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Blockheizkraftwerk (BHKW) bei Giesecke & Devrient in München amortisiert sich dank hoher Auslastung innerhalb von rund zweieinhalb Jahren.

Ein im Kraft-Wärme-Kälte-Verbund eingesetztes Blockheizkraftwerk (BHKW) bei dem international tätigen Banknoten- und Chip-Karten-Hersteller Giesecke & Devrient in München amortisiert sich dank hoher Auslastung innerhalb von rund zweieinhalb Jahren.

Bei Giesecke & Devrient (G&D) trug man sich schon seit einiger Zeit mit dem Gedanken, die Versorgung des Industrieareals im Münchner Stadtteil Parkstadt-Bogenhausen mit Strom und Wärme durch ein BHKW-Modul zu ergänzen. Hintergrund der Überlegungen waren steigende Strom- und Wärmepreise sowie der Wunsch, durch möglichst hohe Eigenstromerzeugung die Ver-sorgungssicherheit zu erhöhen. Ein wirtschaftlicher BHKW-Einsatz war allerdings nur bei einer möglichst ganzjährigen Auslastung im Grundlastbetrieb und einer fast vollständigen Eigennutzung des BHKW-Stromes zu erwarten.

Eine Auswertung der in der Gebäudeleittechnik erfassten Energieverbrauchsdaten ergab eine elektrische Grundlast des Betriebes von rund 1 400 kW, wobei die geringste Stromabnahme des Jahres am 25. Dezember verzeichnet wurde. Ein auf diese elektrische Leistung ausgelegtes modernes Motoren-BHKW hat etwa die gleiche thermische Leistung. Dem steht ein Wärmebedarf auf dem Areal gegenüber, der zwar in der Spitze bis 2 500 kW reicht und selbst im Hochsommer immer noch bei rund 500 kW liegt, der aber allein das BHKW nicht ganz auslasten würde. Erst die Kombination mit einer Absorptionskälteanlage, die einen Teil der Motorenabwärme zur Bereitstellung des für die Klimatisierung benötigten Kaltwassers nutzen würde, könnte einen ganzjährigen Betrieb des BHKW bei Volllast ermöglichen.

Der Kraft-Wärme-Kälte-Verbund konnte schließlich im ersten Halbjahr 2006 realisiert werden; die Chance dazu bot sich an, da eine etwa 15 Jahren alte, mit dem Kältemittel R 22 betriebene Kompressionskältemaschine mit rund 800 kW Kälteleistung ersetzt werden musste. Doch noch weitere Bedingungen waren zu erfüllen: Die neuen Aggregate mussten durch die vorhandenen Gebäude-öffnungen eingebracht und in der Energiezentrale auf der Fläche untergebracht werden können, die durch die Demontage der alten Kälteanlage und des dritten, nun nicht mehr benötigten 1,8 MW-Kessels frei wurde. Nur so ließen sich zusätzliche Kosten für die periphere Anbindung (Kamin, Wärmeverteilung, Kälteverteilung) minimieren.

Der Vergleich der in Frage kommenden BHKW-Fabrikate zeigte, dass das Modul TCG 2020 V12 der Deutz Power System aus Mannheim mit einer Leistung von 1 169 kW elektrisch und 1 229 kW thermisch am besten in die vorhandene Versorgungsstruktur passen und als einziges Angebot die Vorgaben von G&D in Bezug auf die maximal mögliche Leistung bei vorgegebenen Abmessungen sowie bei limitiertem Anlagengewicht erfüllen würde.

Bei der Auslegung der Kältemaschine entschied man sich für einen zweistufigen Prozess, bei dem die Abwärme aus dem Motor-Kühlwasser und dem Abgas in getrennten Kreisläufen eingebunden wird. Dies vereinfacht die hydraulische Einbindung, deren Tücken bei einstufigen Absorptionskälteanlagen dazu führen, dass statt der theoretisch möglichen Leistungszahl von 0,75 in der Praxis meist nur eine von 0,5 erreicht wird. Damit wäre bei G&D die Wirtschaftlichkeit nicht zu errei-chen. Außerdem wären die Geräteabmessungen einer einstufigen Maschine bei gleicher Leistung größer als bei einer zweistufigen und man hätte auch eine deutlich höhere Leistung für den Kühl-turm beziehungsweise für die Rückkühlung benötigt.

Es erwies sich als nicht einfach, eine geeignete Absorptionskälteanlage auf dem Markt zu finden, die bei den vorgegebenen Abmessungen die festgelegten Anforderungen erfüllen würde und vom benötigten Temperaturniveau und von den Massenströmen gut zum Deutz-BHKW passen würde. Letztendlich verblieben nur zwei Aggregate – eines aus Indien und eines aus China – im Rennen, wobei die Wahl auf die von der GasKlima GmbH aus Erlensee angebotene kompakte zweistufige Absorptionskälteanlage BHE-IX des chinesischen Herstellers Broad fiel, die eine LiBr-Wasser-Lösung einsetzt. Dank eines neuartigen zweistufigen Prozesses erreicht der Absorber bei Volllast eine Leistungszahl von 1,2, so dass seine Kälteleistung mit maximal 756 kW ziemlich genau der Kapazität der ersetzten R 22-Kältemaschine entspricht. Zwar ist der zweistufige Absorber um 50 000 Euro teurer als eine einstufige Ausführung, doch bringt der überproportionale Effizienzzu-wachs der zweiten Stufe eine jährlich Einsparung von rund 25 000 Euro – also eine deutlich ver-besserte Wirtschaftlichkeit.

Die neue Absorptionskälteanlage ist zusammen mit den vorhandenen Kaltwassererzeugern (zwei Turboverdichtern mit je 1 300 kW Kälteleistung, einem Schraubenverdichter mit 700 kW Kälteleis-tung und einem Kolbenverdichter mit 500 kW Kälteleistung) und zwei 30 m3 fassenden Kaltwas-serspeichern in einen Kälteverbund eingebunden. Die Speicher helfen auch, Lastspitzen bei den Kälteverbrauchern abzubauen, die insbesondere durch die hohen Anforderungen an die Raumluft-feuchte in der Geldnoten-Druckerei auftreten können.

Für eine optimale Einbindung der BHKW-Wärme sorgt eine motorisch betätigte Klappe in der Abgasleitung des BHKW, die den Abgasstrom auf das Heizsystem und die Kälteanlage aufteilt. Vorrang hat dabei die Wärmeanforderung aus den industriellen Prozessen; dazu kann die Leistung der Absorptionskältemaschine stufenlos bis auf etwa 500 kW zurückgenommen werden. Sinkt die Kälteleistung des Absorbers durch eine höhere Wärmeumlenkung auf das Heizsystem unter diesen Wert, wird der Absorber abgeschaltet und die erforderliche Kälte über die kleinste elektrisch ange-triebene Kältemaschine erzeugt. Damit ist bei G&D erstmals ein an den Strom- und Gastarifen ausgerichteter Kraft-Wärme-Kälte-Verbundbetrieb möglich, bei dem die jeweils wirtschaftlichste Betriebsart für die Wärme- und Kälteerzeugung sowie für den Strombezug gewählt werden kann. Nach den derzeitigen Rahmenbedingungen werden etwa drei Viertel der vom BHKW erzeugten Wärme für Heizzwecke genutzt.

Der Verbund stellt hohe Anforderungen an die Steuerungs- und Regeltechnik; die komplexe Rege-lungsaufgabe wurde dank der guten Zusammenarbeit der G&D-Regelungstechniker mit dem Pla-ner, dem Münchner Ingenieurbüro Kientz und Rottmayr, sowie den Anlagenlieferanten gemeistert. Dabei entschied man sich für den Industriestandard Simatic S7 mit Profibus-Anbindung an die bestehende Siclimat X-Infrastruktur. Ein Verbund wurde ebenfalls auf der Stromseite realisiert: So werden nun die beiden bestehenden Netzersatzanlagen mit einer Leistung von je 640 kVA auch zur Kappung von Stromlastspitzen eingesetzt. Sie werden für höchstens zwei Stunden zugeschaltet, wenn das Lastmanagementsystem eine drohende Überschreitung der vertraglich festgelegten Strombezugsleistung anzeigt. Außerdem können sie bei Ausfall des BHKW für maximal einen Tag seine elektrische Leistung ersetzen. Dies spart nicht nur Strombezugskosten, sondern erhöht die Versorgungssicherheit: Da die Netzersatzanlagen regelmäßig unter Last gefahren werden, weiß man immer, dass sie funktionsfähig sind. Außerdem ist das BHKW so ausgerüstet, dass es bei Netzausfall weiter betrieben werden kann.

Dank der erwarteten jährlichen Betriebsdauer des BHKW von 8 000 Stunden, die nach den bisheri-gen Erfahrungen wohl erreicht wird, rechnet sich der realisierte Kraft-Wärme-Kälte-Verbund für G&D: Die für das BHKW investierten rund 1 Mio. Euro amortisieren sich in nur 2,5 Jahren, weil jährlich etwa 400 000 Euro/a an Energiekosten eingespart werden. Darin sind unter anderem 120 000 bis 130 000 Euro/a an Mineralölsteuerrückerstattung für das im BHKW eingesetzte Erdgas eingerechnet. Weitere Kosteneinsparungen erzielte G&D durch einen günstigeren Gastarif auf-grund der höheren Gasabnahme. Da die Kältemaschine ohnehin ersetzt werden musste, konnte die Neuanschaffung der Absorptionskältemaschine quasi als Ersatzbedarf verrechnet werden und bleibt somit bei der Amortisationsbetrachtung unberücksichtigt. Dafür werden auch andere Einsparungen nicht eingerechnet: Da sich durch die BHKW-Eigenstromerzeugung und durch den Wegfall des Strombedarfs für das ersetzte Kompressionskälteaggregat die elektrische Anschlussleistung der G&D aus dem Versorgungsnetz um rund 1 420 kW verringert hat, konnte das Unternehmen vorläu-fig auf eine sonst fällige Erweiterung der Anschlusskapazität der Netzeinspeisung verzichten. Die Investition für ein zusätzliches Kabel hätte rund 1 Mio. Euro betragen.

Energie & Management Verlagsgesellschaft
Jan Mühlstein/Wolfgang Schmid

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