Die Deponie als Brennstofflager

In Flörsheim-Wicker liefern Bioabfall und Deponiegas bedarfsgerecht Strom und Wärme

Die kommunale Abfallwirtschaft leistet viel mehr als nur die Müllabfuhr. An die Stelle von Mülldeponien sind vielerorts Wertstoffhöfe getreten. Dort wird in erneuerbaren Kreisläufen gedacht. So kann die Abfallwirtschaft die Aufgaben eines zuverlässigen Energieanbieters übernehmen. In Biotonnen, Restmüll und Altdeponien steckt schließlich Biomasse. Diese gespeicherte Erneuerbare Energie lässt sich bedarfsgerecht abrufen. Im hessischen Flörsheim-Wicker ist der Deponiepark ein erneuerbares Brennstofflager, das bedarfsgerecht Strom und Wärme liefert. Der kommunale Abfallverwerter spielt täglich an der Strombörse mit. Auf Augenhöhe mit etablierten Energiekonzernen sorgt der Deponiepark gleichzeitig für die Wärmeversorgung von Industrie, Handel und Haushalten.

Auf einen Blick

Warum ist das ein gutes Beispiel für das notwendige Update unserer Energieversorgung?

Biogas aus Reststoffen und mit großem Gasspeicher und Deponiegas lässt sich für flexible Stromerzeugung nutzen, ohne gleichzeitig den Bedarf eines Wärmenetzes zu vernachlässigen.

Gründung/Inbetriebnahme: 1999-2014

So werden Erneuerbare Energien genutzt:

Erneuerbare-Energien-Anlagen:
1 Holzkraftwerk (15.000 kW), 3 Biogas- und 5 Deponiegas-BHKW (535 bis 2.188 kW el.), 1 Photovoltaik-Freiflächenanlage (3.000 kW), 1 Mikro-Windenergieanlage

Erneuerbare Stromerzeugung:
25 Mio. kWh jährlich (ohne Holzkraftwerk).
Das deckt den durchschnittlichen Verbrauch von 7.000 Haushalten.

Erneuerbare Wärmeerzeugung:
4 Mio. kWh jährlich (Fernwärme)
5 Mio. kWh jährlich (Nahwärme)
Durch das Fernwärmenetz werden rd. 300 Haushalte mit Wärme versorgt.

So trägt die Anlage zum Update bei:

  1. Flexibilität
    • Flexible Fahrpläne: Wochen-/Tagesfahrplan, Viertelstundenfahrplan
    • Regelenergie: SRL, MRL –
    • Koppelung: Strom/Wärme, Gas/Strom, Gas/Wärme
  2. Netze
    • Stabilisierung Stromnetz: Regelenergie, Eigenverbrauch
    • Nutzung eines Wärmenetzes: 2,2 km, >300 Gebäude
      Nutzung eines Gasnetzes
  3. Speicher
    • Wärmespeicher: Wärmenetz
    • Gasspeicher: 8.000 m3
  4. Marktintegration
    • Vermarktung von Strom: Reaktion auf Strombörsenpreis, untertägiger Stromhandel

Wie es dazu kam

Oberstes Ziel der kommunalen Unternehmen ist der ressourcenschonende Umgang mit Abfällen. Schon gegen Ende der 1990er Jahre unternahm die Rhein-Main-Deponie GmbH darum erste Versuche zur energetischen Nutzung von Abfällen. Zunächst wurde das in der Hausmülldeponie entstehende Deponiegas gesammelt und in Blockheizkraftwerken (BHKW) zu Strom und Wärme umgewandelt. Für das in der Region anfallende Altholz wurde dann ein Holzkraftwerk errichtet. Mit der Einführung der Biotonne stieg die Bereitstellung organischer Abfälle, was 2008 den Beginn der Biogasproduktion ermöglichte. Andreas Saal, Prokurist und Abteilungsleiter Technik der Rhein-Main-Deponienachsorge, war damals schon ein weit vorausdenkender Ingenieur. Heute ist er stolz, mit der systematischen Nutzung der Energieströme „ein gewisses Alleinstellungsmerkmal gegenüber anderen Deponiebetreibern“ aufgebaut zu haben.

Das liegt auch daran, dass nach Saals Einschätzung viele seiner Branchenkollegen in der Abfallwirtschaft noch Misstrauen hegen gegenüber dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Saal stieg auf dessen Grundlage in die Strom- und Wärmeerzeugung ein. Schritt für Schritt machte er die vorhandene Infrastruktur fit für den flexiblen Einsatz an den Strommärkten.

Der Deponiepark gewinnt Biogas und betreibt Photovoltaik-Freiflächenanlagen (Vordergrund). Im Hintergrund ragt das Holzkraftwerk hervor. Nicht zu sehen ist die Deponiegasgewinnung im Untergrund der Deponie. Quelle: AEE

Neben der Deponiegas- und Biogaserzeugung und dem Holzkraftwerk sind auf den Dächern der Betriebsgebäude und auf dem Deponiehügel Photovoltaik-Anlagen mit insgesamt 3 Megawatt Leistung installiert. Nicht zuletzt dreht sich eine kleine Windenergieanlage auf dem Deponiegelände.

Was hier passiert

Blick auf den Rhein-Main-Deponiepark von der Flörsheimer Warte. Quelle: Brühl/Wikimedia, als gemeinfrei gekennzeichnet

Der Deponiepark in Flörsheim-Wicker liegt unweit der Weinberge des Rheingaus. Auf dem Gelände einer alten Kiesgrube landeten bis 2005 die Abfälle aus dem Ballungsraum westlich von Frankfurt. Bevor in Deutschland die Mülltrennung durchgesetzt wurde, gelangten auch viele organische Abfälle in die Hausmülldeponie. Dieser biologisch abbaubare Anteil von rund 30 bis 40 Prozent wird relativ schnell von Bakterien zersetzt. Dabei entsteht ein energiereiches Gasgemisch, das so genannte Deponiegas.

In den Gasbrunnen wird jeweils im Radius von rund 50 Metern das Deponiegas gesammelt und abgesaugt. Aus dem zylinderförmigen Behälter wird Wasser ins Deponieinnere gepumpt, um die Zersetzung des biologisch abbaubaren Anteils zu fördern. Quelle: AEE

In Flörsheim-Wicker wird das Deponiegas wie an vielen anderen Deponien aus der dem Deponiegelände gesaugt. Je nach Wetter und Luftdruck kann mehr oder weniger Deponiegas aus der Deponie gewonnen werden. Es lässt sich so sammeln und wird dann über eine Gasleitung zu einem BHKW transportiert. Durch das Verbrennen im BHKW wiederum wird ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben und gleichzeitig Wärme freigesetzt.

Am Fuß des Deponiehügels wird das Deponiegas gesammelt und zum Blockheizkraftwerk geleitet. Quelle: AEE

Die Deponiegasnutzung ähnelt damit der Biogasnutzung. Nach dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft werden Bioabfälle mittlerweile nicht mehr deponiert, sondern mit der Biotonne getrennt gesammelt. Rund 50.000 Tonnen Bioabfall wie Küchenabfälle oder Rasenschnitt gelangen dadurch jedes Jahr zum Deponiepark Flörsheim-Wicker. Sie werden in einer 2008 gebauten Trockenvergärungsanlage unter Luftabschluss ebenfalls von Bakterien zersetzt, wobei Biogas entsteht.

Im Vergleich zum Deponiegas enthält Biogas nicht nur mehr energiereiches Methan. Es lässt sich auch gleichmäßiger gewinnen. Um die schwankenden Mengen und Zusammensetzungen des Deponiegases auszugleichen, können die Deponiebetreiber in Flörsheim-Wicker Deponiegas und Biogas auch vermischt in einem BHKW verbrennen. Während der Strom in das örtliche Stromnetz eingespeist wird, gelangt die Wärme aus den BHKW seit 2013 über ein 2,2 Kilometer langes Wärmenetz zu einer Heizzentrale im benachbarten Hochheim. Dort übernimmt der Steag-Konzern die Weiterverteilung an rund 300 Wohneinheiten, ein Einkaufszentrum, Hotel und Gastronomie. Ein Teil der Wärme heizt im Nahwärmenetz schließlich die Anlagen und Gebäude auf dem Gelände des Deponieparks.

In den acht Blockheizkraftwerken (BHKW) wird Deponie- und bzw. oder Biogas zu Strom und Wärme umgewandelt. Auf dem BHKW-Container ist hier zusätzlich ein ORC-Modul montiert, mit dem sich zusätzlicher Strom aus dem Abgas gewinnen lässt. Quelle: AEE.

Zwar zählt das aus Biomasse gewonnene Deponiegas als erneuerbarer Energieträger, allerdings ist es endlich. Denn in einem absehbaren Zeitraum wird die Biomasse im Inneren der Deponie vollständig abgebaut sein. Jährlich sinkt die in Flörsheim-Wicker gewonnene Menge Deponiegas bereits um rund 10 Prozent. Das Deponiegas macht 2017 allerdings noch rund 60 % des in den BHKW genutzten Gases aus. Die restlichen 40% steuert das Biogas bei. Die bestehenden BHKW sollen aber weiterhin das Wärmenetz zuverlässig versorgen können. Darum muss über kurz oder lang eine Alternative zum Deponiegas her. Schließlich ist auch die Anlagenkapazität der Biogasanlage respektive die Menge des Bioabfalls aus den Biotonnen im Rhein-Main-Gebiet begrenzt.

Andreas Saal ist hier wieder erfinderisch: Er hat die Idee, zukünftig die BHKW an das bestehende Erdgasnetz anzuschließen und Erdgas zur Verbesserung des Brennstoffgemisches einzusetzen. Ein Zurück zu diesem fossilen Energieträger kommt für ihn jedoch nicht in Frage. Er will Verträge mit Biogaserzeugern wie beispielsweise Landwirten abschließen, die andernorts ihr Biogas zu Biomethan aufbereiten und in das Erdgasnetz einspeisen. Die eingespeiste Menge Biomethan würde dann in Flörsheim-Wicker aus dem Gasnetz entnommen und das bestehende Gemisch aus Deponie- und Biogas in Menge und Qualität ausgleichen. So kann der Energiegehalt des Deponiegases auch bei sinkendem Methangehalt zeitlich länger genutzt werden.

Das Update für unser Energiesystem

Der Deponiepark Flörsheim-Wicker zeigt, wie die Abfallwirtschaft die Energiewende vorantreiben kann. Die Deponiebetreiber übernehmen Verantwortung in einem bisher fremden Bereich, dem Strom- und Wärmesektor. Die zeitlich flexible Stromerzeugung der Biogas- und Deponiegas-BHKW unterstützt aktiv die Netzstabilität. Mit der gleichzeitigen Lieferung von Wärme schaffen die Deponiebetreiber außerdem Versorgungssicherheit in Sachen Wärmeversorgung.

Dank eines 8.000 Kubikmeter großen, 200 Meter langen Gasspeichers in Form zweier überdimensionierter Christstollen können die BHKW für mehrere Stunden heruntergefahren werden, beispielsweise wenn bereits viel Solar- oder Windstrom ins Netz fließen. Auf Nachfrage des Übertragungsnetzbetreibers können die BHKW außerdem kurzfristig Minutenreserveleistung (MRL) und teilweise Sekundärregelleistung (SRL) bereitstellen, um Angebot und Nachfrage in Einklang zu bringen.

Durch Vergärung von Bioabfall entsteht in den garagenartigen grauen Hallen Biogas, das im 200 Meter langen Biogasspeicher gesammelt wird. Quelle: AEE.

Andreas Saal würde gerne den Einstieg in den Intraday-Handel an der Strombörse vornehmen. Allerdings sind die aktuellen Markterlöse bzw. die aktuellen Förderungen des EEG nicht ausreichend hoch, um  die notwendigen Investitionen an der Anlage sowie die erhöhten Betriebsaufwendungen für diese flexible Fahrweise umsetzen zu können. Daher erfolgt bis auf weiteres kein weiterer Ausbau der Anlagen.

Dieser untertägige Stromhandel gewinnt mit dem Anstieg der wetterabhängigen Solar- und Windenergie an Bedeutung. Mit meteorologischen Prognosen können Ort und Menge des eingespeisten Solar- und Windstroms zwar sehr präzise bestimmt werden – allerdings auch erst relativ spät, kurz vor dem Zeitpunkt der Stromerzeugung. Je schneller die übrigen Stromerzeuger dann darauf reagieren können, desto besser. Mit ihrer hochflexiblen Fahrweise leisten die Deponie- und Biogas-BHKW in Flörsheim das, was große Kohle- und Atomkraftwerke nicht so schnell schaffen: den prompten Ausgleich der Schwankungen von Photovoltaik- und Windenergieanlagen.

In der Leitwarte: Andreas Saal, Prokurist und Abteilungsleiter bei der Rhein-Main-Deponienachsorge, zeigt die Steuerung der Gasspeicher. Quelle: AEE.

Saal denkt auch darüber nach, einen Wärmespeicher mit Power-to-Heat-Anlage zu errichten. Power-to-Heat beschreibt die Kopplung der Strom- und Wärmesektoren, indem mit Strom beispielsweise Wasser in einem Wärmespeicher erhitzt wird. So könnte der Solarstrom von den Dächern und Deponiehügeln als Unterstützung für die Wärmeversorgung aushelfen, wenn es einmal Engpässe im Strom- oder Wärmenetz gibt.

In die Zukunft weist auch die Koppelung des Gas- und Stromsektors durch die geplante Entnahme von Biomethan. Die Deponiebetreiber sind damit für ihre ausgleichende Rolle im Konzert der Erneuerbaren Energien gut aufgestellt. Neben dem Biomethan könnte mittelfristig auch synthetisches Methan aus erneuerbarem Strom in das Gasnetz eingespeist werden. Die BHKW in Flörsheim würden bei Windflaute und Dunkelheit mit diesem erneuerbaren Gas die Netzstabilität garantieren.

Wie es sich rechnet

Mit den Investitionen in zusätzliche BHKW-Kapazitäten verfolgt die Rhein-Main-Deponienachsorge das Ziel, ihre flexibel einzusetzende Leistung von 3 Megawatt auf 5 Megawatt zu steigern. Bereits 2010 hatten die Deponiebetreiber mit den Deponiegas-BHKW den Einstieg in die Direktvermarktung unter dem Grünstromprivileg gewagt, womit sie auf die feste Einspeisevergütung im Rahmen des EEG verzichteten. Mit Förderung durch die Flexibilitätsprämie wurden bis 2014 die Aufstockung von BHKW-Leistung sowie der Gasspeicher umgesetzt.

„Der Direktvermarkter ist Garant dafür, dass wir die richtige Vergütung für die Anlage holen. Wenn Sie sich den falschen Partner holen, verdient der sich eine „goldene“ Nase. Das ist schon ein Vertrauensverhältnis.“

Andreas Saal, verantwortlich für die Deponie- und Biogas-BHKW im Deponiepark Flörsheim-Wicker

Somit war der Weg frei für Mehreinnahmen an der Strombörse. Liegen die Strombörsenpreise im Keller, werden auch die BHKW heruntergefahren, um zu einem attraktiveren Zeitpunkt umso mehr Strom zu höheren Erlösen zu erzeugen. Mit der Teilnahme am Intraday-Handel, bei dem bis eine halbe Stunde vor Abruf der Leistung noch kurzfristig mit den zu erzeugenden Strommengen gehandelt werden kann, erhofft sich Andreas Saal weitere Erlössteigerungen.

Geht der Börsenstrompreis (grüne Kurve) in den Keller, sieht der Fahrplan vor, dass auch die Leistung der BHKW (blaue Kurve) heruntergefahren wird. Bei der halbautomatischen Steuerung durch den an der Leipziger Strombörse aktiven Direktvermarkter kommt es nur zu geringen Abweichungen (graue Kurve). Quelle: innowatio Clean Energy Sourcing (CLENS) GmbH.

Das Holzkraftwerk, das ebenfalls von den Deponiebetreibern initiiert wurde, verbrennt Altholz. Das ist Industrierestholz, das stofflich nicht weiter genutzt werden kann, wie beispielsweise alte Holzpaletten. Die Stromerzeugung fördert das EEG noch mit einer festen Einspeisevergütung. Die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme wird allerdings bisher nicht genutzt. Die Anlage wurde von der Verfahrenstechnik auf reine Stromerzeugung ausgelegt. Andreas Saal bedauert, dass sich bei Errichtung des Holzkraftwerks noch keine Abnehmer für die Wärme fanden: „Wenn die Kommune nicht keinen Vorrang für die Versorgung mit Erneuerbare Energien für die vorschreibt, müssen sie selbst einzeln verhandeln, wodurch es viel schwieriger wird.“ Für die Nutzung der Abwärme seien jetzt Investitionen von mehreren 100.000 Euro notwendig, die mangels ausreichender Nachfrage in den umliegenden Gewerbegebieten jedoch nicht zu amortisieren seien.

Die sonnige Südseite des Holzkraftwerks dient gleichzeitig als Kletterwand. Quelle: AEE.

Technische und regulatorische Bedingungen schränken einen optimalen Anlagenbetrieb ein: So müssen 2 Megawatt Leistung der BHKW für Nutzung von Deponiegas durchgehend in Grundlast gefahren werden und können bisher nicht flexibilisiert werden. Rein physikalisch würde das Einspeichern von Deponiegas im Biogasspeicher Sinn machen. Wird Deponiegas zusammen mit Biogas in einem Speicher aufbewahrt, kommt jedoch ein anderes, ungünstigeres Regelwerk zum Tragen. Bereits die gemeinsame Verstromung von Deponiegas zusammen mit Biogas führte zu einem Konflikt mit dem Netzbetreiber, der für die Auszahlung der Erlöse im Rahmen des EEG zuständig ist. Nachdem dieser die anteilige Auszahlung zunächst verweigerte, schlichtete eine Entscheidung der EEG-Clearingstelle den Konflikt. Sie erklärte die Praxis der Deponiebetreiber für rechtens.

Wie es weitergeht

Andreas Saal steht vor der Aufgabe, den gewachsenen Anlagenbestand im Deponiepark Flörsheim-Wicker für die Zukunft zu sichern. Die BHKW-Altanlagen von 1999 verlieren bereits 2020 ihren Anspruch auf die feste Einspeisevergütung des EEG. Sollen sie nicht stillgelegt werden, kommen für ihn als Alternativen entweder der Eigenverbrauch von Strom auf dem Deponiegelände in Frage oder die Beteiligung an den neuen Ausschreibungsverfahren. Saal müsste dann die für die alten BHKW benötigten Erlöse in Cent je Kilowattstunde abschätzen. Mit einem solchen Gebot würden die Deponiebetreiber in der Ausschreibung mit anderen Anlagenbetreibern und Landwirten konkurrieren. Nur die günstigsten Gebote hätten bis zu einem Deckel von insgesamt 200 Megawatt Leistung ein Anrecht auf Förderung über zehn weitere Jahre.

„Wir haben die Motoren, es macht uns Spaß!“

Andreas Saal, der den Deponiepark Flörsheim-Wicker zu einem Motor der Energiewende gemacht hat

Es bleibt abzuwarten, wie sich der zukünftige Strommarkt entwickelt und welche Anreize zur weiteren Flexibilisierung von Bestandsanlagen im Rahmen des EEGs gesetzt werden. Dann wären sicher auch weitere Schritte in Richtung einer größeren Flexibilitätslieferung für viele Anlagenbetreiber attraktiver.

Flörsheims Bürgermeister Michael Antenbrink ist nicht nur über Dutzende von internationalen Besuchergruppen stolz. Er verweist auf die über 150 Arbeitsplätze der wachsenden Unternehmensgruppe in kommunaler Trägerschaft.

Kontakt

Deponiepark Flörsheim-Wicker
Andreas Saal

pr@deponiepark.de

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