Das Heizkraftwerk Süd in München setzt auf Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Erdgasbetriebene Turbinen produzieren Strom, aus der Abwärme entsteht Fernwärme.

Bild: SWM

Kraftwerk beim Wandel zur neuen Energiewelt begleiten Sichere Erzeugung von Ökowärme

14.09.2022

Um ökologische Wärme für über 80.000 Menschen zu gewinnen, entsteht in München die größte Geothermie-Anlage Deutschlands. Das hochkomplexe Energieprojekt zeigt, welche sicherheitstechnischen Aspekte bei der Herstellung der Anlage, aber auch bei der Modernisierung des Heizkraftwerks zu berücksichtigen sind.

Für die Erzeugung ökologischer Wärme ist die hydrothermale Tiefengeothermie besonders geeignet. Dabei stammt die Energie aus heißem Thermalwasser, das aus tiefen Schichten an die Erdoberfläche gefördert wird. Die Erschließung eines geeigneten Standorts erfordert hohe Investitionen – und birgt Risiken in allen Projektphasen.

Denn jede Geothermie-Anlage ist ein Unikat, weil die lokalen Gegebenheiten stark variieren können, so beispielsweise die geologischen Verhältnisse, die Bohrungstiefen, die Temperatur und die Zusammensetzung des Thermalwassers sowie der Förderdruck. Gegebenenfalls ist das Anlagenkonzept flexibel anzupassen, weil die Temperatur und/oder die tatsächliche Fördermenge von den Prognosen abweichen. Die erfolgreiche Umsetzung eines Geothermie-Projekts benötigt viel Know-how und die Einbindung unabhängiger Expertinnen und Experten für Beratungs- sowie Prüfleistungen, insbesondere mit spezieller Erfahrung in der Sicherheitszertifizierung.

KWK und Geothermie gemeinsam

Im Heizkraftwerk Süd in München wird die Technologie der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingesetzt. Erdgasbetriebene Turbinen produzieren Strom, aus der Abwärme entsteht Fernwärme. Auf dem Kraftwerksgelände entsteht zurzeit die größte Geothermie-Anlage Deutschlands. Denn die Stadtwerke München (SWM) haben sich zum Ziel gesetzt, an einem Standort neben Strom und Wärme auch ökologische Wärme zu gewinnen.

Die geologischen Bedingungen sind ideal: In der Tiefe befindet sich in wasserdurchlässigen Gesteinsschichten ein ergiebiges, mit Thermalwasser gefülltes Wärmereservoir. Die sechs Bohrungen gehen von einem Sammelbohrplatz aus und erschließen das Thermalwasservorkommen in Tiefen von 2.400 bis 3.200 m und dessen Wärme für mehr als 80.000 Münchnerinnen und Münchner.

Aber auch in die KWK-Anlagen investiert der Betreiber. Eine Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD) mit höherem Wirkungsgrad wird die bisherige GuD 1 ersetzen. In der GuD 2 wurden die Gasturbosätze gegen Maschinen mit höherer Effizienz und besserem Abgasverhalten getauscht. SWM hat TÜV Süd Industrie Service beauftragt, sowohl bei der Herstellung der Geothermie-Anlage als auch im Zuge des Neubaus der GuD 1 sowie der Ertüchtigung der GuD 2 die Anlagensicherheit zu prüfen.

Herstellung und Inbetriebsetzung

Geothermie-Anlagen sind komplexe verfahrenstechnische Systeme, die aus Komponenten und Baugruppen zusammengesetzt werden. Zu Beginn findet eine Vorprüfung statt, die sich auf die Kontrolle der Bauteile bezieht. TÜV Süd hat die Spannungsberechnungen und die Auslegung von Rohrleitungsteilen und -systemen geprüft und war an der Überwachung der baulichen Ausführung beteiligt.

Im Vordergrund stand dabei die Dokumentations- und Funktionsprüfung des Zusammenbaus und des Schutzes der Komponenten nach Druckgeräterichtlinie (DGRL 2014/68/EU). Die Prüfung der Schweißtechnik gehörte ebenso dazu. Ziel war es, die einzelnen Druckgeräte in Verkehr zu bringen und zu klären, ob die Geothermie-Anlage als funktionale Einheit richtig abgesichert ist. Hinzu kam, dass die Anlage gemäß bergrechtlichen Vorgaben zu prüfen war.

Die Konformitätsbewertungen nach Druckgeräterichtlinie sind abgeschlossen. Der erste Anlagenteil ging am 1. Juli 2021 erfolgreich in Produktion. Die Anlage wurde bis Ende 2021 hinsichtlich der Einhaltung der Anforderungen deutscher Rechtsvorschriften zur Anlagensicherheit (gemäß BetrSichV) überprüft und abgenommen und stand somit für die Heizperiode 2021/2022 bereits zur Verfügung. Im Frühjahr 2022 wurden alle Prüfungen hinsichtlich der bergrechtlichen Anforderungen erfolgreich abgeschlossen und der detaillierte Abschlussbericht vorgelegt.

Neubau für maximale Effizienz

Eine moderne KWK-Anlage nutzt rund 90 Prozent der Energie aus dem Erdgas. SWM hat deshalb entschieden, die KWK-Anlagen des Heizkraftwerks Süd auf den neuesten Stand zu bringen. Die GuD 1 wird vollständig durch eine neue Anlage mit höherer Effizienz ersetzt.

Der Neubau wird beginnend von der Fertigung der Kesselkomponenten (zum Beispiel in der Türkei und in China), über den Zusammenbau mit der Verrohrung vor Ort, bis hin zur Abnahme der Sicherheitstechnik von TÜV Süd Expertinnen und Experten begleitet. Dazu gehören auch die sicherheitsrelevante Begutachtung der Feuerung und der Brennstoffversorgung für den Abhitzekessel sowie die Prüfung der Abgasführung und der neuen Gasturbine und Dampfturbine.

Alle geplanten Prüfungen, welche die Turbinen und die sicherheitsrelevanten Steuerungen betreffen, wurden im Vorfeld mit SWM besprochen und im Detail abgestimmt. An den Prüfungen und Zertifizierungen vonseiten des TÜV Süd sind Fachspezialistinnen und Fachspezialisten der Bereiche „Anlagensicherheit“ sowie „Energie & Systeme“ beteiligt. Der Einbau der Kesselkomponenten mit baubegleitenden Prüfungen ist ab Herbst 2022 und die Inbetriebnahme der neuen GuD 1 für Ende 2023 geplant.

Mögliche Gefahren im Blick

SWM hat TÜV Süd beauftragt, bei den Prüfungen sicherheitsrelevante Aspekte auskömmlich zu betrachten. Dazu gehörte auch, potenzielle Gefahren im Vorfeld systematisch in den Blick zu nehmen und zu bewerten. Deshalb wurde zu Baubeginn der GuD 1 eine Gefährdungs- und Risiko-Analyse nach dem HAZOP- (Hazard and Operability-) Verfahren durchgeführt.

Die Analyse findet in einer Gesprächsrunde statt, die von einer erfahrenen Person moderiert wird. Teilnehmende waren interne und externe Spezialistinnen und Spezialisten vonseiten des Betreibers, der Hersteller und des TÜV SÜD. Gemeinsam wurden verschiedene Szenarien unter die Lupe genommen, um zu schauen, an welchen Stellen kritische Störungen auftreten können. Die Beteiligten prüften, ob die vorhandenen Absicherungen ausreichten und entwickelten Modelle für geeignete Gegenmaßnahmen. Wegen möglicher Änderungen im Bauverlauf soll die HAZOP-Analyse nach Fertigstellung nochmals gespiegelt werden. Am Ende werden die Ergebnisse in einer schriftlichen Dokumentation festgehalten.

Ertüchtigung der GuD 2

Um die neuen Gasturbosätze der GuD 2 zu montieren, musste die Anlage vom Netz genommen werden. TÜV Süd prüfte die Funktionale Sicherheit der neuen Maschinen. Zudem wurde die Hauptleittechnik erneuert. Das sind wichtige Schritte, denn bei der Strom- und Wärmeerzeugung gelten besonders hohe Standards für die Sicherheit, die Umweltverträglichkeit, die Verfügbarkeit und die Effizienz der Anlagentechnik. Hersteller müssen deshalb vor der Inbetriebnahme einer neuen oder modernisierten Anlage alle vertraglich zugesicherten Eigenschaften sowie die Werte für Leistung und Wirkungsgrad nachweisen. Dies geschieht im Rahmen von Performance-Tests, die mit eigens dafür entwickelten Messprogrammen durchgeführt werden.

Die gesammelten Ergebnisse zeigen, ob wichtige Richtlinien und Standards eingehalten werden. Das erste Anfeuern mit Gas der ertüchtigten GuD 2 wurde zum Jahresende 2021 erfolgreich durchgeführt.

Bildergalerie

  • HAZOP-Analyse: Experten verschiedener Fachgebiete kommen zusammen, um Sicherheitsfragen und Anlagenkonzepte zu diskutieren. Die Moderation übernimmt eine erfahrene unabhängige Person.

    Bild: iStock, Hispanolistic

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