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Nutzung der bei der Müllverbrennung anfallenden Abwärme

Bei jedem Verbrennungsprozess entsteht bekanntlich Wärme, so auch bei der Müllverbrennung. Diese Wärmeenergie wird bei der Müllverbrennung als sogenannte „fühlbare Wärme“ der Rauchgase frei. Die heißen Rauchgase müssen nicht nur gereinigt, sondern auch abgekühlt werden, bevor sie in die Umwelt entlassen werden. Allein schon zum Zweck der Reinigung müssen sie abgekühlt werden, weil sie sonst Teile der Reinigungsanlagen zerstören würden oder z. B. eine Nassreinigung der Rauchgase erst gar nicht möglich wäre. Nun kann man diese bei der Verbrennung entstehende Wärme vernichten oder umwandeln und energetisch nutzen.

Die erste Müllverbrennungsanlage in Ingolstadt vernichtete die Abwärme mit Hilfe sogenannter Verdampfungskühler. Seinerzeit hätte der Erlös aus einer Wärmeverwertung noch nicht einmal zur Deckung des Kapitaldienstes ausgereicht, der aufgrund der Zusatzinvestitionen für Abhitzekessel und Turbine zu tragen gewesen wäre. Die Zeiten haben sich gewandelt und schon wenige Jahre später, als die dritte Ofenlinie gebaut wurde, wurden zur Rauchgaskühlung ein Abhitzekessel und zur Energienutzung eine Turbine installiert. Außerdem konnte schon damals Fernwärme ausgekoppelt werden.

Das Konzept der Kraft-Wärmekopplung ist immer die erstrebenswerteste Form der Energienutzung, weil es die umfassendste Nutzung der Wärmeenergie ermöglicht. Bei der reinen Verstromung kann nämlich aus physikalischen Gründen nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Energieinhaltes des Wasserdampfes in Strom umgewandelt werden. Der weitaus größere Teil liegt in Form latenter Verdampfungswärme vor und kann „nur“ zu Heizzwecken genutzt werden. Voraussetzung dazu sind allerdings Verbraucher. Solche Verbraucher können nahegelegene Industriebetriebe sein oder auch ein vorhandenes Fernwärmenetz in nicht allzu weiter Entfernung, in das eingespeist werden kann.

Vereinfachtes thermisches Schema

Abwärmeschema der Linien 1 und 2
Abwärmeschema der Linien 1 und 2

Am vorteilhaftesten sind Industrieverbraucher mit Prozesswärmebedarf, weil hier im Gegensatz zur Raumheizung die Energie unabhängig von der Jahreszeit gleichmäßig benötigt wird. Aber auch die Kombination Verstromung/Raumheizung ist interessant, wenn man die Energieerzeugung flexibel gestaltet, also im Sommer, wo wenig Heizbedarf ist, legt man den Schwerpunkt auf die Verstromung, im Winter umgekehrt, also auf die Wärmeerzeugung.

Die MVA Ingolstadt verfügt nun über zwei neue Ofenlinien mit jeweils 12 t/h Durchsatzleistung. Die nachgerüstete Ofenlinie III mit 8 t/h Durchsatzleistung steht zu Reservezwecken und zur Spitzenlastabdeckung zur Verfügung, so dass sie in den weiteren Berechnungen nicht berücksichtigt wird.

Die Abhitzekessel erzeugen Heißdampf mit einer Druckstufe von 40 bar und einer Temperatur von 400 °C. Die zwei neuen Linien verfügen außerdem über je einen Niederdruck-Abhitzekessel, in dem Sattdampf mit 3,4 bar Druck und einer Temperatur von ca. 140 °C erzeugt wird.

Der Heißdampf wird über eine 40-bar-Sammelschiene zur neuen Entnahmekondensationsturbine mit einer Nennleistung von ca. 18 MW geführt. Die aus der Erweiterung 1983 vorhandene 7-MW-Turbine wird, ebenso wie die Linie III, als Reserve vorgehalten und erhöht damit die Versorgungssicherheit. Nachdem zunächst durch den Hochdruckteil der Turbine mit dem Generator Strom erzeugt wird, findet die Dampfentnahme bei 3,4 bar Druck statt (Anzapfung). Dieser Dampf wird auf eine Niederdruckdampf-Sammelschiene geführt, in die auch der Sattdampf aus den Niederdruck-Abhitzekesseln eingespeist wird. Aus dieser Schiene werden mehrere Wärmetauscher versorgt, die teils zur Eigenversorgung, teils zur Wärmeabgabe dienen. Mit der Regelung der Dampfentnahme aus der Turbine wird nur so viel Dampf abgezogen, wie für die Wärmeerzeugung, jahreszeitlich bedingt, benötigt wird. Dies kann künftig in Wintermonaten so weit gehen, dass nur mehr der Stromeigenbedarf erzeugt und die übrige Energie in Wärme umgewandelt wird.

Der Spielraum für die Energienutzung beträgt maximal 18 MW elektrisch oder 50 MW thermisch. Zur Abdeckung des Stromeigenbedarfes werden etwa 5 MW elektrisch benötigt. Der Dampf-Eigenbedarf für Gebäudeheizung und betriebliche Zwecke liegt bei rund 4 MW. Unter Berücksichtigung aller Betriebsparameter können noch ca. 35 MW thermisch als gesicherte Heizwärme abgegeben werden. Der aus der Turbine nicht entnommene Dampf wird unter weiterer Leistungsabgabe (Stromerzeugung) im Niederdruckteil bis auf Kondensation entspannt. Im nachgeschalteten Luftkondensator wird mittels Umgebungsluft dieser Restdampf zu Wasser kondensiert. Die ausgekoppelte Wärmemenge wird über die o. g. Niederdruckschiene zur Verfügung gestellt. Das Wasser des Fernwärmesystems wird in dampfbeheizten Wärmetauschern von einer Rücklauftemperatur von 70 °C auf die Vorlauftemperatur von 130 °C aufgeheizt. Bei Nennlastbetrieb werden unter den heutigen Randbedingungen nach Abzug des Eigenbedarfs jährlich ca. 80.000 MWh elektrische und ca. 140.000 MWh thermische Energie abgegeben. 

Mit der abgegebenen elektrischen Energie kann der gesamte jährliche Strombedarf von rund 17.000 Haushalten in der Region Ingolstadt abgedeckt werden. Die eingespeiste Fernwärme entspricht dem Wärmebedarf von ca. 40.000 gut isolierten Einfamilienhäusern. Um diese Energie aus Primärenergieträgern (z. B. Erdgas) zu erzeugen, müßten ca. 36 Mio. m³ Gas verfeuert werden. Dabei würden ca. 72.000 Tonnen Kohlendioxid freigesetzt, was der Umwelt durch den Einsatz der sauberen Energie aus der MVA Ingolstadt erspart bleibt.

Durch weitere Optimierungen des Fernwärmenetzes werden zukünftig noch mehr fossile Brennstoffe durch die Fernwärme im Stadtgebiet von Ingolstadt ersetzt. Neben z. B. der Fachhochschule Ingolstadt sind auch weitere Gebäude im innerstädtischen Bereich an diese saubere, die Umwelt entlastende Energie, angeschlossen. Beispielhaft konnte der ehemalige Viehmarktplatz (Eichamt, Berufsfortbildungszentrum, TÜV, Hotelanlage) sowie das Freibad Ingolstadt und die Mehrzweckhalle (Saturn-Arena), die Fa. Audi (2004), im Jahr 2005 das ehemalige Schlachthofgelände, die Pionierschule und 2009 das Theater Ingolstadt in das Fernwärmenetz eingebunden werden.

Weitere Wärmeanschlussprojekte im innerstädtischen Bereich (z. B. ehemaliges Gießerei- gelände, Klinikum Ingolstadt etc.) sind geplant. Die MVA Ingolstadt arbeitet hier eng mit den Stadtwerken Ingolstadt und der Stadt Ingolstadt im Stadium der städtebaulichen Planung zusammen. Insbesondere die Thematik „Kälteerzeugung" mit Fernwärme wird intensiviert werden.

 

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