Umrichtertechnik für die Fernwärmeversorgung

Oberschwingungen im Griff

Als Reaktion auf den fortschreitenden Klimawandel sind die Versorgungsunternehmen in Deutschland dazu angehalten, auf CO2-neutrale Energien umzustellen. Für die in Bau befindliche Fernwärme-Besicherungsanlage Rheinufer Neckarau liefert Bilfinger die Elektro- und Leittechnik zur Einspeisung der gewonnenen Wärme. Schrankumrichter der Baureihe ACS880-37 von ABB tragen dazu bei, dass das Stromnetz nicht mit Netzoberschwingungen belastet wird.
 Die Mannheimer Fernwärme wird effizient erzeugt und verteilt - auch mithilfe moderner Automatisierungs- und Antriebstechnik.
Die Mannheimer Fernwärme wird effizient erzeugt und verteilt – auch mithilfe moderner Automatisierungs- und Antriebstechnik.Bild: MVV

Das Unternehmen MVV Energie baut derzeit im Mannheimer Ortsteil Neckarau im Rahmen des Projekts BeRUN eine Fernwärmebesicherungsanlage. Sie soll zur Besicherung und Spitzenlastabdeckung der Fernwärmeversorgung dienen, da das Unternehmen seine Fernwärmeerzeugung Schritt für Schritt auf klimaneutrale Energien umstellen will.

Wesentlicher Zweck des Vorhabens ist es, die Fernwärmebesicherung vor dem Hintergrund der mittelfristig anstehenden Stilllegung der Bestands-Kraftwerksblöcke des Grosskraftwerks Mannheim (GKM) im Zuge des Kohleausstiegs sicherzustellen. Die Anlage wird aus einer Heißwasser-Kesselanlage mit einer installierten Nutzwärmeleistung von 286MW, einer Gasdruckregel- und Messstation sowie einer Fernwärme-Pumpenanlage mit einer hydraulischen Leistung von circa 9.000t/h bestehen. Die Heißwasseranlage setzt sich hauptsächlich aus zwei Kesseleinheiten sowie der Pumpenanlage zusammen, die aus zwei Gruppen mit jeweils drei Pumpen besteht.

Für das Projekt liefert Bilfinger Life Science Automation die Elektro- und Leittechnik zur effizienten Einspeisung von Wärme aus der Besicherungsanlage in das Fernwärmenetz des Energieunternehmens. Um die Oberwellen-Anforderungen von MVV zu erfüllen, hat der Systemintegrator zur Regelung der Zu- und Ablaufpumpen der Anlage drei Low-Harmonic-Single-Drive-Frequenzumrichter vom Typ ACS880-37 (je 1.100kW) bei ABB geordert. Drei weitere Geräte mit je 630kW komplettieren die Umrichterbestellung.

 Single-Drive-Schrankgeräte ACS880-37: Die Low-Harmonic-Drives von ABB tragen dazu bei, dass das Stromnetz nicht zu stark mit Netzoberschwingungen belastet wird.
Single-Drive-Schrankgeräte ACS880-37: Die Low-Harmonic-Drives von ABB tragen dazu bei, dass das Stromnetz nicht zu stark mit Netzoberschwingungen belastet wird.Bild: ABB

Oberschwingungsgehalt reduzieren

Netzoberschwingungen verschmutzen das Stromnetz und verursachen ein unberechenbares Verhalten der angeschlossenen Einrichtungen. Zu den Geräten, die das Stromnetz mit Oberschwingungen belasten können, zählen neben vielen anderen elektronischen Systemen auch Frequenzumrichter. Geräte mit einer sehr geringen gesamtharmonischen Verzerrung (Total Harmonic Distortion, kurz THD), wie die Schrankgeräte ACS880-37 in der Low Harmonic-Version, können die Netzqualität verbessern und tragen den vermehrt gestellten Forderungen nach einer höheren Qualität der Netzspannung Rechnung.

Bei einem konventionellen Frequenzumrichter mit einer 6-Puls-Diodenbrücke als Gleichrichter ist der netzseitige Strom nicht sinusförmig und hat einen signifikanten Oberschwingungsgehalt, speziell der fünften und siebten Harmonischen. Das zeigt sich auch im THD-Wert der gesamten harmonischen Verzerrung, der 30 bis 50 Prozent erreichen kann. Ein deutlich besseres Oberschwingungsverhalten zeigen die Low Harmonic Drives von ABB. Mit einem THD-Wert von nur 3 Prozent gewährleisten sie eine hohe Netzqualität.

Auf dem Weg zur grünen Wärme

MVV versorgt aktuell rund zwei Drittel der Mannheimer Haushalte sowie die Kommunen Heidelberg, Schwetzingen und Speyer mit Fernwärme. Bisher kam der größte Teil aus den steinkohlebasierten Kraft/Wärme-Kopplungsanlagen des GKM. Mit der Anbindung der Friesenheimer Insel in Mannheim an das Fernwärmenetz wurde die Voraussetzung geschaffen, dass auch aus der thermischen Abfallbehandlung Fernwärme in das Fernwärmenetz Mannheim abgegeben werden kann. In den Sommerperioden soll die Fernwärmeversorgung ausschließlich durch die thermische Abfallbehandlung erfolgen. Die Wärmewende ist neben der Stromwende sowie grünen Produkten und Lösungen ein Baustein des Mannheimer Modells, mit dem MVV bis zum Jahr 2040 klimaneutral und anschließend klimapositiv werden will.

BeRUN dient vor dem Hintergrund der anstehenden Kohlekraftwerkstilllegungen im GKM primär als flexible und zuverlässige Reserve bei einem punktuellen Ausfall von Wärmeerzeugungsanlagen und zur Deckung von Spitzenlasten an besonders kalten Wintertagen. Die Anlage wird mit Erdgas befeuert. Ein späterer Einsatz von Biomethan und grünen Gasen ist möglich.

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