Sieger Gewerbliche Anlage des Jahres 2013

Stadtwerke Karlsruhe

Beim Bier erzählte Ulrich Poschmann seinem Studienfreund Manuel Rink von der Arbeit bei der Mineralölraffinerie Oberrhein (MiRo) und der dort anfallenden riesigen Menge ungenutzter Abwärme. Stadtwerke-Ingenieur Rink wurde hellhörig. Ob man die nicht für das Fernwärmenetz der Stadt nutzen könne? Man kann! Dank den beiden Freunden werde inzwischen 20.000 städtische Haushalte aus der Raffinerie mit Wärme versorgt und jährlich fast 100.000 Tonnen CO2 eingespart.

Manuel Rink ist erst 48 Jahre alt – hat sich aber in seiner Heimatstadt Karlsruhe schon heute  ein Denkmal gesetzt. Der Grundstein dafür entstand bei einem Bier mit seinem Studienfreund Ulrich Poschmann, als ihm dieser von seiner Arbeit in der Verfahrenstechnik der Mineralölraffinerie Oberrhein, kurz „MiRO“, erzählte. Bei der Produktion in Deutschlands größtem Benzinerzeuger falle sehr große Mengen an Abwärme an, erzählte Poschmann – und Rink, der bei den Stadtwerken Karlsruhe arbeitet, wurde hellhörig: Ob man die nicht für das Fernwärmenetz der Stadt nutzen könne?

Ein halbes Jahr tüftelten die beiden an einem Konzept, bevor sie ihren Chefs ihre Idee präsentierten. Diese ließen eine Machbarkeitsstudie  in Auftrag geben, die die Analyse von Rink und Poschmann in weiten Teilen bestätigte. Das Potenzial schien enorm: Jeweils rund 40 Megawatt Wärme ließe sich aus den beiden Werksteilen der Raffinerie ziehen – und in Form von Heizwasser mit einer Temperatur von 120 °C bündeln. Gelänge es, diese Wärme in das städtische Fernwärmenetz zu speisen, könnte man damit tausende Wohnungen sowie Schulen, Ämter, Geschäfte und Betriebe in Karlsruhe versorgen – und so den Kauf oder die Herstellung von fossil erzeugter Wärme vermeiden. Das Umweltpotenzial einer solchen Maßnahme: Die Emission von rund 100.000 Tonnen CO2 könnte dadurch eingespart werden – so viel wie die Abgase von über 200.000 Flügen zwischen Hamburg und München.

Trotz der hohen Umweltvorteile waren in der Vergangenheit ähnliche Pläne stets gescheitert – an Umsetzungsschwierigkeiten, Sicherheitsvorschriften, der Wirtschaftlichkeit und der notwendigen Koordination der Partner. „Diesmal war die Zeit reif“, so Rink, „die Chemie zwischen den handelnden Personen stimmte.“ Die Raffinerie gab „grünes Licht“ für die Umsetzung auf dem Gelände, der Vorstand der Stadtwerke Karlsruhe sicherte die Finanzierung des Projekts – 25 Mio. Euro in Form von Bankkrediten, weitere 5 Mio. durch eine Förderung des Bundesumweltministeriums.

Im Mai 2008 war der Spatenstich für das Projekt. Auf dem Raffineriegelände ging es vorerst darum, eine neue Heizwasserleitung mit einer Gesamtlänge von rund 3 km zu bauen, die aus sieben verschiedenen Wärmequellen die Hitze aus heißen Raffinerieprodukten extrahiert und dann an einem Sammelpunkt bündelt. Eine schwierige Herausforderung. Einerseits aufgrund der chemischen Beschaffenheit der Kohlenwasserstofferzeugnisse, in denen die Abwärme „steckt“. Andererseits aufgrund des geringen Platzes in den Prozessanlagen. „In so einer Raffinerie ist sowieso alles eng wie in einem U-Boot angeordnet, da ist es nicht leicht, noch etwas zusätzlich anzubauen“, erklärt Rink. Da herkömmliche Rohrbündel-Wärmetauscher aufgrund ihrer Größe nicht verwendet werden konnten, mussten zwölf Plattenwärmetauscher angebaut werden – eine Art „Schaltstellen der Wärmeübertragung“. In ihnen wird die Hitze aus einer jeweiligen Ölleitung auf die neue Heizwasserleitung übertragen – und zwar über eine Verbindung durch Metallplatten. Trotz der enormen Wärmeleistung, die dort gezogen wird – bis zu 15 MW – sind diese Wärmetauscher sehr kompakt. Aus Sicherheitsgründen mussten dicht verschweißte Pakete in stabilen Stahlbehältern eingesetzt werden.  Gerade mal vier Wochen hatte das Team Zeit, die Installationsarbeiten durchzuführen – in jener Zeit, als dieser Werkteil der Raffinerie aufgrund einer TÜV-Revision stillstand.   

Vom Sammelpunkt in der Raffinerie, der sogenannten „Übergabestation“, mit Pumpen und Druckhaltung, bis zum Raffineriezaun und weiter zum Karlsruher Heizkraftwerk West mussten dann weitere 6 km zurückgelegt werden, um von dort eine Einspeisung in das Wärmeversorgungsnetz der Stadtwerke zu gewährleisten. Bis auf eine Unterführung unter einer Schnellstraße und unter einer Bahnlinie, bei der ein stillgelegter Rohrschacht verwendet werden konnte, mussten komplett neue Leitungstrassen errichtet werden. Dazu wurden Gräben von über 2,7 m Breite und 2,5 m Tiefe ausgehoben, um die gut isolierten Rohre verlegen zu können.

Nach über zwei Jahren Bauzeit wurden die Arbeiten im November 2010 abgeschlossen. Seitdem steht ein geschlossener Wärmekreislauf mit zwei Leitungen von jeweils 60 Zentimeter Durchmesser  zur Verfügung. Durch das Zuliefer-Rohr strömt rund 120 °C heißes Wasser unter Druck von der Raffinerie zum Heizkraftwerk. Von hier aus wird die Wärme an die Haushalte und andere Abnehmer verteilt. Das Wasser verliert dabei an Temperatur und kühlt auf 70 °C ab. Dann fließt es durch das Retour-Rohr zurück zur Raffinerie. Dort wird es wieder auf 120 °C erwärmt. Auf beiden Strecken gehen über die Distanz der 5 km jeweils weniger als 1 °C an Temperatur verloren – ein geringer Wert. „Die eigentliche Innovation des Projekts entsteht aus dem Zusammenspiel der Teile in einem funktionierenden Wärmeverbund“, zieht Rink Resümee zur Umsetzung der gemeinsamen Idee.

Im Jahre 2012 wurde 260.000 MWh Wärme von der Raffinerie geliefert, genug für die Abdeckung des durchschnittlichen jährlichen Wärmebedarfs von über 20.000 Wohneinheiten.  Der Brennstoffgegenwert für die Erzeugung einer solchen Menge liegt laut Manuel Rink bei rund 5 Mio. Euro.  Dem gegenüber stehen jährliche Betriebs- und Instandhaltungskosten sowie die Rückzahlung der aufgenommenen Bankkredite. Verbleibt am Ende des Jahres ein Überschuss, teilen sich die Stadtwerke Karlsruhe und die MiRO-Raffinerie diesen auf.

Für die Raffinerie hat das Projekt aber auch noch einen anderen Wert: Sie konnte ihre Energieeffizienz um fast drei Prozentpunkte verbessern, was im internationalen Vergleich mit anderen Raffinerien der MiRO-Gesellschafter (Shell, Esso, Phillips 66, Ruhr Oel) einen wichtigen Wettbewerbsfaktor darstellt.  Die Stadtwerke wiederum haben dadurch einen neuen Lieferanten für die Grundlast, die selbst im Sommer ca. 25 MW beträgt, gewonnen und konnten die Erzeugung in ihren Spitzen- und Reserveeinheiten deutlich reduzieren. Geld verdient wird erst nach dem Ende der Amortisationszeit, die 2021 oder 2022 erreicht werden soll. Das ursprünglich veranschlagte Baubudget wurde übrigens – ungewöhnlich bei Projekten dieser Größe und Komplexität – um 0,5 Mio. Euro unterschritten.

 

von Jennifer Lachman


Fotos: Andy Ridder

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