Fachbeitrag Wiener Thermoskannen

Die „Wiener Thermoskannen“, wie die beiden Speichertürme in der Region auch genannt werden, beeindrucken schon allein durch ihre Dimension: Die beiden 45 Meter hohen Druckspeicher fassen insgesamt 11.000 Kubikmeter Wasser, genauer gesagt Fernwärmewasser mit Temperaturen zwischen 58 °C bis 150 °C. Dieses ist unter hohem Druck gespeichert und wird nach Bedarf an das Fernwärmenetz abgegeben. Das Speichervermögen umfasst insgesamt rund 850 MWh.

Der Druck beträgt am Boden des Speichers zehn bar und an der Speicherdecke sechs bar. Die Anlage wurde in nur 14 Monaten Bauzeit errichtet und ist seit November 2013 in Betrieb. Der Fernwärmespeicher nutzt die erneuerbare Wärmeerzeugung aus dem nahe gelegenen Biomassekraftwerk sowie weitere Wärmeproduzenten wie die thermische Abfallverwertung oder die Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen in Simmering, Donaustadt und Leopoldau.

Planungs- und Versorgungssicherheit im Fokus

Für die Wien Energie ist das Projekt von zentraler Bedeutung, schließlich hat sich der Energieversorger zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2030 etwa die Hälfte der erzeugten Energie aus erneuerbaren Quellen zu generieren. Die Nutzung dieser Energie ist jedoch nur mit entsprechenden Speichermöglichkeiten machbar. Aus diesem Grund entschied sich das Unternehmen, einen Hochdruckwärmespeicher am Standort in Simmering zu errichten, um einerseits eine zeitliche Entkopplung zwischen Erzeugung und Verbrauch grundsätzlich zu ermöglichen und andererseits die aus erneuerbaren Quellen gewonnene Energie berücksichtigen zu können.

Die Wärmemenge, die dem Speicher pro Jahr entnommen wird, beträgt etwa 145.000 MWh. Das Fernwärmenetz von Wien stellt dabei aufgrund seiner Größe und Komplexität besonders hohe Ansprüche. So beträgt der Höhenunterschied des insgesamt knapp 1200 km langen Fernwärmenetzes bis zu 150 Meter, sodass die enormen Mengen mit bis zu 150 °C heißem Wasser mit entsprechend hohem Druck durch die Leitungen gepumpt werden müssen, damit die Fernwärme auch bei den höchstgelegenen Verbrauchern ankommt.

Smarte und effiziente Komplettlösung

Mit der Planung und Realisierung des größten Leistungsumfangs des Projektes „Hochdruckwärmespeicher“ beauftragte Wien Energie die Arge Bilfinger Bohr- und Rohrtechnik und Bilfinger VAM Anlagentechnik. Beide mussten bei dem Projekt, das ein Gesamtinvestitionsvolumen von insgesamt 20 Millionen Euro umfasst, aufgrund des hohen Temperaturbereichs neue Wege beschreiten. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf dem sensiblen Fernwärmenetz in Wien mit seinen unterschiedlichen topo­grafischen Gegebenheiten und den damit verbundenen Anforderungen an die vorherrschenden Druckniveaus.

Eine der zentralen Herausforderungen war, dass das hochsensible Fernwärmenetz von Wien – im Sinne von Druckschwankungen – durch das Projekt nicht beeinträchtigt werden durfte. Insgesamt mussten zahlreiche Lastfälle sowohl regelungs- als auch sicherheitstechnisch im Verfahren berücksichtigt werden.

Den Höhenunterschieden und Druckschwankungen wurde Rechnung getragen, indem die Wärmespeicheranlage als autarkes System mit eigener Druckhaltung, Ausgleichsbehälter und Überdruckabsicherung konzipiert wurde. Das Speichersystem arbeitet also wie ein selbstständiger Erzeuger oder Verbraucher, ohne jedoch die Massenbilanz des bestehenden Fernwärme­systems zu beeinflussen. Das Netz wird daher unter den gleichen Bedingungen und mit gleichen Parametern wie vor Einbindung der Wärmespeicher betrieben.

Jegliche im Betrieb der Speicher auftretende Volumenzunahme durch thermische Expansion wird in einem Ausgleichssystem kompensiert, das in die Speicheranlage integriert ist. Das Konstanthalten der Wassermasse im Speichersystem wird durch eine ausgeklügelte Regelung im Speicherpumpenhaus bewerkstelligt.

Gigantische Stahlmengen

Die zylindrischen Wärmespeicher sind auf der Außenseite mit Aluminium verkleidet, das als Isolierung dient sowie als Oberflächenschutz gegen Witterungseinflüsse. Innen bestehen die Zylinder aus besonders druck- und temperaturresistenten Mantelblechen. Verwendet wurde hierbei Stahl der Güte P 460 NH. Die Elemente wurden als Baugruppen vorgefertigt und so konstruiert, dass die Transporte mit regulären Lkw abgewickelt werden konnten. Das hatte einerseits Kostenvorteile und verbesserte gleichzeitig die Sicherheit bei der Montage vor Ort.

Die Produktion der Behälterteile erfolgte bei Bilfinger VAM in Wels in Oberösterreich. Die Fertigung der Rohrleitungen aus dem Werkstoff P 265 GH übernahm Bilfinger BUR. Die Halb­kugelteile für den oberen und unteren Abschluss der Speicherbehälter lieferte die schwedische Deform nach den Vorgaben von Bilfinger. Die Halbkugeln bestehen aus 19 Einzelelementen aus dem Werkstoff P 335 NH und unterscheiden sich von den anderen Behälterteilen durch ihre abweichenden Festigkeitswerte.

Für die Speicher ohne Isolierung benötigten die Arbeiter je 580 Tonnen Stahl, für den Ausgleichsbehälter noch einmal 40 Tonnen und für die Druckvorlage 10 Tonnen. Insgesamt wurde allein von Bilfinger VAM eine Gesamttonnage von 1210 Tonnen Stahl verarbeitet, bei Bilfinger BUR waren es 120 Tonnen.
Die einzelnen Baugruppen wurden vor Ort verschweißt. Beim Fügen gingen die Schweißarbeiten in vielen Lagen vonstatten, zum Einsatz kamen dabei die Schutzgas- und WIG-Verfahren (Wolfram-Inertgas). Die Hauptschweißung der Mantelbleche erfolgte automatisiert im Unterpulver-Schweißverfahren.

Bei der Montage vor Ort konnte weitgehend auf Arbeiten in größerer Höhe verzichtet werden, da die drei mal acht Meter großen Bleche hydraulisch in einem patentierten Verfahren, der sogenannten Spiralmontage, angebracht wurden. Experten kontrollierten sämtliche Schweißnähte an den Mantelblechen mit Ultraschall auf Schwachstellen. Andere Elemente wie etwa Röhren wurden per Röntgenstrahlung überprüft.

Projekt mit Modellcharakter

Von Beginn an wurde das Projekt vom Institut für Energietechnik und Thermodynamik der TU Wien wissenschaftlich begleitet. Mithilfe entsprechender Simulationen wurden bereits im Vorfeld optimale Betriebskonstellationen und -zustände ermittelt, um maximale Effizienz und bestmögliche Umweltverträglichkeit der Anlage zu gewährleisten. Insgesamt lassen sich dadurch 20.000 Haushalte mit Fernwärme versorgen und jährlich rund 11.000 Tonnen CO₂ einsparen. Damit markiert das Projekt einen wichtigen Schritt für die effiziente Nutzung erneuerbarer Energien.