Rückschau

Duisburg, Nordrhein-Westfalen - 2020

Versorgungssicherheit durch Fernwärmespeicher - Zwei-Zonen-Speicher in Duisburg

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Um einen flexibleren und wirtschaftlicheren Einsatz ihres erdgasbetriebenen Heizkraftwerks in Duisburg-Wanheim zu ermöglichen, haben die Stadtwerke Duisburg 2018 einen Fernwärmespeicher in Betrieb genommen. Dieser misst 36 Meter im Durchmesser und ist 44 Meter hoch. Das Speichervolumen beträgt 43.800 m³. Nach dem Zwei-Zonen-Prinzip ermöglicht die Auflast einer 15 Meter hohen Wassersäule im oberen Teil des Behälters, dass im unteren Teil flüssiges Wasser mit einer Temperatur von bis zu 115 °C gespeichert wird.

Kraft-Wärme-Kopplung entkoppeln

Im Gas- und Dampfturbinen-Heizkraftwerk in Duisburg-Wanheim werden Strom und Wärme effizient mittels Kraft-Wärme-Kopplung produziert. Hierbei fallen Strom und Wärme zeitgleich an. Durch den Fernwärmespeicher können die Stadtwerke Duisburg nun die Verwendung beider Energieformen zeitlich voneinander entkoppeln. So wird das GuD-Heizkraftwerk am tatsächlichen Bedarf und an der Situation des Strommarktes ausgerichtet.

Selbst zu Zeiten, wenn Strom profitabel an der Strombörse verkauft werden kann, Fernwärmekunden jedoch nur wenig oder keine Wärme benötigen, können die Stadtwerke Duisburg effektiv mit dem Strom wirtschaften. Denn der Fernwärmespeicher bietet die Möglichkeit die bei der Stromproduktion zwangsläufig entstehende Wärme zu speichern.

Ist die Stromproduktion im Kraftwerk jedoch unrentabel, weil beispielsweise eine große Menge Strom aus regenerativen Quellen vorrangig in das Netz eingespeist wird, kann die gespeicherte Wärmemenge wiederum für die Versorgung der Fernwärmekunden herangezogen werden. Im Sommer kann das System mit bis zu 70 Stunden rein aus dem Fernwärmespeicher die Kunden mit Wärme versorgen. Die zeitliche Entkopplung der Produktion von Strom und Wärme macht die Energieerzeugungsstrategie der Stadtwerke zukunftstauglich für die Energie- und Wärmewende.

Zwei-Zonen für einen höhere Wärmekapazität

Bei dieser Technologie sind zwei Speicherzonen durch ein isoliertes Zwischendach getrennt. In der oberen Zone befindet sich Wasser mit einer Temperatur von 60-90°C. Durch das Eigengewicht dieser oberen Zone können in der darunterliegenden Zone Wassertemperaturen von über 100 °C erreicht werden ohne den Siedepunkt zu überschreiten.

Die Beladung des Speichers erfolgt mit sehr geringen Eintrittsgeschwindigkeiten über den oberen Teil des Behälters, jedoch unterhalb der isolierten Auflast. Die Temperatur der Speicherflüssigkeit erreicht hier mit bis zu 115°C seinen Höchstwert. Da hier die Beladung erfolgt, wird eine Durchmischung von Warm- und Kaltwasser verhindert, wodurch sich eine Wasserschichtung im Speicher ausprägt. Durch den Einsatz dieser innovativen Zwei-Zonen-Speichertechnologie zählt der Speicher nicht nur zu den größten, sondern auch modernsten Wärmespeichern Deutschlands. So können in Duisburg bis zu 1.450 Megawattstunden Wärme gespeichert werden.

Bauweise: Spiralverfahren

Bei der Errichtung des Speichers wurde ein spezielles Bauverfahren angewendet: das Spiralverfahren. Hierbei wurden in einem ersten Schritt zunächst Sockel und Deckel des Stahlbehälters gefertigt und aufeinandergelegt. Anschließend wurde der Deckel hydraulisch angehoben und dann laufend gedreht. Gleichzeitig wurde die Außenwand des Speichers wie eine Spirale abschnittsweise seitlich eingezogen und verschweißt. Dadurch verkürzte sich die Bauzeit im Vergleich zu anderen Bauverfahren erheblich.

Projektdaten

• Betreiber: Stadtwerke Duisburg AG
• Kapazität: 1.450 MWh
• Speichertemperatur: bis zu 115 °C
• Maße: 44 m hoch, 36 m Ø
• Fassungsvermögen: 43.800 m³ Wasser
• Bauart: Atmosphärischer Zwei-Zonen-Speicher
• Investition: 20 Mio. Euro

Ein Video zum Fernwärmespeicher stellen die Stadtwerke Duisburg hier zur Verfügung.