Anschließend wird es über die Pumpenstation zu den angeschlossenen Kunden im Heißwassernetz verteilt. Bei kälteren Außentemperaturen sowie zur Sicherung des Verbundnetzes kommen zusätzlich noch die Heizkessel der Gesamtanlage zum Einsatz, die parallel zu den Gasmotoren Wärme erzeugen und einspeisen.

Hohe Flexibilität, hoher Wirkungsgrad

Das neue Heizkraftwerk zeichnet sich durch seine Flexibilität aus. Es soll das Verbundnetz zusätzlich gegen Ausfälle absichern. Foto: N-ERGIE Aktiengesellschaft

Nach Angaben von N-ERGIE zeichnet sich die neue Anlage vor allem durch ihre hohe Flexibilität aus. Die Gasmotoren laufen über das Jahr weitgehend in der Grundlast zur Erzeugung von Heiz- und Brauchwasserwärme sowie Strom aus der Kraft-Wärme-Kopplung. Zusätzlich erbringt die Anlage Systemdienstleistungen und wird über das virtuelle Kraftwerk der der N-ERGIE mit Primär-, sowie positiver und negativer Sekundär- und Minutenreserveleistung vermarktet. Bei einem Abruf durch den Übertragungsnetzbetreiber wird dann die elektrische Leistung beziehungsweise Einspeisung der Anlage nach oben oder unten angepasst. Zudem wird das Kraftwerk in der Intraday-Vermarktung genutzt. Die Beteiligung am Strommarkt hat zwangsläufig erheblichen Einfluss auf die Betriebsweise und kann im Extremfall dazu führen, dass die Anlage komplett abgestellt oder aus dem Stillstand hochgefahren werden muss, so N-ERGIE.

Zentral für die Flexibilität der Heizkraftanlage sind die beiden verbauten Erdgasmotoren. Sie zeichnen sich nach Angaben des Versorgers durch sehr kurze Anlaufzeiten aus. Eine erste elektrische Einspeisung könne nach dem Anfahren innerhalb von fünf Minuten erfolgen. Nach weiteren fünf Minuten sei die Anlage auf Volllast, erklärt N-ERGIE auf Nachfrage. Das Gasmotoren-Heizkraftwerk benötigt also maximal zehn Minuten vom Start bis zum Erreichen der vollen elektrischen Leistung und der erforderlichen Vorlauftemperatur im Fernwärmenetz.

Mithilfe von Kraft-Wärme-Kopplung erreicht das neue Heizkraftwerk einen Gesamtwirkungsgrad von annähernd 90 Prozent – und liegt damit noch deutlich über dem N-ERGIE Heizkraftwerk Nürnberg Sandreuth, das mit GuD-Technik und einer Biomasseanlage Werte zwischen 81 und 85 Prozent erzielt. Kraftwerke, die nur Strom erzeugen und die abfallende Wärme nicht nutzen, erreichen dagegen nach Auskunft von N-ERGIE nur Wirkungsgrade zwischen 40 Prozent (Kohleanlagen) und 61 Prozent (modernste Gas- und Dampfkraftwerke).

Die elektrische Leistung der neuen Anlage reicht zudem aus, um rund 12.500 Durchschnittshaushalte mit Strom zu versorgen. Gleichzeitig erzeugt die Anlage Fernwärme, mit der etwa 4.000 Durchschnittshaushalte ein Jahr lang ihren Wärmebedarf decken können und die den Anschluss weiterer Kunden an das Nürnberger Fernwärmenetz ermöglicht. Insgesamt speist die Gasmotoren- Heizkraftwerk-Anlage rund 8,8 Megawatt elektrische und 9,6 Megawatt thermische Leistung in das öffentliche Stromnetz beziehungsweise Fernwärmenetz ein und soll planmäßig im Gesamten jährlich rund 43.000 Megawattstunden Strom und 48.000 Megawattstunden Wärme erbringen. Die zusätzlich entstandene Wärmekapazität am Standort Klingenhof soll künftig eine noch bessere Spitzenlast beziehungsweise Spitzenlast- Netzabsicherung im nördlichen Stadtgebiet gewährleisten. (vb)

Kontakt: N-ERGIE Aktiengesellschaft, Matthias Klopfer, 90429 Nürnberg, Tel. +49 (0) 911 802-63300, matthias.klopfer@n-ergie.de