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Erweiterung der Versorgungszentrale
Flughafen München Franz Josef Strauß

Gliederung

Projektdaten

Planungs- und Ausführungszeitraum:	1999 .. 2003
Inbetriebnahme	Mai 2003
Projektgröße:	insgesamt ca. 13 Mio. €
Auftraggeber:	Flughafen München GmbH

Auftragnehmer

Ingenieurgemeinschaft Erweiterung Versorgungszentrale (IGVZ):

Ingenieurbüro W. Rögelein VBI, München	Planung und Bauleitung der wärme- und kältetechnischen Anlagen einschließlich Automation
Regierungsbaumeister Schlegel GmbH&Co.KG, München	Rechtsgeschäftliche Vertretung der IGVZ

Aufgabenstellung/Grundlagen

• Nutzeranforderungen zur Erweiterung der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) und Installation strombetriebener Kältemaschinen in der Versorgungszentrale 145.0 zur Energieversorgung des Terminal 2, aufgestellt vom Projektteam Terminal 2 am 17.05.1999
• Studie "Energiekonzept Flughafen München" des ZAE Bayern und Ingenieurbüro W. Rögelein, VBI von 04.1996
• Leistungsphasen 2 .. 8 gemäß HOAI Teil 9 § 73

Ingenieurleistungen

Anlagentechnik für Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung:

• Vor- und Entwurfsplanung
• Genehmigungsanträge für das luftrechtliche Genehmigungsverfahren
• Ausführungsplanung
• Ausschreibung in mehreren Losen
• Objektüberwachung

Angaben zum Projekt

Die Flughafen München GmbH erweitert die Versorgungszentrale 145.0 für die Fernwärme- und Fernkälteversorgung des Terminal 2 und der Gepäcksortierhalle.

Der Fernkältebedarf des neuen Terminal 2 wird durch die Versorgungszentrale anteilig mit 12,0 MW gedeckt.
Dieser zusätzliche Bedarf wird zum einen durch Austausch der drei bestehenden, mit Kältemittel R11 betriebenen Turbokältemaschinen gegen vier elektrische Kompressionskältemaschinen (R134a) mit nahezu doppelter Leistung und zum anderen durch zusätzliche Absorptionskältemaschinen gedeckt.

Die bestehende Rückkühlanlage in der Bauart eines Naßrückkühlwerkes zur Abfuhr der bei der Klimakälteerzeugung anfallenden Kondensatorwärme sowie zur Notkühlung der BHKW- Motoren wird ebenfalls um ca. 60% vergrößert.

Das BHKW wird mit zwei Gas-Otto-Motoren mit Einrichtung zur Wärmeauskopplung und Übertragung an den Heißwasserkreislauf (t_max=140°C, PN16) mit Feuerungswärmeleistungen von je 9,6 MW erweitert:

• elektrische Nennleistung je 3.700 kW
• thermische Nutzleistung
  • Kühlwasser-, Schmieröl- und Gemischkühlerkreislauf (Heizwasser-Temperaturniveau 60°C/90°C) je 2.050 kW

• Abhitzekessel Gruppe IV Dampf-KV, BoB 604/2 (Abgastemperatur 500°C/120°C, Heizwasser-Temperaturniveau 80°C/130°C PN16) je 2.550 kW

• Erweiterung der Druckluftversorgung um zwei Kolben-Kompressoren zur Erzeugung der Startluft für Gas-Diesel-Motoren (Bestand) und neue Gas-Otto-Motoren

Durch die BHKW-Erweiterung ist auch eine Vergrößerung der Wärmespeicheranlage um 4 x 90 m³ und eine hydraulische Vernetzung mit der bestehenden Wärmespeicheranlage bedingt.

Primärenergetische Vorteile des Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs (KWKK) - Konzeptes

Eine primärenergetische Vergleichsbetrachtung zeigt, daß die am Flughafen München angewandte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK)- Technologie in Verbindung mit der thermischen Kälteerzeugung mit Absorptionskältemaschinen in Sonderschaltung bei den im Gutachten genannten Bedingungen ca. 13,3% weniger Primärenergie benötigt werden als eine Kälteerzeugung durch Kompressionskältemaschinen (KKM) mit gleicher Kältemenge, wobei angenommen wurde, daß der Strom für KKM und Hilfsaggregate und eine der Eigenerzeugung entsprechende Stromerzeugung durch das Netz des EVU bezogen wird.

Die Effizienz der am Flughafen München realisierten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) wird maßgeblich durch den hohen elektrischen Nutzungsgrad des BHKW bestimmt, so daß Nachteile der thermischen Kälteerzeugung kompensiert und beträchtliche primärenergietische Vorteile, die zur Minderung des CO₂ führen, erzielt werden.

Erweiterungsumfang der Kälteerzeugung

• 4 Stück Absorptionskältemaschinen, in zwei Gruppen, welche die thermische Antriebsenergie aus der Wärmeauskopplung des BHKW beziehen.
  Jeweils zwei Absorptionskältemaschinen sind auf der Kaltwasser- und thermischen Antriebsseite seriell geschaltet.
  Die Kälteleistung jeder AKM-Gruppe beträgt Q₀=2.650 kW.
  Das Heizwasser wird von 130°C auf 70°C ausgekühlt.

• 3 Stück Turbo-Kälteverdichter (wassergekühlt)
  Kälteleistung jeweils Q₀=5.750 kW
  Q_Verd=909 kW
  Kältemittel R134a

• 1 Stück Schrauben-Kälteverdichter (SKM) (wassergekühlt)
  Kälteleistung Q₀=1.250 kW
  Q_verd=232 kW
  Kältemittel R134a
  Einsatz der SKM auch in Verbindung mit der Freien Kühlung

• 1 Stück Kühlwasser-Schubpumpe
  V^'=2.150 m³/h, H=1,5 bar
  Antriebsmotor 160 kW

• 2 Stück Kühlwasser-Schubpumpen
  V^'=1.300 m³/h, H=1,8 bar
  Antriebsmotor 90 kW

• 2 Stück Kühlwasserpumpen für AKM
  V^'=950 m³/h, H=1,8 bar
  Antriebsmotor 90 kW

• 2 Stück Kaltwasser-
  Netzumwälzpumpen
  V^'=1.300 m³/h, H=4,6 bar
  Antriebsmotor 300 kW
• 1 Stück Kaltwasser-
  Netzumwälzpumpen
  V^'=1.400 m³/h, H=4,2 bar
  Antriebsmotor 240 kW

Bauliche Erweiterung

Für die anlagentechnische Erweiterung des BHKW und zur Aufnahme der neuen Absorptionskältemaschinen wird anschl&ießend an die bestehende BHKW-Halle in nördlicher Richtung ein Anbau mit Unterkellerung und Verbindung zur Kühlwasserzentrale erstellt, welcher vom äußeren Erscheinungsbild an das vorhandene Bauwerk angepasst wird.
Dieser Anbau weist die Grundrissabmessungen 35,6m x 19,7m auf.

Automationsanlage

In der Automationsebene gelangen für Neuanlagen SPS S7 und für Anlagenerweiterungen SPS S5 mit Eingangs- und Ausgangsfunktionen, Subsystemkoppelfunktionen und Anbindung der Feldebene zum Einsatz.
Die Automationsanlage verfügt über eine Handbedienebene zur Bedienung der Aktoren im Feld und der Aktoren in den Schaltschränken für Leistungs- und Steuerteile.

In der Automationsebene kommt Anwendersoftware für die übergeordneten Steuerungen S7 und Anwendersoftware für Änderungen und Ergänzung bestehender Steuerungen S5 (Siemens Siclimat) zum Einsatz.

Für die neuen BHKW-Aggregate 8+9 gibt es eine übergeordnete Steuerung mit SPS S7 für wärmegeführten und stromgeführten Betrieb. Beim wärmegeführten Betrieb werden die BHKW-Aggregate 8+9 in Abhängigkeit vom Ladezustand der Heißwasserspeicher zu- und abgeschaltet.
Die stromgeführte Betriebsart hat Vorrang vor dem wärmegeführten Betrieb und erfolgt in Form eines Anforderungssignals in Verbindung mit Leistungssignal aus dem Leitsystem.

Die Kälteerzeuger, das sind 3 neue Turbokältemaschinen TKM 1..3, eine Schraubenkompressionskältemaschine SKM 1, zwei bestehende Absorptionskältemaschinen (Single Effect) AKM 1 und 2, eine bestehende Absorptionskältemaschine (SEDL) AKM 3 sowie die neuen AKM 4 + 5 (jeweils eine Gruppe mit 2 AKM), verfügen über SPS-Maschinensteuerungen.

TKM 1..3 und SKM 1 verfügen über neue S7 Steuerungen, AKM 1..3 über vorhandene S5-Steuerungen, AKM 4 + 5 über neue S7 Steuerungen.

Die Kältemaschinen können örtlich von Hand oder über die Leitebene von der übergeordneten Leitebene gefahren werden.

Die Kältemaschinen-Folgeschaltung erfolgt lastabhängig durch die übergeordnete Steuerung in Abhängigkeit mehrerer Kriterien (z.b. Differenzdruck über Verdampferkreis, Kaltwassernetztemperatur, Verfügbarkeit für AUTO-Betrieb).

Für die lastabhängige Steuerung werden die Kältemaschinen in folgende Gruppen zusammengefaßt:

1. Gruppe	AKM 1..3	Grundlastdeckung
2. Gruppe	AKM 4..5	Mittellastdeckung
3. Gruppe	TKM 1..3	Spitzenlastdeckung
4. Gruppe	SKM 1	Springer zur Lastanpassung

Die Auswahl der Betriebsarten erfolgt von der übergeordneten Steuerung S7 über Vorwahlschalter.

In Bezug auf den thermischen Antrieb kann AKM 3 für die Betriebsart der erhöhten Kälteleistung mit Heißwasser 130°C aus den Wärmespeichern direkt beaufschlagt oder in Betriebsart "Serielle Schaltung" zu AKM 1 + 2 zur Abkühlung des Heizwassers von 95°C auf ca. 60°C gefahren werden.

Die Kaltwasser-Vorlauftemperatur des Fernkältenetzes kann in Abhängigkeit von den Witterungsverhältnissen gleitend zwischen 5°C und 9°C gefahren werden.

Steuerung des Heizwassernetzes

Die ausgekoppelte gespeicherte Wärme aus den beiden BHKW-Anlagen (Aggregate 1..7 alt, Aggregate 8,9 neu) deckt die Grundlast des Fernwärmenetzes der Wirtschaftswärmeversorgung sowie der Absorptionskältemaschinen.
Die Wärmeausspeisung für Fernwärmenetze und Wirtschaftswärme erfolgt in zwei Temperaturebenen

• am Kopf der Speicheranlage
• über die Zwischenausspeisung der Speicheranlage

jeweils durch eigene Stellgerätegruppen. Der ausgespeiste Heizwasserstrom folgt dem Druckgefälle zwischen Druck der Netzrücklaufpumpen und dem geregelten Mitteldruck. Für die Nacherwärmung des Heizwasserstromes durch Wärmetauschergruppe Zolling bzw. Gas-/HEL-befeuerte Kessel steht der geregelte Differenzdruck zwischen Mitteldruck- und Saugseite Vorlaufpumpe zur Verfügung.

Die Steuerung und Regelung des Heißwassersystems mit einer vorhandenen SPS S5 wurde für die Wärmeauskopplung der neuen BHKW-Aggregate 8+9 und die neue Wärmespeicheranlage erweitert.

Ebenso wurde die Heißwasserentnahme als thermische Antriebsenergie für AKM 4+5 aus dem Speicherkopf mittels Schubpumpe und bestehender SPS S5 mit Rücklaufeinführung in die Mitteldruckschine entsprechend dem Grundkonzept als Erweiterung ausgeführt.

Kühlwasserversorgung

Bedingt durch die Erweiterung des BHKW mit den Aggregaten 8+9 und den AKM-Gruppen 4+5 wurde die Rückkühlleistung des Naßrückkühlwerks um 24 MW auf rund 60 MW ausgebaut. Daraus ergeben sich folgende zusätzliche Funktionsbereiche für die MSR- und Automationsanlage:

• Steuerungen für zwei FU-geregelte Kühlwasserschubpumpen einschließlich Pumpenklappen für AKM 4+5 sowie für Not- und Gemischluftkühlung der BHKW-Aggregate 8+9
• Steuerung für eine zusätzliche FU-geregelte Kühlwasserschubpumpe einschließlich Pumpenklappe für die elektrischen Kompressionskältemaschinen und für die Ladeluftkühlung der BHKW-Aggregate 1..7

Ergänzung und Änderung der Steuerung des erweiterten Rückkühlwerks mit einer bestehenden SPS S5 für insgesamt 10 Kühlturmzellen, welche lastabhängig und in Abhängigkeit der errechneten Kühlzonenbreite angesteuert werden.

"Freie Kühlung"

Die Steuerung der freien Kühlung verbleibt bei der hierfür bestehenden SPS S5. Die Anforderung der freien Kühlung wird von der übergeordneten, für die Kälteversorgung zuständigen Steuerung S7 übernommen.

Die Steuerung der freien Kühlung wird um die Zusatzkühlung der Schraubenkompressionskältemaschine SKM 1 mit Anforderung und Ansteuerung einer Absperrklappe erweitert.

Leitebene

Für die Automationsstationen in der Versorgungszentrale (VZ) wurde eine Bedien- und Beobachtungsebene mit mehreren Bedienmöglichkeiten eingerichtet.

• Bedienstation in der Warte der VZ
• Engineeringstation w.o.
• Datenserverstation w.o.
• Bedienung in Steuerräumen mit Notebook

Die Kopplung zwischen den Bedien-, Engineering-, Datenserverstationen und den Automationsstationen sowie die Anbindung an das bestehende Prozeß-Leitsystem erfolgt über ein Ethernet-Netzwerk.