Documentation as video clip

Windows® Media (SQ) (LQ)
iPhone®, iPad® (HQ) (SQ)
All projects with video

Helmholtz Center Munich Neuherberg
Gas turbine block heat and power plant for combined heat, cooling and power (CHCP) trigeneration

You may also get informed about our experience with

Would you like to get to know more about us?

Please have a look at our company profile, our services and feel free to get in contact with us.

Table of content


External view CHCP plant
External view CHCP plant

Project data

Planning and construction period:1996 .. 2003
Projektgröße:insgesamt ca. 4,5 Mio. €
Auftraggeber: Staatliches Hochbauamt München II
Peter-Auzinger-Str. 10
81547 München
Grundkonzeptentwicklung GSF:Dipl.-Ing. Josef Maier
Abteilung Betriebstechnik


Ingenieurleistungen

Artikel in Bayerischer Staatszeitung Nr. 49/2001
Artikel in Bayerischer Staatszeitung Nr. 49/2001
BHKW Rückansicht
BHKW Rückansicht



Projektbeschreibung

SANKEY Energieflußdiagramm konservatives Energiekonzept
SANKEY Energieflußdiagramm konservatives Energiekonzept
SANKEY Energieflußdiagramm KWK-Konzept
SANKEY Energieflußdiagramm KWK-Konzept

Die GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, Neuherberg, hat auf ihrem Gelände eine Anlage zur Erzeugung von Wärme, Kraft und Klimakälte errichtet.

Für die Durchführung dieser Maßnahme war für die GSF ausschlaggebend, daß die Energieerzeugung durch KWK ressourcenschonend, umwelt- und klimafreundlich ist.
Durch gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme wird ein höherer Primärenergienutzungsgrad erzielt als bei der getrennten Erzeugung in Kondensationskraftwerken und Heizkesseln.



Aufgrund des Genehmigungsantrages vom 24.11.1999 wurde durch das Landratsamt München die immissionsschutzrechtliche Genehmigung für die wesentliche Änderung der bestehenden Feuerungsanlage durch Errichtung eines Blockheizkraftwerkes mit zwei Gasturbinen zur Erzeugung von Strom, Wärme und Klimakälte auf dem Gelände der GSF mit Bescheid vom 06.08.2002 erteilt.


Aufstellung Gasturbine und Abhitzekessel / Schnitt
Aufstellung Gasturbine und Abhitzekessel / Schnitt

Anlagendaten

Für die Energieerzeugung sind 2 Stück baugleiche Gasturbinenmodule installiert, bestehend im wesentlichen aus den Hauptkomponenten:


Prinzipschaltbild Abgas- und Luftsysteme für Gasturbine
Prinzipschaltbild Abgas- und Luftsysteme für Gasturbine


Innenraum
Innenraum


Generator
Generator


Gasturbinen in Schallschutzkabinen
Gasturbinen in Schallschutzkabinen


Zwei Stahlschornsteine, freistehend, Höhe 33m
Zwei Stahlschornsteine, freistehend, Höhe 33m


Schaltschränke für SPS-Steuerung, DDC-Unterstationen und Leistungsteile
Schaltschränke für SPS-Steuerung, DDC-Unterstationen und Leistungsteile


Jedem Gasturbinenmodul ist ein Abhitzekessel zur Auskoppelung von Wärme aus dem Turbinenabgas zugeordnet.
Die Abhitzekessel sind sicherheitstechnisch nach TRD 604/2 für BoB 72 Stunden ausgerüstet.

Zwei Rauchrohrkessel, abgasbeheizt, Nennwärmeleistung 2.500 kW
Zwei Rauchrohrkessel, abgasbeheizt, Nennwärmeleistung 2.500 kW

BefeuerungsartAbgase aus Gasturbine
max. Kesselleistung2.500 kW
Kesselheizfläche337 m2
Wasserinhalt10.350 Liter
max. Betriebsüberdruck13,0 bar
max. Betriebstemperatur195 °C
Heißwassererwärmungvon 100°C auf 155°C
Rauchgasmassenstrom Gasturbine6,0 kg/sec
Temperatureintritt Abhitzezug513 °C


Anlagenkonzeption

Wärmespeicher
Wärmespeicher
Wärmespeicher, Schornsteine der Gasturbinen
Wärmespeicher, Schornsteine der Gasturbinen

Die Heißwasserkreisläufe der Abhitzekessel sind vom übergeordneten Heißwassernetz durch die Wärme- Pendelspeicher hydraulisch entkoppelt.
Vorrangige Führungsgröße für den Betrieb der Turbinenaggregate ist der Wärmebedarf. Im wärmegeführten Betrieb erfolgt die Aggregatesteuerung (Einzel- oder Parallelbetrieb der Module 1 und 2 im Lastbereich 60% .. 100%) in Abhängigkeit vom Ladezustand der Wärmespeicher.



Anlagenschema
Anlagenschema

Zusätzlich zu den durch Turbinenabgas beheizten Heißwassererzeugern sind drei mit Gas/HEL direkt befeuerte Heißwassererzeuger zur Spitzenlastabdeckung aus dem Bestand vorhanden.
Diese Gas-/HEL- befeuerten Heißwasserkessel weisen Nennwärmeleistungen von jeweils 8,6 MW auf und wurden zusammen mit der Pumpendruckhaltung sicherheitstechnisch entsprechend TRD 604/2 für BoB 72 Stunden ausgerüstet.
Zur Einhaltung der in der 1. BimSchV geforderten Emissionsgrenzwerte wurden die Feuerungsanlagen mit Rauchgas-Rezirkulationseinrichtungen ausgerüstet.


Die von den abgasbeheizten Wärmeerzeugern (AHK 1 und AHK 2) in die Wärmeverteilung eingespeiste Wärme und die durch die Spitzenwärmeerzeuger (Kessel 1,2,3) erzeugte Wärme werden jeweils getrennt gezählt.

Der Brennstoffeinsatz für die Gasturbinen und für die Kessel wird in der Meß- und Regelstation (HD-Stufe 12 barÜ) des Gasversorgungsunternehmens gemeinsam erfaßt.

Einbindung GT-Aggregate in 20kV-Netz
Einbindung GT-Aggregate in 20kV-Netz

Der durch die Gasturbinenaggregate im wärmegeführten Betrieb erzeugte elektrische Strom wird in das Mittelspannungsnetz der Liegenschaft eingespeist und wird zur Grundlastdeckung des elektrischen Leistungsbedarfs verwendet.
Stromrückspeisung in das Mittelspannungsnetz des EVU ist nicht vorgesehen.
Die Gasturbinenaggregate werden elektrisch im Netzparallelbetrieb gefahren. Außerdem dienen sie im Inselbetrieb der Ersatzstromversorgung.


Der durch den thermischen Antrieb der Absorptionskältemaschinen und den Warmwasserbedarf bestimmte Sommerwärmebedarf wird ausschließlich durch Wärmeauskopplung aus der KWKK-Anlage gedeckt.
Während der Heizperiode, in welcher Bedarf an Raum-, Lüftungs- und Prozeßwärme besteht, wird mit der ausgekoppelten Wärme die Grundlast und der darüber hinausgehende Bedarf durch die Gas-/HEL-befeuerten Spitzenerzeuger gedeckt.

Während der kalten Jahreszeit wird der geringe Bedarf an Klimakälte durch "Freie Kühlung" gedeckt.

Wärmeverteilung

Die Wärmeverteilung erfolgt durch Heißwasser in zwei Versorgungsbereichen:

Serielle Heißwasser-Schaltung
Serielle Heißwasser-Schaltung

Die an das Heißwassernetz angeschlossenen Wärmeverbraucher in der Unterzentrale sind in der Weise seriell geschaltet, daß das Heißwasser mit der Eintrittstemperatur von 155°C zunächst den Dampferzeugern 1+2, dann abgekühlt auf ca. 130°C im Sommer den Absorptionskältemaschinen bzw. im Winter der Hauptzuluftvorwärmung des Biologikums und schließlich auf dem Temperaturniveau von ca. 90°C der Wärmetauschergruppe für Gebäudeheizung und Brauchwassererwärmung zugeleitet wird. Eine weitergehende Auskühlung des Heißwassers ist für die Effizienz des KWK-Prozesses wichtige Voraussetzung.


Prozeßdampferzeugung

Prozeßdampferzeugung aus Heißwasser
Prozeßdampferzeugung aus Heißwasser

In der Technikzentrale befinden sich zwei heißwasserbeheizte Dampferzeuger für Prozeßdampf einschließlich Speiseeinrichtungen, VE-Wasseraufbereitung und thermische Entgasung:


2 HD-Dampferzeuger, Sattdampf 3,5 bar<sub>Ü</sub> bzw. 0,5 bar<sub>Ü</sub>
2 HD-Dampferzeuger, Sattdampf 3,5 barÜ bzw. 0,5 barÜ


Zentrale Klimakälteversorgung mit Absorptionskältemaschinen

Die Kältezentrale versorgt Institutsgebäude und Rechenzentren der GSF mit Klimakaltwasser 6°C/12°C.
Kaltwasser-Volumenstrom max. 350 m3/h.

Absorptionskältemaschinen
Absorptionskältemaschinen

Als Kälteerzeuger dienen zwei baugleiche Absorptions-Flüssigkeitskühler mit folgenden Daten je Maschine:

Kälteleistung Q01.200 kW
Kaltwassertemperaturen12°C/6°C
Kondensatorleistung QK2.940 kW
Kühlwassertemperaturen27°C/37°C
Thermische Antriebsleistung1.770 kW
Heißwassertemperaturen130°C/105°C


Lösungsfeld für Absorptions-Kälteprozeß nach Single-Effect
Lösungsfeld für Absorptions-Kälteprozeß nach Single-Effect

Thermische Antriebsenergie durch Wärmeauskopplung aus dem KWK-Prozeß.
Es handelt sich um Standard-Absorptionskältemaschinen mit dem Stoffpar LiBr-Wasser, welche nach dem Single Effect-Prinzip Arbeiten.
Die Lage dieses Prozesses ist im Lösungsfeld dargestellt.

Für die Wärmeabfuhr sind zwei baugleiche druckbelüftete Naßkühltürme südlich des Biologikums in einer Grünfläche aufgestellt:

Rückkühlleistung2 x 3.000 kW
Kühlwassertemperatur37°C/27°C
Kühlwasservolumenstrom2 x 260 m3/h
Motorleistung je Ventilator27 kW / 6,5 kW


Rückkühlwerk
Rückkühlwerk

Jedem Kühlturm ist ein druckloser Auffangbehälter mit je 10 m3 Inhalt in der Kältezentrale zugeordnet, welchem das abgekühlte Wasser durch Freispiegelleitung zufließt. Entsprechend der Eindickungsrate 1:2,5 wird Kühlwasser aus den Behältern abgeschlämmt. In Abhängigkeit vom Wasserstand in den Auffangbehältern wird teilenthärtetes Zusatzwasser eingespeist. Die den Kältemaschinen zugeordneten Pumpen entnehmen das Kühlwasser aus den Behältern und fördern es erwärmt auf das Vordruckniveau der Düsenstöcke des Rückkühlwerkes.


Automations- und Schaltanlagen

Steuerung der BHKW-Anlage mit Abhitzekesseln

Bedienplatz
Bedienplatz

Die Anforderung von einer oder beiden Gasturbinen mit den zugeordneten Abhitzekesseln (HW-Erzeuger) erfolgt lastabhängig (u.a. in Abhängigkeit vom Ladezustend der Wärmespeicher) durch ein Last-Managementsystem.

Die Sicherheitsfunktionen der HW-Erzeuger nach TRD 604/2 BoB 72 Stunden (Temperatur- und Druckbegrenzung, Wassermangelsicherung, Überwachung der Abgasklappen uws.) sind hardwaremäßig ausgeführt.

Zu jedem Turbinensystem in der Energiezentrale gehören Steuer- und Regeleinheiten mit den Hauptkomponenten:

Jede Maschinensteuerung verfügt über eine speicherprogrammierbare Steuerung S5 (Siemens) als CPU.

Schaltschrank
Schaltschrank

Die SPS kommuniziert über eine serielle Schnittstelle mit dem sogenannten Monitorrechner. Der Monitorrechner fragt zyklisch Status- und Störmeldungen und Analogwerte von der Turbinensteuerung ab. Diese Meldungen werden von der SPS auch an die übergeordnete Leittechnik übertragen.
Die von der SPS übernommenen Daten werden durch den Monitorrechner gespeichert und am Bildschirm angezeigt. Der Rechner ist mit einem Modem ausgerüstet, so daß für Servicezwecke auf aktuelle und gespeicherte Daten via Telefonnetz zugegriffen werden kann.

In der SPS sind die Programmabläufe für die Start- und Stopphase mit Zu- und Abschaltung der Hilfsaggregate hinterlegt.

Analoge Meßwerte wie Brennkammer- und Lufttemperaturen, Öl- und Lagertemperaturen, Generator-Wicklungstemperaturen, Drehzahl, Aktuatoröffnung, Vibrationen, Öldruck Startsystem usw. werden von der SPS verarbeitet.


Für die Regelung der Parameter wie

ist eine bewährte, digitale, mikroprozessorgesteuerte Regelausrüstung (Woodward Excel 150) installiert.

Die Gasturbinensteuerung ist mit einer zentralen Netzausfallerkennung ausgerüstet.

Generatorüberwachung (Generator 1.470 kVA, 400 V) im Hinblick auf die Über- und Unterspannung, Erdschluß, Rückleistung, Überstrom I>, I>>, Über- und Untererregung.

Blocktransformator (1.600 kVA, 20 kV/400 V, Schaltgruppe Yd5) ausgerüstet mit Buchholzschutz.

20 kV Schaltanlage

Automation für sonstige Anlagen der Wärmeerzeugung in der Energiezentrale

Es wurde ein Automationssystem, umfassend

installiert.

Das übergeordnete Leitsystem weist folgende Funktionen auf:

Die Bedienmöglichkeiten sind sowohl über eine Tastatur an der CPU oder DDC-Unterstation als auch zusätzlich an der Handbedienebene (Notbedienebene) der einzelnen Funktionskarten gegeben.

Die Kommunikation der DDC-Unterstationen mit der Managementebene (GLT) erfolgt mittels Profibus-Schnittstelle.

Sicherheitsfunktionen sind grundsätzlich hardwareseitig verknüpft.

Für folgende Informationsschwerpunkte sind DDC-Unterstationen eingerichtet:

Innovative Komponenten der kombinierten Kraft-Wärme-Kälteerzeugungsanlage bei GSF



Roegelein Ingenieure sind nicht für den Inhalt der referenzierten Seite verantwortlich.
gasturbinen-bhkw.de
engineer,planning,consulting,supply engineering,building facility,building facilities,industrial engineering