Modernisierung des Gemeinschafts-MHKW Ludwigshafen – Weiterentwicklung der langfristigen Entsorgungssicherheit mit dem Projekt IGNIS

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193 Modernisierung des Gemeinschafts-Müllheizkraftwerks Ludwigshafen

Neubau und Umbau

Modernisierung des Gemeinschafts-MHKW Ludwigshafen – Weiterentwicklung der langfristigen Entsorgungssicherheit

mit dem Projekt IGNIS

Thomas Grommes

1. Variantenuntersuchung ...194

2. Ergebnisse und Entscheidung ...195

3. Umsetzung ...200

4. Fazit ...202 Im fünfzigsten Jahr des Bestehens ihres Müllheizkraftwerks Ludwigshafen treffen die kommunalen Gesellschafter der GML die wegweisende Entscheidung, dass ihr Gemeinschafts-Müllheizkraftwerk für die nächsten 25 Jahre modernisiert wird. Die GML ist das führende Kommunalunternehmen für die energetische Verwertung von nicht mehr recyclingfähigen Restabfällen in Rheinland-Pfalz. Sie garantiert die Ent- sorgungssicherheit für eine Million Einwohner in der Pfalz und Rheinhessen.

energetische Restabfall- verwertung im Gemeinschafts- Müllheizkraftwerk Ludwigshafen im Rahmen des Ausfallverbundes energetische Abfallverwertung im Gemeinschafts-Müllheizkraftwerk Ludwighafen

Stadt Frankenthal/Pfalz Stadt Ludwigshafen Stadt Mannheim Rhein-Pfalz-Kreis Stadt Speyer Stadt Neustadt an der Weinstraße Landkreis Alzey-Worms

Stadt Worms Landkreis Bad Dürkheim

ZAK (Stadt und Landkreis Kaiserslautern)

Bild 1: Entsorgungsregion des Gemeinschafts-Müllheizkraftwerks Ludwigshafen

Die energetische Verwertung der Kommunalabfälle geschieht im Wesentlichen mit dem eigenen Gemeinschafts-Müllheizkraftwerk Ludwigshafen (MHKW), in dem aus den Restabfällen durch Abfallverbrennung Energie (Hochdruckdampf) erzeugt wird.

Aus diesem Hochdruckdampf entsteht im benachbarten Fernheizkraftwerk (FHKW) der Technischen Werke Ludwigshafen (TWL AG) Strom und Fernwärme. Dieses Partnermodell, welches seit 33 Jahren sehr erfolgreich funktioniert, führt zu einer hocheffizienten Verwertung der nicht mehr recyclingfähigen Restabfälle.

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Thomas Grommes

194

Das MHKW Ludwigshafen wurde Mitte 2017 immerhin fünfzig Jahre alt und zählt damit zu den ältesten Abfallverbrennungsanlagen in Deutschland. Am 20. Juli 1962 beschloss der Ludwigshafener Stadtrat einstimmig einen Planungsauftrag für eine Abfallverbren- nungsanlage. Am 9. Oktober 1964 wurde das Müllheizkraftwerk durch die damalige Bezirksregierung der Pfalz genehmigt. Die Planung dauerte etwa anderthalb Jahre bis Ende 1963 und sah eine Anlage mit zwei Abfallkesseln mit einer Kapazität von je acht Tonnen Abfallverbrennung pro Stunde vor. Alle Nebenanlagen und Gebäude waren schon für eine Erweiterung auf drei Abfallkessel ausgelegt. Nach der Bauphase begann am 1. Februar 1967 der Probebetrieb für die neu errichtete Anlage und vier Monate später, am 21. Juni 1967 fand die feierliche Einweihung statt, die Mitte 2017 zum fünfzigsten Mal gefeiert wurde. Die heute in Betrieb befindlichen drei Abfallkessel sind nicht mehr die ersten, werden aber auch bald 30 bzw. 25 Jahre alt sein. Ein Kesselalter, in dem sich ein verantwortungsvoller Betreiber mit dem Gedanken beschäftigen muss, wie es mit diesen zentralen Komponenten eines MHKW langfristig weitergehen soll. Noch dazu, wenn mit seiner Anlage als Gewährträger der öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger die kommunale Entsorgungssicherheit für eine Million Einwohner garantiert wird.

1. Variantenuntersuchung

Es ist grundsätzlich möglich, solche Kessel über den systematischen Austausch von Teilkomponenten (sog. Retrofit) auch weitere Jahre in Betrieb zu halten. Es ist aber einerseits eine Frage der dabei entstehenden Kosten und damit der Wirtschaftlichkeit.

Und andererseits bleibt mit Retrofits der Stand der vorhandenen Technik im Wesent- lichen stehen. Daher ist es notwendig zu überprüfen, ob demgegenüber nicht der Neubau von Abfallkesseln wirtschaftlicher ist. Zusätzlich birgt diese Vorgehensweise den Vorteil, dass danach eine 25 bzw. 30 Jahre modernere Feuerungs- und Kesseltech- nik zur Verfügung steht, die effizienter und kostensparender ist und zu einer besseren Verbrennung und zu einem besseren Ausbrand führen.

Die Gesellschafter beauftragten daher ihre GML im Mai 2016 mit der Durchführung des Projektes IGNIS (lat.: Feuer). Nach Planer-Ausschreibung wurde die Schweizer I.C.E. AG beauftragt, diese Studie durchzuführen. Das Projektteam aus GML, ihrem Betriebsführer TWL und I.C.E. wurde von einer eigens eingesetzten Arbeitsgruppe des Aufsichtsrates eng begleitet, um die Entscheidungen im Aufsichtsrat vorzubereiten. Die Aufgabenstellung war es, mögliche Varianten zu entwickeln mit denen:

a) die kommunale Entsorgungssicherheit der GML Gesellschafter für weitere 25 Jahre abgesichert wird,

b) die Verbrennungsleistung des MHKW geringfügig auf 235.000 Tonnen pro Jahr gesteigert wird,

c) während der Abgasvolumenstrom am Kamin von 125.000 Kubikmeter Abgas pro Stunde (= Kapazitätsgrenze) um 5 % auf 118.000 Kubikmeter Abgas pro Stunde abgesenkt wird.

Um das wirtschaftliche Optimum zu finden, wurden folgende Varianten (mit techn.

Untervarianten) untersucht:

• alternde Abfallkessel ohne Retrofits (Nullvariante),

• Beibehaltung der drei Altkessel mit langfristigen Retrofits,

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• Neubau eines Abfallkessels (und Abriss eines Altkessels) sowie Beibehaltung von zwei Altkesseln mit langfristigen Retrofits,

• Neubau von zwei Abfallkesseln (und Abriss von zwei Altkesseln) sowie Beibehal- tung von einem Altkessel mit langfristigen Retrofits,

• Neubau von zwei größeren Abfallkesseln (und Abriss aller Altkessel).

In den Untervarianten wurde untersucht:

• Bau im bestehenden Kesselhaus,

• alternativ: Bau eines neuen Kesselhauses,

• Erweiterung des Schlackebunkers,

• Wechsel von Rostwalzen-Feuerung auf Stufenrost-Feuerung (Vorschub- oder Rückschubrost),

• Einbau einer Abgas-Rezirkulation, die direkt nach dem Kesselende etwa 20 % des Abgases abzweigt, mittels Elektrofilter von Staub befreit und dieses Abgas wieder der Verbrennung zuführt. Der Vorteil ist, dass bezogen auf denselben Abfalldurch- satz weniger Abgasvolumen benötigt wird bzw. ein höherer Massendurchsatz bei gleichem Abgasvolumen möglich wird. Dies ermöglicht es, die o.g. unter b) und c) aufgeführten Zielstellungen zu realisieren. Weiterer Vorteil ist es, dass durch die frühe Abscheidung eines Teils der Kesselstäube im Elektrofilter und durch den ge- ringeren Abgasvolumenstrom die beiden nachgeschalteten Gewebefilter entlastet werden und dadurch eine noch bessere Abscheidewirkung erhalten. In Verbindung mit dem Wechsel auf die moderne Stufenrost-Feuerung können somit trotz des etwas höheren Massendurchsatzes geringere (oder mindestens gleiche) Emissionen bzw. Emissionsfrachten am Kamin prognostiziert werden.

Das Projekt IGNIS ist damit ein Modernisierungsprojekt, mit dem das MHKW Lud- wigshafen in Bezug auf Abfalldurchsatz und Emissionen seine Effizienz steigert.

2. Ergebnisse und Entscheidung

Insgesamt entstanden in der Projektbearbeitung 17 Varianten. Für jede der Varianten wurde ein kompletter Business-Plan aufgestellt, um sämtliche Erlöse, Kosten und Ergebnisse der 17 Varianten zu erfassen. Um dem Aufsichtsrat die Entscheidung zu erleichtern und um die Übersichtlichkeit zu wahren, wurden alle Varianten und Er- gebnisse in einem schematischen Standortbild dargestellt.

Abgasreinigung 125.000 Bestand

Kessel 1

Schlackebunker Kessel 2 Kessel 3 Kesselhaus

Abfallbunker 205.000

Legende

Abgas- Volumen

(m³/h)

Bestand

Kessel ohne Ertüchtigung, alternder Bestand alter Kessel m. Retrofit + Abgas-Rezirkulation neuer Kessel (100 %) mit Abgas-Rezirkulation neuer Kessel (150 %) mit Abgas-Rezirkulation Kessel m. Retrofit (stand by)

Abfalldurchsatz (t/a) Inbetriebnahmezeit (Jahr)

alter Kessel m. Retrofit, Abgas-Rezirkulat. + neuem Rost alter Kessel m. Retrofit (Ertüchtigungsmaßnahmen)

Bild 2: Darstellung der Varianten zur Modernisierung des MHKW Ludwigshafen mittels eines schematischen Standortplans

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Thomas Grommes

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Neubau und Umbau Bild 3: Darstellung aller untersuchten Varianten (1nk 2ak = 1 neuer Kessel, 2 alte Kessel mit Retrofit), Legende in Bild 2

BestandRetrofit1nK 2aK2nK 1aK2nK 202.500231.500 231.500 211.500

235.000 235.000 235.000 235.000

208.000 213.000

205.000 205.000 185.000

Variante 1: 1 Retrofit K1-3 Variante 1: 2 Retrofit+RG-Rezi K1-3 Variante 1: 1 Retrofit K1-3 Variante 1: 1 Retrofit K1-3

Var. 2.1: K4 (100%)+RG-Rezi, Retrofit K2-3Var. 3.1: K4-5 (100%)+RG-Rezi, Retrofit K2Var. 4.1: K4-5 (100%)+RG-Rezi Var. 4.2: K4-5 (150%)+RG-Rezi Var. 4.3: K4-5 (150%)+RG-Rezi, K2 Retrofit + stand by Var. 4.4: K4-5 (150%)+RG-Rezi, K3 Retrofit + stand by

Var. 3.1: K4-5 (100%)+RG-Rezi, Retrofit K2Var. 2.2: K4 (100%)+RG-Rezi, Retrofit K2-3 Var. 2.3: K4 (100%)+RG-Rezi, Retrofit+RG-Rezi K2-3

Va

r. 2.4: K4 (100%)+RG-Rezi, Retrofit+RG-Rezi K2-3

122.000 122.000 122.000112.000 112.000

122.000118.000 118.000

109.000 109.000125.000 125.000

103.000 106.000

103.000 103.000Abgasreinigung Abfallbunker

123123 123 123 123

423

425 452 123 423

423

45 4 45 5 45

2 3

Schlackebunker Schlackebunker

Schlackebunker Schlackebunker SchlackebunkerSchlackebunkerSchlackebunker

Schlackebunker

SchlackebunkerSchlackebunker Schlackebunker

Schlackebunker Schlackebunker Schlackebunker Schlackebunker

Schlackebunker Bestand Variante 0: keine Ertüchtigung, alternder Bestand

Ergebnisse IGNIS-VArianten bis 30.11.2016 2018 - 2040Juli 2020 / 2018 - 2040Juli 2020 / Juli 2022 / 2018 - 2040Juli 2020 / Juli 2022 Juli 2020 / Juli 2022 / 2018 - 2040 Juli 2020 / Juli 2022 / 2018 - 2040Juli 2020 / Juli 2022 Juli 2020 / Juli 2022 / 2018 - 2040

Juli 2020 / 2018 - 2040 Juli 2020 / 2018 - 2040 Juli 2020 / 2018 - 2040

Oktober 2020 / 2018 - 2040

Oktober 2019 / 2018 - 2040 Oktober 2020 / 2018 - 2040

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Das Prüfprojekt kam nach etwa einem halben Jahr zu einem Vorschlag an den Auf- sichtsrat, der diesen Vorschlag im Dezember 2016 bestätigte:

1. Ausschließliche Retrofit-Varianten werden ausgeschlossen, weil die GML Gesell- schafter es nicht als sinnvoll erachten, zu viel Kapital nur in alte Technik zu investieren.

2. Eine Nur-Zwei-Kessel-Variante wird verworfen, da mit drei Kesseln eine bessere Absicherung der kommunalen Entsorgung erreicht wird, als mit nur zwei.

3. Der Bestandsbetrieb muss während der Modernisierung weiter laufen. Daher wird zuerst ein neues Kesselhaus mit einem neuen Kessel gebaut, bevor einer der Alt- kessel außer Betrieb geht.

4. Die weitere Prüfung wurde insgesamt eingeengt auf die Varianten:

a) ein Neukessel im neuen Kesselhaus plus Retrofit zweier Altkessel,

b) zwei Neukessel, einer im neuen, einer im alten Kesselhaus plus Retrofit eines Altkessels,

c) drei Neukessel, einer im neuen, zwei im alten Kesselhaus.

Bestand

Retrofit

1nK 2aK 2nK 1aK

2nK

3nK

205.000

235.000 125.000

112.000 Abgasreinigung

Abfallbunker

Var. 2.2: K4 (100%) +RG-Rezi, Retrofit K2-3

3 2 4 Schlackebunker

2nKRetrofit

Juli 2020 / 2018-2040

235.000 118.000 Var. 3.2: K4-5 (100%) +RG-Rezi, Retrofit K2 2 5 4 Schlackebunker Juli 2020 / Juli 2022/

2018-2040

235.000 110.000 Var. 2.2: K4 (100%) +RG-Rezi, Retrofit K2-3

4 Schlackebunker

5 2

Juli 2020 / Juli 2030/

2018-2040

235.000 109.000 Var. 5.1: K4-6 (100%)

+RG-Rezi 6 5 4 Schlackebunker Juli 2020 / Juli 2022/

Juli 2024 Anlage 7: Ergebnisse IGNIS-Varianten nach 30.11.2016

Bestand

Bild 4: Darstellung der vier Varianten zur engeren Prüfung (1nk 2ak = 1 neuer Kessel, 2 alte Kessel mit Retrofit)

Diese eingeengten vier Varianten wurden intensiv weiter untersucht. Insbesondere wurden die Risiken der für GML neuen Technologie Abgas-Rezirkulation geprüft. Im April 2017 konnte das Projektteam dem Aufsichtsrat einen Konsens vorlegen: Das Projektteam und die Arbeitsgruppe des Aufsichtsrates schlugen einmütig vor, eine Variante zwei Neukessel: einer im neuen, einer im alten Kesselhaus plus Retrofit eines Altkessels weiter zu verfolgen. Der Aufsichtsrat folgte diesem Entscheidungsvorschlag, weil er in der vorgeschlagenen Variante den besten Mix aus folgenden Faktoren sah:

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Thomas Grommes

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• den größeren Teil des Kapitals in zwei Neukessel investieren und

• den kleineren Teil des Kapitals über Retrofits in einen Altkessel investieren,

• wobei dieser Altkessel mit Reftrofits das Spielbein wäre, sofern die kommunalen Abfallmengen sich in Zukunft reduzieren sollten.

In einem späteren Schritt wurde der Zeitzustand der Abfallkessel 2 und 3 untersucht, wobei sich herausstellte, dass Abfallkessel 3 den besseren Zustand hat, sodass im Dezember 2017 die finale Variante feststand.

Variante 3.2a: K4-5 (100%) + RG-Rezi, Retrofit K3

Abgasreinigung

118.000

Abfallbunker 235.000

4 5 3

Schlackebunker

3. Umsetzung

Als diese Grundsatzentscheidung für das Projekt nach einem Jahr Vorprojekt im April 2017 gefallen war und nachdem ein positiver Bauvorbescheid für das neue Kesselhaus vorlag, wurde im Juni 2017 der Auftrag für die Erstellung der Ausschreibungs- und der Genehmigungsplanung an die I.C.E. AG erteilt.

Die Finanzierung wurde im Dezember 2017 über Kommunalbürgschaften der Gesell- schafter abgesichert. Die Finanzierungsverhandlungen würdenabgeschlossen und der Kreditvertrag soll im Oktober unterzeichnet.

Im März 2018 wurden die Genehmigungsunterlagen für das Genehmigungsverfahren eingereicht. Auf eine Umweltverträglichkeitsprüfung sowie die Beteiligung der Öffent- lichkeit darf auf Basis einer Behördenentscheidung verzichtet werden. Damit lief ein Verfahren nach § 16 (2) BImSchG, welches im September 2018 positiv beendet wurde.

Anfang Oktober 2018 startete das EU-weite Ausschreibungsverfahren zum Anlagenbau.

Die Vergabe ist für Sommer 2019 geplant. Danach startet im Sommer 2020 die Aus- schreibung des Hochbaus (neues Kesselhaus mit Erweiterung des Schlackenbunkers).

Nach derzeitigem Stand kann bis Sommer 2022 das neue Kesselhaus mit Schlackebun- ker-Erweiterung gebaut sowie der erste Neukessel K4 in Betrieb genommen werden.

Bild 5:

Finale Variante zur Modernisie- rung des MHKW Ludwighafen

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Sobald dieser im Regelbetrieb ist, kann der Altkessel K1 rückgebaut werden. Danach entsteht an dessen Stelle bis etwa 2024 (im alten Kesselhaus) der Neukessel K5. Der Altkessel K3 bleibt weiter in Betrieb und wird in den nächsten 25 Jahren retrofitet. Der Altkessel K2 wird stillgelegt und rückgebaut.

Einige Baumaßnahmen, die das Baufeld freimachen (Verlegung von Fernwärmelei- tungen und eines Containerdorfes, Aufzug-Neubau, Rückbau von Bestandgebäuden usw.) werden aktuell vorgezogen.

Bild 6: Fotomontage mit dem neuen Kesselhaus (rote Kontur) für Abfallkessel K4

Abgas-Reinigungsanlage (teilweise ausgeblendet)

Kesselhaus mit den Abfallkesseln 1 bis

3

alter Abfallbunker

neuer Abfall- bunker

Bahnlinie

Bild 7: MHKW Ludwigshafen vor dem Projekt IGNIS

neues Kesselhaus mit

Abfallkessel 4 Abgas-Reinigungsanlage

(teilweise ausgeblendet) Kesselhaus mit den Abfallkesseln 3 und 5

Bahnlinie

Bild 8: MHKW Ludwigshafen nach dem Projekt IGNIS

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Thomas Grommes

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4. Fazit

Mit Hilfe eines gut strukturierten Vorprojektes konnte die GML die Entscheidung ihrer Gesellschafter erwirken, dass ein sechsjähriges Großprojekt zur Modernisierung des MHKW Ludwigshafen startet. Wenn das Projekt IGNIS so abläuft, wie geplant und im Jahr 2024 die Umsetzung beendet sein wird, dann werden seit Projektstart acht Jahre vergangen sein, in denen das Unternehmen mit seinen Gesellschaftern, Partnern und Planern ein wichtiges und komplexes Großprojekt abgewickelt hat. Es hat sich dann sehr viel getan und verändert und ein kommunales MHKW hat seine 100-prozentige Entsorgungssicherheit von 50 auf 75 Jahre erweitert.

Ansprechpartner

Dr. Thomas Grommes

GML – Gemeinschafts-Müllheizkraftwerk Ludwigshafen GmbH Geschäftsführer

Bürgermeister-Grünzweig-Straße 87 67059 Ludwigshafen, Deutschland +49 621 59177-110

thomas.grommes@gml-ludwigshafen.de

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Vorwort

4

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Peter Quicker, Alexander Gosten (Hrsg.):

Energie aus Abfall, Band 16

ISBN 978-3-944310-45-9 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2019

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Olaf Holm

Erfassung und Layout: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Ginette Teske, Sarah Pietsch, Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Roland Richter, Cordula Müller, Gabi Spiegel

Druck: Universal Medien GmbH, München

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