Strom und Wärme aus Frankfurt am Main

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1 Kraftwerksbroschüre Strom und Wärme aus Frankfurt am Main Unsere zuverlässige Energieversorgung für die Rhein-Main-Region

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3 Inhalt Inhalt 05 Strom die alltäglichste Sache der Welt 06 Am Anfang war das Licht 08 Der Neuanfang 10 Was kann ein Heizkraftwerk? 11 Kraft-Wärme-Kopplung ökonomisch und ökologisch sinnvoll 12 Modernste Kraftwerkstechnik für eine saubere Umwelt 13 Die Standorte der Mainova AG Kraftwerksanlagen und Blockheizkraftwerke 14 HKW West 20 HKW Mitte 21 HKW Messe 22 HKW Niederrad 24 Heiz-Kälte-Werk Flughafen 26 MHKW Nordweststadt 28 Biomasse-Kraftwerk Fechenheim 29 Blockheizkraftwerk Palmengarten 30 Die Standorte der Mainova Kraftwerks anlagen und Blockheizkraftwerke 32 Einsatzplanung im Kraftwerk 34 Spannung mit Tiefgang 35 Stadtwerke Glossar 38 Abkürzungen 39 Impressum 3

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5 Strom die alltäglichste Sache der Welt Frankfurts Strom- und Wärmeversorgung wächst und dies schon seit 110 Jahren. In dieser Epoche hat die Mainova AG Millionenbeträge in die eigenen investiert und baut schrittweise eine moderne Infrastruktur auf. Versorgungssicherheit, Klimaschutz und ein verant wortungsbewusster Umgang mit knapp werdenden Ressourcen gehen einher mit innovativen Technologien und moderner Infrastruktur. So werden wir auch zukünftig die Bedürfnisse unserer Kunden optimal erfüllen können. Radiowecker, elektrische Zahnbürste, Föhn, Kaffeemaschine, Toaster und Eierkocher sind nur eine Auswahl elektrischer Geräte, die alleine in der ersten halben Stunde nach dem Aufstehen zum Einsatz kommen. So lange aus dem Radio wecker die Musik ertönt und die elektrische Zahnbürste surrt, denkt normalerweise niemand an Strom. Fällt er allerdings einmal für eine kurze Zeit aus, wird schnell deutlich, wie wichtig Strom für unseren Alltag ist. Rein physikalisch entsteht Strom durch die Nutzung von fossil gespeicherter thermischer Energie (z. B. aus Kohle) oder kinetischer Energie (z. B. aus Windkraft). Aber: Wie genau wird aus herkömmlicher Steinkohle oder Erdgas, aus Wind- und Wasserkraft nun Strom? Was muss passieren, damit die Herdplatte sich erhitzt und die Waschmaschine schleudert? Während wir nur den Lichtschalter betätigen, findet im Hintergrund ein ausgeklügeltes Zusammenspiel von Mensch und Technik statt. Auf den folgenden Seiten möchten wir Ihnen gerne dieses Zusammenspiel näherbringen. Wie Strom und Wärme entsteht, zeigen wir Ihnen am Beispiel unserer Heizkraftwerksanlagen. Schrittweise erklären wir die eingesetzte Technik. Das Spektrum reicht dabei von den Anfängen der öffentlichen Energieversorgung in Frankfurt bis in die Zukunft der Energieversorgung. An unserer eigenen Unternehmensgeschichte können Sie er kennen, dass gesellschaftspolitische Themen wie der Klimawandel ein Teil unserer eigenen Unternehmensphilosophie geworden sind. Waren rauchende Schornsteine in der Vergangenheit ein Symbol für industriellen Fortschritt und Wohlstand, sind heute Rauchgasreinigung und Emissions vermeidung ein Zeichen für Nachhaltigkeit. Gerade für eine Stadt wie Frankfurt ist die Versorgungs sicherheit der Bürger, aber auch für ansässige Unternehmen eine wesentliche Standortfrage. Mit dieser Broschüre wollen wir aufzeigen, wie sich die Mainova AG ihrer unternehmerischen Verantwortung stellt und wie Mainova- ihren Beitrag zu den Klimaschutzzielen Frankfurts leisten. Lothar Huber Asset und Anlagenbau Erzeugung Dr. Klaus Stallmann Betrieb und Instandhaltung Umspannwerk Süd eine der Kuppelstellen, an der sowohl hochgespannter Fremdstrom transformiert und ins Frankfurter Netz eingespeist als auch der an der Leipziger Börse verkaufte Frankfurter Strom ins überregionale Verbundnetz eingestellt wird. 5

6 Am Anfang war das Licht Von den Anfängen der Frankfurter Stromversorgung Mit der Erfindung der Glühlampe revolutioniert Thomas Alva Edison die Straßenbeleuchtung. Auch in Europa gibt diese Erfindung den entscheidenden Anstoß für den Aufbau einer öffent lichen Stromversorgung wird in Frankfurt die Elektrotechnische Gesellschaft gegründet. Ihr Ziel war es, den Nutzen der Elektrizität für Industrie und Technik zu erforschen. Schon im Jahr 1886 haben die Frankfurter darüber diskutiert, ob in der Mainstadt ein Kraftwerk gebaut werden soll. Bei diesen Überlegungen spielt die Systematik eine wichtige Rolle. Lange Jahre dreht sich alles um die Frage Gleichstrom oder einphasiger Wechselstrom. Leopold Sonnemann, Herausgeber der Frankfurter Zeitung, greift mit einer genialen Idee in den sogenannten Frankfurter Systemstreit ein. Angeregt durch die Pariser Weltausstellung, schlägt er der Elektrotechnischen Gesellschaft das Projekt einer internationalen, elektrotechnischen Ausstellung vor. Hierbei sollen einer breiten Öffentlichkeit die Leistungen der beiden konkurrierenden Systeme vorgeführt werden. Strom fließt über eine Strecke von 175 km Begeistert greift die Elektrotechnische Gesellschaft den Vorschlag Sonnemanns auf. Von Mai bis Oktober 1891 haben rund 1,2 Millionen Besucher aus aller Welt das Gelände des ehemaligen Rhein- Neckar-Bahnhofs besucht. Der Höhepunkt ist eine elektrotechnische Demonstration: Im 175 km entfernten Zementwerk Lauffen am Neckar sorgt eine Wasserturbine dafür, dass am Eingang der Frankfurter Ausstellung Lampen glühen. Außerdem treibt Strom eine 100 PS starke Pumpe an. Trotz der beeindruckenden Vorführung setzen die Frankfurter Ingenieure zunächst auf einphasigen Wechselstrom. Nach jahrelangen Verhandlungen fällt die Entscheidung, ein eigenes Kraftwerk zu errichten. In der Sprache der Zeit heißt es: Elektrische Centralanstalt für Beleuchtung und Arbeitsübertragung auf Grund des Wechselstrom-Transformatorensystems mit Sekundärnetz. Am 12. Oktober 1894 werden in der Centrale des ersten öffentlichen Frankfurter Elektrizitätswerkes zum ersten Mal kw Strom erzeugt. Vier Tage später fließt der Strom durch das damals rund 60 km lange Frankfurter Versorgungsnetz. Eine Kilowattstunde des sogenannten Lichtstroms kostet damals 80 Pfennig. Am historischen Standort in der Gutleutstraße sorgt heute das Heizkraftwerk West für Strom und Fernwärme. Um den rasant ansteigenden Strombedarf zu decken, geht die Stadt schon kurz nach der Jahrhundertwende neue Wege. Dringend musste die schwerfällige Kolbendampfmaschine ersetzt werden. Der Grund: Sie konnte nur ungefähr vier Prozent der Brennstoffenergie in Strom umsetzen. Das entspricht einer mageren Nutzleistung von 500 kw. Deshalb gibt Frankfurt die bis dahin größte Dampfturbine der Welt in Auftrag. Diese bringt es damals schon auf eine Leistung von PS (2.200 kw). Bis 1912 kommen weitere Dampfmaschinen hinzu, sodass die Gesamtleistung zu diesem Zeitpunkt bei rund kw liegt. Vom Wechselstrom zum Drehstrom Im Frankfurter Systemstreit setzt sich der einphasige Wechsel - strom durch. Um Frankfurt herum sieht es jedoch anders aus: Hier dominiert Drehstrom. Das Frankfurter Modell entpuppt sich als unrentable Insellösung erfolgt die längst fällige Umstellung des Stadtnetzes auf Drehstrom. Infolgedessen kann mit PreussenElektra ein erster Fremdstrom liefer vertrag abgeschlossen werden. Die kontinuierliche Strom versorgung der Frankfurter Kunden ist nun endgültig gewährleistet. In den Jahren 1926 bis 1930 steigt die Kraftwerksleistung weiter an. Ab 1928 werden die ersten Ein richtungen mit Fernwärme versorgt. Unikliniken und Hafen betriebe erhalten eigene Anschlüsse. Dabei wird ein Teil der Abwärme über eine Rohrleitung zu den Kunden transportiert. Gleichstrom: Ist wegen hoher Transportverluste nur für kurze Übertragungswege geeignet. Gleichstrom lässt sich jedoch in Batterien speichern. Die Stromproduktion kann zeitweilig aussetzen. Einphasiger Wechselstrom: Hat gegenüber Gleichstrom weniger Transportverlust. Als Niederspannungsstrom mit nur 123 Volt ist kein Anschluss an ein überregionales Verbundnetz möglich. 6

7 Kraftwerk West in der Gutleutstraße um Kraftwerk West um Maschinenhaus im Kraftwerk West um

8 Der Neuanfang Nach dem Zweiten Weltkrieg steigt der Energiebedarf in Frankfurt stark an. Trotz der verdoppelten Kraftwerksleistung muss zusätzlicher Strom gekauft werden. Schnell ist den Stadtplanern klar: Die Frankfurter müssen erneuert und erweitert werden wird das Heizkraftwerk West erweitert. Es folgen vier weitere Ausbaustufen. Da der Platz begrenzt ist, müssen zuvor die alten Anlagen demontiert werden. Der alte Maschinenpark bekommt zwei neue Turbinen mit 10 bzw. 20 MW elektrischer Leistung. Wachsender Energiebedarf Auch in den 1960er-Jahren wird die Leistung des HKW West stufenweise ausgebaut. Doch kaum sind neue Blöcke in Betrieb, wächst der Strombedarf verbrauchen die Fankfurter erstmals über eine Milliarde Kilowattstunden. 42 Prozent dieses Bedarfs können durch eigene gedeckt werden entstehen in der Gutleutstraße die beiden baugleichen Blöcke zwei und drei. Jeder Block bringt eine Leistung von 69 MW (el.). Fünf Jahre später kommt eine Gasturbinenanlage mit 99 MW (el.) hinzu wird Block eins in Betrieb genommen entsteht in der Allerheiligenstraße ein Außenwerk des HKW West folgt die Turbinenstation Wilhelm- Leuschner- Straße. Und schon 1967 geht das HKW Nordweststadt ans Netz. Außerdem versorgen drei Heizwasserkessel am Kraftwerksstandort Niederrad die Kunden in der benachbarten Bürostadt mit Fernwärme. Schrittweise wird aus dem alten Niederräder Heizwerk ein hochmodernes Heizkraftwerk erhält es eine leistungsstarke Gas- und Dampfturbinen-Anlage (GuD) liefert das HKW Messe Fernwärme und zwei Jahre später auch Strom nimmt das Heiz-Kälte-Werk am Flughafen seinen Betrieb auf. In den Folgejahren wird dieses zur größten Anlage ihrer Art in Europa ausgebaut entsteht das Biomasse-Kraftwerk Fechenheim als Gemeinschaftsprojekt mit dem Holzentsorger WISA beträgt die Leistung bereits 68 MW wird das HKW Nordweststadt mit der im Zeitraum modernisierten Abfallverbrennungsanlage als gemeinsames Müllheizkraftwerk betrieben. Nun können jährlich Tonnen Müll CO 2-neutral in Strom und Wärme umgewandelt werden. 8

9 Aktuelle Infrastruktur der Strom- und Wärmeversorgung Daten und Fakten Strom 2010 Stromverkauf Konzern (in Mio. kwh) Eigen- und Betriebsverbrauch (in Mio. kwh) 104 davon Heiz-Kälte-Werk (in Mio. kwh) 35 davon Straßenbeleuchtung (in Mio. kwh) 26 Leitungslänge Netzgebiet Frankfurt* (in km) davon HAL (in km) 627 Leitungslänge Netzgebiet Hanau* (in km) davon HAL (in km) 162 Hausanschlüsse** (Netzgebiet Frankfurt, Stück) Hausanschlüsse** (Netzgebiet Hanau, Stück) Stromzähler (Netzgebiet Frankfurt, Stück) Stromzähler (Netzgebiet Hanau, Stück) Stromleuchten (Netzgebiet Frankfurt, Stück) * Kabel, Hausanschluss-, Straßenbeleuchtungs- und Freileitungen (ohne LWL-Kabel) ** Kabel- und Freileitungshausanschlüsse Wärme 2010 Wärme-/Kälteverkauf Konzern (in Mio. kwh) davon Kältelieferung Flughafen (in Mio. kwh) 123 Hausanschlüsse (Netzgebiet Frankfurt, Stück)* Wärmezähler (Netzgebiet Frankfurt, Stück) Wärmezähler (Netzgebiet Hanau, Stück) Mitarbeiter im Mainova-Konzern (Stand 2010) Hausanschlüsse Strom und Erdgas in Frankfurt und Hanau Hausanschlüsse Trinkwasser in Frankfurt und Hanau Straßenleuchten Strom und Erdgas Netzlänge Erdgas in Frankfurt und Hanau * Fern- und Nahwärme 9

10 Was kann ein Heizkraftwerk? Prinzipiell funktioniert ein Heizkraftwerk wie ein normaler Hausofen, der einen Raum erwärmen soll oder Wasser zum Kochen bringt. Natürlich sind die Dimensionen anders, aber zunächst wird schlichtweg ein Energieträger verbrannt. Das kann Erdgas oder fein gemahlene Steinkohle sein. Möglich sind auch Hausmüll und Holzabfälle, wie sie im Müllheizkraftwerk oder letztere im Biomasse-Kraftwerk in Fechenheim verbrannt werden. In einem Heizkessel wird anschließend Wasser in Dampf umgewandelt. Über ein Rohrleitungssystem gelangt dieser mit hohem Druck auf die Schaufeln einer Turbine. Die Turbine wiederum treibt den Generator an. Der so erzeugte Drehstrom hat eine Frequenz von 50 Hz. Dieser wird über Blocktransformatoren hochgespannt und via Umspannwerk ins Stromnetz eingespeist. Die Besonderheit eines Heizkraftwerkes besteht darin, dass ein Teil der Dampfmenge ausgekoppelt und in ein Ferndampfnetz eingespeist wird. Durch die Rohrleitungen strömt Dampf zu den Heizanlagen der Kunden. Benötigen die Kunden im Sommer weniger Wärme, wird der dann überschüssige Dampf über Turbinen geleitet und zur weiteren Stromerzeugung eingesetzt. Die Mainova AG besitzt Turbinenstationen in den Heizkraftwerken Mitte (Allerheiligenstraße) und Messe. Diese dienen der Stromerzeugung. Dampf wird dort von einer höheren Druckstufe auf Niederdruck entspannt. Eine immer häufiger verwendete Alternative zur Fernwärmeversorgung durch Dampf ist die Versorgung mit Fernheizwasser. Bei dieser Technik wird die Wärmeenergie des ausgekoppelten Dampfes bereits im Heizkraftwerk durch Wärmetauscher auf einen Wasserkreislauf übertragen. Wie ein Heizkraftwerk funktioniert Kessel Turbine Generator Kondensator Kühlturm Transformator Fernwärme Strom Von Mainova eingesetzte Energieträger: Steinkohle Erdgas Leichtes Heizöl Haus- und Gewerbemüll Biomasse Pumpe Heizkondensator Kundenanlage Das Prinzip des Drehstromgenerators Ein elektrischer Generator besteht aus dem rotierenden Läufer mit einem Feldmagneten und dem feststehenden Gehäuse, dem sogenannten Ständer. In einem Drehstromgenerator werden gleichzeitig drei Wechselspannungen erzeugt, wobei die drei kreisförmig angeordneten Induktionsspulen im Ständer um jeweils 120 Grad versetzt sind. Daher erreichen die induzierten Wechselspannungen innerhalb einer Periode (= 1/50stel Sekunde, siehe nebenstehenden Stromkurvenverlauf) zeitlich versetzt ihren Höchstwert. W S N U 2 V 2 U 1 V 1 Spannung U1 V1 W1 1 / 50 s Zeit Winkel W 1 10

11 Kraft-Wärme-Kopplung ökonomisch und ökologisch sinnvoll Stellen Sie sich vor, Sie nehmen einen Apfel, beißen zwei-, dreimal hinein und werfen den Rest einfach weg... Dieses Beispiel beschreibt den Wirkungsgrad in manchen, vorwiegend ältereren Kondensationskraftwerken. Hier wird zwar Strom erzeugt, allerdings bleibt mehr als die Hälfte der gewonnenen Energie ungenutzt. Als riesige Dampfwolke entweicht sie dem Kühlturm. Im Gegensatz hierzu wird bei der Kraft-Wärme-Kopplung um bei dem eingangs erwähnten Beispiel zu bleiben der Apfel bis auf einen kleinen Rest fast vollständig verzehrt: KWK-Anlagen produzieren neben Strom auch Wärme und erreichen einen Brennstoffnutzungsgrad von bis zu 90 Prozent, je nachdem welche Technik eingesetzt wird. KWK ist die gleichzeitige Nutzung von Wärme und Strom. KWK-Vorteile im Überblick Heizkraftwerke produzieren verbrauchsnah und speisen ihre Leistung (Strom und Wärme) in räumlich konzentrierte Versorgungsnetze ein. Da ein guter Teil der Stromkosten auf Transport und Verteilung entfällt, sorgen kurze Transportwege für ein günstigeres Preisniveau. KWK-Anlagen gewinnen aus 100 Prozent fossiler Primärenergie bis zu 90 Prozent Nutzenergie (Strom, Heiz- und Prozesswärme). KWK trägt entscheidend zur Reduzierung klimaschädlicher Emissionen (vor allem CO 2) bei. KWK nutzt einen Teil der Primärenergie, die zur Wärmeversorgung von Privathaushalten eingesetzt werden muss, zusätzlich zur Stromerzeugung; Strom stellt sozusagen ein hochwertiges Abfallprodukt aus der Wärmeerzeugung dar. Wärmeversorgung durch KWK-Anlagen macht Einzelfeuerungsanlagen und Hauskamine überflüssig und erspart der Umwelt deren ungefilterte und mit Schadstoffen belastete Abgase. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten KWK-Anlagen kommen idealerweise überall dort zum Einsatz, wo Fern- und Nahwärmesysteme vorhanden sind, die eine flächendeckende, aber auch punktuelle Wärmeversorgung ermöglichen: zur Bereitstellung von Prozesswärme für Industrie, Gewerbe, Landwirtschaft und Gartenbau, zur Wärmeversorgung einzelner Wohn- und Bürogebäude, für Kaufhäuser oder öffentliche Einrichtungen wie z. B. Schwimmbäder oder Krankenhäuser, zur gleichzeitigen Wärme- und Stromversorgung von kom - pletten Neubaugebieten oder Industrie- und Gewerbeparks durch sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW). KWK-Anlagen in allen wirtschaftlich sinnvollen Größenordnungen Die Bandbreite reicht von riesigen Dampfturbinenanlagen mit bis zu mehreren Hundert Megawatt bis hin zu Motor-BHKWs mit 3 kw elektrischer Leistung und 10 kw thermischer Leistung. Letzteres ist ungefähr so groß wie eine Waschmaschine. Eine Besonderheit sind Gasturbinen-Anlagen. Diese können nämlich innerhalb weniger Minuten auf Volllast-Betrieb hochgefahren werden. 11

12 Modernste Kraftwerkstechnik für eine saubere Umwelt Rauchende Schornsteine gelten noch in den 1980er-Jahren als Symbol für Wohlstand. Frühe Aufnahmen von n mit qualmenden Schloten lassen uns heute nur vage das Ausmaß der Umwelt belastung erahnen. Strom- und Wärmeerzeugung in ihren Anfangsjahren waren nach heutigem Maßstab umweltbelastend. Die 1928 errichteten Kessel des Kraftwerks West haben zwar Staubabscheider, doch es gibt keine aussage fähigen Messergebnisse, wie wirksam diese gearbeitet haben. Saurer Regen und Waldsterben sind Schlagwörter der 1980er-Jahre, die zum Synonym für eine industriell verusachte Umweltverschmutzung werden. Die öffentliche Debatte in diesem Jahrzehnt führt zu einem steigenden Umweltbewusstsein in Deutschland. Klimaschützer fordern wirksame Emissionsbegrenzungen. Diese gelten vornehmlich für Staub, Schwefeldioxid (SO 2) und Stickstoffoxid (NO X). Heute müssen wir als Kraftwerksbetreiber viele gesetzliche Bestimmungen und Regelwerke einhalten. Die wichtigsten können Sie der nebenstehenden Tabelle entnehmen. Viele dieser Bestimmungen werden bereits beim Bau und bei der Modernisierung von Kraftwerksanlagen berücksichtigt. Weitere Vorschriften betreffen direkt die Erzeugung von Strom und Wärme. Da wir Abluftanlagen gemäß dem jeweiligen Stand der Technik einsetzen, liegen die Emissionswerte unserer Heiz kraftwerke deutlich unter den zulässigen Höchstwerten. So haben wir einige Werte gegenüber den 1980er-Jahren um über 90 Prozent gesenkt. Mittlerweile ist Umweltschutz für uns alle ein selbstverständliches Anliegen. Unsere Mitarbeiter arbeiten engagiert und mit hoher Innovationskraft daran, damit wir helfen die Emissionsziele der Stadt Frankfurt zu erfüllen. Im Vordergrund steht die Umwelt Emission Gesetzl. Bestimmungen Behördliche Auflagen Wärme (Kühlwasser, Kühlluft) BImSchG* Wasserhaushaltsgesetz Kühlverfahren, Wärmelastplan Temperaturnachweis Schall BImSchG, TA Lärm** Schallschutzgutachten, Schallschutz Chemische Rückstände (Abwässer) CO2, CO, SO2, NO X, Staub (im Rauchgas) Verbrennungs- und Prozess-Rückstände: Asche, Asche-Gips- Gemisch, Schlacke BImSchG Wasserhaushaltsgesetz, Landeswassergesetz BImSchG, TA Luft*** Großfeuerungsanlagen- Verordnung Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (Krw.-AbfG.) Neutralisierung, Klärung Immissionsschutzgutachten, Kaminhöhen, Brennstoffwahl, Entschwefelung, Entstickung, vollständige Verbrennung Nachweispflicht, Deponie, Wiederverwertung * Bundes-Immissionsschutzgesetz ** Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm bzw. *** zur Reinhaltung der Luft Frankfurt ist Gründungsmitglied des Klima-Bündnisses europäischer Städte und hat sich zum Ziel gesetzt, die CO 2-Emissionen alle fünf Jahre um zehn Prozent zu senken. 12

13 Die Standorte der Mainova AG Kraftwerksanlagen und Blockheizkraftwerke BHKW Brandhöfchen MHKW Nordweststadt BHKW Oberer Ornberg BHKW Sossenheimer Weg BHKW Palmengarten HKW Messe Frankfurt am Main HKW Mitte Biomasse-Kraftwerk Fechenheim BHKW Helmholtzschule HKW West HKW Niederrad BHKW Landessportbund Heiz-Kälte-Werk Flughafen Ein starker Partner für die Region Als moderner Energiedienstleister, traditionell verwurzelt in der Stadt Frankfurt und ihrem Umland, liefert die Mainova AG die Energie für die Lebensqualität und Wirtschaftskraft der ganzen Region. Genauso zuverlässig, wie es die Privat- und Geschäftskunden an einem der anspruchsvollsten Standorte Deutschlands, dem Rhein-Main-Gebiet, erwarten. 13

14 HKW West Seine heutige Optik erhält das HKW West bereits Ende der 1980er-Jahre. Die neuen Blöcke 2 und 3 erbringen jeweils bis zu 69 MW elektrische und 105 MW thermische Leistung. In den Anlagen wird zurzeit deutsche und kolumbianische Steinkohle verfeuert. Große Schiffe, aber im Bedarfsfall auch Bahnwaggons bringen das schwarze Gold nach Frankfurt. Langfristige Lieferverträge garantieren ein hohes Maß an Versorgungssicherheit. Wie das Innenstadt-Fernwärmenetz funktioniert Dampfnetz Innenstadt H City West Kessel HKW Messe Messestrang Messe Frankfurt HKW West H M6 Eigenverbrauch Mainova Nizzastrang West Süd Ost Industrie Uniklinik 14

15 Luminale. Das HKW West, aufgenommen von der Sachsenhäuser Mainseite. Durch die Gasturbine in Block 4 können zusätzlich Spitzenlasten abgedeckt werden. Sie kann im Bedarfsfall innerhalb weniger Minuten hochgefahren werden und eine elektrische Leistung von 99 MW zur Verfügung stellen. Das 500 Grad heiße Rauchgas erzeugt in einem nachgeschalteten Abhitzekessel Dampf. Mit einer Leistung von 160 MW wird dieser ins Fernwärmenetz der Innenstadt eingespeist. Das HKW West stellt zusammen mit den Außenwerken HKW Mitte (Allerheiligenstraße) und HKW Messe einen Verbund dar. Die Fernwärme gelangt über zwei Leitungstrassen ins innerstädtische Dampfnetz (s. Grafik). Eine dieser Trassen verläuft unter dem Gleisfeld des Hauptbahnhofs zum Messegelände. Die zweite verläuft parallel zum nördlichen Mainufer. Eine Abzweigung führt über den Main und versorgt das Universitätsklinikum. Der Fernwärmedampf verlässt das HKW West mit einem Druck von 18 bar. In der unten angeführten Grafik können Sie ablesen, wie der Gesamtkreislauf im Leitungsverbund aufgebaut ist und wie der Dampfdruck sich schrittweise verändert. Insgesamt gelangt die erzeugte Wärme über das insgesamt 42 km lange Innenstadtnetz zum Kunden. Technische Daten HKW West Ost 3 Ost 2 Ost 1 Baujahr elektrische Leistung thermische Leistung Maschine MW Dampfumformstation Ostend H HKW Mitte Maschine MW Block MW 105 MW Block MW 105 MW Block MW 150 MW Kessel Deutschherrnviertel Dampfleitung 18 bar Dampfleitung 7 bar Heizwasser-Leitung Dampfleitung 9 bar Dampfleitung 3,5 bar 15

16 Blick in die Schaltwarte des HKW West. Alles im Blick, alles im Griff werden gefahren inzwischen jedoch fast nur noch per Mausklick. Vom Leitstand aus kontrolliert das Fahrpersonal mit einem Prozessrechner die verschiedenen Automatisierungssysteme und -ebenen. Sämtliche Informationen können dabei bequem am Bildschirm überwacht werden. Damit alles reibungslos funktioniert, arbeiten im Hintergrund mehrere Tausend Komponenten zusammen. Motoren, Stellantriebe, Ventile und Armaturen liefern rund um die Uhr Daten. Diese Betriebszustände bildet das System ab. Obwohl Teilprozesse voll ständig automatisiert sind, können sie jederzeit vom Personal direkt angesteuert und beeinflusst werden. Modernste Kommunikations- und Automatisierungstechnologie garantiert den sicheren, störungsfreien und wirtschaftlichen Ablauf des Kraftwerkbetriebes. HKW West vereinfachtes Anlagenschaltbild Block 2 Block 3 Turbine 2 Turbine 3 Kessel 2 Kessel 3 Messe- Leitung Maschine 4 Reduktion 3 Reduktion 4 18 bar Universität Industrie 16

17 Direkter Blick auf den Dampfaustritt über dem Kondensator im Inneren der Schallschutzhaube. Maschinenhaus im Turbinenflur mit Schallschutzhaube. Kein Dampf ohne Wasser und ohne Dampf keine Wärme. Um Korrosionen und Ablagerungen zu vermeiden, ist ein salzfreies Speisewasser notwendig. Andernfalls würden Salze und organische Substanzen die Lebensdauer von Turbinen und Leitungen deutlich verkürzen. Da im Wasserdampfkreislauf Verluste entstehen, müssen diese immer wieder ersetzt werden. Um Speisewasser herzustellen, wird herkömmliches Trinkwasser entsalzt. Dies ge schieht durch Ionenaustausch. Hierdurch werden alle Salze so weit entfernt, dass nur noch Spuren im Bereich von we ni gen μg/l (millionstel Gramm pro Liter) vorhanden sind. Ein wesentliches Qualitätskriterium ist die Leitfähigkeit des Wassers. Hier werden Messwerte nahe null erzeugt. Fernheizdampf kommt vom Kunden als Kondensat in das Heizkraftwerk zurück. Trotz des geschlossenen Leitungsnetzes kann dieses Wasser jedoch Verunreinigungen enthalten. Diese entstehen durch Luftzutritt, defekte Wärmetauscher oder Korrosionsprodukte. Deswegen wird das Kondensat zunächst mechanisch gefiltert. Anschließend fließt es über Ionenaustauscher. Die Wasserqualität wird ständig online überwacht. G = Generator Block 4 Bypass Gasturbine Abhitzekessel 18 bar-sammelschiene Nizza Leitung Maschine 6 Anfahrreduktion Nur sichere Anlagen garantieren eine sichere Versorgung Der Maschinenpark eines Kraftwerks ist extremen Materialbelastungen ausgesetzt Betriebsstunden pro Jahr gehen nicht spurlos an den Maschinen vorbei. Allein der 30 Tonnen schwere Turbinenläufer dreht sich während dieser Zeit ca. 1,4 Mrd. mal. Deshalb erfolgen neben den jährlichen Revisionen alle neun bis zehn Jahre die sogenannte Großrevision. Dabei wird die Anlage über einen Zeitraum von einem Vierteljahr komplett zerlegt. Rund 50 interne und externe Spe zialisten untersuchen nahezu sämtliche Einzelteile. Je nach Verschleiß werden diese er neuert und wieder zusammengesetzt. Eine solche Revision kostet rund zwölf Millionen Euro. 3,5-bar-Stadtnetz 17

18 Funktionsschema Rauchgasentschwefelung Verbrennungsluft zum Kessel Rauchgas Ammoniakverdüsung Strömungsgleichrichter Luftvorwärmer Katalysator Mischer DENOX-Reaktor Rauchgas zur Rauchgasentschwefelungsanlage Frischlüfter Verbrennungsluft Ammoniaktank Verdampfer Kraftwerk Rauchgas Wasser H 2 O Rauchgas Gewebefilter Saugzug Rückstandsilo Kalk Ca(HO) 2 Kalksuspension Saubere Luft Wo Kohle verbrannt wird, entstehen neben Kohlendioxid auch Stickoxide, Schwefeldioxid und Staub. Deswegen muss das Rauchgas gereinigt werden. Die Kesselanlagen der Blöcke 2 und 3 sind mit Brennern modernster Bauart ausgestattet. Diese sorgen für eine hocheffiziente und gleichzeitig stickoxidarme Verbrennung der Kohle. Zusätzlich werden dem Rauchgas mit großen Katalysatoren die verbliebenen Stickoxide entzogen. Durch eine chemische Reaktion bleiben am Ende des Prozesses noch Wasser und Stickstoff übrig. In der Entschwefelungsanlage werden die Rauchgase mit Kalkmilch besprüht. Schwefeldioxid reagiert mit dem Kalk überwiegend zu Sulfit, einer Vorstufe von Gips. Das Verfahren hat dabei einen positiven Nebeneffekt: Das Endresultat dient in der Landwirtschaft als Düngemittel. In den Blöcken 2 und 3 fallen jeweils bis zu m³ Rauchgas in der Stunde an. Darin enthalten sind zwischen und mg/m³ Schwefeldioxid. Die im Rauchgas enthaltenen Staub- und Flugaschepartikel werden in zwei weiteren Reinigungsstufen ausgefiltert. In der ersten Stufe durchströmt das Rauchgas einen Elektrofilter. Dort werden die Staubteilchen elektrostatisch aufgeladen und lagern sich an den Elektroden großen Metallplatten an. Ein regelmäßiges Abklopfen dieser Platten lässt den Staub in darunter liegende Auffangtrichter rieseln. Auch dieses vermeintliche Abfallprodukt erfüllt einen Zweck: Es wird als Zuschlagsstoff für Zement weiterverwendet. In der zweiten Reinigungsstufe scheiden hochwirksame Gewebefilterschläuche die Entschwefelungsprodukte und restliche Staubpartikel aus dem Rauchgas. Mit einem Reststaubgehalt von 8 bis 10 mg/m³ liegt das HKW West um mehr als 50 Prozent unter dem gesetzlichen Grenzwert von 20 mg/m³. Alle durch die Mainova AG betriebenen Heizkraftwerke arbeiten auf höchstem umwelttechnischen Niveau. Wir setzen alles dafür ein, um Emissionen zu vermindern. Dieses Prinzip ist ein Teil unserer Nachhaltigkeitsstrategie. 18

19 Kohleförderband. Von hier gelangt die Kohle in den Tagesbunker. Vom Schiff zum Kessel Der offene Kohleumschlag ist seit 1985 Vergangenheit. Ein geschlossenes Kohlesilo- und Transportsystem verhindert, dass beim Löschen der Schiffs- oder Bahnladungen und zwischen Silo und Kohlemühlen im Inneren des HKW West Kohlestaub nach außen gelangt. Die unmittelbare Umgebung wird dadurch nicht beeinträchtigt. Mittlerweile hat der Westhafen ein neues Gesicht. Auch die Kohleumschlagstation ist mittlerweile behutsam in das optische Erscheinungsbild des neuen Quartiers integriert. Die neue Entladestelle arbeitet wie gewohnt staubfrei und transportiert die Kohle über ein geschlossenes System mitten durch einen Bürokomplex. Unterer Teil des Sprühabsorbers. Ankunft in Frankfurt. Direkt vom Schiff wird die Kohle durch den Kohleentlader über das Förderband in den Tagesbunker geleitet. 19

20 HKW Mitte Das HKW Mitte ist ein typisches Beispiel für die Industriearchitektur der 1950er-Jahre. Es besteht aus einem Stahlbetonskelettbau mit geschosshohen Fensterflächen hin zur Straße. Als Außenwerk des HKW West unterstützt es seit 1953 die Ferndampfversorgung der Innenstadt. Seit 1986 wird die Anlage anstelle von Kohle mit Erdgas befeuert. Für die kalten Tage im Jahr Heute ist das Kraftwerk fast nur in den Wintermonaten in Betrieb. Im Sommer reicht die Wärme, die das HKW West erzeugt. In der Regel wird das HKW Mitte nur bei Bedarf ans Netz genommen. Dies kann vorkommen, wenn sich ein außerplanmäßig hoher Bedarf abzeichnet oder bei Störungen in anderen n. Außerdem dient es als Ersatz, wenn im HKW West die bereits beschriebenen Revisionen anstehen. Die Anlage selbst besteht aus drei Baugruppen: Dampfhochdruck-, Dampfniederdruck- und Kondensatsystem. Im Hochdruckteil können pro Stunde 28 Tonnen Dampf erzeugt werden. Im Niederdruckverteiler wird der Dampf auf 3,5 bar entspannt. Bei diesem Vorgang entsteht ein willkommenes Nebenprodukt: Strom. Der verbliebene Dampf strömt dann in die Fernwärmeleitungen der Innenstadt. Ein wichtiger Abnehmer sind die Gebäude im Deutschherrnviertel (ehemaliges Schlachthofgelände). Dieses bezieht aus der Dampfumform station Ostend Heizwasser. Das Kondensatsystem besteht aus zwei Behältern. Dort wird das zurückfließende Kondensat gesammelt und in den Wasserdampfkreislauf zurückgeführt. Das HKW Mitte hat eine Leistung von 75 MW Wärme und 4 MW Strom. Technische Daten HKW Mitte Baujahr Maschine 1955 Dampfreduzierstation Gegendruckturbine H 1 Baujahr Kessel / 3,5 bar Fernheiznetz elektrische Leistung 4 MW thermische Leistung 58 MW 20

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