TWL beteiligt sich im Rahmen der Wachstumsstrategie TWL 2020 aktiv an Lösungen zur Bewältigung der Energiewende.

Dazu zählt die Aufgabe, das Energieangebot und die Verbräuche auszugleichen, damit die Stromversorgung weiterhin stabil betrieben werden kann. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Windkraft und Photovoltaik witterungsabhängig ist, unterliegt die elektrische Energieproduktion hohen Schwankungen und ergibt entsprechende Prognose- und Fahrplanabweichungen. Wenn ein Überangebot an Stromproduktion vorherrscht, kann es zur Stabilisierung der Netze sogar notwendig werden, dass klimafreundliche Erzeugungsanlagen vom Netz genommen werden müssen.

Um dies zu vermeiden, muss das temporäre Überangebot an Strom abgeführt und sinnvoll genutzt werden. Dazu kann TWL mit der neuen Power-to-Heat-Anlage einen Beitrag leisten, da die Anlage Regelleistung zur Verfügung stellt. Power-to-Heat ist die Umwandlung von Strom in Wärme. Wenn die Strommenge im Netz zu groß ist, geht die Power-to-Heat-Anlage in Betrieb und speist die entstehende Wärme in das Ludwigshafener Fernwärmenetz ein.

Die Infrastruktur der TWL mit Fernheizwerk, Wärmespeichern und Wärmenetzen bietet optimale Voraussetzungen für den Einsatz von Elektroerhitzern.

Konzeption | Elektro- und Leittechnik

Andreas Bach,
Leiter Großanlagen im Fernheizwerk der TWL

„Aufgrund mehrerer gleichzeitig laufender Projekte, wie der Austausch eines 40 MW Kessels, der Umbau eines Heizöllagertanks zu einem weiteren Wärmespeicher sowie die Integration der Elektroerhitzeranlagen haben wir für den Planungs- und Beschaffungsprozess, die Ausschreibung und Bauüberwachung kompetente und langjährige Partner wie Entec und LAE hinzugezogen. Enge Kooperation sowie Anlagenkenntnis und Anlagenverständnis zeichnen diese Ingenieurbüros aus. Nur so war es möglich, alle Erfordernisse der Projekte in der gegebenen Zeit und innerhalb der Kostenbudgets abzuwickeln.

Thomas Machmeier,
Projektleiter Verfahrenstechnik Entec Ingenieur GmbH

„Eine besondere Herausforderung war die Integration der Anlagen in den Gebäudebestand mit all den Schwierigkeiten von über die Jahre gewachsenen Systemen, den Anpassungen an die örtlichen Gegebenheiten sowie der Implementierung während des laufenden Betriebs. Die Wärmeversorgung des Versorgungsgebiets durfte auf keinen Fall unterbrochen werden. Hier war die abgestimmte Koordination aller Gewerke gefordert. Diese Leistungen waren nur gemeinsam zu stemmen und wurden von Andreas Bach und seinem erfahrenen Team sowie unserem Partner LAE Engineering kompetent gewährleistet.“

Auslegungsdaten | Elektro- und Leittechnik

Die Power-to-Heat-Anlage der TWL besteht aus zwei Prozesserhitzern mit je 5.000 kW / 690 V, in denen strombetriebene Heizröhren Wasser erhitzen (ähnlich dem Prinzip des Durchlauferhitzers in Haushalten). Die Prozesserhitzer leisten zusammen 10 Megawatt und können stufenlos geregelt werden. Die beiden Erhitzer sind strömungstechnisch parallel geschaltet und direkt in das Fernwärmenetz eingebunden. Sie können jeweils auch einzeln betrieben werden. Die Wassereintrittstemperatur beträgt ca. 70°C und wird am Austritt bei einem maximalen Volumenstrom von 260 m3/h auf max. 130°C hochgeheizt.
Die Energieversorgung erfolgt aus der Mittelspannungsebene über ein Doppel- sammelschienensystem an zwei Mittelspannungstransformatoren mit jeweils 6.000 kVA; 21 kV / 690 V. Diese speisen über Stromschienen in die Erhitzer-Schaltanlagen.

Der Leistungsteil jeder Stufe wird über einen Leistungsschutz geschaltet. Pro Erhitzeranlage stehen 11 Schaltstufen mit 250 kW bzw. 500 kW zur Verfügung, die Feinregelung erfolgt über Thyristorsteller. Die Steuerung eines Elektroerhitzers erfolgt über eine jeweils eigene SPS, die mit der Leitstelle der TWL verbunden ist. Die Vorgabe des Leistungssollwertes erfolgt aus der Netzleitstelle.
Zur Begrenzung des Einschaltstroms bei der Inbetriebnahme wurde eine Vormagnetisierungseinrichtung installiert. Mit dieser VME werden die Leistungstransformatoren auf der Sekundärseite mit 690 V über einen definierten Zeitraum vormagnetisiert und können danach ohne Auswirkungen auf das Mittel- spannungsnetz zugeschaltet werden. Diese Zuschaltungsart der Maschinentransformatoren entspricht dem „Sanftanlauf“ der Motoren.

Funktion | Elektro- und Leittechnik

Zuerst wird die 500 kW Thyristor-Stufe zugeschaltet und hochgeregelt. An deren Stufenende wird danach eine Leistungsstufe 250 kW zugeschaltet und mit steigender Anforderung wird die Leistung der Thyristor-Stufe erhöht bis wiederum der Maximalwert erreicht wird. Danach wird eine 500 kW Leistungsstufe zugeschaltet, die 250 kW Leistungsstufe abgeschaltet und erneut bis zum Maximalwert der Thyristor-Stufe hochgeregelt. Die Aktivierungszeit bis zum Maximalwert von 5.000 kW beträgt 160 Sekunden.

Die Rückschaltung bei Deaktivierung der Anlage erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge. Wird der minimale Leistungswert erreicht, wird eine feste Stufe abgeschaltet und die variable Stufe setzt mit einer Leistung entsprechend dem Wert der abgeschalteten Gruppe fort.
Die beiden Anlagen können über Bedienpanels an den Schaltanlagen bedient und beobachtet werden, die Daten werden auch zur Netzleitstelle übertragen, visualisiert, archiviert und ausgewertet.

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