Eigenes Blockheizkraftwerk der Stadtwerke Kempen mit Kraft-Wärme-Kopplung Schon früh haben wir mit dem Bau unseres Heizkraftwerks erkannt, dass eine zentrale Versorgung von Heizkunden, selbst beim Einsatz fossiler Brennmittel, zur Reduzierung von Umweltbelastungen beiträgt. Seit dem Austausch der alten Kohlekessel gegen Kraft-Wärme-Kopplungs-Einheiten wurde das Kempener Heizkraftwerk Jahr für Jahr weiter optimiert.
Effiziente ORC-Anlage Das größte Optimierungspotenzial brachte die Erweiterung des Blockheizkraftwerks um eine ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle) mit sich. Über die ORC-Anlage wurde die eigene Stromproduktion seit 2012 auf aktuell 55 % gesteigert, was neben der Effektivität eine entscheidende CO2-Reduzierung bedeutet.
In unserem Heizwerk in Kempen wird die Wärmeproduktion über unsere Blockheizkraftwerke durchgeführt. Durch die parallele Stromproduktion ist der Primärenergiefaktor gleich Null. Dies bedeutet, dass die eingespeiste Wärme die gleiche Qualität wie rein regenerativ erzeugte Wärme hat. Unsere Kunden lieben die Fernwärme. Wer keine Anschlussmöglichkeit hat, wünscht sich nichts sehnlicher als Fernwärme. Der hohe Kraft-Wärme-Kopplungs-Anteil in unserem Strommix führt dazu, dass der benötigte Anteil des Stroms aus Kernenergie verschwindend gering ist.
Das 11. Duisburger KWK-Symposium fand am 25.06.2013 im "InHaus-Zentrum der Fraunhofer Gesellschaft" statt. Ausrichter war der "Lehrstuhl Energietechnik" der Universität Duisburg-Essen mit Unterstützung des Bundesverbandes Kraft-Wärme-Kopplung e.V. (B.KWK). Das langjährige Motto, Kraft-Wärme-Kopplung, eine wichtige Säule im Klimaschutz, ist nach wie vor gültig. Hinzu kommt verstärkt die mögliche Bedeutung der KWK bei der Versorgungssicherheit. KWK-Anlagen können über eine partielle Entkopplung mittels Speicher eine Komplementärtechnologie zu den erneuerbaren Energien darstellen.
Hier sehen Sie einen Vortrag des Betriebsleiters unseres BHKW in Kempen zum Thema "Effizienzverbesserung bei bestehenden KWK-Anlagen":
"WDR Lokalzeit" besuchte im Dezember 2012 zusammen mit Herrn Van Doorn das Kempener Heizkraftwerk, um sich über unsere ORC-Anlage zu informieren. Herzlichen Dank für Ihren Besuch und die Berichterstattung. Hier können Sie sich den Fernsehspot anschauen:
Kombination einer erdgasbetriebenen KWK-Anlage mit einer hocheffizienten ORC-Anlage
ORC-Anlage beim Kempener Heizkraftwerk
Die Inbetriebnahme der ORC-Anlage wurde im Februar 2012 erfolgreich durchgeführt; der Probebetrieb wurde zum 31.08.2012 beendet. Die so genannte „Verstromung von KWK-Abwärme mit der ORC-Anlage" ist in der Kombination mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) in Europa einzigartig und wird vom deutschen Bundesumweltministerium gefördert.
Die KWK-Anlage wird „wärmegeführt“ betrieben. Das heißt, die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme der Gas-Otto-Motoren (aus dem Abgas, dem Kühlwasser und dem Schmieröl) wird zur Fernwärmeerzeugung genutzt. In der Energiebranche ist ein deutlicher Trend erkennbar: Aufgrund gesetzlicher Anforderungen (EnEV 2014) und den inzwischen sichtbaren Ergebnissen von Energieeffizienzberatungen und Modernisierungsratschlägen sinkt seitens der Verbraucher die Nachfrage nach Wärme. Das führt zu einer geringeren Auslastung der KWK-Anlage. Die Folge: Die Energieversorgungsunternehmen müssen mit Umsatzeinbußen bei der Strom- und Wärmeerzeugung rechnen. Ziel ist es deshalb, die sinkende Wärmenachfrage zu kompensieren. Die Lösung: Man nutzt die Abwärme der Gasmotoren für die Stromerzeugung - erhöht also die Stromkennzahl.
Die Stadtwerke Kempen gaben nach ersten eigenen Berechnungen eine Machbarkeitsstudie in Auftrag. Das Ergebnis des Ingenieurbüros zeigte: eine Adaption der KWK-Anlage mit einer ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle) ist technisch möglich und wirtschaftlich sinnvoll.
Der Name des Verfahrens geht auf William John Macquon Rankine zurück, einen schottischen Ingenieur. Als Arbeitsmittel wird eine organische Flüssigkeit (Silikon-Öl) mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet. Das Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle (Gasmotor – Abwärme) und Senke (Fernwärme) zu niedrig für den Betrieb einer mit Wasserdampf angetriebenen Turbine ist. Erfahrungen mit der ORC–Technik bestehen bereits bei der Stromerzeugung mit Biomasse-Kraftwerken sowie vereinzelt in Geothermie- und Solarkraftwerken.
Die Technik
Unser Kempener Heizkraftwerk (HKW) besteht aus fünf KWK-Anlagen, die eine Gesamtleistung von rund 13,5 MW-elektrisch aufweisen. Es werden die Abgase von drei KWK-Anlagen als Wärmequelle für die ORC-Anlage genutzt. Die Anlage ist modular aufgebaut.
• Abgasprozess der KWK-Module
1. Die Abgase aus der KWK-Anlage werden nach dem Oxidationskatalysator und dem Primärschalldämpfer zum Thermoölkessel geleitet.
2. Im Thermoölkessel geben die rund 450 Grad Celsius warmen Abgase ihre Energie an den Thermoölkreislauf ab. Das Thermoöl erwärmt sich auf 310 Grad Celsius.
3. Die Abgase verlassen den Thermoölkessel mit maximal 180 Grad Celsius und treten in den Abgaswärmetauscher für das Fernwärmewasser ein. In diesem Wärmetauscher (WT) wird das Abgas auf 90 bis 120 Grad Celsius abgekühlt und erwärmt gleichzeitig das Fernwärmewasser auf circa 85 bis 110 Grad Celsius.
4. In den Abgasleitungen sind Absperrklappen vorgesehen, mit denen wahlweise zwei Betriebsweisen je nach Erfordernis gewählt werden können:
a) Betrieb der ORC-Anlage, d.h. Abgas primär zum Thermoölkessel und anschließend zum Abgas-WT Fernwärme.
b) In Zeiten von sehr hohem Fernwärmebedarf (Außentemperatur 0 Grad Celsius oder niedriger) wird die ORC-Anlage gestoppt und die Abgase werden direkt zum Abgas-WT Fernwärme geleitet und nicht erst durch den Thermoölkessel.
• Thermoölkreislauf
1. Das Thermoöl wird im Thermoölkessel auf maximal 310 Grad Celsius erwärmt. Der Thermoölkreislauf ist hierbei drucklos.
2. Vom Thermoölkessel gelangt das Thermoöl zum Verdampfer der ORC-Anlage.
3. Im Verdampfer findet ein Energieübertrag vom Thermo- auf das Silikonöl (Arbeitsmittel ORC-Prozess) statt.
4. Das Thermoöl verlässt den Verdampfer mit etwa 142 Grad Celsius, wird von einer Umwälzpumpe angesaugt und wieder zum Thermoölkessel befördert. Dort beginnt der Kreislauf von neuem.
• ORC-Prozess (Silikonkreislauf)
1. Das Silikonöl wird im Verdampfer verdampft und erwärmt sich auf rund 290 Grad Celsius bei einem Druck von circa 10 bar.
2. Der Silikondampf tritt in die Turbine der ORC-Anlage ein.
3. Die Turbine treibt einen Generator an und erzeugt eine elektrische Leistung von 528 kW. Dieser Strom wird in das Niederspannungsnetz der Stadtwerke Kempen eingespeist.
4. Das Silikonöl tritt aus der Turbine aus und durchströmt in dampfförmigem Zustand zuerst einen Rekuperator. Dort gibt der warme Silikonöldampf einen Teil seiner Energie an das flüssige Silikonöl ab.
5. Dem Rekuperator ist ein Kondensator nachgeschaltet. Das dampfförmige Silikonöl gelangt in den Kondensator und wird hier verflüssigt, indem der warme Dampf gekühlt wird. Als Kühlmedium dient im HKW Kempen das 50 Grad Celsius warme Fernwärmewasser (FW) aus dem Fernwärme-Rücklauf (FW-RL). Das FW-RL-Wasser erwärmt sich dabei auf maximal 60 Grad Celsius.
6. Die Kondensation des Dampfes unter gleichzeitiger Nutzung der Kondensationswärme zur Vorwärmung des FW-Wassers stellt eine neuartige Verfahrenskombination dar.
7. Die Kondensationswärme wird nicht über Rückkühler an die Umgebung abgeführt, sondern effektiv und ressourcenschonend zur Vorwärmung der Fernwärme genutzt. Ein Notkühler soll bei Störungen im Fernwärmenetz, wenn beispielsweise die Rücklauftemperatur über 55 Grad Celsius ansteigt, diese auf 55 Grad Celsius begrenzen. Er dient der Anlagensicherheit und verhindert Schäden durch Überhitzung. Im Normalbetrieb wird er nicht benötigt.
8. Das verflüssigte Silikonöl verlässt den Kondensator mit circa 80 Grad Celsius, wird von einer Speisepumpe angesaugt und auf etwa 10 bar Druck erhöht. Ein Teil des Silikonöls fließt durch den Rekuperator. Dabei wird das flüssige Silikonöl durch das dampfförmige Silikonöl vorgewärmt. Ein anderer Teil fließt direkt zum Verdampfer.
9. Nachdem das Silikonöl im Rekuperator vorgewärmt wurde, wird es im Verdampfer verdampft.Der Kreislauf startet erneut.
Planung und Ausführung
Die Leistungsgröße der ORC-Anlage haben die Experten der Stadtwerke Kempen anhand der aufgezeichneten Fernwärme-Verbrauchsdaten der vergangenen Jahre festgelegt. Durch die mögliche Einbindung des ORC-Kondensators in den Fernwärme-Rücklauf kann die gesamte Wärme im Koppelbetrieb genutzt werden, so dass der Status „hocheffizient“ erhalten bleibt. Von den vorhandenen fünf Erdgas-BHKW-Aggregaten wurden drei Motoren mit Thermoöl-Abgas-Wärmetauscher zusätzlich zum Fernwärme-Abgaswärmetauscher ausgerüstet. In EU-weiten Ausschreibungen wurden ein ORC-Hersteller und ein Hersteller für Thermoöl-Abgaswärmetauscher beauftragt, die beide jeweils rund zehn Referenzen für Aggregate mit hohem Wirkungsgrad nachweisen konnten.
Der Rohbau der neuen Maschinenhalle begann im April 2011, der Anlagenbau im Juli des Jahres. Die ORC-Turbine wurde per Tieflader fertig montiert auf einem Grundrahmen angeliefert. Nach der Montage und Einbindung der Abgas-Thermoölwärmetauscher wurden diese ausgekocht, damit sich im Thermoölkreislauf ganz sicher kein Wasser mehr befindet. Den Probebetrieb absolvierte die neue Anlage im Februar 2012 erfolgreich.
Technische Daten
ORC-Anlage:
1 Aggregat „Turboden 6 HR“ - Thermoöl-Eintritts-/Austrittstemperatur: 310/142 Grad Celsius - Thermoöl-Eingangsleistung im Verdampfer: 3000 kW - Elektrische Bruttoleistung: 528 kW - Abgegebene Wärme aus Kondensator an die Fernwärme: 2452 kW
Die Thermoöl-Wärmetauscher der ORC-Anlage werden von den Abgasen der KWK-Module 2, 3 und 4 (Jenbacher Typ: JMS 616 GS – elektrische Leistung jeweils 2427 kW) beheizt. Die eingesetzte Abgasenergie beträgt drei Mal 1244 kW.
Auslastung
Bis 2006 wurden im Heizkraftwerk durchschnittlich 50.000 MWh Strom erzeugt. 2007 wurden die ersten vier KWK-Module (Baujahr 1990) gegen neue Module ersetzt. Durch den Anstieg der Stromkennzahl von 0,62 auf 0,96 konnte die jährliche Stromproduktion ab 2008 auf 72.000 MWh gesteigert werden.
Durch die ORC-Anlage und der damit verbesserten Auslastung der KWK-Anlage erreichten wir eine Steigerung der Eigenstromproduktion auf 82.000 MWh.
Entlastung der Umwelt
Die Kopplung einer KWK- mit einer ORC-Anlage führt sowohl zu unmittelbaren als auch mittelbaren Entlastungen der Umwelt:
1. Höhere Auslastung der vorhandenen KWK-Anlage.
2. Stromerzeugung im Kraft-Wärme-Kopplungsprozess; dadurch lassen sich zum Beispiel Ressourcen fossiler Energieträger für die Stromproduktion einsparen.
3. Höherer Gesamtnutzungsgrad des BHKW (Ressourcenschonung und Emissionsminderung pro kWh).
Wir schätzen, dass die ORC-Anlage pro Jahr 4.129 MWh Strom erzeugen kann und die KWK-Module aufgrund der Wärmeabgabe zusätzlich besser auslastet. Insgesamt kann durch das Vorhaben, bezogen auf KWK- und ORC-Anlage, die Stromproduktion um 14.000 MWh gesteigert werden. Diese Energieproduktion entspricht vergleichsweise:
• der Vermeidung von etwa 4.300 Tonnen CO2 (im Vergleich zur Stromproduktion Kraftwerksmix Deutschland–spez. = 559 g/kWh el.)
Wirtschaftlichkeit
Die von den Stadtwerken Kempen realisierte neuartige Kombination aus KWK und ORC wurde vom deutschen Bundesumweltministerium im Rahmen des BMU-Umweltinnovationsprogramms mit 20 Prozent gefördert.
Die Stadtwerke Kempen investierten 2,45 Millionen Euro. Der Vergleich Heizkraftwerk mit und ohne ORC-Anlage ergibt einen Vorteil für die Stadtwerke mit ORC-Anlage in Höhe von etwa 315.000 Euro pro Jahr. Erwartet wird eine Amortisationsdauer von unter zehn Jahren. Die höhere Auslastung der KWK-Anlage durch den Betrieb der ORC-Anlage führt zu einer Reduzierung der Wärmeerzeugung in den Kesselanlagen.
Der Anteil der Eigenerzeugung im Kempener Blockheizkraftwerk liegt aktuell bereits bei 60 Prozent!
26 Stadtwerke und RWE Innogy gründeten „Green GECCO"
Immer die Nase im Wind haben die Stadtwerke Kempen. So haben wir uns Anfang April 2010 gemeinsam mit weiteren 25 Stadtwerken und RWE Innogy zu einem Gemeinschaftsunternehmen für die Entwicklung und Umsetzung regenerativer Energieerzeugung zusammengeschlossen, der „Green GECCO" GmbH. Ziel der Gesellschaft sind die gemeinsame Entwicklung deutscher und europäischer Projekte in den Bereichen Biomasse, Windkraft, Geothermie, Biogas, Wasser und Solarthermie.
Dabei sind die Stadtwerke Kempen bei der CO2-Einsparung schon selbst aktiv. Die mit 13,6 MW elektrischer Leistung recht große Strom- und Wärmeerzeugungsanlage spart jährlich gegenüber dem deutschlandweiten Kraftwerksmix und der Wärmeerzeugung aus Kleinanlagen rund 26.250 Tonnen CO2 ein.
Green GECCO ist für kommunale Unternehmen durch die internationale Ausrichtung einzigartig. Das gab es in dieser Form bislang noch nicht: 27 starke Partner bündeln ihre Kräfte, um den CO2-Ausstoß verringern zu helfen. Gemeinsam wollen wir viel bewegen, denn solch großartige Projekte könnten wir als mittelständiges Energieunternehmen allein gar nicht stemmen.
Green GECCO fokussiert sich bewusst nicht nur auf ein einzelnes Projekt in Deutschland, sondern es wird europaweit in „Grüne Energie" investiert. So wurde als erstes Projekt der Onshore-Windpark „An Suidhe" mit 23 Turbinen in Schottlands Norden ins Portfolio übernommen, mit einer installierten Leistung von rund 20 Megawatt. Insgesamt plant Green GECCO, bis zum Jahr 2020 rund eine Milliarde Euro in die Strom- und Wärmeproduktion aus erneuerbaren Energien zu investieren.
RWE Innogy ist im RWE-Konzern das Unternehmen für erneuerbare Energien und hält 51 % Anteile an der Gesellschaft. Die 26 Stadtwerke teilen sich die restlichen 49 %. Um dem Unternehmen einen guten Start zu ermöglichen, haben wir uns verpflichtet, in den kommenden Jahren Green GECCO jedes geeignete, neue RWE Innogy-Projekt in Deutschland anzubieten, so Prof. Fritz Vahrenholt, Vorsitzender der Geschäftsführung der RWE Innogy. Hierdurch kann ein solides Portfolio aufgebaut werden, das auf einem breiten Technologiemix basiert. Die Aufnahme neuer Projekte in das Portfolio des Gemeinschaftsunternehmens bedarf einer 75%-igen Mehrheit aller Projektpartner.
Service, Beratung, Nähe - bei uns noch von Mensch zu Mensch
Ein Großteil unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter lebt im Raum Kempen. Kempen ist somit nicht nur deren Arbeits-, sondern auch Lebensmittelpunkt. Da wir selbst aus der Region kommen, wissen wir, was die Menschen hier bewegt. Die kommunale Initiative „Auf gute Nachbarschaft" spiegelt das wider, was bei den Stadtwerken Kempen seit Jahren gelebt wird:
Wir sind unabhängig und frei von der Gängelung großer Energiekonzerne und der von Shareholdern bestimmten Geschäftspolitik. Aufgrund unserer Unabhängigkeit haben wir die Freiheit, uns um die Menschen in Kempen zu kümmern und unseren Kunden noch eine tatsächliche Dienstleistung anzubieten.
Unser Service- und Beratungsangebot umfasst viele Dienstleistungen, wie:
Energieberatung
Erstellung preisgünstiger Angebote
Technische Detailklärung für Privat- und Gewerbekunden
Es ist für uns selbstverständlich, dass wir Service und umfangreiche Beratungen für unsere Kunden möglichst kostenlos anbieten. Der technische Bereich steht ihnen außerdem nach Dienstschluss zur Störungsbeseitigung 24 Stunden am Tag unter Telefon 50000 (mit oder ohne Vorwahl) zur Verfügung.
Stromversorgung
Niederspannung
1914
Mittelspannung
seit Januar 1987
Stromerzeugung (Kraft-Wärme-Kopplung)
seit Januar 1991
Gasversorgung
1863
Gaseigenerzeugung
bis Juli 1960
Kokereigasbezug
seit Januar 1959
Erdgasbezug
seit Januar 1968
Wasserversorgung
Kempen
1906
St. Hubert
1956
Tönisberg
1966
Fernwärmeversorgung
1964
Blockheizkraftwerk Kempen
seit Januar 1991
Übernahme der Fernwärmeversorgung Tönisberg-Wartsbergsiedlung
Oktober 2013
Sauna und Wasserwelt aqua-sol
seit Januar 1987
Mitarbeiter insgesamt
Mitarbeiter inkl. Auszubildende (Stand 31.12.2017)
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