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205 Stapelfeld – Ersatzneubau des MHKW und Errichtung einer Monoklärschlammverbrennungsanlage

Neubau und Umbau

Zukunftsprojekt EEW Stapelfeld – Ersatzneubau des Müllheizkraftwerks und Errichtung einer Monoklärschlammverbrennungsanlage

Holger Heinig

1. Ersatzneubau sichert Zukunft des Standortes ...206

1.1. Neue Strategie für den Standort ...207

1.2. Ersatzneubau: drei Varianten – ein Ziel ...207

1.3. Ersatzneubau mit höherer Energieeffizienz ...211

1.4. Genehmigungsverfahren...211

1.5. Beibehaltung höchster Emissionsstandards ...212

2. Errichtung einer Monoklärschlammverbrennungsanlage ...213

Stapelfeld, nahe Hamburg und Ahrensburg in Schleswig-Holstein gelegen, ist ein beliebtes Wohngebiet, das die Vorteile von Arbeit und Erholung vereint. Stapelfeld ist einerseits attraktiver Wirtschaftsstandort und anderseits Naherholungsgebiet mit zahl- reichen Naturschutzgebieten. Hier gilt es also, besonders auf die Umwelt zu achten und

Kreis Segeberg (Teilmengen)

Kreis Stormarn

Hamburg

(Nordosten) Kreis Herzogtum Lauenburg

gleichzeitig nahezu einer Millionen Men- schen in der Metropolregion Hamburg Entsorgungs- und Versorgungssicherheit zu bieten. Dafür haben die Hansestadt sowie die Kreise Stormarn und das Her- zogtum Lauenburg 1979 in Stapelfeld eine thermische Abfallbehandlungsanlage in Betrieb genommen.

Zunächst in kommunalem Besitz, er- folgte 1996 die Privatisierung. Der neue Eigentümer – ein Vorläufer der E.ON-Gruppe – rüstete, begleitet von einer Kapazitätserhöhung, im Jahr 1997 die Abgasnachreinigung nach. Im Jahr 2003 wurde das MHKW Stapelfeld in die heutige EEW Energy from Waste- Gruppe eingegliedert und firmiert heute als EEW Energy from Waste Stapelfeld GmbH. Heute erzeugt die zweilinige An- lage jährlich 132.000 Megawattstunden umweltfreundlichen Strom.

Bild 1: Einzugsgebiet des MHKW Stapelfeld

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Holger Heinig

206

Tabelle 1: Anlagendaten des MHKW Stapelfeld Inbetriebnahme 1979

Leistungserhöhung 1997

Kapazität 350.000 Tonnen/Jahr Designheizwert 9.300 Kilojoule/Kilogramm Thermische Leistung 2 x 58,2 Megawatt thermisch Stromeinspeisung 90.000 Megawattstunden/Jahr Fernwärmeabgabe 250.000 Megawattstunden/Jahr

Das entspricht dem Elektrizitätsbedarf von etwa 38.000 Haushalten in der Regi- on. Die 250.000 Megawattstunden produ- zierte Fernwärme kommen Haushalten ebenso wie einigen Gewerbegebieten und dem angrenzenden Hallenschwimmbad zugute. Dafür werden pro Jahr 350.000 Tonnen Abfall mit einem Heizwert von etwa 9,5 MJ/kg aus der Umgebung sicher und emissionsarm verwertet.

Im Jahr 2013 verkaufte E.ON zunächst einen Mehrheitsanteil von EEW an den schwedischen Finanzinvestor EQT. Nach- dem dieser im Jahr 2015 sämtliche Anteile der EEW von E.ON erworben hatte, ver- äußerte er das Unternehmen 2016 bereits nach drei Jahren weiter an den heutigen 100-Prozent-Gesellschafter Beijing Enter- prises Holdings Limited (BEHL). Das unter anderem in der Abfallverwertung tätige Unternehmen hat sich bis heute als

Bis zu 350.000 Tonnen verwerteter Abfall 132.000 Megawattstunden umweltfreundlich erzeugter Strom

Umweltfreundlich produzierter Strom für 38.000 Haushalte Etwa 250.000 Megawattstunden ressourcenschonend erzeugte Fernwärme

ein verlässlicher strategischer Partner erwiesen, mit dem die Gruppe sowohl organisch wächst als auch neue Geschäftsfelder erschließt. Stapelfeld ist in besonderer Weise ein Beispiel dafür. Hier wird sowohl ein Ersatzneubau der Abfallverwertungsanlage vor- angetrieben als auch der Neubau einer Monoklärschlammverbrennungsanlage (KVA) im neuen Geschäftsfeld Thermische Klärschlammverwertung.

1. Ersatzneubau sichert Zukunft des Standortes

Im Rahmen der Privatisierung war das MHKW von 1996 bis 2016 mit langlaufenden Abfallverträgen der Stadtreinigung Hamburg sowie der Kreise Stormarn und Herzog- tum Lauenburg ausgestattet. Auf Grund der Abfallstrategie der Stadt Hamburg war eine Ausschreibung großer Abfallmengen ab 2017 jedoch nicht mehr zu erwarten und das Schicksal des Standortes schien 2013 noch besiegelt. Von Stilllegung war in der Presse zu lesen und auch unternehmensseitig gab es kaum Hoffnung, den Standort wirtschaftlich weiterführen zu können.

Die Standortleitung entwickelte in dieser Situation Konzepte, die einen Weiterbetrieb unter bestimmten Rahmenbedingungen ermöglichen sollten. Nachdem im Jahr 2014 zwei Ausschreibungen aus den Nachbarkreisen gewonnen werden konnten, sollte es zunächst bis zum Jahr 2026 mit eingeschränkter Ausnutzung der Kapazität weiter gehen. Die bundesweite Wende am Abfallmarkt sicherte aber wenige Zeit später die Vollauslastung und damit auch den Weiterbetrieb der Anlage.

Bild 2: Jährlicher Beitrag zum Umweltschutz

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1.1. Neue Strategie für den Standort

Das MHKW Stapelfeld ist heute, im Jahr 2019, in seinem 40. Betriebsjahr und es stellte sich in der zweiten Jahreshälfte 2016 die Frage nach einer langfristigen Standortstrategie.

Die Antwort darauf lautete: Langfristige Sicherung des Standortes in der Metropolregion Hamburg für die thermische Abfallbehandlung und Neubau einer Monoklärschlamm- verbrennungsanlage vor dem Hintergrund geänderter gesetzlicher Rahmenbedingun- gen beim Einsatz von Düngemitteln und der Verwertung von Klärschlamm.

Auf Grund des Anlagenalters, der wegen der voraussichtlichen Stilllegung eingeschla- genen Instandhaltungs- und Investitionsstrategie und der aufwendigen Abgasreinigung mit E-Filter, zweistufiger Nasswäsche, Aktivkohle-Festbettfilter und Katalysator sind die Betriebskosten recht hoch.

Kipphalle Abfallbunker Kesselhaus

Turbinen- haus Abwasser-

gebäude Fernwärme- gebäude Elektrofilter Wäscher Koks-

Filter DeNOx- SCR Abgasreinigung

Elektrofilter Wäscher Koks- Filter DeNOx-

SCR Abgasreinigung

Bild 3: Verfahrensfließbild – die Abgasreinigungsanlagen sind bereits heute ein wesentlicher Bestandteil des MHKW Stapelfeld

Die Energieeffizienz ist bei Kesselparametern von 27 bar und 385 °C vergleichsweise niedrig. Ein langfristiger Weiterbetrieb würde – soviel war klar – einen großen Inves- titionsbedarf für die zweilinige Anlage bedeuten. Nur: Lohnt es sich, in alte Technik zu investieren? Wäre nicht vielleicht ein kompletter Neubau sinnvoller?

1.2. Ersatzneubau: drei Varianten – ein Ziel

Um diese Frage zu beantworten, wurden drei verschiedene Varianten betrachtet – alle mit für die Zukunft höher prognostizierten Heizwerten.

Variante 1 sah einen

• Neubau auf grüner Wiese vor, der

• bei einem Durchsatz von 320.000 Tonnen pro Jahr,

• einem Heizwert H_u von 11 Megajoule pro Kilogramm und

• zwei Linien mit je 60 Megawatt thermischer Leistung bei 40 bar und 400 °C mit hoher Energieeffizienz und geringen Betriebskosten zu betreiben wäre.

(6)

Holger Heinig

208

Variante 2 sah einen

• Neubau im Bestand mit einem einzukalkulierendem Betriebsausfall von bis zu zwei Jahren vor, der

• bei einem Durchsatz von 300.000 Tonnen pro Jahr,

• einem Heizwert H_u von 11 Megajoule pro Kilogramm,

• der Erneuerung von Kessel, Abgasreinigung, Turbine sowie Sanierung des Bunkers und

• zwei Linien mit je 58 Megawatt thermischer Leistung bei 40 bar und 400 °C

• mit mittlerer Energieeffizienz bei mittleren Betriebskosten zu betreiben wäre.

Variante 3 sah ein

• Retrofit im Bestand während der Revisionen mit einem Teil-Neubau – Erneuerung Kessel und Abgasreinigung – der Anlage vor, die

• bei einem Durchsatz von 300.000 Tonnen pro Jahr sowie einem Heizwert H_u von 11 Megajoule pro Kilogramm

• mit geringer Energieeffizienz bei hohen Betriebskosten zu betreiben wäre.

Als Ergebnis dieser Variantenbetrachtung hat sich die Variante 1, der Neubau auf der grünen Wiese, als die wirtschaftlichste herauskristallisiert. Dafür steht eine vier Hektar große Fläche südlich der Bestandsanlage zur Verfügung, für die schon im Jahr 1993 eine rechtskräftige Genehmigung für den Bau zweier weiterer Verbrennungslinien bestand, die aber nie gebaut wurden.

Betriebsgelände MHKW mit Erweiterungs-

fläche

Recyclinghof AWSH

Schlackelager

Brachfläche

Bild 4: Gewerbegebiet Stapelfeld/Braak

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Der Variante 1 wurde etwas später noch die Variante 1a gegenübergestellt. Eine einzige Linie mit 120 MW thermischer Leistung statt 2 x 60 MW. Diese Variante hat sich auch bei Berücksichtigung aller bekannten Rahmenbedingungen als die kostengünstigere herausgestellt. Die Entsorgungssicherheit während der dann zwingend im Zeitraum von niedrigem Fernwärmeabsatz stattfindenden Revision stellt ein 30.000 m³ großer Bunker sicher.

1.3. Ersatzneubau mit höherer Energieeffizienz

Der Ersatzneubau wird im Vergleich zur Bestandsanlage bei gleicher Fernwärmeabgabe mehr als doppelt so viel elektrische Energie einspeisen. Bei Ausbau des Fernwärme- netzes in Stapelfeld oder Anbindung an das Hamburger Fernwärmenetz von Vattenfall könnte die Fernwärmeauskopplung erheblich – etwa um den Faktor zwei – erhöht und somit ein zusätzlicher Beitrag zum Klimaschutz erbracht werden.

Im Vorfeld der Entscheidung für einen 1 x 120 Megawatt-Kessel prüften das Projekt- team und Anlagenbauer Referenzen diverser Anlagen ähnlicher Größenordnungen.

Für EEW gilt das Projekt auch als Schaufenster für Projektentwicklungen mit BEHL auf dem südostasiatischen Markt, wo Kessel dieser Größenordnung Standard sind.

1.4. Genehmigungsverfahren

Erste Gespräche mit der Genehmigungsbehörde fanden bereits im Mai und September 2017 statt. Vorbelastungsmessungen wurden ab Dezember 2017 nach einem mit der Genehmigungsbehörde abgestimmten Messplan auf freiwilliger Basis durchgeführt.

Der Scopingtermin fand Ende März 2018 statt.

Für den Ersatzneubau des MHKW und die Errichtung einer Monoklärschlammver- brennungsanlage hat EEW Stapelfeld je separate Genehmigungsanträge erstellt, wobei die Umweltauswirkungen je Anlage und in Summe darzulegen waren.

Die Inbetriebnahme beider Anlagen ist für Mitte 2022 geplant.

Planung und Projektierung

Genehmigungs- verfahren mit Öffentlichkeits-

beteiligung

Bau

Probe- betrieb:

Mitte 2022 27.3.2018:

Scoping-Termin

Herbst 2018:

Antrag Genehmigung Herbst 2018:

Antrag Genehmigung

2018 2018-2019 2019-2022 2022

Bild 5: Zeitplan bis zur Inbetriebnahme von Ersatzneubau MHKW und Monoklärschlamm- verbrennungsanlage

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Holger Heinig

212

Den Zeitplan beschleunigende Faktoren sind einerseits der spürbar zunehmende Druck auf dem Klärschlammmarkt und anderseits das Netzentgeltmodernisierungsgesetz (NeMoG), das Netzentgelte nur für Anlagen vorsieht, deren Generatoren vor dem 31.12.2022 ans Netz gehen.

1.5. Beibehaltung höchster Emissionsstandards

Schon früh wurden politische Vertreter der Kreise Stormarn und Herzogtum Lau- enburg sowie Bürgermeister und Gemeinderäte der Umlandgemeinden über die Standortplanungen informiert. Dabei wurde schnell deutlich, dass die Politik die Bei- behaltung des bekannten, sehr hohen Emissionsstandards des MHKW erwartet. Auch wenn die aktuellen Genehmigungsgrenzwerte der Altanlage, die schon unterhalb der 17. BImSchV liegen, für die Neuanlage gelten werden, ist eine Ausrichtung der neuen Anlagentechnik an den langjährigen Betriebswerten der Bestandsanlage notwendig.

Für die KVA mit deutlich höheren Schwefeleinträgen im Klärschlamm war das Ziel eine beste verfügbare Technik zu finden, die die aktuellen Genehmigungswerte des Bestands-MHKW einhält. Eine Orientierung an den Betriebswerten war wegen der hohen Schadstoffeinträge des Klärschlamms, insbesondere Schwefel, als nicht zielfüh- rend angesehen und auch von politischer Seite so akzeptiert worden.

Für den Ersatzneubau des MHKW war zunächst eine Abgasreinigungstechnik analog zur Anlage in Delfzijl (NL) vorgesehen. Die Reihenschaltung von Gewe- befilter mit vorheriger Bicar-Zugabe (NaHCO₃), Katalysator, externem Econo- miser und Kugelrotor mit Kalk- und Herdofenkoks-Zugabe vor einem weiteren Gewebefilter haben sich seit 2009 als gute, verlässliche Technik ausgezeichnet.

Die Betriebswerte in Stapelfeld sind aber in Bezug auf SO₂ und Hg noch anspruchsvoller, so dass der Kalk in einem Mischer zur Erhöhung der Reaktivität angefeuchtet wird.

Durch die Dosierung von Netfloc (Na-Polythionat) soll der Hg-Gehalt durch Fällung und Stabilisierung von oxidiertem und elementarem Hg weiter gesenkt werden.

Rohgas Additiv

Reaktor 1 Filter

1 NaOH

ECO SCR

NETfloc Additiv

Ca(OH)₂ AK

Reaktor 2 Filter

2 Reingas

NaHCO₃

Anfeucht- mischer

Bild 6:

Verfahrensfließbild der Abgas- reinigung des MHKW Stapelfeld

Quelle: Luehr Filter

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2. Errichtung einer Monoklärschlammverbrennungsanlage

Die optimale Verfahrenstechnik für eine Monoklärschlammverbrennungsanlage zu finden, gestaltete sich – Mangels eigener Erfahrungen – ungleich schwieriger als beim MHKW. Erschwerend wirkte auch, dass die Anlage nicht in Kombination mit einer Kläranlage betrieben werden kann und die beim Trocknen des Klärschlamms anfallenden Brüden einer Behandlung unterzogen werden müssen.

Etwa 135.000 Tonnen Klärschlamm pro Jahr mit einem Gehalt von 24 % Trocken- substanz (TS) sollen getrocknet, in einer stationären Wirbelschicht verbrannt und die entstehenden Abgase in einer leistungsfähigen Abgasreinigung schadstoffseitig entfrachtet werden.

In diversen Workshops diskutierten Techniker mit Vertretern potentieller Lieferan- ten und anderen externen Experten Verfahrensalternativen. Während es hinsichtlich Annahme, Lagerung, Trocknung und Verbrennung relativ schnell zu Festlegungen kam, gestaltete sich dies hinsichtlich der Abgasreinigung und der Brüdenbehandlung deutlich anspruchsvoller.

Abgasreinigung und Brüdenbehandlung Für die rechnerisch etwa 8 m³/h anfallenden Brüden musste ein gangbarer Behand- lungsweg gefunden werden. Dazu wurden für den Standort Stapelfeld folgende Prämissen aufgestellt:

• mindestens 50 % der Brüden gehen zurück in die Wirbelschichtfeuerung der KVA,

• die nicht in der KVA behandelbaren Brüden gehen in den neuen Abfallkessel des MHKW und

• es soll als Redundanz eine Brüdenaufbereitungsanlage gebaut werden, deren Produkt in die öffentliche Kanalisation eingeleitet werden kann.

Rohgas Filter

Wärme-

übertrager Wäscher

Saugzug Kamin

NETfloc NaOH

H₂ACSO₄ Abfalllinie/

Wasseraufbereitung Aufsatzfilter Reststoff-

silo 2 Aufsatzfilter Reststoff-

silo 1 SNCR/

Abfalllinie Filter-

schnecke Pneumatischer

Förderer 2 Pneumatischer Förderer 1

Bild 7:

Prinzipschema der Abgasreini- gung der Klärschlammverbren- nungsanlage (mit Wärmever- schiebung)

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Holger Heinig

214

Bild 8: Anordnung Ersatzneubau MHKW und Monoklärschlammverbrennungsanlage

Sockelgebäude UBA

Leitwarte UCB Anlieferhalle MHKW UEA Abfallbunker MHKW UEB Kontrollfläche (in UEA) UEC Anlieferhalle KVA UEH

Heizöllager UEJ

Klärschlammbunker UEK Klärschlammtrocknung (in UHK) UEM Rückstandslagerung UEP Schlackelager (in UEB) UET Schlackeverladung UEU Feuerlöschpumpenhaus UGF

Löschwasserbevorratung UGJ

Kesselhaus MHKW UHA

Kesselhaus KVA UHK

Treppenturm MHKW UHD

Schornstein UHN

Maschinenhaus UMA

Luftkondensator URC

Werkstatt UST Abgasreinigung MHKW UVC Abgasreinigung KVA UVK

Bürogebäude UYA

Eingangskontrolle UYE

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Ansprechpartner

Dr.-Ing. Holger Heinig

EEW Energy from Waste GmbH Senior Projektleiter

TT Schöninger Straße 2–3

38350 Helmstedt, Deutschland +49 40 67576-816

holger.heinig@eew-energyfromwaste.com

Die Vorgabe, Brüden in die Wirbelschichtfeuerung der KVA zurückzuführen, führt zum Ausschluss trockener Abgasreinigungsverfahren. Bei sehr hohen Feuchten wären diese verfahrenstechnisch nicht zu handhaben.

Ebenfalls wurde die Option geprüft, Abgase der KVA nach dem Primäraschefilter in die Abgasreinigung des MHKW einzuleiten. Die insgesamt geringeren Investitionskosten würden jedoch durch deutlich höhere Kosten für Betriebsmittel (Bicar) und Entsor- gung aufgezehrt werden. Außerdem wäre dann ein Betrieb der KVA bei Stillstand des MHKW unmöglich.

Letztlich wurde bezüglich der KVA in Stapelfeld die Entscheidung für eine Abgas- reinigung bestehend aus SNCR, einem Filter für die Abscheidung der P-haltigen Primäraschen und einem zweistufigen Wäscher getroffen. Der S-Gehalt im Abgas kann optional im Trocken-Additiv-Verfahren (TAV) mittels CaCO₃ im Wirbelschicht- ofen reduziert werden, solange dies die Phosphorrückgewinnung nicht entscheidend beeinträchtigt. Ein Wärmeverschiebesystem soll für die Vermeidung einer Dampf- fahne sorgen und schafft darüber hinaus eine gute Voraussetzung für eine mögliche Katalysatornachrüstung.

Das Anlagenlayout sieht eine kompakte Gesamtanlage vor. Die KVA wird parallel zum MHKW errichtet, denn eine getrennte Aufstellung ließ das Platzangebot auf dem Baufeld nicht zu. Beide Anlagen werden durch eine gemeinsame Schaltwarte betreut und kurze Wege ermöglichen neben diversen anderen Synergien ein straffes Personalkonzept.

Mit dem Ersatzneubau des MHKW Stapelfeld und der Errichtung einer Monoklärschlammverbrennung bietet EEW eine langfristige Entsorgungssicherheit für Abfall der Metropolregion Hamburg sowie für den Klärschlamm des Landes Schleswig-Holstein.

So wird eine seit nunmehr vierzig Jahren bestehende Partnerschaft zwischen Anlage und den Umlandgemeinden gesichert.

(14)

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

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funk- sendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig.

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