Nutzung industrieller Niedertemperatur-Prozessabwärme durch die Stadtwerke Karlsruhe GmbH zur Wärmeversorgung der Stadt Karlsruhe

Transkript

1 PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK

2 PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 2

3 Gliederung 1. Vorstellung Projektpartner 1.1 Wärmequelle: Mineralölraffinerie Oberrhein GmbH & Co. KG (MiRO) 1.2 Wärmesenke: Stadtwerke Karlsruhe GmbH (SWK) 2. Von der Idee zur Realisierung 2.1 Vorstudie 2.2 Absichtserklärung, Vertragskonstruktion 2.3 Bau der Quellwärmetauscher und der Transportleitung 2.4 Einbindung in der Heizzentrale 3. Erste Ergebnisse des Betriebs 4. Das Umweltinvestitionsprogramm der Bundesregierung 5. Die Vorzüge des Projekts PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 3

4 1. Vorstellung Projektpartner 1.1 Wärmequelle: Mineralölraffinerie Oberrhein GmbH & Co. KG (MiRO) - MiRO Deutschlands größte Kraftstoffraffinerie und eine der modernsten und leistungsfähigsten Raffinerien in Europa mit mehr als Mitarbeitern - Zusammenschluss der beiden Raffinerien OMW und Esso - Gesellschafter 32,25 % Shell Deutschland Oil GmbH, 25 % ESSO Deutschland GmbH, 24 % Ruhr Öl GmbH, 18,75 % CONOCO Philips Continental Holding GmbH - Verarbeitungskapazitäten 14,9 Mio. t Rohöldestillationsanlagen; Erzeugung von 5,2 Mio. t Benzin und 6,7 Mio. t leichtem Heizöl und Dieselkraftstoff in 2006; Größe des Raffineriegeländes 458 ha PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 4

5 1.2 Wärmesenke: Stadtwerke Karlsruhe GmbH (SWK) - eines der größten kommunalen Stadtwerke in Baden-Württemberg (über Mitarbeiter) - hoher Stellenwert der umweltbewussten Energieversorgung (2006 Auszeichnung Land Baden-Württemberg für besondere Leistungen im Umweltschutz, 2010 Umweltpreis des Landes Baden-Württemberg in der Kategorie Dienstleistung ) - Gesellschafter: 80 % kommunale Holding KVVH, 20 % EnBW AG - Leistungsspektrum: Versorgung mit den Energien Strom, Gas und Fernwärme sowie mit Trinkwasser, verschiedene Contracting- und Consultingangebote, Telekommunikation - Versorgung von rd Wohnungen und verschiedenen öffentlichen Einrichtungen, Geschäftshäuser und Unternehmen in Karlsruhe mit Fernwärme - jährliche Netzabgabe von über MWh - Fernwärmebezug zur Zeit aus Rheinhafen-Dampfkraftwerk der EnBW, Eigenerzeugung im Heizkraftwerk West, Heizwerk Ahaweg und Heizwerk Waldstadt - hierzu in Ergänzung gemeinsam mit der Firma MiRO Mineralölraffinerie Oberrhein GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Nutzung großer Mengen bisher bei der Firma MiRO an die Umwelt abgegebener Niedertemperaturwärme PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 5

6 2. Von der Idee zur Realisierung Anfang 2004 wurde bei einem Treffen eines MiRO- und eines Stadtwerke-Mitarbeiters beiläufig die beim Raffinerieprozess entstehende Abwärme angesprochen und spontan entschieden, eine grobe Abschätzung von Menge und Temperaturniveau vorzunehmen: Die ersten Überschlagsrechnungen waren ermutigend! Die beiden Mitarbeiter haben daraufhin die Sache etwas ernster untersucht. Technisch war man sich schnell einig, dass da ein erhebliches nutzbares Potenzial für die Fernwärmeversorgung schlummert und so mussten die Entscheidungsträger beider Unternehmen mit der Idee infiziert werden. Im Frühjahr 2006 wurde die Durchführung einer externen Vorstudie zur Realisierbarkeit vergeben mit folgendem Ziel: Untersuchung der technisch-wirtschaftlichen Machbarkeit einer Ergänzung der Fernwärmeversorgung der Stadt Karlsruhe durch Nutzung von Prozessabwärmemengen der MiRO zur Heizwassererwärmung Die Untersuchung war technisch erforderlich, da in Deutschland bisher keinerlei vergleichbare Anlagen in Betrieb sind. PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 6

7 2.1 Ergebnisse der Vorstudie - Aufgrund der Lage der Raffinerie muss eine 5 km lange Transportleitung für die Wärmelieferung von Raffineriegelände bis zur Einspeisestelle ins FW-Netz gebaut werden - Für beide Werkteile liegen Abwärmepotenziale von jeweils rund 40 MW vor - Gestuftes Vorgehen: Erste Stufe im Werkteil 2 (ehemals Esso); bei Erfolg Ausweitung auf Werkteil 1; Einbindung in den Raffinerieprozess nur während turn-around (alle 4 5 Jahre) möglich - Verbindungsleitung so dimensioniert, dass gesamte Abwärmeleistung transportiert werden kann - Raffinerieprozess hat Primat, d.h.: Bei Problemen mit der Wärmeauskopplung wird diese zurückgefahren - Bei SWK muss die Möglichkeit zur Notkühlung überschüssiger Wärmelieferungen möglich sein PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 7

8 Verbindungsleitung von der Raffinerie MiRO ins HKW West der SWK; Länge ca. 5 km; KMR mit DN 600; Vorlauftemperatur 120 C Rücklauftemperatur 70 C Druck PN 16 Bauzeit ca. 2,5 Jahre PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 8

9 Identifizierte Quellen in den beiden Werkteilen: WT1 Pos. Nr. Benennung CHD A-D MD-Rückfluss -LK 4,6 FCC E-F OZR -LK 1, A-D LCGO -LK 6, A-B S-B-I-Umlauf -LK 5,3 Leistung [MW] Top Top-ORZ -LK 10,1 Vak /76 Umwälzwasser WT 5,6 Top Kerosen-LK 3,6 Vak A/B VSD-Reflux 1,6 Summe WT1 39,2 WT2 Pos. Nr. Benennung Leistung [MW] Top3 E-111C VSO Pumparround 18,3 CHD6 E-1004 GÖ Kühler 3,0 Ref. 4 E 407 C NHD5 E-2706 DESO4 E-1806 Effluent- Schlusskühler 4,6 E-411 Schlusskühler 3,1 NHD5 Schlusskühler T-1802 Kopfkondensator 2,5 2,0 CHD7 E-808 Schlusskühler 5,1 Summe WT 2 Gesamtsumme: rund 80 MW 38,6 Turn-around 2011 Turn-around 2009 PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 9

10 Aus betrieblichen Gründen wurden die Quellen in drei Kategorien unterteilt: A-Quellen, die in Betrieb bleiben sollen. B-Quellen, die durch vorhandene Regelung kurzfristig ohne Auswirkungen auf den Prozess variieren können. C-Quellen, die zur Anpassung an die Grundlast ab- bzw. zugeschaltet werden können. PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 10

11 PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 11

12 Investitionsvolumen - Gesamtinvestitionsvolumen etwa 29 Mio. - auf dem Gelände der MiRO Anbindung der einzelnen Wärmequellen (insbesondere für Wärmeüberträger und Leitungsverlegungen) mit Investitionen von etwa 14 Mio. - Transportleitung zum HKW West, Investitionen von ca. 10 Mio. - 5 Mio. entfallen auf die Einbindung (Wärmeüberträger) und die Rückkühlvorrichtung im HKW West sowie die leittechnische Anbindung Projektrisiken - keine Erfahrungswerte - Rückkopplungen auf den Produktionsprozess durch die zusätzlichen Wärmeüberträger möglich - Fernwärmebedarfsschwankungen dürfen keinerlei nachteilige Auswirkungen auf stabilen Raffineriebetrieb haben (aufwändige Regelungstechnik zur Anpassung des Heißwasserstroms; bestehendes System zur Abwärmeabfuhr weiterhin ständig betriebsbereit; Vorhaltung eines Rückkühlsystems im HKW West zur Lastregulierung) - Infiltration möglicher Schadstoffe in die Transportleitung oder das städtische Fernwärmenetz - Vorzeitiges Materialversagen bei den Apparaten PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 12

13 2.2 Absichtserklärung, Vertragskonstruktion Anforderungen: - Unterschiedliche Unternehmensansätze bei Investitionsentscheidungen müssen zur Deckung gebracht werden - Chancen und Risiken müssen fair geteilt werden - Gemeinsame Vertrauensbasis nötig Lösung: - Förderung durch den Bund im Rahmen des Umweltprogramms - Investitionen werden durch SWK vorfinanziert - Refinanzierung erfolgt aus dem Gegenwert der Wärme - Risikoabsicherung eines stranded investments durch MiRO wurde vereinbart - Laufende Aufwendungen der Partner werden ebenfalls aus dem Gegenwert der Wärme bedient - Eventuelle benefits bzw. Nachteile werden geteilt PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 13

14 2.3 Bau der Quelltauscher Während des Turn-arounds 2009 wurde sämtliche Einbindepunkte gesetzt. Die Tauscher wurden unter ständiger Aufsicht von verschiedenen Firmen gebaut und 2010 integriert PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 14

15 2.4 Bau der Transportleitung Innerhalb von 2,5 Jahren wurde die auf 10 Lose verteilte Leitung erstellt; besonderes Augenmerk wurde auf die Verkehrsführung während der Bauzeit gelegt PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 15

16 3. Erste Ergebnisse Seit November 2010 wurden sukzessive die 7 Quellen in Betrieb genommen. Derzeit befinden wir uns im Optimierungsbetrieb PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 16

17 4. Das Umweltinvestitionsprogramm der Bundesregierung UMWELTINNOVATIONSPROGRAMM Wir fördern Ihre Ideen PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK

18 Das Förderprogramm: Das Umweltinnovationsprogramm (UIP) existiert seit Im Rahmen dieses Programms fördert das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Projekte mit Demonstrationscharakter zur Vermeidung und Verminderung von Umweltbelastungen. Die Betreuung der Vorhaben erfolgt in enger Kooperation zwischen der KfW Bankengruppe (KfW) und dem Umweltbundesamt (UBA). Was wird gefördert? Großtechnische Anlagen mit Demonstrationscharakter, die einem fortschrittlichen Stand der Technik entsprechen und erstmalig in Deutschland umgesetzt werden. Modellhafte Umweltschutzanlagen Umweltschonende Produktionsverfahren bzw. neuartige Verfahrenskombinationen Anlagen zur Herstellung oder zum Einsatz umweltverträglicher Produkte Wer kann eine Förderung beantragen? Jeder! Kleine und mittelständische Unternehmen werden bevorzugt gefördert. PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 18

19 Der Verfahrensablauf Einreichen einer formlosen Projektskizze bei der KfW Prüfung auf generelle Förderfähigkeit durch die KfW und das UBA Formgebundene Antragsstellung nach Aufforderung durch die KfW Antragsprüfung durch die KfW und das UBA Förderentscheidung durch das BMU Förderbescheid durch die KfW Förderung Sofern das Projekt nicht im Rahmen des UIP gefördert werden kann, wird Ihre Projektskizze automatisch auf alternative Fördermöglichkeiten geprüft! Die Konditionen Zinszuschuss zu einem Darlehen bis zu 70% der förderfähigen Ausgaben / Kosten oder Investitionszuschuss bis zu 30% der zuwendungsfähigen Ausgaben / Kosten. PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 19

20 Die Förderanfrage Erforderlich ist eine formlose, aussagekräftige Projektskizze, die u.a. folgende Angaben enthält: Was ist das Ziel des Projektes? Beschreibung der technischen Funktionsweise. Was ist innovativ bzw. erstmalig an Ihrem Projekt? Welche Umweltentlastungen sollen erreicht werden? (Vergleich der Situation vor und nach der Umsetzung des Projekts) Ist eine Übertragbarkeit der Innovation innerhalb der Branche oder auf andere Branchen möglich? (Multiplikatoreffekte) Auf welchen Vorarbeiten, Versuchsanlagen, Patenten etc. baut das Vorhaben auf? Welche technischen und wirtschaftlichen Risiken sind mit dem Vorhaben verbunden? PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 20

21 Die formale Antragstellung vollständig ausgefüllte, formgebundene Unterlagen wirtschaftliche Planung des Vorhabens (Analyse der erforderlichen Investitionen, der Sicherung der Finanzierung des Projekts und des Betriebs sowie der Wirtschaftlichkeit des Vorhabens) Forschung und Entwicklung sind im Rahmen des UIP nicht förderfähig!!! PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 21

22 5. Die Vorzüge des Projektes: Erstmalige Verknüpfung des Abwärmepotenziales einer Raffinerie mit einem großstädtischen Fernwärmeversorgungssystem. Somit Substitution der Primärenergieträger Steinkohle, Gas und Öl im Rheinhafendampfkraftwerk, im HKW West sowie in den Heizwerken Ahaweg und Waldstadt in Karlsruhe. Regelung der therm. Leistung durch das Zu- und Abschalten bzw. Kombinieren der Wärmequellen von ca. 18 MW, 2x5 MW, 2x3 MW und 2x2 MW. Die erforderliche 5 km lange Transitleitung ist mit einer Nennweite von 2 x 600 mm so ausgelegt, dass bei Bedarf weitere Wärmequellen aus einem anderen Werkteil der Raffinerie genutzt werden können. Einsatz von neuartigen Plattenwärmetauschern wegen komplizierter Rl-Isometrie und beengten Platzverhältnissen. Nutzung der Trassenspeicherung in der Verbindungsleitung RDK-HKW Transparenz des Vorhabens durch die Einbeziehung der Bürger und von Verbänden. Die Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen um mehr als t/a (bezogen auf den Primärenergieträger Erdgas) ist ein wesentlicher Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung Deutschlands. PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK 22

23 Energie ist ewige Freude! William Blake (englischer Dichter und Maler, ) Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! PD Dr.-Ing. habil. Jörg Schneider, UBA, Dr.-Ing. Manuel Rink, SWK