Wärme, Kälte und Strom aus Altholz

Die Migros Luzern investierte rund 10 Mio. Franken in die Anlage, die genau auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist, und verfolgt so das Nachhaltigkeitsprogramm Generation M. Damit kommt sie ohne fossile Brennstoffe aus, kann sich selber mit Wärme und Kälte versorgen und einen bedeutenden Teil ihres Strombedarfs selber produzieren. Die Genossenschaft Migros hat das Ziel, beim Klimaschutz die Nummer eins im Detailhandel zu sein. Sie will dabei eine Vorbildrolle einnehmen und ihre Kundinnen und Kunden in ihrem Engagement unterstützen. Bis 2020 will der Handelskonzern seine Treibhausgasemissionen um 20% gegenüber dem Jahr 2010 senken. Im gleichen Zeitraum soll der Stromverbrauch um 10% reduziert werden. Migros reduziert ihre Treibhausgasemissionen nicht nur durch eine verbesserte Energieeffizienz, sondern auch, indem sie erneuerbare Energien einsetzt.

Teil des Energiekonzepts 2020 
Mit der thermischen Nutzung der Holzbiomasse «Altholz» folgt die Migros Luzern in der Zentralschweiz der Entscheidung zur Realisierung des «Energiekonzepts 2020», deren Ziel es ist, die Treibhausgasemissionen um 20% gegenüber dem Jahr 2010 zu senken. Dabei hat die energetische Verwendung von Holz in der Schweiz eine grosse Bedeutung. Aktuell ist Holz der zweitwichtigste einheimische erneuerbare Energieträger mit durchschnittlich 10 TWh Endenergie zur Deckung von 10% des Wärmebedarfs, also 4,5% des Endenergieverbrauchs. Bei Migros Luzern strebt man eine möglichst effiziente Nutzung des Brennstoffs an. So werden aus Altholz 500 kW/h Strom für den Eigenbedarf erzeugt. Mit der Restwärme wird die Betriebszentrale beheizt und mit Warmwasser versorgt. Zudem speist man Wärme auch in ein Nahwärmenetz ein, wodurch der Sportpark Rontal und die Gebäude in der angrenzenden Wohn-, Gewerbeund Industriezone versorgt werden. Mit dem verbleibenden Teil der Wärme wird über eine Absorptionsanlage Kälte zur Kühlung von verschiedenen Produktionshallen und Kühllagern bis – 6 °C produziert. Damit ist die Anlage ein Novum in der Schweiz.

Neue Massstäbe für Planung und Bau von Biomasse-Heiz-Kälte-Kraftwerk.
Die von der Migros Luzern für die Ausführung der Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung (WKKK) beauftragte Polytechnik-Gruppe war herausgefordert, bei sehr kurzer Vorlaufzeit und mit «rollender Ausführungsplanung» das Heizkraftwerk innerhalb von zehn Monaten betriebsbereit fertigzustellen. Dank der zukunftsgerichteten Arbeitsweise des österreichischen Biomasseanlagen- Spezialisten konnte das Kraftwerk mit Unterstützung der digitalen Bauprozesse sozusagen vorgefertigt geplant und auf der Baustelle in individueller «Manufaktur» passgenau installiert werden. Die äusserst knapp verfügbaren Platzverhältnisse in der bestehenden Energiezentrale stellten eine zusätzliche Herausforderung dar. Mit Lasertechnik wurde das bestehende Gebäude während des laufenden Betriebs ausgemessen, um ein digitales 3D-Modell sowohl für den Anlagenbau als auch für die technische Gebäudeausrüstung (TGA) für alle beteiligten Firmen nutzen zu können. Neben Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit lagen die Herausforderungen auch im Brennmaterial sowie der Reduzierung der Rauchgasemissionen unter die Grenzwerte der Luftreinhalteverordnung (LRV) mit der verschärften Verordnung für «Anlagen zum Verbrennen von Siedlungs- und Sonderabfällen».

Spezielle Brennkammer-Geometrie
Als Brennstoff wird Altholz in den Klassen I, II, und III in Form von Schredder-Hackgut mit 100 mm aus einem unterirdischen Lagerbunker mittels hydraulischer Austrag- und Fördertechnik in die Feuerung gefahren – eine Feuerungsanlage mit adiabater Brennkammer und hydraulischem Vorschubrost. Dank grosszügig dimensionierter Brennkammergeometrie zur Optimierung der Gasverweilzeit und zur konsequenten Luftstufung, mit Beimischung von weiterem Rezirkulationsgas und zur Regulierung der Brennkammertemperatur, erfolgt praktisch ein vollständiger Ausbrand des CO2-Gehalts und der Feststoffe im Abgas. Das Rezirkulationsgas dient auch zur Vermeidung von Temperaturspitzen in der heissesten Zone und damit zur Reduktion von thermischen Stickoxiden. Zur Erreichung der NOx-Grenzwerte wird, abhängig vom Stickstoffgehalt im Brennstoff nach dem SNCR-Verfahren das Reduktionsmittel Harnstoff dem Verbrennungsprozess eingedüst. Nach vollständig abgeschlossener Verbrennung des Holzbrennstoffs durchströmen die heissen Rauchgase den Hochdruck-Wasserrohr- Dampfheizkessel mit einer Nennleistung von 3,5 MW. Nachgeschaltet führen die Rauchgase zur Erhöhung der Dampftemperaturen in den Überhitzer und anschliessend zur Reduzierung der Rauchgastemperatur durch den Economiser. Der überhitzte Hochdruck- Dampf mit 35 bar/420 °C wird einer Entnahme-Kondensations-Dampfturbine, mit gekoppeltem Generator zur Stromerzeugung von 500 kW/h, zugeführt. Mit reduziertem Druck führt der Dampf nach der Turbine in den Dampf-Warmwasser-Umformer (Kondensator) und das Kondensat zur Erhitzung durch den Economiser im Kreislauf wieder zurück in den Dampfkessel. Das Warmwasser aus dem Dampf-Warmwasser- Umformer wird zur Beheizung der Gebäude der Migros-Betriebszentrale sowie für die Warmwasserbereitstellung und für ein Nahwärmenetz in Dierikon verwendet. Dank dem ganzjährig möglichen hohen Temperaturniveau kann mit dieser Wärme auch Kälte produziert werden.

Wenn Wärme zu Kälte wird
Mit einer Ammoniak-/Wasser-Absorptions- Kälteanlage wird die Kälteerzeugung betrieben. Hierbei handelt es sich um eine Kältemaschine, die im Wesentlichen mit Wärme und nicht mit Strom angetrieben wird. Hierzu bezieht die Anlage vom Kondensator des Holzheizkraftwerks bis zu 2300 kW Wärme mit einem Temperaturniveau von 95/85 °C. Aus dieser Wärme werden, abhängig von der Jahreszeit und der Rückkühltemperatur, zwischen 800 und 1200 kW Kälteleistung erzeugt. Diese Kälteleistung wird an das bestehende Kaltsolesystem mit den Temperaturen von – 6/– 1 °C abgegeben und für die Kühlung unterschiedlicher Lager oder zur Früchtereifung verwendet. Die Absorptionskälteanlage wird mit adiabaten Rückkühlern gekühlt. Das ist eine sehr umweltschonende Art der Rückkühlung mit minimalem Wasserbedarf und ohne jeglichen Chemieeinsatz. Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die industrielle Kälteerzeugung haben sich in den letzten Jahren stark geändert. Durch die stetig steigenden Strompreise und das Wärmeangebot mittels dezentraler Eigenstromerzeugung ergeben sich für Absorptionskälteanlagen, welche zum Antrieb Wärme statt elektrischen Strom nutzen, in vielen Fällen wirtschaftliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen Kompressionskälteanlagen. Zur Einhaltung der aktuellen Grenzwerte der schweizerischen Luftreinhalteverordnung (LRV) wird das Altholz-Heizkraftwerk mit modernster Rauchgasreinigung mit Gewebefilter, unter Einsatz von neutralisierenden Sorbentien, betrieben. Das Kraftwerk wird über eine von Polytechnik entwickelte speicherprogrammierte SPS gesteuert. Sämtliche Betriebsdaten werden visualisiert und chronologisch gespeichert. Anlagen von Polytechnik können über Fernwartung (Remote Control) überwacht, gesteuert und gewartet werden. Die ausgebildeten Mitarbeiter von der Migros Luzern und die Mitarbeiter von Polytechnik können sich per Internet jederzeit und von jedem beliebigen Ort aus in die Visualisierung einwählen, um die Betriebsparameter, wenn nötig, anzupassen.

www.polytechnik.ch