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DAS FACHMAGAZIN FÜR BIOENERGIE UND -ÖKONOMIE Samstag, 23.06.2018

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Als wir im Rahmen unserer Finnland-Tour im Herbst 2010 das weltweit größte Biomasse-Kraftwerk in Pietarsaari/Jakobstad besuchen, stehen dort alle Räder still. Es wird aber nicht gestreikt, sondern das Werk läuft nicht, weil ein Bauteil defekt ist: der Induktor, der Rotor der Energieerzeugung, ist kaputt und wird gerade ausgebaut.

Noch am kommenden Wochenende soll er per Tieflader ins Herstellerwerk nach Österreich gebracht werden, aber es gibt Probleme mit der deutschen Autobahn. Einmal ist da das Wochenendfahrverbot für Lkw; dann gibt es aber auch Probleme mit dem Gewicht des Gesamttransportes, denn die Welle, also der Induktor, wiegt alleine schon weit über 40 Tonnen! Alter Schwede ...

Wie das mit dem Transport ausgegangen ist, wissen wir leider nicht; eigentlich interessiert es uns auch nicht mehr. Wir können aber verstehen, daß der Direktor des Werkes, Stig Nickull, zur Zeit ganz schön sauer ist. Einmal wegen der Probleme beim bevorstehenden Transport durch Deutschland, dann aber auch wegen der Kosten, die dieser Stillstand verursacht. Stig Nickull nennt uns die ungeheuerliche Summe von einer Million Euro, die jeden Tag anfällt. Eine Million Euro Verlust, nur weil ein Biomasse-Kraftwerk stillsteht? Kann man das glauben? Ja, das muß man glauben! Das glaubt man spätestens dann, wenn man die Ausmaße des Betriebes nur annähernd erahnt, wenn man sich die gewaltigen Stoffströme für den Betrieb des Werkes vor Augen hält. Hier im Werk Alholmens Kraft ist alles nicht nur eine Nummer größer – es ist ein paar Nummern größer! Nach Angaben des Betreibers, der finnischen „Oy Alholmens Kraft AB“, ist das Biomasse-Heizkraftwerk in Pietarsaari mit 265 Megawatt elektrischer Leistung das weltweit größte. Anfang 2002 startete die Strom- und Wärmeproduktion überwiegend aus Holzbrennstoffen. Am Standort der Zellstoff-Fabrik und des Sägewerkes der Firma UPM-Kymmene werden Rinde, Sägemehl, Hackschnitzel und Torf als Brennstoff genutzt, Kohle dient noch als Reserve.

01_11_maschinenraum_grDie Papier- und Zellstoffindustrie ist ein starker Wirtschaftszweig in Finnland mit einem hohen Energiebedarf. Die Unternehmen haben ein großes Interesse daran, Reststoffe aus der Holzernte und -verarbeitung möglichst wirtschaftlich zu nutzen. Die Produktionskapazität der Wisaforest-Fabrik von UPM war bis Mitte der 90er Jahre stetig gewachsen, bis zu einem Punkt, an dem die anfallende Menge an Rinde und Holzabfällen nicht mehr vollständig genutzt werden konnte und Strom aus dem Netz zugekauft werden mußte. Um diesen wirtschaftlich schlechten Zustand zu beenden, begannen im Jahr 1996 die ersten Studien zur Verwirklichung eines riesigen Heizkraftwerks in direkter Nachbarschaft. Dabei konnten auch Energieversorger als Kooperationspartner gewonnen werden, um das Ziel zu erreichen, den Energiebedarf zu decken und dafür so viele Reststoffe der Holzernte und andere lokal verfügbare Biomasse wie möglich zu nutzen.
Im Februar 1999 fiel schließlich die Entscheidung, ein großes Biomasse-Heizkraftwerk in Pietarsaari/Jakobstad zu bauen: Und wenn schon, dann doch auch gleich das weltgrößte – so dachten wohl die Verantwortlichen. Der Bau des Kesselhauses begann im Januar des Jahres 2000, im September des selben Jahres folgte der Turbinen-Komplex. Die Gesamt-investition betrug 170 Millionen Euro, Unterstützung gab es vom „Thermie-Programm“ der EU. Für Betrieb und Wartung des Kraftwerks sind 50 Mitarbeiter beschäftigt, weitere 400 Arbeitsplätze sichern Bereitstellung und Transport der Brennstoffe.

Der Standort ermöglicht, daß 30 Prozent des Brennstoffs – Rinde und Abfall des Sägewerks – mit Förderbändern zu Silos direkt neben dem Kessel transportiert wird. Die neue Kraftwerkseinheit wurde an das bereits existierende Dampf- und Heiznetzwerk angeschlossen, wie auch die alte Einheit mit 25 Megawatt elektrischer Leistung. Das Betriebskonzept sieht vor, daß die neue Einheit die Grundlast liefert und mit hoher Effizienz Wärme, Dampf und Elektrizität bereitstellt. Wenn besonders viel Elektrizität benötigt wird, soll der 25-Megawatt-Block Dampf und Wärme produzieren und so der neuen, größeren Einheit die Strombereitstellung überlassen. Der kleinere Block kann auch die Versorgung im Sommer übernehmen. Von Anbeginn plante man, Kohle als Reserve zu nutzen, die – zusammen mit einer geringen Menge schweren Heizöls – nur für die Startphase und zur Unterstützung eingesetzt wird. Torf spielt bei der Verbrennung übrigens eine wichtige Rolle, um den schwankenden Feuchtegehalt von Restholz auszugleichen. Mit der ausschließlichen Verwendung von Holz ist es nämlich schwierig, die maximale Leistung des Kessels zu erreichen. Und verglichen mit Kohle ist Torf in Finnland ein heimischer, CO2-neutraler Brennstoff.

40,5 Meter hoher Kessel

Das Ziel des Heizkraftwerks ist es, jedes Jahr 150.000 bis 200.000 Kubikmeter Restholz zu nutzen. Das Restholz wird lose oder in Bündeln angeliefert – zum Start des Kraftwerks galt diese Form der Biomasse-Handhabung noch als innovativ, der Betreiber schätzte, daß 300.000 Restholz-Bündel pro Jahr angeliefert würden. Herzstück des Heizkraftwerks ist der Kessel, der mit der Technik der zirkulierenden Wirbelschicht (ZWS) betrieben wird. ZWS-Kessel kommen gut zurecht mit der breiten Palette an Brennstoffen, die in Pietarsaari eingesetzt wird. Gleichzeitig überzeugt die Technik mit niedrigen Emissionswerten sowohl bei der Verbrennung von Holz-Biomasse und Torf, als auch von Kohle. Die Brennkammer mißt 8,5 mal 24 Meter und ist 40,5 Meter hoch. 3.000 Tonnen druckführende Teile und 270 Kilometer Rohre wurden verbaut.

Vier Zufuhr-Linien in den Kessel

Zweiter wichtiger Teil der Verbrennungstechnik sind drei dampfgekühlte Zyklon-Staubabscheider mit einem Durchmesser von je neun Metern. Diese Zyklone sind die erste Überhitzer-Oberfläche in der Dampf-Zirkulation, die dafür sorgt, daß die Temperatur-Differenz zwischen Brennkammer und den Zyklonen minimal bleibt. Der Grund für die Dampfkühlung statt einer Wasserkühlung ist, daß damit die Zirkulation unter allen Bedingungen mit dem hohen Betriebsdruck von 165 bar sichergestellt werden kann. Der Kessel wird mit vier voneinander unabhängigen Zufuhr-Linien beschickt, jede Linie bedient drei Öffnungen, durch die Brennstoff in den Kessel gelangt. Die Zufuhr-Punkte sind versetzt angeordnet, so daß das Stoppen einer Linie nur zu einer geringen Störung im Verbrennungsprozeß führt. Auch mit drei Linien kann die volle Kessel-Kapazität erreicht werden, was neben anderen Maßnahmen zu einer hohen Zuverlässigkeit des Kraftwerks führt.

Material-Handhabung

Von jedem der vier Brennstoff-Silos wurde eine Zufuhr zum Kessel angelegt, wobei noch zwei Kohle-Linien zu den Biomasse-Linien führen und die beiden Brennstoffe gemischt werden, bevor sie in den Kessel gelangen. Zum Austrag der Bettasche wurden zwei Austragslinien installiert. Von insgesamt zwölf Punkten am Boden des Kessels wird die Asche ausgetragen und anschließend mit rotierenden Sieben gesiebt. Feinkörnige Asche wird wieder in den Kessel zurückbefördert, gröbere Asche gelangt in Asche-Container.

01_11_stubben_grBrennstoff-Bereitstellung

Holz-Biomasse soll bis zu 50 Prozent des Brennstoffs ausmachen. Obwohl kein solch großer Markt für diese Brennstoffe jemals zuvor in der Gegend existierte, hielten die Betreiber dieses Ziel beim Start des Heizkraftwerks nicht für unrealistisch und sie machten zur Vorgabe, daß der Brennstoff nicht teurer als Kohle sein sollte. Aus dem benachbarten Werk von UPM-Kymmene werden Rinde, Sägemehl und anderer Holzabfall bereitgestellt: Von dort fließt also ein ständiger Brennstoff-Strom zu den Lagerplätzen des Heizkraftwerks. Das macht ungefähr 30 Prozent des gesamten Brennstoffverbrauchs aus. Über diese Versorgung wurde ein langfristiger Vertrag mit UPM geschlossen und es war vorgesehen, die bereitgestellte Menge schrittweise mit dem erwarteten Ausbau der Produktionskapazität zu steigern.

Für die Weiterverarbeitung der Restholz-Bündel investierte der Betreiber in einen elektrisch angetriebenen, stationären Hacker. Bei der Anlieferung der Bündel aus einem Umkreis von 100 Kilometern wäre der Brennstoff an diesem Standort wettbewerbsfähig gegenüber Kohle. Die Betreiber kalkulierten zum Start des Kraftwerks nämlich damit, nur für die Transportkosten aufkommen zu müssen, da die Waldbesitzer kein Geld verlangen würden, sondern damit zufrieden wären, wenn sie ihr Restholz loswürden. Zwischenzeitlich mußte aber eine neue Rechnung aufgemacht werden. Waldbesitzer wollen heute Geld für die Resthölzer sehen, auch für die Stubben, die seit einigen Jahren ins Werk geliefert werden. Zirka zehn Prozent des Brennstoffbedarfs wird mit Restholz-Bündeln gedeckt, die restliche Menge an Holzbrennstoffen liefern Sägewerke der Region mit Rinde, Sägemehl und Hackschnitzeln. Zu diesem Zweck wurden langfristige Lieferverträge geschlossen. Für die Versorgung mit Torf schloß Alholmens Kraft einerseits Lieferverträge, andererseits kaufte man 1.500 Hektar Torfland, auf dem die Gewinnung des Brennstoffs an Vertragspartner vergeben ist. Diese Quelle könnte bis zu 15 Prozent der Versorgung ausmachen, so die Schätzung zu Betriebsbeginn. Um den angestrebten Mindestanteil von 45 Prozent Torf zu erreichen, wird die Ausbeute von 4.500 Hektar Torfland benötigt.

Brennstoff-Handhabung

01_11_brennstoffanteile_grDer Brennstoff wird in zwei Zonen – Ost und West – auf dem Gelände angenommen und aufbereitet. Im Bereich West sind das Torf, Holzbrennstoffe und Abfall-Pellets. Im östlichen Geländeteil wird die Rinde direkt von der Entrindungseinheit des UPM-Werks angeliefert, außerdem befindet sich dort das Kohlelager. Ebenfalls an der Ostseite steht der Zerkleinerer für die Restholz-Bündel. Er schafft bis zu 400 Kubikmeter pro Stunde und sein Betrieb wird von einem Vertragspartner des Betreibers organisiert. In der westlichen Zone erfolgt die Brennstoff-Annahme in zwei getrennten Stationen, von denen der Brennstoff in zwei Linien durch die Eisen-Abtrennung, das Sieben und die Zerkleinerung zu drei Zwischenlager-Silos befördert wird. Jedes Silo faßt 3.500 Kubikmeter und jede Linie kann 1.200 Kubikmeter pro Stunde befördern. Von den Silos transportieren Förderbänder mit einer Kapazität von 1.600 Kubikmetern pro Stunde den Brennstoff zu vier Silos direkt beim Kesselhaus. Um den täglichen Bedarf an Brennstoff zu kalkulieren, wird jeden Tag bis 11 Uhr die Strom- und Wärmemenge festgelegt, die am folgenden Tag produziert werden soll. Der sich daraus ergebende Brennstoffbedarf wird jeden Tag per E-Mail vor 14 Uhr an die Bereitsteller und Lieferanten von Biomasse geschickt. Einige große Vertragspartner liefern täglich Torf, kleinere Anbieter dagegen nur im Winterhalbjahr, wenn der Brennstoffverbrauch am höchsten ist. In dieser Spitzenzeit müssen zusätzlich zu dem Brennstoff, den das UPM-Werk bereitstellt, alle 24 Stunden rund hundert Lieferungen Torf und Restholz eintreffen. Bei solch gewaltigen Masseströmen ist ein gut funktionierendes System zum Informationsmanagement unabdingbar. In Pietarsaari werden rund 2.000 Parameter im gesamten Ablauf des Heizkraftwerks erfaßt, ausgewertet und gespeichert. Eventuelle Störungen können so auch noch lange Zeit nach ihrem Auftreten analysiert werden.

Dieter Biernath

Dieser Artikel ist in der Ausgabe 1 / 2011 energie pflanzen erschienen.




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