Die Energieeffizienten

NORDMILCH AG mit modernem GuD-Kraftwerk

Historie

Die Nordmilch AG ist eines der großen Milch verarbeitenden Unternehmen in Deutschland. Mit Ihren nationalen Marken wie Milram und internationalen Marken, ist das Unternehmen entsprechend positioniert.

Beweggründe Nordmilch

Als sich im Jahre 2005 herauskristallisierte, dass die vorhandene Wärmezentrale den zukünftigen Anforderungen nicht mehr gerecht wird, wurde mit der Erweiterungsplanung begonnen. Neben verschiedenen Brennstoffen, wie z.B. BKS wurden alle wirtschaftlichen Varianten der Energieversorgung geprüft. Die Entscheidung fiel auf eine GuD-Anlage. Die Gründe hierfür lagen in der kontinuierlichen Wärmeabnahme und der Entwicklung des zukünftigen Lastprofils des Standortes. Als erstes wurde die Erdgasversorgung durch eine Direktanbindung an das vorgelagerte Netz geprüft. Weiterhin wurde aufgrund von Leistungserhöhungen im elektrischen Bereich und den verschiedenen Fahrweisen der Anlage ein Ausbau des Mittelspannungsnetzes vorgenommen. Durch die Nutzung von Bilanzkreis und Aggregationskreis ist es möglich, immer die optimale Fahrweise der Anlage zu bestimmen.

Projektorganisation

Das Projekt wurde durch ein internes kleines, aber qualifiziertes Team der Nordmilch realisiert. Unterstützt wurde es durch Dr. Tolle Energie & Umwelt Consulting insbesondere in den Bereichen

• Entwicklung und Vergleich zusätzlicher Prozessvarianten mit dem Ziel einer weiteren Optimierung
• Ausschreibung und Angebotsvergleich der Hauptkomponenten
• Projektbegleitung Prozessoptimierung

Ergänzend zum ursprünglichen Konzept wurden einige zusätzliche Varianten mit anderen Komponenten und sehr unterschiedlichen Prozessparametern entwickelt und vergleichend gegenübergestellt.

Nach diesem Vorscreening auf der Basis dieses Vergleiches wurden die Hauptkomponenten bei verschiedenen Herstellern angefragt.

Gemeinsam mit den Herstellern wurden die verschiedenen Komponenten optimiert. Letztlich wurde eine größere Gasturbine gewählt, das Kesselkonzept deutlich verbessert und eine effizientere Dampfturbine eingesetzt.

Gasturbine

Die eingesetzte Solar Taurus 65 im Package von Turbomach zeigt in ihrer Klasse einen hohen elektrischen Wirkungsgrad. Ihre relativ hohe Abgastemperatur erlaubt einen effizienten Betrieb des Abhitzekessels.

Auf einen Bypasskamin zwischen Gasturbine und Abhitzekessel wurde verzichtet. Die Vorteile durch

• geringere Störanfälligkeit,
• den Wegfall von thermischen Verlusten insbesondere durch Lekagen,
• geringere Druckverluste,
• niedrigere Wartungskosten,
• niedrigere Investitionskosten,

wurden bedeutend höher bewertet als eine etwas höhere Flexibilität u.a. bei der Inbetriebnahme der Anlage.

Durch den Neubau einer Verbindungsleitung an das Hochdruckgasnetz konnten die Investitionskosten für einen Brenngasverdichter sowie die zugehörigen späteren Betriebskosten eingespart werden.

Flexibilität

Um die Flexibilität der Anlage zu erhöhen, wird nach der Dampfturbine parallel zum Netz ein mit Außenluft gekühlter Hilfskondensator installiert. In Zeiten mit sehr niedrigem Dampfbedarf kann die Gasturbine so mit Volllast weiterbetrieben und die elektrische Leistung aus Gas- und Dampfturbine im Werk und im Bilanzkreis/Aggregationskreis genutzt werden. Die im Teillastbetrieb deutlichen Wirkungsgradverschlechterungen der Gasturbine und aufgrund der niedrigeren Abgastemperaturen auch des Abhitzekessels können so vermieden werden.

Kessel

Um eine deutliche Erhöhung der Stromerzeugung durch die Dampfturbine zu erzielen und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu verbessern, wurden auch Wasserrohrkessel mit deutlich höheren Dampfparametern in die vergleichenden Analysen einbezogen. Anfragen bei verschiedenen Herstellern zeigten jedoch, dass sich aufgrund der angespannten Marktsituation für Kesselrohre die Lieferzeit für den Kessel enorm verlängert hätte. Auch die höheren Investitionskosten waren durch den zusätzlichen Gewinn an elektrischer Leistung wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen.

In der Ausschreibung wurde besonderer Wert darauf gelegt, den bauartbedingt höheren Druckverlust und höheren Pinch-Point eines Großwasserraumkessels gegenüber einem Wasserrohrkessel zu minimieren. Es entwickelte sich ein sehr konstruktiver und spannender Wettbewerb, in dem mehrere Hersteller mit unterschiedlichen konstruktiven und verfahrenstechnischen Lösungen mit den erzielten Leistungsdaten und auch den Preisen letztlich sehr dicht beieinander lagen. Auch der Speisewasservorwärmer konnte durch Optionsangebote für verschiedene Größen hin zu einer sehr hohen Effizienz der Gesamtanlage optimiert werden. Dies zeigt sich auch in den sehr niedrigen Abgastemperaturen.

Mit den technischen Daten, insbesondere auch der Druckverluste aller Optionsangebote, wurden in einem Kraftwerksimulationsprogramm für einheitliche Lastpunkte die elektrische und thermische Nettoleistung sowie der zugehörige Brennstoffbedarf ermittelt. Mit diesen Daten konnte dann in einer Wirtschaftlichkeitsanalyse die kommerzielle Attraktivität der jeweiligen Option im Angebotsvergleich festgestellt werden. Die letztlich ausgeführte Kesselanlage besteht aus:

• Großwasserraumkessel mit aufgesetzter, separater Trommel
• zusätzlichem, nachgeschaltetem Rippenrohrverdampfer
• Hochdruck-Economiser mit vorgeschaltetem Deionat-/Speisewasser-Wärmeaustauscher und Bypassventil für das Deionat
• ungeregeltem Überhitzer
• Zusatzfeuerung als Flächenbrenner

Aufgrund der großen im Gegenstrom angeordneten Wärmeaustauscherfläche hat der Economiser eine niedrige Approachtemperatur und geht im reinen Abhitzebetrieb leicht in die Verdampfung. Das geregelte Bypassventil für das Deionat stellt sicher, dass die Speisewassereintrittstemperatur in den Economiser sicher oberhalb der Taupunkttemperatur des Rauchgases liegt und gleichzeitig eine maximale Wärmeauskopplung erreicht wird.

Dampfturbine

Aufgrund des niedrigen Druckgefälles wurde eine einstufige Gegendruckdampfturbine mit Aktionsrad gewählt. Die drei geregelten Düsengruppen sind ungleich aufgeteilt. Sie wurden nach einer Voroptimierung nochmals gemeinsam mit dem Hersteller sehr sorgfältig auf das erwartete Lastprofil optimiert. Im unteren und Hauptbetriebsbereich konnten so zusätzlich etwa 10 bis 20 Prozent elektrische Leistung gewonnen werden.

Zusammenfassung

Die in den Bilanzkreis der Nordmilch eingebundene Anlage konnte in einem recht kurzen Zeitraum realisiert werden. Die etwas höheren Investitionskosten des optimierten Projektes führen zu einer deutlichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Es konnte eine einfache, aber effiziente Schaltung realisiert werden, die eine hohe Verfügbarkeit erwarten lässt. Der für die Stromerzeugung in der KWK-Anlage zusätzlich eingesetzte Brennstoff wird mit einem sehr hohen Wirkungsgrad verstromt. Dies sichert auch langfristig eine gute wirtschaftliche Stabilität.

Die im Emissionshandel vorteilhaften niedrigen spezifischen CO₂-Emissionen der Stromerzeugung um die 250 kg/ MWh führen im von Steinkohle-Mittellast-Kraftwerken geprägten Kraftwerkspark zu jährlichen Einsparungen von etwa 40.000 t/a CO₂.

www.nordmilch.de