Beschreibung HHKW Aubrugg

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1 Beschreibung HHKW Aubrugg Unterlage zur Führung durch das HHKW Aubrugg Inhalt 0. Zusammenfassung 1. Technik 1.1 Holzlogistik 1.2 Feuerung und Kessel 1.3 Abgasreinigung und Entaschung 1.4 Energienutzung 1.5 Elektro- und Leittechnik 2. Emissionen 3. Wirkungsgrad 4. Betriebsdaten Saison 13 / Betriebskonzept 6. Betriebswirtschaftlichkeit 7. Ausblick, Risiken Oktober 2015

2 Holzheizkraftwerk Aubrugg: Versorgung, Technik, Wirkungsgrad, Emissionen, Betrieb, Wirtschaftlichkeit Rolf Jenni, ERZ Entsorgung + Recycling Zürich und Holzheizkraftwerk Aubrugg AG Zusammenfassung Das Holzheizkraftwerk (HHKW) Aubrugg produziert Strom und Wärme aus naturbelassenen Holzhackschnitzeln. Anstelle von fossilen Brennstoffen wird einheimisches Energieholz aus dem Wald genutzt. Die Transportwege werden entsprechend kürzer und die Wertschöpfung bleibt beim lokalen Gewerbe. Das Holzheizkraftwerk wurde in das Gebäude des bestehenden Heizkraftwerks Aubrugg der Fernwärme Zürich eingebaut und für die Annahme, Zwischenlagerung und Zuführung der Holzschnitzel eine Lagerhalle mit Holzlogistik erstellt. Das Holzheizkraftwerk hat seinen regulären Betrieb im Dezember 2010 aufgenommen. Die energetische Nutzung von Holz leistet einen Beitrag an die Produktion von nachhaltig und CO 2-neutral produzierter Wärme und Ökostrom. Aufgrund des bestehenden Fernwärmeverbundes der Stadt Zürich eignet sich der Standort optimal für eine Anlage zur Kraftwärmekopplung im grösseren Leistungsbereich. Die Anlage verfügt über eine stationäre Wirbelschichtfeuerung mit einer Kesselleistung von 42 MW zur Dampfproduktion bei 80 bar und 500 C. Über eine Dampfturbine werden 11 MW Strom produziert und 28 MW Wärme als Fernwärme ausgekoppelt, wobei für die Spitzenlast eine fossile Zufeuerung zum Einsatz kommt. Das Holzheizkraftwerk wird wärmegeführt betrieben und im Sommer bei ausreichender Abwärme aus dem Kehrichtheizkraftwerk Hagenholz stillgelegt. Technik Holzlogistik Dieser Teil der Anlage liegt in einem neu erstellten Gebäudeteil. Die Anlieferung der Holz-Hackschnitzel erfolgt per LKW. Durch Messung von Gewicht und Wassergehalt werden der Energieinhalt des Holzes und damit die Vergütung bestimmt. Es sind drei Abkippstellen in Betrieb. Die Holzschnitzel werden über ein Scheibensieb geführt und anschliessend mit einem System von Förderbändern in der Halle verteilt. Als Redundanz ist ein Teil der Lagerhalle zum Direktabkippen befahrbar ausgeführt Der Holzschnitzelaustrag erfolgt über Schubböden auf ein weiteres Fördersystem, das unter der Autobahn den Brennstoff zum Kessel führt. Die Lagerung ist nach dem Prinzip first in first out realisiert. Die ganze Lagerbewirtschaftung mit Füllen und Austrag erfolgt automatisch. Alle Förderkomponenten sind redundant ausgeführt. Verstopfungen in der Nacht oder am Wochenende werden dadurch aufgefangen.

3 Bild 1 Daten Ansicht der Holzlagerung. Anlieferung Schnitzel ca. 300 Sm 3 /h / 2000 Sm 3 /Tag Bruttovolumen der Lagerhalle ca Sm 3 Hallenaustrag Schubboden mit 32 Rechen Förderung zum Kessel 2 x 70 Sm 3 / 20 t/h

4 Feuerung und Kessel Die Kesselanlage hat eine stationäre Wirbelschicht-Feuerung mit offenem Düsenboden. Zwei redundante Dosierschnecken fördern den Brennstoff in den Feuerraum. Der Feuerraum / 1. Zug ist im unteren Bereich mit hochleitendem Material ausbetoniert und gesamthaft ca. 30 m hoch. Die resultierende lange Verweilzeit ermöglicht den Ausbrand der Gase vor Eintritt in die Konvektionsflächen. Die Wände des ersten und des zweiten Zuges sind als Verdampferwände geschaltet. Um eine bessere Durchmischung von Abgas und Verbrennungsluft zu erreichen, erfolgen alle Zugaben von Verbrennungsluft und rückgeführtem Abgas (Rezi) leicht tangential. Die Verbrennungsluft wird teilweise als Abwärme aus der Hinterlüftung der Kesselisolation bezogen. Zum Start aus kaltem Zustand sind 2 Brenner installiert. Der Düsenboden der Wirbelschicht ist unten offen mit einem Sandabschluss. So können kontinuierlich Bettasche, Steine und andere Störstoffe aus dem Kessel abgezogen werden. Der 2. Zug enthält Konvektionsheizflächen für Überhitzer und Eco. Der 3. Zug mit einem Mantel aus Blech enthält die restlichen Eco-Heizflächen. Die horizontal liegenden Bündel werden mit Dampf- Russbläsern im gereinigt. Daten: Kesselleistung 42 MW FD- Druck 80 bar FD- Temperatur max. 515 C FD- Temperatur Betrieb 500 C Zündbrenner 2 x 14 MW Bild 2 Feuerungsleistungsdiagramm.

5 Bild 3 Stationäre Wirbelschichtfeuerung und Kessel. Unten rechts: Abnahme Feuerraum im Werk.

6 Abgasreinigung und Entaschung Die Abgasreinigung besteht vornehmlich aus einer Entstaubung. Es wurde ein Gewebe- Schlauchfilter gewählt. Dieser weist bei den vorherrschenden sehr feinen Stäuben eine bessere Abscheideleistung auf als ein Elektroabscheider. Der eingebaute Typ hat 3 Kammern mit je 3 Schlauch-Gruppen. Jeweils eine der neun Gruppen ist nicht durchströmt und wird im Betrieb mittels Druckluft ab gereinigt. Die anfallende Asche wird trocken über Schleusen aus der Anlage abgezogen und pneumatisch in einen Silo gefördert. Der Abtransport erfolgt mittels grossen Silo-Fahrzeugen. Die Bettasche wird durch einen Nass- TKF in Container gefördert. Die Wasserfüllung im TKF schliesst gegen den Unterdruck im Feuerraum. Daten Anzahl Schläuche 810 Dimensionen l x D 10 m x 0.1 m Filterfläche 3800 m 2 Auslegung Rohgas 5000 mg / m 3 Bild 4 Abgasreinigung mit Gewebefilter (links) mit pneumatischer Abreinigung (rechts). Bild 5 Entaschungssystem für trockene Flugasche. maximale Transportgrösse ca. 27 t / Transport, Silogrösse 65 m 3.

7 Energienutzung Ziel der Auslegung ist eine möglichst effiziente Nutzung der Energie «hinter Kessel» durch optimale Stromproduktion und Nutzung der Abwärme nach der Turbine für Fernwärme. Dazu sind folgende Anlagenteile erforderlich: Anlageteil Ziel Grundlage Das HHKW wird wärmegeführt betrieben Das Netz der Fernwärme wird mit gleitender Vorlauftemperatur betrieben. Die Maximaltemperatur beträgt 125 C bei 11 C Lufttemperatur. Neben Kehrichtabwärme, Wärme aus dem Holzheizkraftwerk und Wärmepumpen sind bei sehr tiefen Aussentemperaturen auch Erdgaskessel in Betrieb. Turboguppe Um bei wärmegeführt betriebener Anlage optimale Stromerzeugung zu erzielen, muss die Turbine in einem weiten Abdampfbereich betrieben werden können, sowohl mit Gegendruck- als auch im Unterdruckbereich. Heizkondensatoren Die Wärmeabgabe an die Fernwärme erfolgt zweistufig. Der Abdampfdruck wird durch die benötigte Vorlauftemperatur bestimmt. (Normalerweise im Unterdruck in der ersten Stufe). Muss die Vorlauftemperatur auf über 95 C angehoben werden, erfolgt dies in der zweiten Vorwärmerstufe mit fossiler Energie.

8 Bild 6 Prinzipschema zur Einbindung des HHKW Aubrugg. Turbinendaten Stromerzeugung 11 MW Drehzahl Turbine min 1 Frischdampf 500 C 80 bar Abdampf 0.6 bar Wärmeauskopplung ( Abdampf ) 28 MW

9 Heizkondensator Nachheizer Bild 7 Turbine und Wärmeabgabe. Elektro- und Leittechnik Der erzeugte Strom wird in das 16 kv- Netz der EKZ eingespiesen. Steuerungs- und regeltechnisch ist das HHKW komplett in das Fernwärme-Leitsystem integriert worden (Siemens T 3000). Die hohe Funktionalität des Systems erlaubt eine durchgängige Kontrolle aller Elemente und einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Bild 8 Ansicht Leitraum.

10 Emissionen Folgend ein Auszug aus den Emissionsmessungen und die Monatsmittelwerte der letzten Saison Die Aschen wurden im Vorjahr kontinuierlich analysiert, wobei von jedem Transport eine Probe entnommen wurde.

11 Amtliche Kontrollmessung Ausbrand Aschen Mittelwert aus Messungen über Saison 10 / 11 Flugasche TOC 0.4 % vts Bettasche TOC 0.1 % vts Die tiefen Werte für NOx und CO resultieren aus einer optimalen Feuerung. Ziel der Betriebsführung ist, die NOx- Werte ohne SNCR unter den Auflagewerten zu halten ohne dadurch die CO- Werte und damit die Korrosionsrisiken zu stark zu erhöhen. Wirkungsgrad In den Wintermonaten wird ein Wirkungsgrad von 90 % erreicht. Einzig die Verluste der Feuerung und des Kessels bestehen. Der Jahresnutzungsgrad ist wetter- und klimabeding tiefer und liegt knapp unter 80 %. Eine derartige Feuerung kann nicht wesentlich unter 60 % Last betrieben oder täglich anund abgefahren werden. Der Wärmebedarf eines Fernwärmesystems schwankt aber innerhalb eines Tages um Faktor 2 bis 3. Dies hat zur Folge, dass sich im Tagesrhythmus des stark schwankenden Wärmebedarfs im Frühling und Herbst Lukoverluste einstellen.

12 Betriebsdaten Saison 2013 / 2014 und 2014 / 2015 Einheit Wert 13 / 14 Wert 14 / 15 Holzeinsatz Sm t Flugaschen t Bettaschen ( grossteils Sand ) t Sand für Wirbelschicht inkl. Erstfüllung t Produzierter Strom brutto MWh Gelieferte Fernwärme in das Netz MWh Der Einfluss des warmen Herbst / Winter 2015 / 2015 bewirkt eine kleineren Holzdurchsatz und eine Verschiebung von Wärme zu Strom. Betriebskonzept Bei der Anlagekonzeption wurde darauf geachtet, störungsanfällige Komponenten redundant auszuführen, obwohl die Querung der Autobahn zusätzliche störungsanfällige Übergabestellen erforderte. Hier läuft noch die Optimierungsphase. Hauptaugenmerk ist das Eliminieren bzw. Früherkennen von Fremdkörpern und Verstopfungen bei den Fördereinrichtungen der Hackschnitzel. Ziel ist dabei, dass in der Nacht und an Wochenenden nicht manuell eingegriffen werden muss. Dies hat entsprechend Einfluss auf die Personaldisposition. Betriebswirtschaftlichkeit Das einbezahlte Aktienkapital beträgt 5 Mio CHF, der Rest des Kapitalbedarfs sind verzinsliche Kredite. Die Gesamtinvestitionen beliefen sich auf ca. 70 Mio CHF Die Abschreibungsdauer beträgt 20 Jahre. Unter den derzeitigen Rahmenbedingungen amortisiert sich die Anlage innert 20 Jahren. Ohne Unterstützung durch die Stiftung Klimarappen bzw. Stiftung KliK und den Verkauf des ökologischen Mehrwertes des Stromes (naturemade Star) ist ein derartiges Projekt bei Einsatz von naturbelassenem Holz nicht wirtschaftlich zu betreiben.

13 Ausblick, Risiken Technische Risiken Infolge der hohen Dampfparameter besteht das Risiko von Hochtemperatur- Chlorkorrosion. Diese Kesselparameter lassen eine Nutzung von Altholz nicht zu. Verstopfungen in den Fördersystemen verhindern durchgehenden Betrieb. Speziell die Feinanteile im Holz lösen Verstopfungen aus. Da sie eine hohe Feuchte aufweisen, führen sie zu Anbackungen und im Winter zu Eisklumpen. Aggregatsausfälle bei nicht redundanten Anlageteilen. Wirtschaftliche Risiken Infolge besserer Gebäudeisolation oder anderer Gründe könnte der Wärmeverkauf schneller sinken als neue Kunden gewonnen werden können. Marktpreise der verkauften Energieprodukte sinken schneller als der Preis für Energieholz (derzeitiges Beispiel Strom). Literatur Unterlagen der HHKW Aubrugg AG Unterlagen der Lieferfirmen (Bertsch, Bludenz; Caliqua, Basel und Stag, Maienfeld)