Eine Entnahme-WtE-Turbine kann die Fernwärmeversorgung unterstützen, wenn eine Abfallverwertungsanlage zuverlässig Dampf erzeugt und in der Nähe ein Wärmebedarf besteht, der die Verteilinfrastruktur rechtfertigt.
Für Projektmanager hängt die Eignung nicht nur von der Turbinenleistung ab: Entnahmedruck, saisonaler Wärmebedarf, Stromerlöse und Rücklauftemperaturen des Netzes beeinflussen Leistung und Wirtschaftlichkeit des Projekts.
Bei der Auswahl der passenden Konfiguration gilt es, Wärmeversorgung und Stromerzeugung in Einklang zu bringen und zugleich die betriebliche Flexibilität über alle Jahreszeiten hinweg zu gewährleisten – auch in Zeiten, in denen der Fernwärmebedarf deutlich zurückgeht.
Dieser Artikel behandelt die wichtigsten technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen, unter denen eine Entnahmeturbine für die Fernwärmeversorgung infrage kommt, sowie die Fragen, die vor der Spezifikation der Ausrüstung zu klären sind.
Verfügt das Projekt über einen verlässlichen Wärmemarkt?
Besonders geeignete Projekte verbinden eine planbare Abfallverarbeitung mit einem bestehenden Wärmenetz oder verbindlich zugesagten Abnehmern, einer überschaubaren Trassenführung und einem Wärmebedarf, der über die winterlichen Spitzen hinausgeht.
Wohngebiete sorgen im Winter für einen erheblichen Wärmebedarf. Krankenhäuser, Gewerbegebäude und Industriekunden können den ganzjährigen Absatz durch Warmwasserbereitung oder geeignete Prozesswärme zusätzlich stärken.
Erstellen Sie ein stündliches Wärmebedarfsprofil und eine geordnete Jahresdauerlinie. Der Jahresverbrauch allein zeigt nicht, ob Kunden Wärme abnehmen, wenn die Anlage sie tatsächlich liefern kann.
Prüfen Sie gemeinsam Netzabstand, Anschlussdichte, Trassenbeschränkungen und Baugenehmigungen. Auch ein großer Wärmekunde kann wirtschaftlich unattraktiv sein, wenn die Anschlusskosten zu hoch sind.
Unterscheiden Sie vor der Auswahl der Ausrüstung zwischen vertraglich gesichertem und potenziellem Bedarf. Eine schrittweise Erschließung sollte finanziell tragfähig bleiben, falls spätere Kunden langsamer als ursprünglich prognostiziert angeschlossen werden.
Kann der Entnahmedampf die Temperaturanforderungen des Netzes erfüllen?
Eine Entnahme-WtE-Turbine leitet Dampf aus einer Zwischenstufe der Turbine zu Wärmetauschern, wo dieser das Fernheizungswasser erwärmt, ohne dass sich die beiden Fluidkreisläufe vermischen.
Der Entnahmedruck muss eine Kondensationstemperatur ermöglichen, die über der erforderlichen Netzvorlauftemperatur liegt. Dabei sind die Grädigkeit des Wärmetauschers und die Druckverluste auf der Dampfseite ausreichend zu berücksichtigen.
Höhere Netztemperaturen erfordern in der Regel einen höheren Entnahmedruck. Dadurch steht weniger Expansionsarbeit für die Stromerzeugung zur Verfügung, was die Opportunitätskosten jeder Wärmeeinheit erhöht.
Bewerten Sie Vor- und Rücklauftemperaturen über das gesamte Betriebsjahr. Niedrigere Rücklauftemperaturen können die Wärmerückgewinnung verbessern und bei einem gegebenen Temperaturbedarf den erforderlichen Wasserdurchfluss verringern.
Legen Sie den Entnahmedruck nicht anhand einer pauschalen Temperaturregel fest. Fordern Sie Berechnungen auf Grundlage des tatsächlichen Temperaturfahrplans des Netzes, der Auslegung des Wärmetauschers, der Druckverluste und der Betriebsreserven an.
Bestätigen Sie den maximalen Entnahmemassenstrom, den Regelbereich des Drucks und die zulässigen Betriebsbedingungen der Turbine. Die erforderliche Wärmeleistung muss innerhalb des vom Hersteller validierten Betriebsbereichs erreichbar sein.
Bleibt bei saisonalem Wärmebedarf ausreichend betriebliche Flexibilität?
Eine Entnahme-Kondensations-Anordnung eignet sich häufig bei stark schwankendem Wärmebedarf, da der Dampf bei sinkendem Entnahmebedarf weiterhin durch die nachgeschalteten Turbinenstufen strömen kann.
Diese Flexibilität hängt von der Kondensatorleistung, den Kühlbedingungen und den Turbinengrenzwerten ab. Stellen Sie sicher, dass ein geringer Wärmebedarf nicht zu unerwünschten Einschränkungen des Abfalldurchsatzes führt.
Eine Gegendruckanordnung kann für einen hohen, kontinuierlichen Wärmebedarf geeignet sein. Ihre Abhängigkeit von der nutzbaren Abwärme erfordert jedoch eine sorgfältige Bewertung bei geringer Last.
Abfallzusammensetzung, Kesselverschmutzung, Wartung und Umgebungsbedingungen können die verfügbare Dampfmenge verändern. Modellieren Sie diese Einflüsse gemeinsam mit dem Wärmebedarf, statt eine konstante Nennleistung anzunehmen.
Bitten Sie den Lieferanten, den minimalen Dampfstrom durch die nachgeschalteten Turbinenstufen, die Entnahmeübergänge und Lastabwürfe zu überprüfen. Diese Bedingungen beeinflussen den stabilen Betrieb, wenn Kunden ihren Wärmeverbrauch kurzfristig senken.
Übersteigen die Wärmeerlöse die entgangenen Stromerlöse und Anschlusskosten?
Die Wirtschaftlichkeitsrechnung sollte die zusätzlichen Wärmeerlöse den geringeren Stromerlösen, den zusätzlichen Betriebskosten sowie den Investitionen für den Anschluss und die Versorgung der Kunden gegenüberstellen.
Berücksichtigen Sie Wärmetauscher, Rohrleitungen, Pumpstationen, Messtechnik, Regelungen, Reservekapazitäten und Tiefbauarbeiten. Der Netzausbau kann über die Machbarkeit entscheiden, selbst wenn die Turbinenanpassungen erschwinglich erscheinen.
Zur Veranschaulichung: 10 MW gelieferte Wärme, die über 4.000 äquivalente Volllaststunden verkauft werden, entsprechen jährlich 40.000 MWh – Ausfälle oder Abregelungen durch Kunden noch nicht eingerechnet.
Bei einem beispielhaften Tarif von €35/MWh ergibt das jährliche Bruttowärmeerlöse von €1.4 Millionen. Dies entspricht weder dem Gewinn noch belegt es die Wirtschaftlichkeit des Projekts.
Berechnen Sie den entgangenen Strom anhand der Turbinenleistung unter den relevanten Entnahmebedingungen. Verwenden Sie keinen pauschalen Stromverlustfaktor, da Dampfbedingungen und Betriebslasten unterschiedlich sind.
Prüfen Sie Negativszenarien für Strompreise, Wärmetarife, Anschlussverzögerungen, Rohrleitungskosten und wärmere Winter. Berücksichtigen Sie Pumpstrom und Verteilverluste im Finanzmodell.
Eine belastbare Investitionsrechnung sollte auch bei realistischen Negativannahmen und vertraglich gesicherten Wärmemengen tragfähig bleiben. Zuständigkeiten für Netzausbau und Betriebsleistung müssen klar geregelt sein.
Wie werden Kunden während Anlagenstillständen mit Wärme versorgt?
Fernwärmekunden benötigen eine zuverlässige Versorgung, während bei einer WtE-Anlage geplante Wartungsarbeiten anstehen und unerwartete Abschaltungen auftreten können. Die Turbinenauswahl allein kann diese Verfügbarkeitslücke nicht schließen.
Legen Sie Reservewärmequellen, Wärmespeicher und Netzkopplungen entsprechend den Kundenanforderungen fest. Ein Speicher kann kurzfristige Schwankungen ausgleichen, muss aber für die gewünschte Überbrückungsdauer ausdrücklich ausgelegt werden.
Bewerten Sie die Folgen von Turbinenausfällen und Kesselausfällen getrennt. Ein technisch ausgelegter Dampf-Bypass kann bei einem Turbinenausfall eine teilweise Wärmeversorgung aufrechterhalten, sofern weiterhin Kesseldampf verfügbar ist.
Vereinbaren Sie Vorlauftemperaturen, Verfügbarkeitszusagen, Meldungen zu Ausfällen und Vertragsstrafen vor der Beschaffung. Wärmeverträge sollten die erreichbare Leistung und die Zuständigkeiten aller Betreiber berücksichtigen.
Sofern separat gerechtfertigt, bietet das Gasturbinen-Portfolio von SINO-QNP Modelle mit einer Nennleistung von etwa 2–114.5 MW. Ein Beitrag zur Kraft-Wärme-Kopplung muss gesondert hinsichtlich Brennstoff, Wärmerückgewinnung, Emissionen und Wirtschaftlichkeit bewertet werden.
Welche Angaben sollten Projektmanager vor der Ausrüstungsspezifikation anfordern?
Erstellen Sie eine abgestimmte Auslegungsgrundlage mit Dampfdruck und -temperatur des Kessels, verfügbarer Dampfmenge, Fernwärmetemperaturen, stündlichem Wärmebedarf, Kondensatorbedingungen und geplanten Betriebszeiten.
Fordern Sie Leistungskennfelder für den reinen Strombetrieb, eine typische winterliche Entnahme, die Wärmeversorgung im Sommer und eine verringerte Kesselleistung an. Für jeden Betriebsfall sind Netto-Stromleistung und abgegebene Wärmeleistung auszuweisen.
Legen Sie fest, an welchem Messpunkt die Leistung erfasst wird. Die Wärme an der Anlagengrenze unterscheidet sich von der an Kunden gelieferten Wärme, während die Bruttostromerzeugung den Eigenstromverbrauch der Anlage nicht abzieht.
Bei Nachrüstungen ist eine technische Bewertung der vorhandenen Turbine, der Entnahmeanschlüsse, der Regelung, der Fundamente und der erforderlichen Stillstandszeiten zu verlangen. Eine zusätzliche nutzbare Dampfentnahme lässt sich nicht immer ohne Weiteres nachrüsten.
SINO-QNP verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung im Turbomaschinenbau und bietet Kompetenzen in den Bereichen Konstruktion, Fertigung, EPC-Projekte und Ersatzteilversorgung, unterstützt durch ein globales Servicenetz.
Nutzen Sie Gespräche mit Lieferanten, um projektspezifische Garantien, Servicevereinbarungen und Schnittstellenverantwortlichkeiten festzulegen. Allgemeine Fertigungserfahrung sollte durch dokumentierte Leistungswerte unter Ihren Betriebsbedingungen ergänzt werden, nicht diese ersetzen.
Wann sollte das Projekt umgesetzt, neu ausgelegt oder zurückgestellt werden?
Setzen Sie das Projekt um, wenn verbindlich zugesagter Wärmebedarf, passende Temperaturen, ausreichende Dampfverfügbarkeit und akzeptable Anschlusskosten zusammenkommen und durch betriebliche Flexibilität sowie eine überzeugende Strategie für die Wärmeversorgung bei Ausfällen ergänzt werden.
Legen Sie das Projekt neu aus, wenn hohe Netztemperaturen, geringer Sommerbedarf oder kostspielige Trassen die Rendite beeinträchtigen. Ein Betrieb mit niedrigeren Temperaturen, schrittweise Anschlüsse und Wärmespeicher können die Gesamtwirtschaftlichkeit verbessern.
Stellen Sie die Festlegung zurück, wenn der Kundenbedarf noch spekulativ ist, Genehmigungen für das Netz ausstehen oder die Erlöse von optimistischen Annahmen abhängen. Klären Sie diese Unsicherheiten, bevor Sie die Turbinenspezifikation festlegen.
Eine Entnahme-WtE-Turbine eignet sich, wenn das gesamte Wärme- und Stromsystem technisch und wirtschaftlich funktioniert. Richten Sie die Beschaffung an validierten Betriebsfällen und verbindlichen, tatsächlich lieferbaren Wärmemengen aus.
