Am Nürnberger Standort von MAN Truck & Bus trifft moderne Fertigung auf 100 Jahre Industriegeschichte. Die Entwicklung hochmoderner, CO2-freier Antriebe und die serienmäßige Fertigung von Hochvolt-Batteriepacks standen lange Zeit im harten Kontrast zur Wärmeerzeugung durch die Verbrennung von Braunkohlestaub und Erdgas. Um sich von diesen fossilen Energieträgern zu lösen, suchte MAN den Kontakt zu N-Ergie, dem lokalen Energieversorger in Nürnberg.
Anschluss ans Fernwärmenetz, ein heikles Vorhaben
Andreas Wunram, Assetmanager Netzentwicklung Rohre bei N-Ergie Netz, erinnert sich noch an die ersten Gespräche: „MAN an unser Fernwärmenetz anzuschließen, war damals ein heikles und heiß diskutiertes Thema, weil das Vorhaben nicht mit den Technischen Anschlussbedingungen, kurz TAB, vereinbar war.“ Das Problem ist grundlegender Natur: Großkunden aus der Industrie ist es oft nicht möglich, die in den TAB der Fernwärmeversorger geforderten niedrigen Rücklauftemperaturen zu gewährleisten. Diese sind jedoch nötig für den effizienten Netzbetrieb.
„Trotzdem wollten wir die MAN unbedingt an unser Fernwärmenetz anschließen, denn das Potential für Klimaschutz und Stadtentwicklung ist groß. Mit diesem Projekt wurde es möglich, Redundanzen im Netz aufzubauen und ein neues Stadtviertel sicher mit Fernwärme zu versorgen. Was es dafür brauchte, war eine Tailor-Made-Solution, welche die Interessen und Bedürfnisse von Versorger und Abnehmer gleichermaßen berücksichtigte.“
Für die Realisierung dieses Projekts wurden GEF Ingenieur mit der Planung und Bilfinger Life Science mit dem Bau beauftragt. Die Liste der Anforderungen war lang: Zur Inbetriebnahme sollte die Anlage eine vereinbarte Leistung von 15 MW liefern können. Eine potenzielle Erhöhung der gelieferten Wärmeleistung auf bis zu 30 MW musste bereits eingeplant werden. Die in den hohen Rücklauftemperaturen der MAN enthaltenen Exergiemengen (nutzbare Energie) sollten durch Beimischung in den Vorlauf des Fernwärmenetzes zur Versorgung nachgelagerter Kunden verwendet werden. Die damit verbundenen Herausforderungen waren die Abdeckung eines besonders großen Regelbereichs sowie der regelungstechnische Umgang mit jahreszeitlich stark schwankenden Differenzdrücken im Primärnetz. Zudem legte MAN großen Wert auf die energetische Effizienz der Anlage.
Ventiltechnik als Schlüsselkomponente
Aufgrund guter Erfahrungen setzte Wunram zur Erfüllung dieser Anforderungen an zwei wichtigen Schlüsselstellen – der Mengenregelung im Vorlauf und der Druckhaltung im Rücklauf – auf Ventile von Schubert & Salzer. „Gleitschieberventile habe ich zum ersten Mal bei einem Projekt zur Konditionierung von Biomethangas erlebt. Trotz großer Nennweite und großem Regelbereich waren die Ventile sehr kompakt und extrem leicht. Das hat damals einen nachhaltigen Eindruck hinterlassen. Diese Gleitschieberventile machen nun schon seit vielen Jahren einen wirklich guten Job. Für die Anlage bei MAN wurde genau diese Zuverlässigkeit und Kompaktheit gebraucht“, erklärt Wunram.
Zur Mengenregelung im Primärvorlauf kommen sechs Gleitschieberventile in DN 100 mit einem Gewicht von jeweils nur 24,9 kg zum Einsatz. Diese regeln kaskadiert in zwei Ventilgruppen à drei Ventilen den Volumenstrom je Wärmeübertrager-Skid nach Sollwertvorgabe aus der zentralen Prozessleittechnik. Dank ihres geringen Gewichts und ihrer kompakten Baugröße können die Ventile auf kleinstem Raum und ohne zusätzliche Stützen installiert werden. Sie lassen sich sehr einfach isolieren, wodurch Wärmeverluste minimiert werden. Notwendige Instandhaltungsarbeiten sind einfach, schnell und kostengünstig durchführbar.
Das Funktionsprinzip: Wenig Kraft, hohe Dynamik
Ausschlaggebend für die kompakte Baugröße und das geringe Gewicht von Gleitschieberventilen sind zwei Dinge: Einerseits sind die Ventile in Zwischenflanschbauweise konstruiert, weshalb das Gehäuse im Vergleich zu anderen Regelventiltypen deutlich kleiner ausfällt. Andererseits kommen kleinere Antriebe zum Einsatz, da Gleitschieberventile lediglich rund zehn Prozent der Stellkraft eines vergleichbaren Sitzkegelventils benötigen. Diese Leistung wird durch das zugrunde liegende Funktionsprinzip ermöglicht: Zwei geschlitzte Dichtscheiben werden aufeinander verschoben, um den Durchflussquerschnitt freizugeben. Dabei muss der Antrieb nur die geringe Haft- und Gleitreibung zwischen den Dichtscheiben sowie einen kurzen Ventilhub von 6 bis 9 mm bewältigen. Das bedeutet kurze Stellzeiten und ermöglicht eine hohe Regeldynamik.
Ähnliche Vorteile bieten die Segmentplattenventile, die im Rückspeisewerk der Fernwärmeanlage zum Einsatz kommen. Aufgrund ihrer Zwischenflanschbauweise und der geringen Antriebskräfte sind sie mit einem Gewicht von je nur 38,4 kg äußerst kompakt. Im Gegensatz zu Gleitschieberventilen werden die Dichtscheiben von Segmentplattenventilen nicht gegeneinander verschoben, sondern aufeinander gedreht. Dadurch lassen sich noch höhere KVS-Werte und ein noch breiterer Regelbereich realisieren. In Bezug auf die Dichtigkeit profitieren sie nicht nur von hohen Differenzdrücken, die die Dichtscheiben aufeinanderpressen, sondern sie sind durch ein eingebautes Federpaket auch zuverlässig rückdichtend.
Der Dreileiteranschluss: Herzstück der Tailor-Made-Solution
Ein Kernelement der Tailor-Made-Solution ist der spezielle Dreileiteranschluss. Er ermöglicht es, den Rücklauf ganz oder teilweise mittels eines Rückspeisepumpwerks wieder in den Vorlauf des Primärnetzes zu leiten. Dadurch können die Probleme, die aus hohen Rücklauftemperaturen im Primärnetz resultieren, minimiert und eine bessere Vereinbarkeit mit den Technischen Anschlussbedingungen der N-Ergie gewährleistet werden. Damit die Rückspeisepumpen des Dreileiteranschlusses auch bei stark schwankenden Differenzdrücken zwischen Vor- und Rücklauf optimal arbeiten können, werden drei Segmentplattenventile zur kaskadierten Saugdruckhaltung eingesetzt.
Aufgrund der unmittelbaren Nähe zur Leitwarte von MAN gelten dabei besonders strenge Auflagen für die zulässige Geräuschentwicklung. Ursprüngliche Bedenken hinsichtlich der Lautstärke bei der Regelung sehr kleiner Durchflussmengen konnten von Schubert & Salzer rasch ausgeräumt werden. Die Dichtscheiben der Segmentplattenventile teilen die Strömung in mehrere kleinere Einzelströme auf. Dadurch wird die Entstehung starker und lauter Turbulenzen reduziert. Dieser Effekt, der üblicherweise durch den Einsatz von Lochplatten erreicht wird, ist hier ein immanenter Teil des Systems. Die im Vergleich äußerst dicke Wandstärke der Gehäuse der Segmentplattenventile dämpft die entstehenden Geräusche zusätzlich. Selbst im Wartungsfall, wenn also für kurze Zeit nur zwei der drei Ventile in Betrieb sind, werden die Lärm-Grenzwerte kaum überschritten.
20.000 t CO2 weniger – und Potenzial für mehr
Ein zukunftsfähiges Konzept: Durch den Fernwärmeanschluss kann MAN Truck & Bus jährlich rund 20.000 t CO2-Emissionen einsparen. Das selbstgesteckte Ziel, die CO2-Emissionen an den weltweiten Produktionsstandorten bis zum Jahr 2030 um 70 Prozent (im Vergleich zu 2019) zu reduzieren, rückt damit deutlich näher. Auch die Einspeisung von Abwärme aus dem MAN-Werk ins Fernwärmenetz ist perspektivisch möglich.
N-Ergie kann sich vorstellen, in Zukunft auch weitere Industriekunden als sogenannte „Prosumer“ an das Fernwärmenetz anzuschließen und industrielle Abwärmeströme in die Fernwärmeversorgung zu integrieren. Andreas Wunram dazu: „In der heutigen Zeit geht es darum, alle Energiepotentiale zu heben. Für uns handelt es sich deshalb auch um ein Pilotprojekt, mit dem wir die Machbarkeit und das Potential solcher Tailor-Made-Solutions zeigen konnten.“
