Kohlekraftwerke zur Mitverbrennung von EBS – Anlagen, EBS-Mengen und -Qualitäten, Betriebserfahrungen, Trends und Prognosen – Stephanie Thiel

1. Anlagen und Projekte zur Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen – Stand Frühjahr 2011 Dem folgenden Überblick über die Aktivitäten zur Mitverbrennung von • Ersatzbrennstoffen aus gemischten Siedlungsabfällen (EBS-S) und/oder • Ersatzbrennstoffen aus produktionsspezifischen Gewerbeabfällen (EBS-P) in deutschen Kohlekraftwerken liegt eine Recherche mit Stand März/April 2011 zu Grunde.

1.1. Dauerbetrieb Derzeit werden in zehn Kohlekraftwerken in Deutschland Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen und/oder produktionsspezifischen Gewerbeabfällen im Dauerbetrieb mitverbrannt. Der Kraftwerksstandort Jänschwalde verfügt in den einbezogenen acht der insgesamt zwölf staubgefeuerten Braunkohlekessel über eine genehmigte Mitverbrennungskapazität von 3,6 Ma.-% EBS-S – das entspricht 540.000 Tonnen pro Jahr. Die frühere freiwillige Selbstbeschränkung auf 400.000 Tonnen pro Jahr wurde ab 2009 überschritten: Die Einsatzmengen wurden zunächst auf 410.000 Tonnen (2009) und dann auf 472.000 Tonnen (2010) erhöht. Die Planmengen für die kommenden Jahre bis 2014 liegen zwischen 415.000 und 435.000 Tonnen pro Jahr. Im Braunkohlekraftwerk Schwarze Pumpe werden seit August 2007 in beiden staubgefeuerten Kesseln Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungs- und Gewerbeabfällen im Dauerbetrieb mitverbrannt. Die diesbezügliche Kapazität in Höhe von 80.000 t/a wurde im ersten vollen Betriebsjahr (2008) mit etwa 69.000 Tonnen weitgehend ausgeschöpft. In den beiden Folgejahren ging die Menge auf etwa 44.000 Tonnen pro Jahr zurück, und ab 2011 ist eine weitere Reduktion auf etwa 30.000 Tonnen pro Jahr geplant. In den beiden Braunkohlekesseln werden neben EBS-S auch Faserschlämme und Mischbrennstoff eingesetzt. Das Kraftwerk Werne/Gersteinwerk ist das einzige Steinkohlekraftwerk mit Trockenstaubfeuerung in Deutschland, in dem siedlungs- und gewerbeabfallstämmige Ersatzbrennstoffe mitverbrannt werden. Die geplante Steigerung der 283

Einsatzmenge von 100.000 auf 140.000 Tonnen pro Jahr EBS-S/EBS-P ab dem Jahr 2007 wurde nicht umgesetzt. Ursache ist die Verringerung der Ausnutzungsdauer des Kraftwerks: die steigende Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien führt zu starken Auswirkungen auf das Einsatzregime. Angesichts der verringerten Betriebsstundenzahl lässt sich eine Erhöhung des ErsatzbrennstoffEinsatzes in Werne nicht realisieren. In den beiden ZWS-Kesseln des Braunkohlekraftwerks Berrenrath/Ville werden jährlich etwa 65.000 Tonnen EBS-S eingesetzt – genehmigt sind 80.000 Tonnen pro Jahr. Außerdem werden auch Klärschlamm und Altholz mitverbrannt. Der Betreiber RWE hatte einen Antrag gestellt, den Ersatzbrennstoffeinsatz auf insgesamt 49,7 % der Feuerungswärmeleistung deutlich auszuweiten.1 Im Einzelnen umfasste der Antrag die Erhöhung der Menge an EBS-S auf 100.000 Tonnen pro Jahr sowie die Erhöhung der Klärschlamm-Menge und den zusätzlichen Einsatz von Flüssigbrennstoffen (Hydrauliköle und Teere). Anfang Mai 2011 hat RWE den Antrag vorerst zurückgezogen. Im Block 3 des Kraftwerks Veltheim/Porta Westfalica wurde die Mitverbrennung von EBS-S wie geplant auf die zweite der vier Brennkammern der SteinkohleSchmelzkammerfeuerung ausgeweitet. Dagegen konnte die geplante Steigerung der Einsatzmenge von etwa 5.000 Tonnen im Jahr 2006 auf das Niveau der verfügbaren Kapazität in Höhe von 20.000 bis 25.000 Tonnen pro Jahr ab 2008 nicht umgesetzt werden. Die Jahresmengen blieben mit 4.300 bis 6.700 Tonnen weit hinter dem Ziel zurück. Ursache für diese Entwicklung ist, dass die Einsatzstunden des Steinkohleblocks reduziert wurden. Diese Tendenz wird sich in den kommenden Jahren weiter fortsetzen. Demgemäß geht der Betreiber davon aus, dass die mitverbrannten Mengen in den kommenden drei Jahren weiter auf etwa 3.000 bis 4.000 Tonnen EBS-S pro Jahr zurückgehen werden. Im Steinkohle-Heizkraftwerk Pforzheim mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung werden seit November 2009 EBS-S aus der MBA Kahlenberg und EBS-P aus Kunststoffen mitverbrannt. Die jährliche Einsatzmenge soll bis 2012 auf etwa 20.000 Tonnen gesteigert werden. An der Anlage wurden Verschleißerscheinungen beobachtet, die der Betreiber aber auf die eingesetzten Steinkohlesorten und nicht auf die mitverbrannten Ersatzbrennstoffe zurückführt. Im Steinkohle-Heizkraftwerk der Stadtwerke Flensburg wurde – nach umfangreichen Um- und Nachrüstungen – in den Jahren 2007 und 2008 nacheinander in drei der insgesamt fünf ZWS-Kessel die Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen aus vorsortierten gemischten Gewerbeabfällen begonnen. Seit einiger Zeit werden diesem EBS-S bereits beim Lieferanten 15 % Altholzschnitzel (u.a. aus Sperrholz) zugemischt, zudem werden auch geringere Mengen Spuckstoffe und DSD-Sortierreste mitverbrannt. Die Gesamteinsatzmenge wurde in den vergangenen Jahren sukzessive auf rund 47.000 Tonnen (2010) gesteigert. Ab 2011 soll für einzelne Schadstoff-Parameter wurde eine Ausnahmeregel mit Emissionsgrenzwerten beantragt, die erheblich unter denen der 17. BImSchV liegen: für SO2 154 mg/Nm3 statt 50 mg/Nm3 und für HCl 81 mg/Nm3 statt 10 mg/Nm3

1

284

sie weiter auf den Zielwert von 62.000 Tonnen pro Jahr erhöht werden. In den betreffenden Kesseln wurden Schäden infolge von erhöhtem Verschleiß/Abtragungen durch den Ersatzbrennstoff-Einsatz festgestellt.2 Als Gegenmaßnahme Tabelle 1: Kraftwerke mit Mitverbrennung im Dauerbetrieb (Stand März/April 2011) Standort Betreiber Kohleart Feuerungsart EBS-Art Kessel Vattenfall Braunkohle Jänschwalde

Trockenstaub- EBS-S feuerung1

Schwarze Vattenfall Braunkohle Trockenstaub- EBS-S2 Pumpe feuerung1 Werne/ RWE Steinkohle Gersteinwerk

Trockenstaub- feuerung

EBS-S EBS-P

Berrenrath/ RWE Braunkohle ZWS EBS-S2 Ville Veltheim/Porta Westfalica Pforzheim

GK Veltheim Steinkohle Schmelzfeuerung EBS-S2 (E.ON/SWB) Heizkraftwerk Steinkohle ZWS Pforzheim GmbH

EBS-S EBS-P

Werke Y1 + Y2 (8 von 12 Kesseln)

Y1: 02/2005 Y2: 07/2005

beide Kessel

08/2007

Block K (einziger Kessel)

2004/2005

beide Kessel

01/2007

Block 3 (1 von 2 Kesseln)

01/2007

einziger Kessel

11/2009

Flensburg Stadtwerke Steinkohle ZWS EBS-S2 Kessel 9+10+11 Flensburg (3 von 5 Kesseln) Duisburg

Stadtwerke Steinkohle ZWS EBS-P2 Duisburg

Beginn des Dauerbetriebs

Kessel 11: 2007 Kessel 9: 06/2008 Kessel 10: 10/2008

Block I (1 von 2 Kesseln)

01/2009

EBS-P2

einziger Kessel

1993

EBS-S EBS-P2

einziger Kessel

EBS-P: 2004 EBS-S: 2006

Werdohl- Mark-E Steinkohle Schmelzfeuerung EBS-S Elverlingsen3

Block E3 (2/1 von 3 Kesseln)

2001

Westfalen/ RWE Steinkohle Schmelzfeuerung EBS-S Hamm 4 EBS-P2

Blöcke A + B (2 von 3 Kesseln)

2003

Ensdorf5 VSE Steinkohle Schmelzfeuerung EBS-P2

Blöcke 1 + 3 (beide Kessel)

2004

Osnabrück

Ahlstrom Braunkohle und (Papierfabrik) Steinkohle

ZWS

Oberkirch

Koehler Steinkohle ZWS (Papierfabrik)

Kraftwerke mit ruhender Mitverbrennung

4 1 2 3



5

mit Nachbrennrost in den betreffenden Kesseln werden neben EBS-S/EBS-P auch andere Ersatzbrennstoffarten mitverbrannt die Mitverbrennung ruht seit dem Frühjahr 2006 die Blöcke A und B wurden in der Einsatzfolge zurückgestellt, d.h. sie sind kaum noch in Betrieb; damit ist auch die Mitverbrennung seit 2010 zum Erliegen gekommen; die Stilllegung der drei bestehenden Blöcke und die Inbetriebnahme des Neubau-Doppelblockkraftwerks sind für 2012/2013 geplant die Mitverbrennung geringer Mengen EBS-P wurde ab 2008 aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt

285

zeitlicher Verlauf der Mitverbrennung von EBS-S/EBS-P erste Versuche

Langzeitversuch

Y1

Y2

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2007

2008

2009

2010

2011

2007

2008

2009

2010

2011

versuchsweiser Einsatz

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Versuchsbetrieb

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

Probebetrieb

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

K 11

K 9 K 10

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2008

2009

2010

2011

2008

2009

2010

2011

seit 1993

Versuche 2 Kessel

1998

1998

1999

2000

1999

2000

2001

2001

1 Kessel

2002

2003

2002

2003

2004

2004

2005

2005

Dauerbetrieb ruht

2006

2006

2007

2007

sehr geringe Mengen

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

Blöcke A + B in der Einsatzfolge zurückgestellt

Mitverbrennung eingestellt

2007

2008

2009

2010

2011

wurde zunächst der zuerst mit EBS-S beaufschlagte Kessel 11 mit SiC-Platten ausgekleidet; für 2011 ist die Auskleidung von Kessel 10 geplant. Als weiterer Regelbrennstoff werden saisonal anfallende Frischhölzer/Holzschnitzel aus der Region (10.000 bis 15.000 Tonnen pro Jahr), z.B. aus Pflegearbeiten, eingesetzt. Der Betreiber plant, die Menge an Holz weiter zu steigern. Im Januar 2009 wurde im Block I des Steinkohlekraftwerks Duisburg (ZWSKessel) der Dauerbetrieb mit EBS-P aufgenommen. Der Ersatzbrennstoff zeichnet sich durch einen geringen Chlorgehalt und einen hohen regenerativen Das Bettmaterial ist bei Mitverbrennung von EBS-S gröber als bei reiner Kohleverbrennung; durch den höheren Wassergehalt der Ersatzbrennstoffe im Vergleich zur Steinkohle erhöhen sich zudem die Volumenströme und damit die Abgasgeschwindigkeiten.

2

286

Kohlenstoffanteil aus. Die genehmigte Kapazität beträgt 10.000 Tonnen pro Jahr. Für die kommenden Jahre wird eine Einsatzmenge von über 5.000 Tonnen angestrebt. Außerdem werden nach wie vor Klärschlamm und Tiermehl mitverbrannt. Perspektivisch ist der Einsatz von Holz (Frischholz/A1-Holz) als weiterer Regelbrennstoff geplant. Der zirkulierende Wirbelschichtkessel der Firma Ahlstrom in Osnabrück dient zur Energieversorgung der dortigen Papierfabrik. Als Regelbrennstoffe werden sowohl Braunkohle als auch Steinkohle eingesetzt. Neben dem in der eigenen Papierfabrik anfallenden Papierfaserschlamm wird bereits seit 1993 Ersatzbrennstoff aus produktionsspezifischen Gewerbeabfällen mitverbrannt. Zur Versorgung der Papierfabrik Koehler mit Prozessdampf und Strom wird am Produktionsstandort Oberkirch ein firmeneigenes Steinkohle-Industrieheizkraftwerk betrieben. In der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung werden neben den anfallenden Papierfaserreststoffen und Klärschlamm seit 2004 auch EBS-P (sortenreine Kunststoffe) mitverbrannt. Von 2006 bis 2008 wurde im Rahmen eines regionalen Entsorgungskonzepts mit dem Zweckverband Abfallbehandlung Kahlenberg (ZAK) der schrittweise Umstieg von EBS-P auf überwiegend EBS-S aus der MBA Kahlenberg vollzogen.

1.2. Ruhender Dauerbetrieb In drei Steinkohlekraftwerken wurde die Mitverbrennung von EBS-S und/oder EBS-P nach mehrjährigem Dauerbetrieb eingestellt. Der Block E3 des Steinkohlekraftwerks Werdohl-Elverlingsen ist als Zyklonfeuerung ausgeführt. 2001 wurde in beiden Kesseln der Dauerbetrieb mit EBS-S aufgenommen – allerdings musste die Ersatzbrennstoffmenge aufgrund der starken Kesselverschmutzung auf maximal zwölf Prozent der Feuerungswärmeleistung limitiert werden. Im November 2004 wurde die Mitverbrennung aus betrieblichen Gründen3 zunächst auf einen der Kessel begrenzt, seit dem Frühjahr 2006 ruht die Mitverbrennung in beiden Kesseln. Es wurde in Erwägung gezogen, den Block E3 in die Kaltreserve zu überführen. Nach den Ereignissen in Japan und der Diskussion um die Kernkraftwerke in Deutschland wurden diese Überlegungen allerdings erst einmal zurückgestellt. Wenn der Block weiter betrieben wird, wäre es auch denkbar, die Mitverbrennung von EBS-S wieder aufzunehmen. Dies ist derzeit allerdings noch offen. In Westfalen/Hamm – Steinkohle-Schmelzkammerfeuerung – wurden in den Blöcken A und B4 eine Vielzahl verschiedener Ersatzbrennstoffarten wie Klärschlamm, Faserreststoffe, Altkunststoffe usw. eingesetzt. EBS-S und EBS-P spielten dabei mit etwa 5.000 bis 6.000 Tonnen pro Jahr eine untergeordnete Rolle. Die zweite Ersatzbrennstoff-Zuführungsvorrichtung wurde in die am gleichen Standort betriebene und in das Dampfnetz eingebundene Wirbelschichtfeuerungsanlage für entwässerten Klärschlamm verlagert, wo EBS-S die bisher als Stützbrennstoff eingesetzte Steinkohle substituiert.

3

Darüber hinaus wurden verschiedene Ersatzbrennstoffarten (u.a. auch EBS-S) in der ConTherm-Anlage durch Pyrolyse in zwei indirekt beheizten Drehrohröfen zu Pyrolysekoks und Pyrolysegas umgesetzt. Beide Pyrolyseprodukte wurden nach ihrer Aufbereitung bzw. Reinigung dem Block C – ebenfalls Schmelzkammerfeuerung – zugeführt. Die Contherm-Anlage am Block C wurde durch einen Störfall (Explosion) beschädigt, der Block C selber wurde nicht beschädigt.

4

287

Seit 2010 wurden jedoch die Blöcke A und B in der Einsatzfolge zurückgestellt, d.h. sie sind kaum noch in Betrieb. Damit ist auch der Mitverbrennungsbetrieb zum Erliegen gekommen. Mit der Inbetriebnahme des an diesem Standort geplanten 1.600 MW-Neubau-Doppelblockkraftwerks, die sich auf 2012/2013 verschiebt, sollen alle drei bestehenden Blöcke stillgelegt werden. Im Steinkohlekraftwerk Ensdorf liegt seit 2001 eine Genehmigung zur Mitverbrennung von bis zu 18.000 Tonnen EBS-P pro Jahr vor. Von 2004 bis 2007 wurden sehr geringe Mengen EBS-P – geshredderter Autohimmel (Fehlchargen eines Automobilzulieferers) und Kunststoffabfälle – in der Schmelzkammerfeuerung mitverbrannt. Ab 2008 wurde die Mitverbrennung aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt.

1.3. Erfolgreiche Versuche In vier Kraftwerken wurden Mitverbrennungsversuche unterschiedlicher Dauer mit Erfolg durchgeführt. Im Anschluss wurde jedoch – aus verschiedenen Gründen – (bislang) kein Dauerbetrieb aufgenommen oder angestrebt. In den beiden trockenstaubgefeuerten Braunkohlekesseln des Kraftwerks Chemnitz wurde seit Januar 2007 ein Versuchsbetrieb mit EBS-S durchgeführt. 2010 wurde die beantragte Dauerbetriebsgenehmigung für die Mitverbrennung von bis zu 5 % der Feuerungswärmeleistung – das entspricht etwa 33.000 t/a EBS-S – erteilt. Die Genehmigung enthält Auflagen bezüglich der Nachrüstung von Messtechnik. Die dafür erforderlichen Investitionen wurden bislang nicht getätigt, da sich die Mitverbrennung unter den betreffenden Randbedingungen für den Betreiber wirtschaftlich nicht mehr lohnt. Daher wurde die Mitverbrennung im Mai 2010 eingestellt. Derzeit werden Vertragsgespräche mit einem neuen Ersatzbrennstoff-Anbieter geführt, der 30.000 Tonnen EBS-S pro Jahr liefern könnte. Ob ein diesbezüglicher Vertrag zustande kommt und die Mitverbrennung – nach Erfüllung der erteilten Auflagen – wieder aufgenommen wird , ist noch offen. Bei positivem Ausgang könnte der Dauerbetrieb frühestens Ende 2011 beginnen. Im Kessel N1 des Kraftwerks Boxberg III – Braunkohlestaubfeuerung – wurde 2007/2008 ein einjähriger Versuchsbetrieb mit insgesamt etwa 16.000 Tonnen EBS-S durchgeführt. Der im Anschluss geplante Dauerbetrieb mit bis zu 35.000 Tonnen pro Jahr wird jedoch (vorerst) nicht realisiert. Der Grund liegt darin, dass an den EBS-S für den Einsatz im Kraftwerk Boxberg höhere Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften (härtere Pellets) gestellt werden müssen, die den Aufbereitungsaufwand für die Ersatzbrennstoff-Lieferanten erhöhen. Solange die von Vattenfall vertraglich fixierten Mengen in den Kraftwerken Jänschwalde und Schwarze Pumpe unterkommen, kann die Option in Boxberg ruhen und damit unnötiger Zusatzaufwand vermieden werden. Nichtsdestotrotz wurde ein Dauerbetriebs-Antrag gestellt, der aber seitens des Betreibers nicht forciert wird. Wenn sich die Randbedingungen in der Zukunft ändern, ist ein späterer Einsatz von EBS-S in Boxberg durchaus möglich – Vattenfall hält sich diese Option offen. 288

Tabelle 2: Kraftwerke mit erfolgreichen Versuchen (Stand März/April 2011) Standort Betreiber Kohleart Feuerungsart EBS-Art Kessel Zeit der weitere Versuche Planung Chemnitz eins energie Braunkohle Trockenstaub- EBS-S beide 01/2007 Mitverbrennung 05/2010 in sachsen3 feuerung Kessel bis aus wirtschaftl. Gründen ein 05/2010 gestellt; DB-Genehmigung liegt vor; Wiederaufnahme der Mitverbrennung ist offen Boxberg Vattenfall Braunkohle Trockenstaub- EBS-S2 Werk III 2007/2008 nach 2008 kein Einsatz von feuerung1 Kessel N1 EBS-S mehr; DB-Antrag läuft; (1 von 5 spätere Wiederaufnahme Kesseln) der Mitverbrennung ist offen (Option) Weisweiler RWE Braunkohle Trockenstaub- EBS-S2 Blöcke feuerung1 G + H (2 von 6 Kesseln) Herdecke Mark-E Steinkohle (stillgelegt)



1 2 3

07/2004, 2d 03/2005, 12 d

Schmelz- EBS-S einziger Heizperiode feuerung Kessel 2000/2001

Verzicht auf Dauerbetriebsantrag

(2004 stillgelegt)

mit Nachbrennrost in den betreffenden Kesseln wurden neben EBS-S auch andere Ersatzbrennstoffarten mitverbrannt bis 2010 Firmierung als Stadtwerke Chemnitz

Im Kraftwerk Weisweiler – ebenfalls Braunkohlestaubfeuerung – wurde 2004 zunächst ein zweitägiger Tastversuch und im darauffolgenden Jahr ein zwölftägiger Großversuch durchgeführt. In der Folge bereitete der Betreiber RWE einen Genehmigungsantrag für den Dauerbetrieb mit 100.000 bis 150.000 Tonnen EBS-S in den beiden größten der insgesamt sechs Kraftwerksblöcke vor, gab dann aber im August 2006 den Verzicht auf die geplante dauerhafte Mitverbrennung bekannt. Im zwischenzeitlich stillgelegten Steinkohlekraftwerk Herdecke wurden bereits 2000/2001 erste Betriebserfahrungen mit dem Einsatz von EBS-S in einer Zyklonfeuerung gesammelt. Diese wurden für die anschließenden Mitverbrennungsaktivitäten am Standort Werdohl-Elverlingsen genutzt.

1.4. Planungen Für die beiden ZWS-Braunkohlekessel in Wachtberg/Frechen liegt eine Genehmigung für einen zweijährigen Probebetrieb vor, der die Erhöhung der mitverbrannten Klärschlammmenge, den Einsatz von Biobrennstoffen (Frischholz, Grünschnitt, Altholz der Klassen A1 und A2) sowie die Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen aus Siedlungsabfällen umfasst. Von den neuen Brennstoffarten stehen seitens des Betreibers RWE die Biobrennstoffe im Fokus. Der Probebetrieb läuft. EBS-S wurde dagegen bislang noch nicht mitverbrannt – weder versuchsweise in der Vergangenheit noch im Rahmen des derzeitigen Probebetriebs. Dies stellt eine Option für die Zukunft dar, wird aber nicht forciert. Der Betreiber plant, für die Ausweitung der ErsatzbrennstoffMengen und -Arten analog zur Probebetriebsgenehmigung einen entsprechenden Dauerbetriebsantrag zu stellen, der Zeitpunkt der Antragseinreichung ist noch 289

zeitlicher Verlauf der Mitverbrennung von EBS-S

Mitverbrennung eingestellt

Versuchsbetrieb

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

(1 a)

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Einzelversuche

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Versuche

1998

1999

2000

2001

2004

2005

Kraftwerk stillgelegt

2002

2003

2004

2005

offen.

1.5. Abbruch der Versuche oder der Planung des Dauerbetriebs An sechs Standorten wurden die Mitverbrennungsversuche oder die Planung des Dauerbetriebs abgebrochen. In der überwiegenden Zahl der Fälle scheiterte der Einsatz von EBS-S und/ oder EBS-P an feuerungstechnischen Problemen in Staubfeuerungen: In den Steinkohlekesseln der Kraftwerke Wedel (Trockenstaubfeuerung) und WerdohlElverlingsen/Block E4 (Schmelzkammerfeuerung) brachen die Betreiber die Versuche wegen unvollständigen Ausbrands ab. Auch im Braunkohlekraftwerk Buschhaus (Trockenstaubfeuerung) wurde kein zufriedenstellender Ausbrand des Ersatzbrennstoffs erzielt – im Unterschied zur überwiegenden Mehrheit der staubgefeuerten Braunkohlekraftwerke5 ist der Kessel aufgrund der spröden, kurzfaserigen Struktur der eingesetzten Salzkohle nicht mit einem Nachbrennrost ausgestattet. Wirtschaftliche Erwägungen im Zusammenhang mit der großen erforderlichen Aufbereitungstiefe des Ersatzbrennstoffs kamen hinzu. Im Steinkohlekraftwerk Ibbenbüren führte der versuchsweise Einsatz von EBS-P in der Anthrazitkohle-Schmelzfeuerung zum Zusammenbruch der Verbrennung. Bei der Mitverbrennung von EBS-S im ZWS-Kessel des Braunkohlekraftwerks Wählitz wurde während eines dreißigstündigen Versuchs ein deutlicher Korrosionsangriff durch Chloride festgestellt. Daraufhin wurden die Pläne zur dauer Da viele Braunkohlen durch fasrige Holzstrukturen (Xylit) gekennzeichnet sind, verfügen die meisten Braunkohlekraftwerke mit Trockenstaubfeuerung über Nachbrennroste, auf denen die Xylit-Bestandteile ausbrennen können.

5

290

Tabelle 3: Kraftwerke mit Abbruch der Versuche oder der Planung des Dauerbetriebs (Stand: März/April 2011) Standort Betreiber Kohleart Feuerungsart EBS-Art Kessel Zeit der Versuche Wedel Vattenfall Steinkohle Werdohl- Mark-E Steinkohle Elverlingsen

Trocken- staubfeuerung

Problem

EBS-S EBS-P

Block 2 (1 von 2 K.)

10/2001 – 09/2002

unvollständiger Ausbrand

Schmelz- EBS-S feuerung

Block E4 (1 von 3 K.)

01/2001 – 04/2001

unvollständiger Ausbrand

Buschhaus E.ON1 Braunkohle Trocken- EBS-S2 einziger 2004 (Salzkohle) staubfeuerung Kessel (mehrtägig)

unvollständiger Ausbrand

Ibben- RWE Steinkohle Schmelz- EBS-P einziger 2000 büren (Anthrazitk.) feuerung Kessel

Zusammenbruch der Verbrennung

Wählitz Mibrag Braunkohle ZWS EBS-S

einziger Kessel

Offenbach EVO Steinkohle ZWS EBS-S 1 von 2 K.

09/2004 (30 h) 07/2005 (30 h)

Chlorkorrosion

04 – 06/2004 10 – 12/2004

Chlorgehalt des EBS-S3

bis 31.03.2008 Firmierung als BKB im betreffenden Kessel wurden neben EBS-S auch andere Ersatzbrennstoffarten mitverbrannt

1 2



3

verschiedene Ersatzbrennstoffhersteller hatten zunächst den vom Betreiber geforderten sehr geringen Chlorgehalt zugesichert, konnten ihn dann aber nicht einhalten.

haften Mitverbrennung zurückgestellt. Auch im Steinkohlekraftwerk Offenbach – ebenfalls ZWS-Kessel – wurden sowohl der avisierte dritte Mitverbrennungsversuch als auch die Planung des Dauerbetriebs mit Ersatzbrennstoffen aus gemischten Gewerbeabfällen verworfen, nachdem verschiedene Ersatzbrennstoffhersteller zunächst den vom Betreiber geforderten sehr geringen Chlorgehalt zugesichert hatten, dann aber nicht einhalten konnten.

2. Entwicklung der Einsatzmengen, aktueller Stand und Prognosen bis 2014 Bei den Betreibern der genannten Kohlekraftwerke, in denen EBS-S und/oder EBS-P im Dauerbetrieb eingesetzt wird oder bei Versuchen eingesetzt wurde, wurden die mitverbrannten Ersatzbrennstoffmengen für die Jahre 2005 bis 2010 sowie die Einsatzplanung für den Zeitraum bis 2014 erfragt.

2.1. Entwicklung der Gesamtmengen in Deutschland Danach wurden in Deutschland im Jahr 2005 rund 300.000 Tonnen Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen und produktionsspezifischen Gewerbeabfällen mitverbrannt (Bild 1). 2006 stieg die Einsatzmenge sprunghaft auf etwa 580.000 Tonnen an. In den folgenden Jahren erhöhten sich die jährlichen Ersatzbrennstoffmengen weiter

291

zeitlicher Verlauf der Mitverbrennung von EBS-S/EBS-P Versuche

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Versuche

1998

1999

2000

2001

Einzelversuche

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Versuche

1998

1999

2000

Einzelversuche

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004 Versuche

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

kontinuierlich, allerdings mit moderateren Anstiegsraten. Im Jahr 2010 wurde mit etwa 800.000 Tonnen das bisherige Maximum erreicht. Nach den Einsatzplanungen der Betreiber für die kommenden Jahre bis 2014 ist für Deutschland in Summe mit leicht rückläufigen Mitverbrennungsmengen zwischen etwa 750.000 und 770.000 Tonnen pro Jahr zu rechnen.

900.000

Ersatzbrennstoffeinsatz t

800.000 700.000 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012 2013 Prognose

2014

EBS-S und EBS-P

Bild 1:

292

Einsatzmengen an Ersatzbrennstoffen aus gemischten Siedlungsabfällen und produktionsspezifischen Gewerbeabfällen in Deutschland seit 2005 und Prognosen bis 2014

2.2. Einsatzmengen in den einzelnen deutschen Kraftwerken Bild 2 zeigt, wie sich diese mitverbrannten Ersatzbrennstoffmengen auf die einzelnen Kohlekraftwerke verteilen.

500.000

Ersatzbrennstoffeinsatz t

450.000 400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0

Bild 2:

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012 2013 Prognose

2014

Jänschwalde

Schwarze Pumpe

Werne

Berrenrath

Veltheim

Pforzheim

Flensburg

Duisburg

Oberkirch

Werdohl

Westfalen

Ensdorf

Chemnitz

Boxberg

Weisweiler

Einsatzmengen an Ersatzbrennstoffen aus gemischten Siedlungsabfällen und produktionsspezifischen Gewerbeabfällen in den einzelnen deutschen Kohlekraftwerken seit 2005 und Prognosen bis 2014

Im gesamten Betrachtungszeitraum entfallen die mit Abstand größten Mengen auf das Kraftwerk Jänschwalde, bei dem in acht der insgesamt zwölf Braunkohlekessel Ersatzbrennstoff mitverbrannt wird. Die Jahresmengen lagen seit der vollumfänglichen Aufnahme des Dauerbetriebs zunächst bei rund 390.000 Tonnen pro Jahr. Die frühere freiwillige Selbstbeschränkung auf 400.000 Tonnen pro Jahr wurde ab 2009 aufgehoben und die Einsatzmengen erhöht – die Höchstmenge betrug 472.000 Tonnen (2010). Für die Folgejahre sind geringere Durchsätze unterhalb von 450.000 Tonnen pro Jahr geplant. Die zweitgrößte Ersatzbrennstoff-Menge entfällt mit etwa 100.000 Tonnen pro Jahr auf das Steinkohlekraftwerk Werne. In Berrenrath werden etwa 65.000 Tonnen EBS-S pro Jahr mitverbrannt.

293

Platz vier nimmt das Heizkraftwerk Flensburg ein, in dem die Einsatzmenge weiter von etwa 47.000 Tonnen (2010) auf 62.000 Tonnen pro Jahr ab 2011 ausgeweitet werden soll. Mit geringem Abstand folgt das Kraftwerk Schwarze Pumpe mit 44.000 Tonnen (2010), dessen Ersatzbrennstoffeinsatz jedoch weiter auf 30.000 Tonnen pro Jahr ab 2011 reduziert werden soll. Bezogen auf das Jahr 2010 entfielen somit 91 % der mitverbrannten Ersatzbrennstoffmenge auf diese fünf Kraftwerksstandorte. Die restlichen 9 % – entsprechend rund 70.000 Tonnen Ersatzbrennstoff – verteilten sich auf sechs weitere Kraftwerke.

2.3. Verteilung auf Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke sowie deren verschiedene Feuerungssysteme

900.000

Ersatzbrennstoffeinsatz t ~ 800.000

800.000

~ 770.000

700.000

600.000

~ 580.000

500.000

400.000

300.000

200.000

100.000

0

Bild 3:

294

2006 Steinkohlekraftwerke ZWS-Feuerung

2010 Steinkohlekraftwerke Schmelzfeuerung

Braunkohlekraftwerke ZWS-Feuerung

Braunkohlekraftwerke Trockenstaubfeuerung

Prognose 2014 Steinkohlekraftwerke Trockenstaubfeuerung

Verteilung der Einsatzmengen an Ersatzbrennstoffen aus gemischten Siedlungsabfällen und produktionsspezischen Gewerbeabfällen auf Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke sowie deren verschiedene Feuerungssysteme – Ist-Werte 2006 und 2010 sowie Abschätzung für 2014

Bild 3 zeigt die Verteilung der Ersatzbrennstoffmengen auf die Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke sowie deren verschiedene Feuerungssysteme. Von der Einsatzmenge 2010 in Höhe von etwa 800.000 Tonnen entfielen etwa 78 % auf Braunkohlekraftwerke und etwa 22 % auf Steinkohlekraftwerke. Der Anteil der Braunkohle-Trockenstaubfeuerungen überwiegt mit etwa 65 % deutlich, gefolgt von der Braunkohle-Wirbelschicht und der Steinkohle-Trockenstaubfeuerung mit jeweils etwa 13 % sowie der Steinkohle-Wirbelschicht mit etwa 9 %. Auf die Steinkohle-Schmelzfeuerung entfällt ein Anteil von weniger als einem Prozent. Für den Zeitraum bis 2014 zeichnet sich bei leicht rückläufiger Ersatzbrennstoffmenge eine Verschiebung der Einsatzmengen zu Gunsten der zirkulierenden Steinkohle-Wirbelschichtfeuerungen ab. Der Anteil der Braunkohle-Trockenstaubfeuerungen sinkt.

3. Trends bei der Mitverbrennung Die Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen aus Siedlungsabfällen und produktionsspezifischen Gewerbeabfällen steht in Deutschland im Spannungsfeld verschiedener Faktoren, die maßgeblichen Einfluss auf den derzeitigen Ersatzbrennstoff-Einsatz und die diesbezüglichen Planungen der Kraftwerksbetreiber haben. Einerseits hat die steigende Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien zum Teil einschneidende Auswirkungen auf das Einsatzregime von Kohlekraftwerken. In mehreren Steinkohleblöcken konnte die Mitverbrennung infolge der reduzierten Einsatzstunden – entgegen früheren Planungen – nicht ausgebaut werden bzw. musste sogar deutlich eingeschränkt oder vollständig eingestellt werden (Kapitel 3.1.). Zudem beeinflussen verschiedene wirtschaftliche Anreize die Kraftwerksbetreiber bei der Entscheidung bezüglich des Ersatzbrennstoffeinsatzes sowie der Wahl der Ersatzbrennstoffarten und -mengen: • Preisentwicklung bei den CO2-Zertifikaten: Entsprechend dem regenerativen Kohlenstoffanteil im Ersatzbrennstoff kann der Kraftwerksbetreiber CO2-Zertifikate einsparen. Ab 2013 wird es für die Stromproduktion keine kostenlose Zuteilung von CO2-Zertifikaten mehr geben, diese müssen dann von der Energiewirtschaft vollständig ersteigert werden. Nach Schätzungen von Fachleuten ist ein Anstieg des Zertifikatpreises von derzeit rund 16 EUR/t CO26 auf 30 EUR/t CO2 denkbar. • Entwicklung der Zuzahlungen bzw. Preise für die Ersatzbrennstoffe: Der Ersatzbrennstoffmarkt hat in den vergangenen Jahren einen starken Wandel durchlaufen, insbesondere durch den großen Kapazitätsausbau bei Ersatzbrennstoff-Kraftwerken. In der Folge sind die Zuzahlungen für siedlungs- und gewerbeabfallstämmige Ersatzbrennstoffe erheblich gesunken, je nach Qualität sind zum Teil auch Preise für diese Brennstoffe zu zahlen (Kapitel 3.2.). European Energy Exchange (EEX): Europäische Emissionsberechtigung, EUA Primary Auction Spotmarkt; Preis: 16,20 EUR/t CO2 (Handelstag: 19.04.2011)

6

295

• Preisentwicklung bei Kohle: Für Steinkohlekraftwerke ist der Kohlepreis ein wesentlicher Kostenfaktor. Die Preise für Importkohlen sind gestiegen. Der Emissionshandel ist ein wesentlicher Treiber der Brennstoff-Substitution. Im Jahr 2009 wurden in 63 Kraftwerken (nicht näher spezifizierte) Abfälle mitverbrannt, in 54 dieser Anlagen konnten durch die Mitverbrennung CO2-Emissionen und damit Zertifikate eingespart werden. Dies ist eine deutliche Zunahme gegenüber dem Vorjahr, in dem bei 55 Kraftwerken Abfälle mitverbrannt wurden, davon in 46 Anlagen mit CO2-Einsparungen [13]. Neben der Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen mit biogenen Anteilen haben etliche Kraftwerksbetreiber damit begonnen, rein regenerative Biobrennstoffe in ihren Kohlefeuerungen mitzuverbrennen, weitere planen dies für die Zukunft (Kapitel 3.3.).

3.1. Einsatzregime in Kohlekraftwerken zur öffentlichen Stromversorgung Die steigenden fluktuierenden Stromeinspeisungen aus erneuerbaren Energien – insbesondere Wind und Photovoltaik – haben dazu geführt, dass die Betriebsstunden von vielen Kohlekraftwerken reduziert wurden. Dies betrifft Steinkohlekraftwerke in besonderer Weise, da sie nicht mehr überwiegend als Mittellastkraftwerke eingesetzt werden, sondern zur Abdeckung der Residuallast dienen. Die starken Auswirkungen des geänderten Einsatzregimes auch auf die Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen werden an drei Beispielen aufgezeigt. Im Steinkohlekraftwerk Westfalen/Hamm wurden die Blöcke A und B seit 2010 in der Einsatzfolge zurückgestellt, das heißt sie sind seit mehr als einem Jahr kaum noch in Betrieb. Damit ist auch die Mitverbrennung der Ersatzbrennstoffe zum Erliegen gekommen. Auch im Kraftwerk Veltheim/Porta Westfalica musste die Ausnutzungsdauer reduziert werden. Dadurch konnte die geplante Steigerung der Ersatzbrennstoffmenge von etwa 5.000 Tonnen im Jahr 2006 auf das Niveau der verfügbaren Kapazität in Höhe von 20.000 bis 25.000 Tonnen pro Jahr ab 2008 nicht umgesetzt werden. Die Jahresmengen blieben weit hinter dem Ziel zurück. Der Betreiber geht davon aus, dass die mitverbrannten Mengen auch in den kommenden drei Jahren weiter zurückgehen werden. Aus dem gleichen Grund konnte im Steinkohlekraftwerk Werne die geplante Steigerung der Einsatzmenge an EBS-S/EBS-P von 100.000 auf 140.000 Tonnen pro Jahr ab dem Jahr 2007 nicht realisiert werden. Wie stark und wie lange der durch die Katastrophe im japanischen Kernkraftwerk Fukushima beschleunigte Ausstieg aus der Kernenergie in Deutschland diesem Trend entgegenwirken wird, bleibt abzuwarten.

3.2. Zuzahlungen bzw. Preise für Ersatzbrennstoffe Bei der Recherche im März/April 2011 haben einige Kraftwerksbetreiber Angaben zu den Zuzahlungen bzw. Preisen gemacht, die sie derzeit für die von ihnen eingesetzten Ersatzbrennstoffe erhalten bzw. zahlen. Diese werden hier in anonymisierter Form zusammengefasst. Zu betonen ist, dass die Angaben nur

296

orientierende Aussagen erlauben, da die zugehörigen Ersatzbrennstoff-Qualitäten nicht konkret mit ausgewiesen sind, sondern nur tendenziell durch Nennung von Kohle- und Feuerungsart des Kraftwerks charakterisiert werden. Zunächst ist generell festzustellen, dass die Zuzahlungen für Ersatzbrennstoffe in den vergangenen Jahren gesunken sind. Der Betreiber eines Braunkohlekraftwerks mit Staubfeuerung nannte im Jahr 2007 für Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen (EBS-S) Zuzahlungen zwischen 25 und 40 EUR/t. Diese sind innerhalb der vergangenen vier Jahre auf derzeit 5 bis 15 EUR/t gesunken. Ein anderer Kraftwerksbetreiber führt Gespräche mit einem Ersatzbrennstoff-Lieferanten, die auf voraussichtlich 10 EUR/t bis maximal 15 EUR/t Zuzahlung hinauslaufen könnten. Die für Steinkohlekraftwerke mit Staubfeuerung erforderliche größere Aufbereitungstiefe von EBS-S spiegelt sich in der geringeren Zuzahlung wider, die von einem Betreiber mit ± 0 EUR/t angegeben wird. Für verschiedene Steinkohlekraftwerke mit ZWS-Feuerung liegen folgende Angaben zu den Preisen vor, die die Kraftwerksbetreiber für unterschiedliche Ersatzbrennstoff-Arten bezahlen: • EBS-S aus vorsortierten gemischten Gewerbeabfällen inklusive Beimischung von 15 Ma.-% Altholzschnitzeln: 13 EUR/t, • EBS-P mit regenerativem Kohlenstoffanteil und geringem Chlorgehalt: > 10 EUR/t, • EBS-P aus Kunststoff: zweistelliger Euro-Betrag, • DSD-Sortierreste und Spuckstoffe: 0 bis 10 EUR/t abhängig von Chlorgehalt, Wassergehalt und Heizwert. Tabelle 4: Mitverbrennung von Biobrennstoffen in Kohlekraftwerken – Beispiele Kraftwerk Art des Biobrennstoffs Berrenrath Altholz Bremen/Industriehafen Dinkelspelzen, Kaffeegrund Duisburg Frischholz, Altholz (A1) Flensburg Altholzschnitzel, (u.a. aus Sperrholz) Frischholzschnitzel (z.B. aus Pflegearbeiten) Moorburg/Hamburg1 Biomasse Holzpellets (A1) Offenbach Holzhackschnitzel (A1) Wachtberg/Frechen Frischholz, Grünschnitt, Altholz (A1 und A2) Wedel Biomasse-Pellets 1

Status Dauerbetrieb Dauerbetrieb Planung Dauerbetrieb Einsatz wird untersucht Dauerbetrieb Dauerbetriebsgenehmigung angestrebt Probebetrieb, Dauerbetriebsantrag geplant Versuche

Neubaukraftwerk (Steinkohle), Inbetriebnahme für 2012 geplant

3.3. Biobrennstoffe In Tabelle 4 sind Kohlekraftwerke aufgeführt, in denen Biobrennstoffe mitverbrannt werden oder wo dies geplant ist. Bei den eingesetzten Biobrennstoffen handelt es sich zum Beispiel um Althölzer der Klassen A1 und A2, Frischholz – z.B. aus Pflegearbeiten –, Grünschnitt sowie

297

Kaffeegrund und Dinkelspelzen. In allen Holzsortimenten sind Preissteigerungen zu verzeichnen. Verschiedene exotische Biobrennstoffe wie Reisschalen oder Olivenkerne wurden von einigen Betreibern ebenfalls in Betracht gezogen, rechnen sich jedoch für sie aus wirtschaftlicher Sicht zurzeit (noch) nicht.

4. Probleme bei der Mitverbrennung – Betriebserfahrungen der Kraftwerksbetreiber Je stärker die Eigenschaften des Ersatzbrennstoffs von denen des Regelbrennstoffs abweichen und je höher der Anteil des Ersatzbrennstoffs am Brennstoffeinsatz ist, desto stärkere Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb und die Qualität der Outputströme sind zu erwarten. In der Folge können einerseits bereits bei der Kohleverbrennung auftretende Probleme noch verschärft werden und andererseits neue, bisher unbekannte Probleme auftreten. Es wurden elf Probleme identifiziert, die gemäß den Erfahrungen der Betreiber von besonderer Bedeutung sind. Einerseits gibt es Probleme, die durch Optimierung der Ersatzbrennstoff-Qualität und/oder Anpassungen der betroffenen Anlagenteile gelöst werden können (Gruppe III). Andererseits gibt es Probleme, die trotz Optimierungsmaßnahmen dazu führen, dass die Mitverbrennung dauerhaft limitiert werden muss (Gruppe II). Und schließlich kann die Mitverbrennung auch mit so massiven verfahrenstechnischen Störungen des Kraftwerksbetriebs oder erheblichen wirtschaftlichen Hemmnissen verbunden sein, dass der Betreiber den Einsatz von Ersatzbrennstoffen aus gemischten Siedlungsabfällen und produktionsspezifischen Gewerbeabfällen prinzipiell ausschließt (Gruppe I). I. Mögliche endgültige Ausschlussfaktoren aufgrund massiver Störung des Kraftwerksbetriebs • unvollständiger Ausbrand [23, 14, 30, 43] • Zusammenbruch der Verbrennung [43] • Chlorkorrosion [9, 8, 3, 11, 20, 7, 41, 40, 35, 43] aufgrund des erforderlichen Investitionsbedarfs (Wirtschaftlichkeit) • HCl-Emissionen – Nachrüstungsbedarf der Abgasreinigung bei ZWS-Anlagen [47, 43] II. Mögliche dauerhaft limitierende Faktoren • Verschmutzung und Verschlackung der Kesselheizflächen [31, 11, 3, 15, 35, 22, 4, 33, 1, 42, 30, 43] • erhöhte Chloridbelastung der Abgasentschwefelung und der REA-Produkte [33, 28, 21, 36, 43]

298

III. Durch Optimierung der Ersatzbrennstoff-Qualität und/oder Anpassung der betroffenen Anlagenteile lösbare Probleme • Probleme bei der Entladung, Förderung und Dosierung [21, 43] • mechanische Probleme durch metallische Störstoffe [36, 39, 43] • chemische und thermische Probleme durch Aluminium in ZWS-Feuerungen [39, 43] • Erosion im Kessel [33, 11] • Überschreitung der Kapazität der Ascheaustragssysteme [43]. Somit gibt es zwei Schlüsselfaktoren, an denen sich der betriebstechnische Erfolg oder Misserfolg eines Mitverbrennungsprojekts grundsätzlich entscheidet: die Feuerungstechnik und die Korrosion. Die verschiedenen Kraftwerkstypen bieten hinsichtlich dieser beiden Faktoren in Abhängigkeit von Feuerungssystem und Kohleart unterschiedlich günstige Voraussetzungen für die Mitverbrennung. Feuerungstechnik – Ausbrand und Stabilität der Verbrennung Besonders vorteilhaft sind Kraftwerke mit Verbrennungsbedingungen oder Betriebsweisen, die den vollständigen Ausbrand aller (Ersatz-)Brennstoffpartikel fördern. Hierzu zählen Braunkohlekraftwerke mit Staubfeuerung, die zu etwa 90 % mit Nachbrennrosten zur Verbesserung des Ausbrands unzureichend zerkleinerbarer fasriger Braunkohlebestandteile (Xylit) ausgestattet sind. Ein vergleichbarer Effekt wird durch die Nassascherückführung, d.h. die mehrmalige Rückführung der noch brennstoffhaltigen Grobasche durch die Kohlemühlen in die Feuerung, erzielt. Darüber hinaus wird der Ersatzbrennstoff im Unterschied zu den übrigen Feuerungssystemen vor seinem Eintritt in die Brennkammer gemeinsam mit der Kohle in Schlagradmühlen nochmals zerkleinert und gesichtet. Charakteristische Merkmale der Zyklonfeuerung bei Steinkohle sind die spiralförmige Fliehkraftströmung und die extrem hohe Temperatur von bis zu 1.800 °C in der Zyklonkammer, die zu einer besonders intensiven Verbrennungsreaktion führen. Bei der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung von Braun- und Steinkohle wird durch den intensiven Energie- und Stoffaustausch zwischen dem heißen Bettmaterial als Wärmeträger, dem Brennstoff und der Verbrennungsluft bei turbulenter Durchmischung und langer Verweilzeit ein guter Ausbrand sichergestellt. Schwierig, aber beherrschbar ist die Mitverbrennung in Steinkohlekraftwerken mit Trockenstaubfeuerung. Voraussetzung ist, dass die Ersatzbrennstoffpartikel – ebenso wie der feine Kohlenstaub – innerhalb weniger Sekunden in der Schwebe ausbrennen. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an die Aufbereitungstiefe des Ersatzbrennstoffs und dessen geeignete Zuführung. Vereinzelt in der Grobasche verbliebene unverbrannte Restbestandteile sind ggf. vor der Deponierung durch eine nachträgliche Ascheaufbereitung zu separieren.

299

Schwierig und – trotz Optimierungsmaßnahmen – in Einzelfällen nicht beherrschbar stellte sich gemäß den bisherigen Betriebserfahrungen die Mitverbrennung in Schmelzkammerfeuerungen für Steinkohle dar. Bei den feuerungstechnischen Problemen handelte es sich zum einen um unvollständigen Ausbrand7 und zum anderen um den Zusammenbruch der Verbrennung von Anthrazitkohle8. Korrosion Besonders korrosionsgefährdet sind zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen (Braun- und Steinkohle). Die Zugabe von Kalk in die Wirbelschicht als Primärmaßnahme zur Abgasentschwefelung kann zur Umkehrung des Schwefel-ChlorVerhältnisses im Abgas führen. Darüber hinaus kann sich durch Reaktion mit dem Chlor des Ersatzbrennstoffs Calciumchlorid bilden, das in den Belägen der Dampferzeugerrohre kondensiert und dort die Abzehrung des Rohrwandwerkstoffs vorantreibt. Aufgrund dieser Betriebsbedingungen ist die Korrosion in ZWS-Kraftwerken am schwierigsten zu beherrschen, so dass hier die Minimierung der Chlorfracht oberste Priorität hat. Ferner ist das Korrosionspotential von NOx-armen Staubfeuerungen – reduzierende Atmosphäre mit hohen CO-Gehalten – höher als das bei überstöchiometrischer Fahrweise und gleichmäßiger Prozessführung. Schließlich ist die Mitverbrennung in Braunkohlekraftwerken mit einem erhöhten Korrosionsrisiko verbunden, da diese auf die vergleichsweise geringen Chlorgehalte des Regelbrennstoffs ausgelegt sind. Besonders betroffen sind Kraftwerke, die Braunkohlen mit geringem Schwefelgehalt einsetzen, wie sie im Rheinland zu finden sind. In allen genannten Fällen ist daher die Begrenzung des Chlorgehalts im Ersatzbrennstoff von zentraler Bedeutung. Für weitere Ausführungen zu den übrigen genannten Problemfeldern wird auf die frühere Untersuchung [43] verwiesen. Im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit der Mitverbrennung sind insbesondere • die Schwermetallanreicherung in den Kraftwerksnebenprodukten und Auswirkungen auf deren Umweltverträglichkeit und Verwertbarkeit [29, 3, 11, 33, 35, 43] sowie • die Emissionen v.a. leichtflüchtiger Schwermetalle in die Atmosphäre [33, 4, 44, 1, 29, 46, 27, 32, 43] zu untersuchen.

5. Zusammenfassung

Doppel-U-Schmelzkammerfeuerung, ausgelegt für Ballastkohle (Kraftwerk Werdohl-Elverlingsen, Block E4)

7

Zweistufen-Doppelschmelzkammerfeuerung für besonders harte und niederflüchtige Anthrazitkohle (Kraftwerk Ibbenbüren)

8

300

Derzeit werden in zehn Kohlekraftwerken in Deutschland Ersatzbrennstoffe aus gemischten Siedlungsabfällen und/oder produktionsspezifischen Gewerbeabfällen im Dauerbetrieb mitverbrannt. An weiteren Standorten wurden bereits Versuche unterschiedlicher Dauer durchgeführt. Insgesamt wurden im Jahr 2010 etwa 800.000 Tonnen EBS-S/EBS-P eingesetzt. Davon entfielen etwa 78 % auf Braunkohlekraftwerke und etwa 22 % auf Steinkohlekraftwerke. Nach den Einsatzplanungen der Betreiber ist für die kommenden Jahre bis 2014 mit leicht rückläufigen Mitverbrennungsmengen zwischen etwa 750.000 und 770.000 Tonnen pro Jahr zu rechnen. Wie die Betriebserfahrungen der zurückliegenden Jahre gezeigt haben, gibt es zwei verfahrenstechnische Schlüsselfaktoren, an denen sich der betriebstechnische Erfolg oder Misserfolg eines Mitverbrennungsprojekts grundsätzlich entscheidet: die Feuerungstechnik und die Korrosion. Derzeit nimmt die Bedeutung des Energie- und Brennstoffmarkts weiter zu. Maßgeblichen Einfluss auf die Entwicklung der Mitverbrennungsaktivitäten haben, insbesondere für Steinkohlekraftwerke zur öffentlichen Stromversorgung, die zum Teil gravierenden Änderungen des Einsatzregimes von Kohlekraftwerken infolge der steigenden Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien. In mehreren Steinkohleblöcken musste der Ersatzbrennstoffeinsatz infolgedessen deutlich eingeschränkt oder vollständig eingestellt werden. Bedeutende marktbezogene Einflussfaktoren sind zudem die Preisentwicklungen bei den CO2-Zertifikaten, den Ersatzbrennstoffen sowie den Importkohlen. Neben dem Einsatz von Ersatzbrennstoffen mit biogenen Anteilen gewinnt die Mitverbrennung rein regenerativer Biobrennstoffe in Kohlefeuerungen an Bedeutung.

7. Quellen

[1]

Abt, K. O.; Hansmann, G.: Der Beitrag der Kraftwerksfeuerungen zur Lösung von Entsorgungsproblemen – Ein Technik- oder Akzeptanzproblem? In: VGB Kraftwerkstechnik 75 (1995), Nr. 2, S. 141-144

[2]

Anderl, H.; Kaufmann, K.: Thermische Verwertung von Abfallstoffen in der Wirbelschicht – 110 MW Reststoffverwertungsanlage RV-Lenzing, Österreich. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Ersatzbrennstoffe 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2002, S. 171-194

[3]

Bachhiesl, M.; Tauschitz, J.; Zefferer, H.; Zellinger, G.: Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen – Untersuchungen zur thermischen Verwertung von Biomasse und heizwertreichen Abfallfraktionen als Sekundärbrennstoffe in Wärmekraftwerken. Herausgeber: Österreichische Elektrizitätswirtschafts-Aktiengesellschaft (Verbund), Schriftenreihe Forschung im Verbund Band 73. Wien, Oktober 2001

[4]

Bauer, F.; Krüger, H.; Müller, L.; Schirmer, U.: Die Aktivitäten der VGB zum Einsatz von schwierigen Brenn- und Abfallstoffen in Kraftwerksfeuerungen. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Verantwortungsbewusste Klärschlammverwertung. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2001, S. 625-635

[5]

Beckmann, M.; Horeni, M.; Scholz, R.; Rüppel, F.: Notwendigkeit der Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen. In: Thomé-Kozmiensky, K. J. (Hrsg.): Ersatzbrennstoffe 3. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2003, S. 213-230

[6]

Beckmann, M.; Ncube, S. (2007). Characterisation of Refuse Derived Fuels (RDF) in reference to the Fuel Technical Properties. In: Proceedings of the International Conference on Incineration and Thermal Treatment Technologies – IT3, 14.05.-18.05.2007, Phoenix (USA)

[7]

Beckmann, M.; Scholz, R.; Horeni, M.: Energetische Verwertung von Ersatzbrennstoffen mit hohem Chlorgehalt. In: Wiemer, K.; Kern, M. (Hrsg.): Bio- und Sekundärrohstoffver-wertung. Witzenhausen: Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH, 2006, S. 181-205

[8]

Born, M.: Rahmenbedingungen für die Mitverbrennung von Abfallfraktionen in Kohlefeuerungen. In: Entsorgungspraxis (2000), Nr. 10, S. 22-26

[9]

Born, M. (Hrsg.): Dampferzeugerkorrosion. Freiberg: Verlag Saxonia Standortentwicklungs- und -verwaltungsgesellschaft mbH, 2005

[10] Brunne, T.; Hörtinger, T.; Schneider, R.: Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen in den Braunkohlekraftwerken der Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG. In: SIDAF Abfallkolloquium 2004, Schriftenreihe 17/2004, S. 205-215

301

[11] Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Hrsg.): Einsatz von Abfällen in Kraftwerken. Schriftenreihe des BMLFUW Band 23/2002, Wien: November 2002 [12] CEN (2011), FprEN 15357-Solid recovered fuels – Terminology, definitions and descriptions, Stand 2010-10-25, und Folgedokumente des Normungsausschusses CEN/TC 343 Solid recovered fuels [13] Deutscher Bundestag: Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Oliver Krischer, Dorothea Steiner, Bärbel Höhn, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN – Mitverbrennung von Abfällen in Kohlekraftwerken. Drucksache 17/5162, 17.03.2011 [14] Eckardt, S.: Anforderungen an die Aufbereitung von Siedlungs- und Produktionsabfällen zu Ersatzbrennstoffen für die thermische Nutzung in Kraftwerken und industriellen Feuerungsanlagen. Dissertation an der Technischen Universität Dresden im kooperativen Verfahren mit der Hochschule Bremen, Beiträge zu Abfallwirtschaft/ Altlasten Band 41. Pirna: Eigenverlag des Forums für Abfallwirtschaft und Altlasten e.V., 2005 [15] Effenberger, H.: Dampferzeugung. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2000 [16] Flamme, S.; Geiping, J.: Standardisierung und Qualitätssicherung von Ersatzbrennstoffen in Europa – Schadstoffgehalte, biogener Anteil. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Erneuerbare Enrgien, Band 6. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2011, S. 251-261 [17] Glorius, T.: Gütegesicherte Sekundärbrennstoffe und Brennstoffanlagen von REMONDIS. Vortrag auf der Berliner Abfallwirtschaftskonferenz Ersatzbrennstoffe – Herstellung und Verwertung, 22.-23.11.2005 in Berlin [18] Gütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe und Recyclingholz e.V.: Güte- und Prüfbestimmungen für Sekundärbrennstoffe. RAL-GZ 724, Stand November 2008 [19] Hassa, R.; Breuer, H.: Mitverbrennung aus Betreibersicht. In: VGB PowerTech (2005), Nr. 4, S. 52-58 [20] Hoffmann, G.; Schirmer, M.; Bilitewski, B.: Brennstoffmanagement – eine Möglichkeit zur Minderung des Korrosionsrisikos? In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Ersatzbrennstoffe 5. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2005,S. 175-185 [21] Hörtinger, T.; Kohde, H.-M.; Ringel, J.; Piekos, S.: Qualitätsüberwachung bei der Mitverbrennung von Sekundärbrennstoff im Kraftwerk Jänschwalde. Fachbeitrag zum VGB-Seminar Chemie im Kraftwerk 2005 vom 7. bis 11. März 2005 in Essen [22] Keßeler, G.; Lorenz, M.: Braunkohle-Heizkraftwerk für die Zuckerfabrik Jülich. In: Brennstoff-Wärme-Kraft 57 (2005), Nr. 9, S. 55-58 [23] Kimmich, T.: Erfahrungen aus der versuchsweisen Mitverbrennung von Substitutbrennstoffen (SBS) im Block 2 des HKW Wedel. Tagungsbeitrag zum VDI-Wissensforum Ersatzbrennstoffe für Industrieanlagen. Neuss, Dezember 2002 [24] Kock, O.: Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung des Brennverhaltens von Sekundärbrennstoffen. In: Chemie Ingenieur Technik 75 (2003), Nr. 7, S. 905-908 [25] Kolb, T.; Weber, T.; Gehrmann, H.-J.; Bleckwehl, S.; Seifert, H.: Thermische Verwertung und brennstofftechnische Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen in Rostsystemen. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2006, S. 405-418 [26] Kuhn, M.: Hauen und Stechen – Ersatzbrennstoffe: Die Anlagenbetreiber kämpfen weiter ums Überleben. Neben schwachen Marktpreisen kommen nun neue Gesetze erschwerend hinzu. In: Recycling Magazin (2011), Nr. 7, S. 14-15 [27] Martel, C.: Schwermetallströme in Kohlekraftwerken – Ein Beitrag zur Planung und Steuerung industrieller Stoffströme bei Kuppelproduktion. Dissertation, Universität Karlsruhe, Europäische Hochschulschriften; Reihe 5, Volks- und Betriebswirtschaft, Band 2506, ISNB 3-631-35365-0, Europäischer Verlag der Wissenschaften Frankfurt am Main, 1999 [28] Mielke, F.; Sparmann, A.; Kappa, S.: Auswirkungen von erhöhten Chlorfrachten bei der Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen am Standort des Braunkohlenkraftwerks Jänschwalde. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2007, S. 69-76 [29] Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NordrheinWestfalen (Hrsg.): Leitfaden zur energetischen Verwertung von Abfällen in Zement-, Kalk- und Kraftwerken in Nordrhein-Westfalen. 2. Auflage. Düsseldorf, September 2005 [30] Paul, S.; Kruse, I.: Mitverbrennung von Substitutbrennstoffen und Tiermehl in Kohlekraftwerken – Chancen für eine kostengünstige Stromerzeugung? In: VGB PowerTech (2002), Nr. 9, S. 47-53 [31] Paul, S.; Zelkowski, J.; Lindner, H.; Neuroth, M.: Verschmutzung und Verschlackung bei der Verbrennung von Kohlen und Sekundärbrennstoffen. In: VGB PowerTech (2005), Nr. 3, S. 66-71 [32] Rentz, O.; Martel, C.: Analyse der Schwermetallströme in Steinkohlefeuerungen – Einfluss der Kohlesorte und des Lastzustandes. Projekt Europäisches Forschungszentrum für Maßnahmen zur Luftreinhaltung. Förderkennzeichen: PEF 4 96 001, 1998 [33] Scheurer, W.; Richers, U.; Maier, J.; Hein, K. R. G.; Seifert, H.: Stand der thermischen Nutzung von Sekundärbrennstoffen in Kraftwerken. In: Entsorgungspraxis (2000), Nr. 4, S. 27-34 [34] Prenzel, H.; Dahmen, G.: Brennstoffqualitäten: Die Bedeutung der fossilen Energieträger unter heutigen Brennstoffversorgungsaspekten. In: VGB PowerTech (2001), Nr. 10, S. 103-107 [35] Schirmer, U.: Aktuelle Situation der Mitverbrennung von Abfallstoffen in Kraftwerken. In: Wiemer, K.; Kern, M. (Hrsg.): Bio- und Restabfallbehandlung IV. Witzenhausen: Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH, 2000, S. 446-479

302

[36] Schneider, R.; Brunne, T.; Schulz, N.: Mitverbrennung aus Betreibersicht. Beitrag zur VGB-Fachtagung Brennstofftechnik und Feuerungen am 7. und 8. Juni 2006 in Kassel [37] Scholz, R.; Beckmann, M.; Schulenburg, F.: Abfallbehandlung in thermischen Verfahren – Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse, Verfahrens- und Anlagenkonzepte. Teubner-Reihe Umwelt, 1. Auflage. Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden: B. G. Teubner, 2001 [38] Schulz, W.: Erfahrungen oder mögliche Ansätze beim Einsatz von Sekundärbrennstoffen aus Siedlungsabfällen – Möglichkeiten der Mitverbrennung in Kraftwerken. In: Arbeitsgemeinschaft Stoffspezifische Abfallbehandlung: Tagungsband zu den 5. ASA-Abfalltagen vom 19.-20. Februar 2004 in Hannover, S. 299-316 [39] Seiler, U.; Hölter, G.: Bedingungen für die Ersatzbrennstoffverwertung in Industriekraftwerken. In: ThoméKozmiensky, K. J. (Hrsg.): Ersatzbrennstoffe 4. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2004, S. 467-480 [40] Spiegel, W.: Analyse des Rohgases und der Kesselablagerung zur Beurteilung der Ersatzbrennstoffqualität. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 1. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2006, S. 441-458 und Vortrag auf der Berliner Energiekonferenz Ersatzbrennstoffe und Biomasse zur Substitution fossiler Brennstoffe am 8. und 9. November 2006 [41] Spiegel, W.; Herzog, T.; Jordan, R.; Magel, G.; Müller, W.; Schmidl, W.: Korrosion durch Einsatz von Biomasse- und Ersatzbrennstoffen: Bedarf für belagsgestützte Korrosionskenngrößen. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2007, S. 585-602 [42] Spuziak-Salzenberg, D.: Grundlagendaten zur Mitverbrennung von Sekundärbrennstoff aus gemischten Siedlungsabfällen in Kohlekraftwerken. In: Stand der Umsetzung der Abfall- und Immissionsgesetzgebung und der Abfallentsorgung. SIDAF-Schriftenreihe 15/2003 zum Abfallkolloquium 2003, Freiberg, 13. und 14.11.2003, S. 149-165 [43] Thiel, S.: Ersatzbrennstoffe in Kohlekraftwerken – Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen aus der mechanischbiologischen Abfallbehandlung in Kohlekraftwerken. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2007, Dissertation an der Bauhaus-Universität Weimar, 314 S. [44] Thomé-Kozmiensky, K. J.: Verwertungskonzepte für Ersatzbrennstoffe in Kraftwerken. In: Hengerer, D. et al. (Hrsg.): Abfallvermeidung und -verwertung, Deponietechnik und Altlastensanierung. Konferenzbericht der 5. DEPOTECH Abfallwirtschaftstagung Leoben/Österreich, 21.-23. November 2000. Rotterdam, Brookfield: A. A. Balkema, 2000, S. 43-48 [45] Weber, R.: Characterization of alternative fuels. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.): Optimierung der Abfallverbrennung 2. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2005, S. 699-708 [46] Wilgeroth, U.: Analyse zu Schwermetallpfaden bei der thermischen Verwertung von Reststoffen in Kohlekraftwerken. Dissertation. Technische Universität Clausthal, 1996 [47] Wirling, J.; Schiffer, H.-P.; Merzbach, F.: Adsorptive Abgasreinigung bei der Mitverbrennung von Klärschlamm in einem braunkohlebefeuerten Industriekraftwerk. In: VGB KraftwerksTechnik (2000), Nr. 12, S. 88-91 [48] Wolff, F.; Filipczyk, D.: Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen in Kraftwerken. Powerpoint-Präsentation zum Vortrag auf dem bvse-Forum Energie aus Abfall am 11. Oktober 2004 in Weimar

303