FOLGENUTZUNG VON DEPONIEN - ib-roth.com · Energie-Konzept Eichelbuck Michael Broglin, Freiburg 47...

Materialeigenschaften und Prozesse

Rainer Schuhmann(Herausgeber)

Berichtsband zur Tagung 2012

FOLGENUTZUNG VON DEPONIEN

Folgenutzung von Deponien

Tagungsband zumersten Karlsruher Workshop

„Folgenutzung von Deponien“auf dem WindmühlenbergKarlsruhe, 21. Mai 2012

Herausgegeben vonRainer Schuhmann

CMM, Karlsruher Institut für Technologie

Unter Mitarbeit vonAnke Ehbrecht

Copyright ©CMM

Zu beziehen bei: Rainer Schuhmann, Kompetenzzentrum für Materialfeuchte (CMM) Karlsruher Institut für Technologie (KIT)c/o Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG), Campus NordPostfach 364076021 [email protected]

Druck: AZ Druck und Datentechnik GmbH, Heisinger Straße 16, 87437 Kempten (Allgäu)

Umschlagsbilder: Wassertropfen © H.-G. Oed, BMU BilddatenbankUmweltmotiveTDR-Sensor, HTV Versuchsapparatur, Fußgängerbrücke B36 Karlsruhe, Feuchteverteilung und Wassermolekül, CMM Karlsruhe

Der WorkshopFolgenutzung von Deponien

wurde durch das Kompetenzzentrum für Materialfeuchte am

Karlsruher Institut für Technologie

unter Mitwirkung vonAbfallwirtschaft Rendsburg-EckernfördeIngenieurbüro Roth & Partner, Karlsruhe

Abfallwirtschaft und Stadtreinigung FreiburgStadtwerke Baden-BadenAVA CO2, Zug (Schweiz)

Juwi Wind GmbH, KarlsruheStadtwerke Karlsruhe

Architekturbüro Frey, Bahlingen/Freiburg

ausgerichtet.

Vorwort

Erster Karlsruher Workshop„Folgenutzung von Deponien“

Am 21. Mai 2012 fand auf der Mülldeponie-West in Karlsruhe der erste Workshop „Folgenutzung von Deponien“ statt. Anlass dazu war ein konkreter Planungsauf-trag der Abfallwirtschaft Rendsburg/Eckernförde, den das Ing.-Büro Roth & Partner zusammen mit dem Kompetenzzentrum für Materialfeuchte (CMM) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bearbeitet. Die bundesweite Maxime, mit Ressourcen schonend umzugehen und vorhandene Infrastruktureinrichtung möglichst nachhaltig zu nutzen, Stand für das Projekt Pate.

Deponien beinhalten Ressourcen in vielfältiger Weise. So lagern mit den Abfällen auch wertvoller Rohstoffe im Deponiekörper. Dieser Schatz wird unter der Überschrift „urban mining“ teilweise schon gehoben. Demgegenüber steht die umweltpolitische Vorgabe, die Inhalte des Deponiekörpers wirksam gegenüber der Biosphäre abzu-schotten. Dazu sind hohe technische und finanzielle Aufwände zu leisten – bekannt als Basis- und Oberflächenabdichtungen. Diese Flächenbauwerke wären bei einer Nutzung der Rohstoffe im Deponiekörper zurückzubauen. Daher ist es der Wunsch der Gebietskörperschaften, vorausschauende Technologien zu entwickeln und so mit den Gebühren der Bürgerschaft sparsam umzugehen.

Neben den stofflichen Ressourcen bestehen auf den Deponien wertvolle Infrastruktur-einrichtungen, mit deren Hilfe u.a. die entstehenden Emissionen wie z. B. Deponiegas und Deponiesickerwasser umweltverträglich behandelt werden. So wird nach dem Stand der Technik das im Verrottungsprozess entstehende Deponiegas flächig erfasst und einer Verwertung oder Behandlung zugeführt. Das treibhausfördernde Methan kann als regenerativer Brennstoff zur Energieerzeugung genutzt werden. Außerdem bestehen zur Behandlung der anfallenden Sickerwässer Behandlungsanlagen, die technisch in der Lage sind, andere organisch und anorganisch belastete Abwässer zu behandeln. Diese Infrastruktur kann durch intelligente Weiternutzung unter Be-achtung der Synergien mit z.B. der Behandlung organischer Abfälle weitergenutzt werden.

Eine weitere, sicherlich nicht vermehrbare Ressource ist die Deponiefläche selbst. Bestrebungen in Baden-Württemberg, den täglichen Zubau unserer Landschaft zu verringern, hat nur zu einem Teilerfolg geführt: betrug die Flächenversiegelung vor zehn Jahren ca. 12 Hektar täglich, wurden im Jahre 2011 immer noch über sechs Hektar täglich versiegelt. Und das ist bundesweit nicht anders. Am Beispiel der Konversion der militärischen Flächen der Stationierungsstreitkräfte in Wohn- oder

Gewerbegebiete konnte gezeigt werden, dass die Folgenutzung der Deponieflächen hierzu einen wertvollen Beitrag leisten kann.

Mit diesen Beispielen wird deutlich, dass die neue Qualität einer nachhaltigen Abfall-wirtschaft eine Herausforderung für die Gebietskörperschaften darstellt. An einzelnen Standorten wird diese Herausforderung angegangen. Um hier Hilfestellung zu leisten, konnten namhafte Referenten gewonnen werden, die bereit sind mitzuhelfen, diesem Marktplatz der Ideen Struktur zu geben. Neben Betreibern von Deponien und deren Planern waren insbesondere Anbieter von Systemen zur Erzeugung regenerativer Energien angesprochen. Deren Beiträge sind im vorliegenden Tagungsband zu-sammengefasst und können somit eine Grundlage für weitere Veranstaltungen dieser Art bilden.

Karlsruhe, im August 2012

Dr.-Ing. Rainer Schuhmann

Grußwort

Liebe Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Tagung zur Folgenutzung von Deponien,

herzlich begrüße ich Sie in Karlsruhe, der Fächer-stadt zwischen Rhein und dem Hügelland bzw. den ersten Vorbergen des Schwarzwalds. Von unserem Tagungsort in etwa 60 Meter Höhe über der Rheinebene haben Sie einen grandiosen Blick über unsere Stadt, wenn auch aus einem ungewöhnlichen Blickwinkel: Denn auf Postkar-ten finden Sie entweder den Blick aufs Schloss als Zentrum des Fächers, also den Blick nach Norden, oder vom Schlossturm, dem zentralen Fächerstrahl folgend nach Süden. Heute blicken Sie von Westen über die Häuser der rund 300.000 Einwohner und Ihnen fällt sicher eines auf: Karlsruhe ist eine grüne Stadt, nicht nur wegen des Hardtwalds.

Dieser Hügel ist aber nicht nur wegen dieses Blicks der bestmögliche Ort für die-sen Tag. Ein zentrales Merkmal ist Ihnen beim Hochfahren auf den so genannten Energieberg sicher bereits aufgefallen: die Windmühlen, die zu einem Wahrzeichen unserer Stadt wurden. Dank der Initiative von Thomas Müllerschön, einem Pionier der regenerativen Energienutzung und ehemaligem Stadtrat, und vielen anderen, darunter die hiesigen Stadtwerke, wurde der Müllberg zum Energieberg.

Der Energieberg heißt so nicht nur wegen der weithin sichtbaren Windmühlen. Hier gibt es ja noch die Photovoltaik-Großanlage am Südhang, ein Bürgerbeteiligungs-projekt unter Führung der Stadtwerke. Vor allem aber wurde die Deponie zum Ener-gieberg wegen der Nutzung des Deponiegases in Gasmotoren unten am Eingang zum Deponiegelände. Den Strom speisen wir ins Netz ein, die anfallende Abwärme wird übrigens auf dem großen Betriebsgelände der Verkehrsbetriebe nördlich des Energiebergs genutzt.

Der Energieberg ist ein Symbol für die Energiewende, ein Zeichen für Klimaschutz durch regenerative Energien. 5.300 Tonnen Kohlendioxid sparen wir hier pro Jahr ein; ein großer Beitrag, aber Karlsruhe emittiert auch rund drei Millionen Tonnen CO

2 pro

Jahr, wenn man alle Erzeuger berücksichtigt. Zu einer Reduzierung auf zwei Tonnen pro Kopf und Jahr, also auf ein durchschnittliches Erdenbürgerniveau würden wir über 400 solcher Energieberge benötigen.

10

Ich habe großen Respekt vor den Karlsruher Pionieren, die frühzeitig die Notwendig-keit einer Energiewende und die Chancen der damaligen Deponie West nach deren Stilllegung erkannten und sich von vielen technischen und politischen Hindernissen und Schwierigkeiten nicht aufhalten ließen. So sind die Fundamente für die Wind-kraftanlagen Spezialentwicklungen, von der Form her einem umgedrehten Suppen-teller vergleichbar – ein Tribut an den Untergrund aus den Abfällen unserer Gesell-schaft, der sich ganz langsam zersetzt. Über die Jahre hinweg wird sich dieser Hügel um mehrere Meter senken und mit ihm die Windmühlen und dieser Pavillon.

Hindernisse und Schwierigkeiten waren und sind nicht nur mit der Energiegewinnung verbunden. Wir stehen hier ja auf einer Mülldeponie, die uns noch über Jahrzehnte beschäftigen wird. Abfallthemen sind oft eng mit Umweltthemen verknüpft: zum Bei-spiel wegen der Schadstoffe im Abfall oder wegen der Recycling-Frage. Ein neueres Thema: Können wir aus Mülldeponien Rohstoffe gewinnen? Sind Mülldeponien poten-zielle „Minen“?

Karlsruhe ist als Technologiestandort auch bei Abfall- und Umwelttechnik ein per-fekter Ort für die Debatte über solche Fragen. Die heutige Tagung als Expertenrunde wird weitere Antworten geben. Ich danke den Veranstaltern für die Ausrichtung und hoffe auf kreative Ideen, einen fruchtbaren Gedankenaustausch, auf Vernetzung und Fortführung in den nächsten Jahren.

Karlsruhe, im August 2012

Klaus Stapf, Bürgermeister

Inhaltsverzeichnis

VorwortDr.-Ing. Rainer Schuhmann

GrußwortBürgermeister Klaus Stapf

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Block 1: Planungsgrundlagen

Vom Müllberg zum Energieberg Potenzialanalyse zur Nachnutzung der Deponie Alt Duvenstedt Ralph Hohenschurz-Schmidt, GF AWR; Deponie Alt Duvenstedt

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Deponie Eichelbuck in FreiburgCoskun Doganci, IR&P 37

Die Deponie Eichelbuck – Vom Müllberg zum EnergiebergEnergie-Konzept EichelbuckMichael Broglin, Freiburg 47

Block 2: Biomasse

Behandlung von BiomasseBernhard Schäfer, Baden-Baden

Konzepte für BiomasseJohann Roth, IR&P

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69

87

Block 3: Regenerative Energie

Hydrothermale CarbonisierungBertram Anderer, AVA CO2

Windkraftanlagen auf DeponienSabine Pierau, Fa. Juwi

Solarnutzung auf DeponienThomas Schnepf, Stadtwerke Karlsruhe

Dezentrale EnergieversorgungWolfgang Frey, Freiburg

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Block 1: Planungsgrundlagen

Tagungsband zum CMM Workshop 2012 – Folgenutzung von Deponien – Karlsruhe

Vom Müllberg zum Energieberg Potenzialanalyse zur Nachnutzung der Deponie Alt Duvenstedt

Vortrag von Ralph Hohenschurz-Schmidt, Abfallwirtschaft Rendsburg-Eckernförde

1 Institut für Geoökologie (IGÖ), TU Braunschweig, Germany 2 FG Standortkunde und Bodenschutz, Institut für Ökologie, TU Berlin, Germany

Randbedingungen der Abfallwirtschaft im Kreis Rendsburg-EckernfördeDie Abfallwirtschaftsgesellschaft Rendsburg-Eckernförde mbH (AWR) ist eine mehrheitlich kreiseigene PPP-Gesellschaft, die im Auftrag des Kreises Rendsburg-Eckernförde die gesamte kommunale Abfallentsorgung plant, steuert, organisiert und überwacht sowie in Teilen auch selbst durchführt. Die operative Arbeit leistet die AWR nicht selbst, sondern deren Tochterunternehmen, wie z. B. die AWR-Bio-energie GmbH (ABE). Die ABE verwertet seit 2008 in einer modernen Bioabfall-behandlungsanlage (Trockenvergärung im Kammerverfahren mit anschließender Kompostierung) im Abfallwirtschaftszentrum Borgstedt die getrennt eingesammel-ten Bio- und Pflanzenabfälle des Kreises und drei benachbarter Kreise energetisch und stofflich.

Die Restabfallentsorgung des großen Flächenkreises (2.172 km²) mit seinen ca. 272.000 Einwohnern erfolgt seit 2005 in der nahegelegenen MBA-Neumünster ebenfalls in Kooperation mit (vier) weiteren Gebietskörperschaften in Schleswig-Holstein.

Seit 2010 können sich im Abfallwirtschaftszentrum Interessierte aller Altergrup-pen im Wissens- und Erlebniszentrum zur Kreislaufwirtschaft und zu Erneuerbaren Energien (AW-Erle) auf unterhaltsame Art und Weise über die naturwissenschaft-lichen Grundlagen von Stoffkreisläufen und der regenerativen Energieerzeugung informieren – und im Anschluss daran die großtechnische Umsetzung des Erfahre-nen gleich in Augenschein nehmen.

Im Mai 2005 wurde die ehemalige Zentraldeponie des Kreises in Alt Duvenstedt geschlossen und befindet sich seit dieser Zeit in der Stilllegung. Auch auf diesem Gebiet ist die AWR im Auftrag des Kreises tätig. Auf den diesem Text folgenden PP-Folien Nummer 19, 20 und 21 gibt ein Luftbild der Deponie einen Eindruck über die örtlichen Gegebenheiten und sind darüber hinaus die wichtigsten Daten zur Deponie Alt Duvenstedt aufgeführt.

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Randbedingungen der Abfallwirtschaft im Kreis Rendsburg-EckernfördeDie Abfallwirtschaftsgesellschaft Rendsburg-Eckernförde mbH (AWR) ist eine mehrheitlich kreiseigene PPP-Gesellschaft, die im Auftrag des Kreises Rendsburg-Eckernförde die gesamte kommunale Abfallentsorgung plant, steuert, organisiert und überwacht sowie in Teilen auch selbst durchführt. Die operative Arbeit leistet die AWR nicht selbst, sondern deren Tochterunternehmen, wie z. B. die AWR-Bioener-gie GmbH (ABE). Die ABE verwertet seit 2008 in einer modernen Bioabfallbehand-lungsanlage (Trockenvergärung im Kammerverfahren mit anschließender Kompostie-rung) im Abfallwirtschaftszentrum Borgstedt die getrennt eingesammelten Bio- und Pflanzenabfälle des Kreises und drei benachbarter Kreise energetisch und stofflich.

Die Restabfallentsorgung des großen Flächenkreises (2.172 km²) mit seinen ca. 272.000 Einwohnern erfolgt seit 2005 in der nahegelegenen MBA-Neumünster ebenfalls in Kooperation mit (vier) weiteren Gebietskörperschaften in Schleswig-Holstein.

Seit 2010 können sich im Abfallwirtschaftszentrum Interessierte aller Altergrup-pen im Wissens- und Erlebniszentrum zur Kreislaufwirtschaft und zu Erneuerbaren Energien (AW-Erle) auf unterhaltsame Art und Weise über die naturwissenschaftlichen Grundlagen von Stoffkreisläufen und der regenerativen Energieerzeugung infor-mieren – und im Anschluss daran die großtechnische Umsetzung des Erfahrenen gleich in Augenschein nehmen.

Im Mai 2005 wurde die ehemalige Zentraldeponie des Kreises in Alt Duvenstedt geschlossen und befindet sich seit dieser Zeit in der Stilllegung. Auch auf diesem Gebiet ist die AWR im Auftrag des Kreises tätig. Auf den diesem Text folgenden PP-Folien Nummer 19, 20 und 21 gibt ein Luftbild der Deponie einen Eindruck über die örtlichen Gegebenheiten und sind darüber hinaus die wichtigsten Daten zur Depo-nie Alt Duvenstedt aufgeführt.

Randbedingungen der Abfallwirtschaft im Kreis Rendsburg-Eckernförde

In 2011 erhielt das Ingenieurbüro Roth & Partner vom Kreis Rendsburg-Eckernförde den Auftrag, im Zuge der mittelfristig anstehenden Nachsorge der Deponie die Po-tenziale für eine Nachnutzung des Deponiestandort anhand der konkreten Gege-benheiten vor Ort zu ermitteln. Die Abwicklung des Auftrags erfolgt durch die AWR. Im Zuge eines Planungsprozesses sind von den durchführenden Akteuren generell vier „Planungsbereiche“ zu berücksichtigen:

• die Ökonomie• die Ökologie• das Soziale (Bevölkerung)• das Institutionelle (Verwaltung und Politk).

Ralph Hohenschurz-Schmidt

19Vom Müllberg zum Energieberg

Konkret bedeutet dies, dass im Verlauf der Planung und der Erarbeitung von kon-kreten Umsetzungsvorschlägen die Belange der Vertreter dieser unterschiedlichen Interessensgruppen abwägend und ausgleichend zu berücksichtigen sind, wenn umsetzbare Maßnahmen das Ergebnis des Prozesses sein sollen.

So fokussiert der Planungsauftrag an das Büro Roth & Partner zwar die Poten-ziale des Standorts Deponie Alt Duvenstedt (Topographie, vorhandenen Infrastruktur) für die Erzeugung von Erneuerbaren Energien. Die Belange des Naturschutzes – ca. 5 ha der Deponieoberfläche sind seit 1994 der natürlichen Sukzession unterworfen – werden aber ebenso bei der abschließenden Bewertung von Maßnahmenvorschlägen einfließen, wie die Anliegen von Anwohner, der Standortgemeinden und des Kreises als Eigentümer der Fläche. Auf den Folien 25 bis 27 sind die Details des Planungs-auftrags als Auszug aus dem vorgegebenen Leistungsverzeichnis aufgeführt. Die Darstellung macht deutlich, dass es AWR und Kreis bei der Erarbeitung der Poten-zialstudie zwar auch um das technisch Machbare, vor allem aber um das für die Region Nützliche und in der Region Akzeptable geht. Mit den Ergebnissen der Studie ist im dritten Quartal 2012 zu rechnen und mit deren Umsetzung nicht vor 2015.

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Abfallwirtschaft Rendsburg Eckernförde

Vom Müllberg zum EEnergieberg

Abfallwirtschaft Rendsburg-Eckernförde

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Lagerhallen mit Solaranlage

Papiersortier-Anlage

BBA

Kompostierung Vergärung

verkehrsgün-stige Lage an der A7

Verwaltung

Naturerlebnisraum

… auf einen Blick © AWR


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•  Sortierung und Verarbeitung von rd. 32.000 t Papier, Pappe und Kartonagen

•  Umschlag von rd. 13.000 t Rest- u. Sperrmüll, LVP

•  Vergärung und Kompostierung von rd. 40.000 t Bio- und Pflanzenabfällen



Abfälle im Kreis in t (2011)

Restabfall inkl. Sperrmüll;

57.500

Bauschutt; 3.600

Bioabfall; 28.400

LVP; 8.500

Papier und Pappe; 25.800

Sonderabfall; Sonderabfall; 160

Glas; 7.267Holz; 7.300

Altmetall; 1.200

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Änderungen seit Juni 2005:

MBA Neumünster

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Neue Wege in der Entsorgung: Abfallwirtschafft Energie

Ersatzbrennstoffe aus Restabfall:

Ø Stoffliche und thermische Verwertung über mechanisch-biologische Aufbereitung (MBA)

Biogas aus Bioabfällen:

Ø Aufbereitung der Bioabfälle in Biobehandlungsanlage (BBA).

Ø Gewinnung von Biogas (Strom u. Wärme), Kompost und Holzbrennstoff.

„Abfall wird zu Energie & Kompost“

Biogasgewinnung zur Strom-‐ und Wärmeerzeugung

Bioabfallverwertung … auf einen Blick

Verwendung des Kompost im eigenen Garten

Bioabfall Pflanzenreste

Sammeln in Biotonne

Biogasanlage

Privathaushalt

Wärme

Strom

Biogasgewinnung zur Strom-‐ und

Biogasanlage

Kompos@erung der Reste

der Biomasse Kompost

Entleeren der Biotonne. Anlieferung des Bioabfall auf den Recyclinghof.


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Energie aus der Biotonne

Anschlussleistung von

Projektor 260 W +

Laptop 120 W +

Raumbeleuchtung 620 W =

Stromverbrauch ca. 1,0 kW/h

Vergärung = Erzeugung regenerativer Energie

Energiegehalt einer 120 l Biotonne ( mit 60 kg Inhalt) = 36 kWh

x 0,4 ---> ermöglicht ca. 14,5 h Vortragszeit


Gär- und Rottebehälter in Modulbauweise

Anlage Borgstedt 10 Fermenter mit 5 Rottemodulen

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Wärmenutzung


Organik > 40 mm33,5 Gew.-%

Organik 8 - 40 mm10,3 Gew.-%

Organik < 8 mm6,1 Gew.-%

übrige Abfälle50,1 Gew.-%

Landkreis Rendsburg-Eckernförde- Organik im Hausmüll (Gew.-%) -

in Gebieten ohne Biotonne

Organik > 40 mm29,6 Gew.-%

Organik 8 - 40 mm8,6 Gew.-%

Organik < 8 mm3,7 Gew.-%

übrige Abfälle58,1 Gew.-%

Landkreis Rendsburg-Eckernförde- Organik im Hausmüll (Gew.-%) -

in Gebieten mit Biotonne

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AW-Erle

Wissens- und Erlebniszentrum

zur Kreislaufwirtschaft

Ziele

Natur kennt keinen Abfall

Eigene Erfahrungen zu dem Rohstoffcharakter von Abfallprodukten anhand von natürlichen Stoffkreisläufen

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Umsetzung

Einrichtung von Lernstationen

Besucherprogramm

Lehrfilme

Seminarräume

Naturerlebnisraum Unterrichtsmaterialien

AW-Erle

Erlebnisorientierte Wissensvermittlung

auf wissenschaftlicher Basis

an einem Wirtschaftsstandort

Methode

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Deponie Alt Duvenstedt

BA 1

BA 2

BA 3


Eckdaten Deponie Alt Duvenstedt I:

Siedlungsabfalldeponie (DK II), Ablagerungszeitraum 1983 - 31. Mai 2005

Fläche: Gesamtfläche ca. 23,6 ha, davon ca. 16,2 ha Deponiefläche (davon 5,9 ha BA I (bis 1989 verfüllt), 7,0 ha BA II (bis 1996 verfüllt), 3,3 ha BA III (bis 2005 verfüllt)), max. Deponiehöhe ca. 30 m

Ablagerungsvolumen: ca. 2,15 Mio. t Siedlungsabfälle, Einbau im Dünnschichtverfahren mit schwerem Kompaktor

Sickerwasserfassung und -behandlung seit 1990 (Biologische S tu fe m i t N i t r i f i ka t i on und Den i t r i f i ka t i on sow ie Aktivkohlefilterung und UV-Bestrahlung

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Eckdaten Alt Duvenstedt II:

Basisabdichtung entsprechend dem jeweiligen Stand der Technik aus mineralischer Dichtung und/oder PEHD Dichtungsbahn OFA: BA I TASi-konform endabgedichtet bzw. –rekultiviert; BA II und BA III temporäre Abdichtung KDB ≥ 1,0 mm; BAe II und III mit Klärschlammabdeckung im unteren Böschungsbereich

Deponiegasfassung mittels horizontalen (ca. 50 Stränge) und vertikalen (ca. 40 Gasbrunnen) Kollektoren

Verstromung (BHKW): 2 x 330 kWel, teilweise Nutzung der Abwärme;


Zielbereiche einer Planung

•  Ökonomie

•  Ökologie

•  „Sozialraum“

•  Verwaltung/Politik

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EEnergieberg Alt Duvenstedt


Deponie Alt Duvenstedt – im Fokus Bauabschnitt 1 + 2:

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Potenzialanalyse Erneuerbare Energien Deponie Alt Duvenstedt

Projektziele: §  technische, wirtschaftliche Potenziale des Standorts

ermitteln

§  Ergänzung um Naturraumpotenziale und „gesellschaftspolitische“ Potenziale

§  Restriktionsanalyse durchführen

§  realistische Umsetzungsvorschläge machen

§  Zeitpläne für konkrete Einzelmaßnahmen fertigen


Details zur Aufgabenstellung I Potenzialanalyse

•  Bewertung der (topographischen) Standortfaktoren für Biomasse-, Sonne- und

Windkraftanlagen

•  Bewertung der Baulichkeiten und der Infrastruktur für die Realisierung von Biomasse-,

Sonne- und Windkraftanlagen

•  Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf der Basis der potenziell zu erzielenden Energieerträge

für Biomasse-, Solar- und Windkraftanlagen

•  Darstellung von Synergieeffekten von Biomasse-, Sonne- und Windkraftanlagen

mit Deponiestilllegungs- und künftigem Nachsorgebetrieb - inkl. Betrieb der

Deponiegasverwertung

•  Synergieeffekte mit Nachbareinrichtungen (z. B. Raststätten und Hotel Töpferhaus)

•  Arbeitsplatzpotenzial bei der Umsetzung von Biomasse-, Sonne- und Windkraftanlagen

•  Wertschöpfung für Kreis und Standortgemeinden bei der Realisierung von

Regenerativenergieanlagen Restriktionsanalyse

•  gesetzliche Vorgaben (z. B. Emissions- und Abstandsregelungen)

•  Anwohner (konkret)

•  Bundeswehr (konkret)

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Details zur Aufgabenstellung II

Stärke-/Schwächeanalyse für den Standort in Bezug auf die Umsetzung der einzelnen Regenerativenergieformen Potenzialerhebung für mögliche Folgenutzungen auf der Basis der konkreten Standortvoraussetzungen der Deponie Alt Duvenstedt und der Einbeziehung von erzeugter regenerativer Energie

•  Recherche konkreter Bedarfe/Nachfrager in Norddeutschland

Handlungsempfehlungen

•  Maßnahmenplan

•  Zeitplan

•  Kostenschätzung


Trockenrasen

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Umsetzung

Einrichtung von Lernstationen

Besucherprogramm

Lehrfilme

Seminarräume

Naturerlebnisraum Unterrichtsmaterialien


Beispiele anderenorts

•  Deponie Wicker

•  Deponie Georgswerder HH •  Zentraldeponie Leppe (Bergischer

Abfallwirtschaftsverband) à Metabolon

•  Urban Mininig


Herzlich willkommen!

AW-Erle


Deponie Eichelbuck in Freiburg

Keywords: Stilllegung, Oberflächenabdichtung, Nachnutzung, Mikrogasturbinen, Photovoltaik, erneuerbare Energien

AbstractIn this paper the development of the landfill Eichelbuck since the end of the deposition stage in the decommissioning has been shown. The intention was to describe different ways of re-use of landfill sites in the decommissioning and closure phase to the example of the landfill Eichelbuck in Freiburg.

Contact addressCoskun DoganciIngenieurbüro Roth & PartnerHans-Sachs-Str. 976133 KarlsruhePhone: +49-721-984530Fax: +49-721-9845399E-Mail: [email protected]

Coskun Doganci1

1 Ingenieurbüro Roth & Partner GmbH Karlsruhe, Germany

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1 Einleitung

Die Deponie Eichelbuck wurde 1972 zur Deponierung von Haus- und Gewerbemüll sowie Bauschutt eingerichtet. Die Grundfläche der Deponie Eichelbuck beträgt 22,5 Hektar.

Bild 1: Luftbild Deponie Eichelbuck von Südseite

Im Folgenden einige Eckdaten zur Deponie Eichelbuck:

Tab 1: Eckdaten Deponie Eichelbuck

Deponievolumen (genehmigt) 6.5000.000 m³

Erforderliches Restprofilierungsvolumen ca. 230.000 m³

Deponieneigung (geplant) 1:2,3 bis 1:5

Fläche Oberflächenabdichtung 210.000 m²

C. Doganci

39

2 Zeitliche Entwicklung der Stilllegung

Bild 2: Phasen der Entwicklung der Deponie Eichelbuck im Rahmen der Stillegung

2.1 Beendigung des AblagerungsbetriebesGemäß der Ablagerungsverordnung für Abfälle (2001) darf seit dem 31.05.2005 kein unbehandelter Hausmüll mehr auf Deponien abgelagert werden.

Daher wird der Freiburger Hausmüll seit Ende 2004 in der TREA Breisgau ver-brannt.

2.2 Stilllegungsplanung, StilllegungsgenehmigungDie Stilllegung der Deponie Eichelbuck erfasst folgende Maßnahmen:

• Restprofilierung der Deponie• Sanierung/Ergänzung von Dep.dränagen, SiWa-Ableitungen, Kontrollschächten• Neue Ringstraße (asphaltbefestigt)• Renovierung bzw. Umbau der Entgasungseinrichtungen• Oberflächenabdichtung• Begrünung

Der Aufbau der Oberflächenabdichtung der Deponie Eichelbuck besteht aus folgen-den Komponenten:

• Deponiekörper• Gasdrän- und Stützschicht• Mineralische Tragschicht


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• Mineralische Abdichtung TREAmin®• Asphaltschicht• Entwässerungsschicht• Geotextil• Rekultivierungsschicht

Bild 3: Schematischer Schnitt der Deponieabdichtung

Die Ausführung der Oberflächenabdichtung ist in 4 Bauabschnitte unterteilt. Die vier Bauabschnitte enthalten folgende Baumaßnahmen:

Bauabschnitt I (2008 bis 2011)• Bau der östlichen Deponiestraße• Abdichtung und Rekultivierung von ca. 55.000 m²

Bauabschnitt II und III (2012 bis 2016)• Abdichtung und Rekultivierung weiterer Teilflächen von insgesamt 100.000 m²Bauabschnitt IV (2017 bis 2020)

• Endprofilierung der Deponie• Abdichtung und Rekultivierung der Deponiekuppe

C. Doganci

41

Bild 4: Bauabschnitte der Oberflächenabdichtung

2.3 Nachnutzung bis zur StilllegungMit dem Ende der Ablagerung von Hausmüll auf der Deponie Eichelbuck seit Ende 2004 wurde verschiedene Umlade- und Lagerplätze auf dem Deponiegelände ein-gerichtet.

Bild 5: Umschlag- und Lagerplätze Deponie Eichelbuck


42 C. Doganci

Im Folgenden sind die verschiedenen Nachnutzungsbereiche bis zur Stilllegung der Deponie tabellarisch aufgeführt.

Müllumschlaghalle • Umladung von Rest- und Sperrmüll in Großcontainer

• Transport auf dem Schienenweg zur Müllverbrennungsanlage TREA Breisgau

Speiseresteverwertung • Mechanisch-thermische Aufbereitungs-anlage für Speisereste und verpackte Lebensmittelabfälle

Glas- und Kehrichtumschlagplatz • Überdachter Lagerplatz für Altglas und Kehricht aus der kommunalen Straßen-reinigung

• Jährliche Umladung von ca. 6.500 tAltglas und ca. 3.000 t entwässerter Kehricht in Container- und Sattelfahr-zeuge

Energetische Nutzung des Deponiegases • 3 Mikrogasturbinen zur Umwandlung des Schwachgases aus dem Deponie-körper in Strom

• 3 x 225 kW Brennleistung, Einspei-sung von 3 x 62 m³ Deponiegas mit 35 Vol.-% CH

4

• Wärmenutzung in der Speisereste-aufbereitung (Hygienisierung, MGB-Waschanlage)

Reformierung mit Biogas • Zusammenführung von Deponie- und Biogas aus der Bioabfallvergärungs-anlage der REMONDIS BKF GmbH

• Weiterleitung an das BHKW in Frei-burg Landwasser

• Vermischung der beiden Gasströme ermöglicht einen Methangehalt 55%

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Sickerwasserreinigungsanlage • Zersetzung der Bakterien der org. Anteile im Abwasser

• Absorption der verbleibenden Schadstoffe durch Aktivkohlefilter

• Zusätzlicher Speicherbehälter mit 750 m³ Volumen für Starkregenfälle

Grünschnittaufbereitung • 10.000 t Grünschnitt aus öffentlichen und privaten Gärten in Freiburg

• Zentraler Sammelplatz inkl. Häcksel-anlage auf Deponieplateau

• Siebung des Häckselgutes• Feinanteil zur Kompostierung• Grobanteil zur regenerativen Energie-

nutzung

2.4 Nachnutzung nach der StilllegungStilllgelegte Deponien sind als Standorte für Photovoltaikanlagen gut geeignet. Die zur Verfügung stehenden Deponieflächen – insbersondere die Deponieböschungen – können über viele Jahre nicht sinnvoll genutzt werden.

Zur Erhöhung des Anteils der regenerativen Stromerzeugung wurde auf der Deponie Eichelbuck auf hierfür geeigneten Flächen eine Photovoltaikanlage erstellt.

Bild 6: Photovoltaikanlage Deponie Eichelbuck


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Die Anlage wurde auf der nach Süd-/Südost aussgerichteten Deponieflanke instal-liert. Die Gesamtleistung beträgt 2,5 MWp bei einer Netto-Modulfläche von 17.500 m².

Die Inbetriebnahme der Anlage erfolgte Ende Dezember 2011. Der hier erzeugte Strom deckt den jährlichen Stromverbrauch von mehr als 1.000 Menschen in Freiburg.

2.5 Energetische NachnutzungDeponien nehmen in den EU-Staaten und auch in Deutschland erhebliche Flächen ein. Nach Beendigung des Ablagerungsbetriebes und der Stilllegungsmaßnahmen auf diesen Deponien bedürfen diese einer langfristigen Nachsorge.

Mit dieser Nachsorge sind für diese Deponien eine Anzahl von Unterhaltungs-maßnahmen (Sickerwasser, Gas, Deponieoberfläche, Entwässerungseinrichtungen, etc.), Wartungsmaßnahmen und Kontrollmaßnahmen erforderlich.

Auf der anderen Seite bieten die meisten Deponiestandorte oft optimale Beding-ungen auf Grund ihrer Lage und der und den in der Nachsorge weiter zu betrei-benden Einrichtungen für eine effiziente Nutzung durch auf den Deponiestandort ausgerichteter Einrichtungen. Hier können sich oft sehr gute Synergieeffekte mit den Nachsorgemaßnahmen ergeben.

Die Grundphilosophie für die Gesamtnachnutzung der Deponie Eichelbuck ist die Nutzung des Standortes einschließlich seiner Nachsorgeeinrichtungen für Einrich-tungen zur Gewinnung und Nutzung erneuerbarer Energien verbunden mit Ausbil-dungs- und Informationseinrichtungen zu dieser Thematik.

Bild 7: Gesamtnachnutzungskonzept Deponie Eichelbuck

C. Doganci


Das Gesamtnachnutzungskonzept der Deponie Eichelbuck wird in folgende Nutzungs-bereiche unterteilt:

• Stillgelegter Deponiekörper mit Einrichtungen zur Nachsorge• Abfallwirtschaftliche Anlagen einschließlich Waage, Umschlagstationen,

Glas-/Kehrichtplatz und Speiserestehygenisierungsanlage• Photovoltaikanlage auf der Süd-/Südostböschung• Abgesenkter, mit PV-Leichttragdach ausgestatteter Grünschnittsammel- und Häckselplatz• Windkrafträder• Freizeitnutzung auf der Deponiekuppe und und den übrigen Böschungen inkl. Ein- richtung eines Informationsparcours mit separatem Zugang für Fußgänger• Einrichtung eines Informations-Pavillons auf der Deponiekuppe zum Thema „erneuerbare Energien“

3 ZusammenfassungIm vorliegenden Beitrag wurde die Entwicklung der Deponie Eichelbuck seit Ende der Ablagerungsphase im Rahmen der Stilllegung und über die Stilllegung hinaus dargestellt. Die Intension des Beitrags war es mit dem Beispiel der Deponie Eichel-buck verschiedene Möglichkeiten der Nachnutzung von Deponien in der Stilllegungs- und Nachsorgephase aufzuzeigen.

Literatur

[1] Bootz, D.; Ebel, E.; Hipp, R.; Neuhaus, U.: Freiburger Deponiegeschichte – Von der „Kippe“ zur geordneten Deponie Eichelbuck. Abfallwirtschaft und Stadtreini-gung Freiburg (ASF) im Auftrag der Stadt Freiburg, Freiburg, 2011

[2] Bischoff, V.: Deponie Eichelbuck – Verwertung von Deponieschwachgas in einer Mikrogasturbinenanlage, Karlsruhe, 2008



Die Deponie Eichelbuck – Vom Müllberg zum Energieberg Energie-Konzept Eichelbuck

DeponieentwicklungAm 01.06.1972 in Betrieb genommen, wurden anfangs jährlich etwa 300.000 Kubik-meter hausmüllähnliche Abfälle vollständig auf dem Eichelbuck entsorgt. Ursprüng-lich wurden zu einem Drittel Hausmüll (aerobe Verrottung) sowie zu zwei Dritteln Bauschutt, Erdaushub, Sperrmüll und Straßenkehricht abgelagert. Ab Mai 1978 be-gann der verdichtete Einbau von Hausmüll mit Müllverdichter (Dünnschichteinbau). 11 Jahre nach Inbetriebnahme der Deponie erhielt der damals 12 Meter hohe Müll-berg im Zuge eines neuen Planfeststellungsverfahren eine Zwischenabdeckung (0,6 m) aus Lehm sowie ein neues Drainagesystem für Sickerwasser, womit der Stand der Technik und die Anforderungen der Deponieklasse II erfüllt wurden. Mit Gründung der FEBA (Freiburger Erdaushub- und Bauschuttaufbereitung) und der Einführung der grünen Wertstofftonne gelang es Mitte der 80er Jahr große Abfall-mengen zu verwerten und von der Deponie fernzuhalten.

1991 begann die Versorgung des Freiburger Stadtteils Landwasser mit Strom und Wärme aus Methangas der Deponie Eichelbuck. Pro Jahr konnten 45 % des Wärme-bedarfs (ca. 32.000 MWh) damit gedeckt und ca. 10.000 MWh Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden.

Seit 1999 hält die neu errichtete Sickerwasser-Aufbereitungsanlage mittels eines zusätzlichen Speicherbehälters Sickerwasser nach Starkregen zurück. In Ihrem Bioreaktor zersetzen Bakterien die organischen Anteile im Abwasser, die restlichen noch verbleibenden Schadstoffe werden seither durch Aktivkohlefilter adsorbiert und das behandelte Sickerwasser über den Abwasserkanal zum Klärwerk nach Forchheim geleitet.

Die Intensivierung der kommunalen Wertstoffsammlung verbunden mit der differen- zierten Trennung verwertbarer Abfälle führte zur Senkung der Menge auf 88.000 Tonnen pro Jahr im Jahr 2004. Darüber hinaus schlug sich ab 1996 die Umsetzung des Kreislaufwirtschats- und Abfallgesetz sowie die Einführung eines neuen Gebühren-systems nieder. Eine erforderlich erscheinende Erweiterung der Deponie konnte vermieden und das genehmigte Volumen von 6,5 Millionen Kubikmetern eingehalten werden.

Michael Broglin

48

Seit Ende 2004 wird der Freiburger Hausmüll in der TREA Breisgau verbrannt, die städtische Mülldeponie Eichelbuck wurde am 31.05.2005 endgültig für die Abfall-entsorgung geschlossen. Eine Abfallumschlagstation für Rest-, Sperrmüll und PPK wurde eingerichtet, die Anlieferung von Gewerbe-, Baustellen- und mineralischen Abfällen, Grün- und Glasabfällen aus dem Stadtgebiet Freiburg ist weiterhin möglich.

Stilllegung und RekultivierungDie Oberfläche der Deponie Eichelbuck wird im Zeitraum von 2007 bis 2020 mit hohem finanziellem und technischem Aufwand abgedichtet.

Die Stilllegung umfasst zunächst vorbereitende Maßnahmen wie die Optimierung des Sickerwasser- und Entgasungssystems, Bau neuer Auf- und Abfahrtsstraßen sowie die Restprofilierung der Deponiekuppe.

Als wichtigstes Element der Stilllegung dient die Oberflächenabdichtung, sie lässt keine Niederschläge mehr in die Deponiemasse ein- und keine Emissionen nach außen dringen.

Der Aufbau der Oberflächenabdichtung enthält eine Kombinationsabdichtung, be-stehend aus mineralischer Dichtung und Asphaltabdichtung. Die mineralische Dich-tung besteht üblicherweise aus natürlichem Ton. Stattdessen wird auf der Deponie Eichelbuck erstmals der Baustoff TREAmin® eingesetzt, welcher überwiegend aus aufbereitetem Schlackematerial aus der Müllverbrennungsanlage TREA Breisgau besteht und den Bedarf an Tonerde um 80 % reduziert. Neben bautechnischen Vorteilen ist der Einsatz auch deutlich wirtschaftlicher als reine Tonerde. Darüber liegend folgt eine Entwässerungsschicht und 1,5 m starker Rekultivierungsboden. Zu Oberst Begrünung mit Wiesenflächen, Strauchgruppen, buschartige Gehölzbe-pflanzungen, in Teilbereichen Ausbildung von Trockenstandorten. Insgesamt ist die Oberflächenabdichtung ca. 250 Zentimeter stark.

Energetische NutzungDas von der Deponie Eichelbuck gewonnene Deponiegas wird seit über 20 Jahren in einem 4 km von der Deponie entfernten Blockheizkraftwerk (BHKW) der bade-nova-WÄRMEPLUS GmbH & Co. KG genutzt. Die dort erzeugte Energie versorgt rund 5.000 Haushalte im Freiburger Stadtteil Landwasser mit Wärme und Strom. Verwendet wird hier jedoch nur das höherwertige Gutgas. Der Gasanteil mit einem niedrigerem CH

4-Gehalt („Schwachgas“) wurde bisher abgefackelt (seit 2006 Nut-

zung über Mikrogasturbinen).

Michael Broglin

49

Als Folge der Stilllegung der Deponie Eichelbuck war ein rascher Abfall der Gaspro-duktion zu verzeichnen. Zudem wird durch die Einführung der separaten Bioabfall-sammlung Ende der 90er Jahre der Deponiegasproduktion potentes organisches Material vorenthalten. Die Auslastung der Gasmotoren ließ sich mit Deponiegas alleine nicht mehr aufrechterhalten. Um das schlechter werdende Deponiegas qua-litativ und quantitativ auf die Bedürfnisse des BHKWs Landwasser anzuheben, fiel die Entscheidung, das höherwertige und bisher eigens verstromte Biogas der Bio-abfallvergärungsanlage BKF zu nutzen.

Die geographische Nähe der drei Beteiligten ermöglichte eine technisch unkom-plizierte Anbindung der Vergärungsanlage an die bisherige Gasleitung zwischen Deponie und BHKW Landwasser. Am Übergabepunkt entsteht somit ein Gasge-misch aus Deponiegas und dem höherwertigen Biogas. Die hierdurch entstehende Gasqualität und -menge gewährleisten seither einen durchgängigen Betrieb des BHKWs. Nach nur 12 Monaten Umsetzungsphase wurde am 24.03.2011 das System der kombinierten Nutzung offiziell in Betrieb genommen.

MikrogasturbinenSeit Ende 2006 wird das Deponieschwachgas (Methangehalt weniger 50 %) über zwei Mikrogasturbinen verwertet. Diese Anlagen ermöglichen die Nutzung von „Schwachgas“ ab einem CH

4-Gehalt von rd. 30 %. Das ehemals abgefackelte Gas

kann somit im Sinne der „Kraft-Wärme-Kopplung“ genutzt werden. Die Abwärme der Gasturbinen wird ebenfalls genutzt: sie deckt den Wärmebedarf einer auf dem Deponiegelände installierten mechanisch-thermischen Aufbereitungsanlage (MTA) zur Behandlung von Speiseresten (Herstellung von Gärsubstrat für Biogasanlagen).

Zuvor wurden solche Mikrogasturbinen vorwiegend bei Kläranlagen eingesetzt. Die Installation dieser Turbinen auf einer Deponie war bundesweit erstmalig.

2010 erfolgte die Installation einer weiteren Mikrogasturbine zur Abdeckung der Spitzenwärmelast der MTA und zur Beheizung der Speiserestehalle im Winter. Da-mit erfolgte die Umstellung auf elektrische Eigenversorgung aller Anlagen auf dem Deponiegelände (Resteinspeisung der Überproduktion erfolgt ins Stromnetz). Die durchschnittliche Stromerzeugung betrug 910.000 KWh in den ersten 4 Betriebsjahren.

PV-Anlage auf der Deponie EichelbuckObwohl die Arbeiten für die Deponieabdichtung noch voll im Gange sind, begannen am 6. Oktober 2011 die Arbeiten für die Errichtung einer PV-Anlage am Südhang der 55 Meter hohen Deponie Eichelbuck.

Die Deponie Eichelbuck – Vom Müllberg zum Energieberg

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Die steilen Hanglagen von bis zu 22 Grad machten den Einsatz von Spezialmaschi-nen notwendig. Die Trägerkonstruktion darf auf keinen Fall die Deponieabdichtung durchdringen. Zudem wurden verschiedene Hangneigungen und Ausrichtungen be-rücksichtigt.

In nur 12 Wochen wurden 10.944 Solarmodule auf 231 Modultischen montiert, 115 Wechselrichter gesetzt, vier Trafostationen sowie eine Übergabestation ans badenova-Netz errichtet. Außerdem wurden mehr als 60 000 Meter Kabel verlegt.

Mit einer Modulfäche von 17.900 m² ist die Anlage die größte in Freiburg und die zweitgrößte Ihrer Art in Baden-Württemberg. Sie deckt mit 2,5 MWp den Strom-bedarf von rund 1.000 Freiburger Haushalten. Pünktlich zum 31. Dezember 2011 wurde die Anlage ans Netz genommen.

GesamtnutzungskonzeptIm Zusammenhang mit der Planung der PV-Anlage wurde 2011 bereits ein erster Teilbebauungsplan erstellt. Im gleichen Jahr begann die Machbarkeitsstudie zur Ab-schätzung der Genehmigungsfähigkeit und des Umfangs der Nach- und Folgenut-zung für den Weiterbetrieb der bestehenden Anlagen über die aktuelle Befristung bis zum Ende der Stilllegung (2020) sowie zur Grünschnittaufbereitung und dem Bau eines Info-Pavillions auf dem Plateau. Aktuell wird die Nutzung des Standorts für Kleinwindkraftanlagen geprüft. Ebenso werden Emissionsversuche zur Grün-schnittaufbereitung auf dem Deponieplateau durchgeführt. Die Ergebnisse sollen im Herbst 2012 vorliegen.

Nach positiver Entscheidung und Abstimmung mit der Stadt sowie den Umlandge-meinden ist die Beantragung des Gesamtnutzungskonzepts im Rahmen eines 2. Bebauungsplanverfahrens vorgesehen. Die Genehmigung des Gesamtnutzungs-konzepts soll 2013 erfolgen.

Michael Broglin


Die Deponie Eichelbuck - Vom Müll- zum Energieberg

Die Deponie Eichelbuck – Vom Müll- zum Energieberg

Rechtsform GmbH Gründung 16.06.1999 Betriebsaufnahme 01.01.2000 Anteilseigner

Stadt Freiburg mit 53% REMONDIS mit 47%

Beschäftigte 2011 288 Umsatz 2011 30,1 Mio €

Zertifikate Zertifizierter Entsorgungsfachbetrieb, Zertifiziert nach DIN ISO 9001:2000 sowie DIN ISO 14001 Qualitäts- und Umweltmanagement

1. Die ASF stellt sich vor 1.1 Rahmendaten


52


Bioabfall-, Papier und Grünschnittsammlung

Restmüll- und Sperrmüllsammlung

Betrieb der drei Recyclinghöfe

Betrieb der Umschlagstation Nachsorge der ehemaligen Deponie

Eichelbuck

Stadtreinigung und Winterdienst

Werkstattleistungen für städt. Fuhrpark und REMONDIS

Administrative Dienstleistungen z.B. Gebührenveranlagung, Umsetzung des Abfallwirtschaftskonzeptes, Öffentlichkeitsarbeit, Abfallberatung

1. Die ASF stellt sich vor 1.2 Leistungen im Auftrag der Stadt Freiburg


Gewerbliche Entsorgung von Abfällen über Umleerbehälter

Speiseresteentsorgung

Verwertung u. Vermarktung von Wertstoffen Styroporaufbereitung

Entrümpelungen

Altholzentsorgung

Straßenreinigung in Umlandgemeinden

Sinkkasten-/ Parkplatzreinigung

Abfallentsorgung in angrenzenden Landkreisen

1. Die ASF stellt sich vor 1.3 Gewerbliche Dienstleistungen

Michael Broglin

53


1972: Inbetriebnahme: Ursprünglich wurden zu einem Drittel Hausmüll (aerobe Verrottung) sowie zu zwei Dritteln Bauschutt, Erdaushub, Sperrmüll und Straßenkehricht abgelagert 1978: Beginn des verdichteten Einbaus mit Müllverdichter (Dünnschichteinbau) 1983: Zwischenabdeckung (0,6 m) aus Lehm sowie Drainagesystem für Sickerwasser bei Deponiehöhe von 12 m 1991: Deponiegasnutzung zur Strom- und Wärmeversorgung des Stadtteils Landwasser 1999: Einrichtung einer Sickerwasser-Aufbereitungsanlage 31.05.05: Stilllegung der Deponie ab 2005: Abfall- und Umschlagstation Einrichtung einer Annahme- und Umschlagstation auf dem Deponiegelände. Die Anlieferung von Gewerbe-, Baustellen- und mineralischen Abfällen, Sperrmüll, Restmüll und Grünabfällen aus dem Stadtgebiet Freiburg ist dort weiterhin möglich.

2. Deponieentwicklung von 1972 - 2005


3. Deponiedaten Deponiegrundfläche 22,5 ha

Deponiehöhe 50 m (265 m üNN)

Schließung 31.05.2005

Deponievolumen am 31.05.2005 6,5 Mio. m³


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4. Deponieanlagen und abfallwirtschaftliche Einrichtungen

Umschlagstation

Speiseresteanlage

Kehrichthalle

Glassammelplatz

Deponieeingang/-waage

Sickerwasserbehandlung Gasbrunnen


Seit 1979 Kanal, der Deponie-Sickerwasser zum Klärwerk Forchheim leitet

1983 Mineralische Zwischenabdichtung und Sickerwasser-Sammelsystem

1999 Sickerwasser-Aufbereitungsanlage neben Sickerwasseranlage hält ein zusätzlicher Speicherbehälter Sickerwasser nach Starkregenfällen zurück

5. Entwässerung und Grundwasserschutz 5.1 Sickerwassererfassung

Sickerwassererfassung-Gesamtmenge 1999- 2011

370.195 m³

Michael Broglin

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Maßnahmen der Stilllegung: Oberflächenabdichtung

Rekultivierung

Entwässerung, Entgasung, Wegebau

Aufbau Oberflächenabdichtung / Rekultivierung: Kombinationsabdichtung, bestehend aus mineralischer Dichtung und Asphaltabdichtung

Darüber liegend Entwässerungsschicht und 1,5m starker Rekultivierungsboden

Begrünung mit Wiesenflächen, Strauchgruppen, buschartigen Gehölzpflanzungen, in Teilbereichen Ausbildung von Trockenstandorten

6. Nachsorgekonzept 6.1 Ablauf


14.12.2012

Abfallwirtschaft und Stadtreinigung Freiburg GmbH 10 von 26 14.12.2012 Abfallwirtschaft und Stadtreinigung Freiburg GmbH 10 von 23

Ausführung Bauabschnitte:

Feld 1: 2008 – 2011 ca. 60.000 m²

Feld 2: 2012 – 2014 ca. 46.000 m²

Feld 3: 2014 – 2016 ca. 50.000 m³

Feld 4: 2017 – 2020 ca. 64.000 m²

6. Nachsorgekonzept 6.2 Zeitplan


56


Stütz-/Tragschicht

TREAmin

Asphaltabdeckung

Entwässerungsschicht

Geotextil

Abdeckboden

6. Nachsorgekonzept 6.3 Abdichtung


- Herstellung TREAmin: TREA-Schlacke wird 20% Ton beigemischt - Einsatz unter Asphaltdecke als wasserundurchlässige Sperrschicht - Entwickelt von Fa. Joos und SVB; Genehmigung durch RP 2010; Patentierung - Kostenersparnis gegenüber ursprünglicher Lehmabdichtung = 140.000 Euro brutto - Umweltministerium fördert das Projekt mit 400.000 Euro - Erstmaliger Einsatz wurde Umweltministerin Gönner am 25.02.2010 von den Kooperationspartnern Stadt Freiburg und LK Breisgau-Hochschwarzwald vorgestellt

6. Nachsorgekonzept 6.4 Deponieabdichtungssystem TREAmin

Michael Broglin

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6. Nachsorgekonzept 6.5 Verwertung Freiburger Rest- und Sperrmüll


TREAmin 9.500 t

Kies und Schotter 20.000 t

Mutterboden 20.000 m²

Asphalt 30.000 m²

Schlacke 20.000 t

Profilierungsmaterialien

45.000 t

Im BA 1 wurden bis zur Fertigstellung im April 2012 ca. 60.000m² mit TREAmin und Asphalt versiegelt.

6. Nachsorgekonzept 6.6 Einbaumassen 2011


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6. Nachsorgekonzept 6.7 Endgestaltung

Regenrückhaltebecken

Sickerwasseranlage

Grünschnittanlage ca. 4.500m²

RegenrückhaltebeckenRegenrückhaltebecken

Pavillion

PV-Anlage

Windkrafträder


VKU | Landesgruppentagung VKS BaWü 7. Juli 2011

Gaserfassung Deponie Eichelbuck

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

separate Verwertung von

Bioabfall

Deponie-Schließung

m³/S

td.

7. Deponiegasaufwertung 7.1 Rückgang der Deponiegasmenge

Michael Broglin

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m³

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

10.000.000

12.000.000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Deponie-Schließung

Gaslieferung an BHKW Landwasser

Fackelverluste Mikrogasturbinen

7. Deponiegasaufwertung 7.2 Deponiegasverwendung



Schwachgas

Fackel

Gutgas

Deponie Eichelbuck - ASF GmbH -

BHKW Landwasser - badenova AG & Co. KG -

3 Gasmotoren

Typ: DEUTZ TCG 604 - 650 kW elektr. - 1.140 kW therm.

Stromeinspeisung

Wärmeversorgung des Stadtteils Landwasser

Typ: Capstone CR65 - je 65 kW elektr. - je 120 kW therm.

Mikrogasturbinen

Wärmeversorgung Speisereste-behandlungsanlage

Produktion von Gärsubstrat

7. Deponiegasaufwertung 7.3 Darstellung der Verwertungswege


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Schwachgas

Fackel

Gutgas

Deponie Eichelbuck - ASF GmbH -

BHKW Landwasser - badenovaWÄRMEPLUS GMBH & Co. KG -

2 neue Gasmotoren

Typ: MWM TCG 2016 V16 2 x 800 kW elektr. 2 x 855 kW therm.

Stromeinspeisung

Wärmeversorgung des Stadtteils Landwasser

Typ: Capstone CR65 - je 65 kW elektr. - je120 kW therm.

Mikrogasturbinen

Wärmeversorgung Speisereste-behandlungsanlage

Produktion von Gärsubstrat

Biogas

Zusammenführung

Bioabfallvergärungsanlage - REMONDIS BKF GmbH -

Darstellung der Verwertungswege



Deponie

BHKW BKF

Michael Broglin

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Deponie

Biogasanlage

BHKW


Planmäßige Inbetriebnahme

31.12.2011

Fläche 17.900 m² Modultische 231 Module 10.944 Anlagenleistung 2.571,84 kWp

Vergütungssatz 22,07 Cent/kWh

8. Photovoltaikanlage der ASF Solar GmbH & Co. KG


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Modulfläche: 17.500 m² (Gesamtfläche Deponie: 220.000 m²) Leistung: 2.500 kWp

8. Photovoltaikanlage der ASF Solar GmbH & Co. KG 8.1 Planung


8. Photovoltaikanlage der ASF Solar GmbH & Co. KG 8.2 Bau

Michael Broglin

63



9. Windkraftanlagen (in Planung)


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Michael Broglin

Block 2: Biomasse


Das integrierte Biomassekonzept der Stadt Baden-Baden

Der Gemeinderat der Stadt Baden-Baden hat in seiner Sitzung am 01.12.2008 die Umsetzung des integrierten Biomassekonzeptes beschlossen.

Das Biomassekonzept besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilbereichen:

1. Grünschnittanlage

Der Eigenbetrieb Umwelttechnik hat zum 01.01.2009 das Gelände und die Infra-struktur der früheren Kompostanlage zum Zweck der energetischen und stofflichen Nutzung der angelieferten Biomasse übernommen. Die Annahme der Biomasse auf der Grünschnittanlage erfolgt in drei Fraktionen.

• Gras und LaubAlle „weichen“ Grünrückstände wie Gras, Laub, Straßenbegleitgrün, Landschafts-pflegematerial, Uferbewuchs sowie feines Reisig werden nach Vorzerkleinerung und Feinvermahlung in Silageballen gepresst. Die Silageproduktion hat zum einen die Aufgabe, die Biomasse zu konservieren (milchsaure Gärung) und damit ganz-jährig nutzbar zu machen und zum anderen kann durch die milchsaure Gärung Zellulose aufgeschlossen und damit der Wirkungsgrad der nachfolgenden Bio-gasproduktion erhöht werden.

• Erdversetztes MaterialAlle angelieferten Grünrückstände, die noch Erdanhaftungen vorweisen, eignen sich nicht für die Biogas-/Brennstoffproduktion und werden deshalb auch künftig kompostiert und somit wieder dem natürlichen Stoffkreislauf zugeführt.

• Reisig/HolzAlle verholzten Grünrückstände wie Äste, Zweige, kleine Stämme, etc. werden gehackt und nach Absiebung der Feinteile und anschließender Trocknung zu Hackschnitzeln veredelt. Die Feinteile werden zusammen mit der „weichen“ Bio-masse siliert.

2. Biogasanlage

Die auf der Grünschnittanlage produzierten Silageballen werden zur Weiterverar-beitung zur Biogasanlage transportiert, die sich auf der Gemeinschaftskläranlage befindet. Dort wird die Silage entpackt, in ca. 40° C heißem Wasser aufgelöst und

70 Bernhard Schäfer

anschließend entwässert. Der hierbei anfallende sehr energiereiche Silagesaft wird in der Biogasanlage mit einem zweistufigen Vergärungsverfahren zur Produktion von Biogas eingesetzt, das wiederum im Blockheizkraftwerk in Strom- und Wärme umgewandelt wird. Der bei der Biogasproduktion anfallende Gärrest kann entwe-der als hochwertiger Wirtschaftsdünger an die Landwirtschaft abgegeben oder als Brennstoff aufbereitet werden.

3. Brennstoffproduktion:

Der bei der Entwässerung der Silage anfallende Feststoff wird mit der Abwärme des Blockheizkraftwerkes getrocknet und nach vorheriger Konfektionierung zu Fest-brennstoff (Pellets, Briketts) weiterverarbeitet.

Ebenso wie der Feststoff aus der Silageaufbereitung werden auch die auf der Grün-schnittanlage produzierten Hackschnitzel mit der Abwärme des Blockheizkraftwerkes getrocknet und damit ohne Energieverlust durch biologischen Abbau lagerfähig ge-macht.

Zusammenfassung:

Das oben beschriebene integrierte Biomassekonzept hat den Vorteil, dass nicht nur Teile, sondern die gesamte Pflanze genutzt wird. Ein weiterer Vorteil des Konzeptes liegt darin, dass nur Biomasse zum Einsatz kommt, die vermeintlich als Abfall an-fällt (keine „Teller- oder Tankproblematik“). Damit werden aus bisher zu entsorgen-den Grünabfällen hochwertige Energieträger in Form in Biogas und Festbrennstoff gewonnen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Wärmeüberschuss der BHKWs im Sommer am größten ist und damit mit dem größten Biomasseanfall zusammenfällt. Somit kann im Winter die Wärme der BHKWs der Biogasanlage und der Gemein-schaftskläranlage zur Verfügung stehen und im Frühjahr, Sommer und Herbst zur Brennstofftrocknung genutzt werden. Die produzierten Brennstoffe werden in städtischen Schulen sowie in Nah- und Fern-wärmeversorgungen eingesetzt. Dadurch können Kreisläufe regional geschlossen und eine lokale Wertschöpfung realisiert werden.

71

Dipl.-Ing. Bernhard Schäfer Eigenbetrieb Umwelttechnik der Stadt Baden-Baden

Behandlung von Biomasse

73Behandlung von Biomasse

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Pressen, Mahlen, Mischen

mechanische Entwässerung

Presssaft Pressgut

BHKW

Dünger

Wärme Strom

Biogasanlage

Biogas CH4

Vielfalt der Pflanzenarten

Silage

Pellets / Briketts

Brennstoff

Trocknung

Bernhard Schäfer

79


Presssaft Pressgut

BHKW

Dünger

Wärme Strom

Biogasanlage

Biogas CH4


Silage

Pellets / Briketts

Brennstoff

Trocknung

Presssaft

BHKW

Dünger

Strom

Biogasanlage

Biogas CH4

1 2

2

2

3

4

4 2

5

6

1

7

8

9 10

12

1 Gasspeicher 2 Hydrolysen 3 BHKW 4 Fermenter 5 Maische

11

6 Heißwasser 7 Brennstoffaufbereitungshalle 8 Biomassekessel 9 Trafostation 10 Freifläche Trockner

11 Brennstofflagerhalle 12 Lagerfläche Silageballen 13 Speiserestetanks 14 Dampferzeuger 15 Hygienisierung

13 14

15

13


80

Hydrolyse 3 x 300m³

Fermenter Biogasspeicher 2 x 1200m³ 500m³

Speiserestetanks Ges. 200m³

Bernhard Schäfer

81


Presssaft Pressgut

BHKW

Dünger

Wärme Strom

Biogasanlage

Biogas CH4


Silage

Pellets / Briketts

Brennstoff

Trocknung

Pressgut

BHKW

Dünger

Wärme

Pellets / Briketts

Brennstoff

Trocknung


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Energetische Verwertung Stoffliche Verwertung

100% Input Reisig, Gras, Laub

50% Brennstoff 25% Hackschnitzel

25% Briketts

15% Biogas Strom Wärme

35% Dünger 20% Kompost 15% Gärrest


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Dipl.-Ing. Bernhard Schäfer Eigenbetrieb Umwelttechnik der Stadt Baden-Baden

Bernhard Schäfer


Biomassekonzept Deponie Eichelbuck in Freiburg

Keywords: Speisereste, Verpackte Lebensmittel, Aufbereitung, Hygienisierung, Biogaserzeugung, Reformierung von Deponiegas, Nachnutzung von Deponien, Synergien mit Deponieeinrichtungen, Mikrogasturbinen, erneuerbare Energien

Kontaktadresse:Johann RothIngenieurbüro Roth & PartnerHans-Sachs-Str. 976133 KarlsruheTel.: +49-721-984530 Fax: +49-721-9845399E-Mail: [email protected]

Johann Roth1

1 Ingenieurbüro Roth & Partner GmbH Karlsruhe, Germany

Johann Roth

Biomassekonzept Deponie Eichelbuck in Freiburg

1 Einleitung

Mit Beendigung des Ablagerungsbetriebes und Beginn der Stilllegung auf der Deponie Eichelbuck war es erforderlich, geeignete und die Synergien mit der Stilllegungs- und Nachsorgephase der Deponie nutzende Anlagentechniken und Betriebe auf dem Deponiegelände zu installieren.Hierbei sollten neben der Nutzung des freien und voll erschlossenen Geländes vor allem auch Synergien zur weiterhin zu betreibenden Deponiegasentsorgung und Deponiegasnutzung sowie der Deponiesickerwasserbehandlung genutzt werden. Einen der ersten Schritte innerhalb dieser Zielsetzung war die Einrichtung einer Anlage für die mechanische Aufbereitung und Hygienisierung von Speiseresten, verpackten Lebensmitteln und Marktabfällen.

Bild 1: Lageplan Speiseresteaufbereitungsanlage Deponie Eichelbuck

Hierfür stand auf dem Deponiegelände eine freie Fläche Bereich der bereits beste-henden Müllumladestation und der Deponiegasanlage zur Verfügung.

89Konzepte für Biomasse

2 Speiseresteaufbereitungsanlage

2.1 Zur in der Anlage zur Verarbeitung vorgesehene Stoffe

In der Anlage werden verpackte und überlagerte Lebensmittel unterschiedlichster Art, Speisereste aus Gewerbebetrieben und verpackte sowie auch unverpackte Marktabfälle verarbeitet.Gemäß den zu beachtenden Hygienevorschriften ist die Anlage auf die Verarbei-tung von Materialien der Kategorie III beschränkt.

Die Anlage wurde in einem ersten Ausbauschritt für den Durchsatz von 8.000 Mg Material pro Jahr erstellt. Zwischenzeitlich wurde die Anlage auf den Durchsatz von ca. 12.000 bis 14.000 Mg/Jahr (Durchsatz abhängig von der zu verarbeitenden Ma-terialcharakteristik) ausgebaut.

Bild 2: Beispiel für in der Anlage verarbeitetes Material (verpackte Lebensmittel, verpackte Marktabfälle, verpackte Lebensmittel, unverpackte Speisereste)

2.2 Anlagenlayout

Die Anlage wurde in einer bereits vorhandenen und bisher zum reinen Umschlag für Speisereste genutzten Halle installiert.

90 Johann Roth

Hierfür wurde die Halle entsprechend den Anforderungen (VAwS-Boden, Schwarz-Weiß-Trennung, Entwässerung, Abluftmanagement) der Aufbereitungsanlage um-gebaut und ergänzt.Das Anlagenlayout zeigt das Bild 3.

Die wesentlichen Bausteine der Anlage sind:

• Hub-Kipp-Einrichtung für die Entleerung der MGB• Kippmulde mit 40 m³ Inhalt für die Entleerung von Fahrzeugen und die Pufferung von Rohmaterial• Hammermühle mit Trenneinrichtung zur Homogenisierung des Materials und zur Abtrennung der Verpackungen und Fremdstoffe• Vorlagebehälter mit Sedimentationseinheit• Autoklaven zur Hygienisierung• Lager- und Pufferbehälter für hygienisiertes Material• Behälterwaschanlage• Abluftreinigungsanlage• Wärmenutzungsanlage• Verladestation

Bild 3: Anlagenlayout der Aufbereitungsanlage


Bild 4: Außenansicht der Aufbereitungsanlage (links im Bild Anlieferung)

2.3 Anlagenbausteine

Einige für die Funktion der Anlage entscheidenden Anlagenbausteine sollen hier etwas näher dargestellt werden.

Materialannahme und MaterialentleerungDiese ist an zwei Übergabestellen möglich, nämlich der Hub-Kipp-Einrichtung für MGB‘s und der Kippmulde zur Annahme von Fahrzeugen, Absetzkontainern aber auch MGB‘s (mobile Hub-Kipp-Anlage).

Durch diese Einrichtung können zeitlich parallel Annahmen erfolgen und es kann eine Zwischenspeicherung des Materials mit einer automatischen Entleerung des Speichers durchgeführt werden.

Diese Einrichtung hat sich im Betrieb bestens bewährt und führt zu einem optimier-ten Betriebsablauf.

Die Bilder 5 und 6 zeigen diese Einrichtungen.

92 Johann Roth

Bild 5: Kippmulde mit 40 m³ Inhalt

Bild 6: Hub-Kipp-Einrichtung für 2 MGB


Hammermühle mit TrenneinrichtungÜber Spiralen und Schnecken gelangt das Material in einen Dosierbehälter und von dort in die Hammermühle.

Hier wird das Material zerkleinert und durch Luftführung, Zentrifugalkraft und Siebkorb von den verpackungsstoffen und fremdstoffen getrennt.

Die Leistung der Mühle ist dabei stark abhängig von der Art und der Verpackung des Stoffes. Bild 7 zeigt die Hammermühle mit der Aufgabeeinrichtung. Bild 8 zeigt den Austrag des Verpackungsmaterials.

Bild 7: Hammermühle mit Eintragseinrichtung

94 Johann Roth

Bild 8: Austrag des abgetrennten Verpackungsmaterials

VorlagetankDas mechanisch aufbereitete Material wird in den Vorlagetank gepumpt. Dieser dient zur Pufferung vor den Autoklaven. Außerdem erfolgt in ihm eine Sedimentation der nicht in der Mühle abgetrennten mineralischen Feinteile (Sedimentationsbereich unter-halb des Rührbereichs).

AutoklavenDie Anlage wurde für eine Autoklavierung ausgelegt und installiert.Hierfür stehen 2 Autoklaven zur Verfügung, welche im Austausch betrieben werden können.

Die Anlage wird jedoch derzeit auf Grund der Begrenzung auf Material der Kate-gorie III nur im Pasteurisierungsbetrieb gefahren.

Bild 9 zeigt die zwei Autoklaven.


Bild 9: Autoklaven 1 und 2

EnergiemanagementSowohl die elektrische als auch thermische Energie für die Anlage wird aus der neben der Anlage installierten Mikrogasturbinenanlage zur Verfügung gestellt. Diese Turbinen-anlage wird ausschließlich mit dem Schwachgasanteil des Deponiegases betrieben.

96 Johann Roth

Bild 10: Thermoölanlage zur Wärmeversorgung

Bild 11: Mikrogasturbinenanlage

97

3 Gesamtenergiekonzept der Anlage

Hammermühle mit TrenneinrichtungMit dem Grundbaustein der Speiseresteaufbereitungsanlage wurde in einem ersten Schritt ein Geamtkonzept für die deponie Eichelbuck entwickelt (siehe Bild 12). Die-ses sieht einen weitgehend deponieautarken Energiebetrieb vor.

Nach Außen werden abgegeben:

• Überschuss elektrische Energie an das Stromnetz• Überschuss Deponiegas in das BHKW der Fernwärme• Flüssigstoffe nach Aufbereitung auf Deponie in Kanalnetz, alternativ direkt als Flüssigdünger• Holzige Stoffe aus Grünschnitt in Biomassekraftwerk

Bild 12: Autarkes Energiekonzept der Deponie

Diese Variante wurde jedoch nicht realisiert, da ein dazu verbessertes Energie-konzept durch Zusammenschluss mit externen Anlagen entwickelt werden konnte.Diese sieht die Einbeziehung einner bestehenden Biovergärungsanlage und des bestehenden Fernwärmekraftwerks vor (siehe Bild 13).

Hierdurch kann die Energienutzung weiter optimiert und vor allem sicherer ge-staltet werden.


Bild 13: Energiekonzept der Deponie mit Einbeziehung externer Anlagen

Johann Roth

Block 3: Regenerative Energie


Hydrothermale Carbonisierung – Energie für die Zukunft

Kontaktadresse:Bertram AndererAVA-CO2 Schweiz AGBaarerstrasse 206300 ZugSwitzerlandTel.: +41-41 727 09 70Fax: +41-41 727 09 79 E-Mail: [email protected] www.ava-co2.com

Bertram Anderer1

1 Ava CO2, Zug, Switzerland

104 Bertram Anderer

1Vertrauliche Information / © AVA-CO2

Hydrothermale Carbonisierung

Energie für die Zukunft

Juni 2012 2

105Hydrothermale Carbonisierung

Juni 2012 3

WARUM HTC?

AVA-CO2 HTC-Anlagen erzielen ausgezeichnete Renditen. Hohe Flexibilität an verschiedenen Biomassen und skalierbare Anlagegrössen. HTC-Anlagen können ein breites Spektrum an Biomassen verwerten und HTC hat die beste Energiebilanz aller existierenden Technologien. Zudem kann HTC nasse Biomasse ohne Vortrocknung verarbeiten. Die Endprodukte AVA cleancoal und AVA biochar sind einfach zu lagern und zu transportieren. Im Gegensatz zu Biomasse sind die Endprodukte hydrophob. AVA cleancoal kann in bestehenden Kohlefeuerungsanlagen verwendet werden. HTC Endprodukte sind auf Grund der Prozesstemperatur von 2200 C und Drücken von 22 bar steril. AVA-CO2 HTC-Anlagen werden mit Standard Industriekomponenten und bestehenden Technologien umgesetzt. AVA-CO2 HTC-Anlagen verwenden Biomasseabfall. Es entsteht damit keine Konkurrenz zur Lebensmittelherstellung

Profitabel Flexibel und Skalierbar Einzigartig Einfach Kompatibel Steril Robust Ethisch

Juni 2012 4

WAS IST HYDROTHERMALE CARBONISIERUNG (HTC)?

HTC ist eine Art «wässrige Verkohlung» bei welcher unter Druck und Hitze der Kohlenstoff aus der Biomasse gelöst wird. HTC ist dem natürlichen Prozess der Inkohlung sehr ähnlich. HTC wurde bereits 1913 durch Friederich Bergius beschrieben. Hierfür erhielt er 1931 den Nobelpreis. Die hydrothermale Carbonisierung kann verschiedene Arten von nassen biogenen Reststoffen innerhalb kurzer Zeit in eine hochwertige, CO2-neutrale Biokohle umwandeln. Alternativ kann mit dem HTC-Verfahren auch Biochar erzeugt werden. Ein humus-ähnliches Produkt, das zur landwirtschaftlichen Bodenverbesserung und zur CO2-Speicherung eingesetzt wird. Biogene Abfallstoffe werden effizient verwertet und auch in Biokohle umgewandelt. Das Endprodukt ist zudem steril da Bakterien und andere ungewünschte Substanzen (z.B. Hormone, etc.) im HTC-Prozess eliminiert werden.

Natürlicher Prozess Bergius Biokohle Biochar Abfall- verwertung

106 Bertram Anderer

Juni 2012 5

EINE KURZE GESCHICHTE DER HTC

Friederich Bergius entdeckt das HTC-Prinzip. Friederich Bergius erhält Nobelpreis. Dr. Andrea Kruse vom KIT erforscht erneut HTC. Prof. Markus Antonietti publiziert Studie zu HTC. AVA-CO2 wird gegründet. AVA-CO2 nimmt Pilotanlage K3-335 in Betrieb. AVA-CO2 nimmt mit HTC-0 die weltweit erste Anlage im Industriemassstab in Betrieb. Diverse Batches mit unterschiedlichen Biomassen werden auf der Industrieanlage HTC-0 durchgeführt. AVA-CO2 baut weltweit erste HTC-Industrieanlagen. Weitere kommerzielle HTC-Anlagen werden durch AVA-CO2umgesetzt.

1913 1931 1991 2006 2009 2010 2011 2012 2013

Juni 2012 6

WIE SIEHT UNSERE INDUSTRIELLE UMSETZUNG AUS?

Pilotanlage K3-335 Industrieanlage HTC-0


Juni 2012 7

WELTWEITE ERSTE KOMMERZIELLE HTC-ANLAGE IN RELZOW, DEUTSCHLAND

Auftraggeber: Antora Power Technology AG 1)

Grösse der Anlage: 2 HTC-Reaktoren (Phase I) 6 HTC-Reaktoren (Phase II) 12 HTC-Reaktoren (Phase III) 48 HTC-Reaktoren im Endausbau

Substrat: Schilfgras aus Paludikulturen 8'000 t/a (4’000 TS t/a) (Phase I)

Biokohleproduktion: 2’664 t/a (Phase I)

Kurzbeschrieb: Auf dem Gelände des ehemaligen DDR Militärdepots (total 67ha) bei Relzow, Murchin (Mecklenburg-Vorpommern) entsteht seit März 2011 ein Zentrum für erneuerbare Energien. Nebst der HTC-Anlage setzt die Betreiberin Eurosolid Energie GmbH auf Photovoltaik und Nutzung der Windkraft.

Nach erfolgter Inbetriebnahme von 2 HTC-Reaktoren am 20.09.2012, wird die Anlage sukzessive auf 6, 12 und 48 HTC-Reaktoren erweitert.

1) Antora Power Technology AG is eine 100% Tochtergesellschaft von Eurosolid Energie GmbH

Juni 2012 8

WAS SIND DIE EINFLÜSSE VON HTC AUF DIE CO2-KREISLÄUFE?

CO2-neutral AVA cleancoal als Brennstoff

CO2-negativ AVA biochar als Bodenver-besserer

Industrielle Biomasse Biertreber Zum Beispiel

Brauerei

AVA-CO2 HTC-Anlage

Fossiler Brennstoff wird ersetzt

108 Bertram Anderer

Juni 2012 9

AVA-CO2 HTC-ANLAGE: DIE BETRIEBSEINHEITEN

2

5

7Zwischen-Tank

Zwischen-Tank

5

3

23

33

4

3

4

3

Betriebseinheit 100 Biomasse Vorbereitung / Einbringung Betriebseinheit 200 Prozess-Beschickung und Vorwärmen Betriebseinheit 300 HTC Prozess Reaktoren Betriebseinheit 400 Prozess Auslass und Kühlung Betriebseinheit 500 Produkt und Wasser Separation

2

3

4

5

Betriebseinheit 600 Produktkonditionierung u. Lagerung Betriebseinheit 700 Prozess Wasser Vorbehandlung Betriebseinheit 800 Abwasseraufbereitung Betriebseinheit 900 Hilfsbetriebe

7

Juni 2012 10

DER PROPRIETÄRE AVA-CO2 HTC MULTI-BATCH PROZESS

• Skalierbar

• Zuverlässig

• Robust

• Bewährt


Juni 2012 11

WER IST AVA-CO2?

Erste kommerzielle HTC-Anlage zur Zeit im Bau. Forschungskooperationen mit zwei Universitäten: ZHAW und KIT. 25 Mitarbeiter aus 6 Nationen in Zug und Karlsruhe. Auf unserer Website kommen die Besucher aus 87 verschiedenen Ländern. Gründung AVA-CO2 Schweiz AG. Oktober 2010 Inbetriebnahme der ersten HTC-Anlage im industriellen Massstab. Inbetriebnahme der weltweit ersten kommerziellen HTC-Anlage. Zu 100% in Privatbesitz.

1 2 25 87 2009 2010 2012 100%

Juni 2012 12

AVA cleancoal

M I K EMultiplikator

Brauerei Zucker Zitrus Palmöl andere

WAS IST UNSERE STRATEGIE?

Hybrid Pellets Biokoks-Kohle

Zement / MVA*

Strom / Wärme

Gasifizierung Thermische Energie

Spezielle Anwendungen Entsorgung

Industrie Kommunen Eigene Anlagen

*Müllverbrennungsanlage

Pellets Kohlestaub

SynGas

110 Bertram Anderer

Juni 2012 13

AVA-CO2 HTC-ANWENDUNGSDIAGRAMM

Biomasse 1

Biomasse 2

Biomasse 3

Biomasse 4

Menge Charakt. Behand. Kosten

Versorgung

Prozesswasser

Biokohle 1 (Rezept 1,2)



• Strom• Dampf • Wärme

AVA-CO2HTC-Anlage

€€€

€€

€ • CSB• DOC




Die folgende Grafik zeigt die AVA-CO2 HTC-Anwendungen von der Biomasse über den Betrieb bis zum Endprodukt AVA cleancoal®

Juni 2012 14

ZUSAMMENFASSUNG: WAS BIETET AVA-CO2?

Robuste Technologie welche heute verfügbar ist.

Skalierbare Anlagen.

Hohe Flexibilität betreffend Biomassen welche verarbeitet werden können.

Unterschiedliche Partnerschaftsmodelle.

Schnelle Umsetzung von «engineering» über «turn key» bis zu «BOT» (build, operate, transfer).

Effizienteste «Biomass to Energy» Technologie für nasse Biomassen mit Kohlenstoff-Effizienz von über 90%.

Enormes, weltweites Potenzial.

Attraktive Renditen von 8 – 15%.


Hydrothermale Carbonisierung

Juni 2012 15

AVA-CO2 Schweiz AG Phone +41 41 727 09 70 Baarerstrasse 20 Fax +41 41 727 09 79 CH-6300 Zug Mail [email protected] Switzerland Web www.ava-co2.com

Deponien – Standorte für Windkraftanlagen?

Keywords: Windkraftanlagen, rechtliche und technische Rahmenbedingungen, Repowering

Zusammenfassung:Der Bau von Windkraftanlagen auf stillgelegten Deponien ist eine mögliche Folge-nutzung. Die standortbezogenen Besonderheiten führen zu erhöhten Anforderungen an die Planung und Entwicklung. Im Beitrag wird auf die rechtlichen und technischen Voraussetzungen eingegangen und die Auswirkungen auf den Invest und Wirt-schaftlichkeit des Anlagenbetriebs erläutert.

Kontakt:Dipl. Ing. Sabine PierauRegionalleiterin Baden-Württembergjuwi Wind GmbHTel.: +49-721 4999341E-Mail: [email protected]

Dipl. Ing. Sabine Pierau, juwi Wind GmbH

114 Sabine Pierau

1 Firmenvorstellung

juwi zählt zu den weltweit führenden Spezialisten für erneuerbare Energien mit starker regionaler Präsenz. Das Ziel: 100 Prozent erneuerbare Energien. Unser Antrieb: Mit Leidenschaft erneuerbare Energien wirtschaftlich und zuverlässig gemeinsam durchsetzen. Von der Standortsuche über Planung, Realisierung und Finanzierung bis hin zur Betriebsführung – juwi ist der kompetente Partner für die Energiewende mit regionalen Schwerpunkten.

Gegründet wurde juwi 1996 von Fred Jung und Matthias Willenbacher in Rheinland-Pfalz. Heute beschäftigt das weltweit tätige Unternehmen mehr als 1.800 Mitarbeiter in 15 Ländern. Zu den Geschäftsfeldern der juwi-Gruppe zählen neben Solar-, Wind- und Bioenergie auch Wasserkraft und Geothermie sowie Green Buildings und Elektromobilität. Eine eigene Forschungsabteilung (juwi Research & Development) entwickelt Lösungen und Komponenten, um Strom aus erneuerbaren Energien noch günstiger zu machen.

Bislang hat juwi im Windbereich rund 585 Windenergie-Anlagen mit einer Leistung von etwa 950 Megawatt realisiert; im Solarsegment sind es mehr als 1.500 PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 1.000 Megawatt. Diese Energieanlagen erzeugen pro Jahr rund 3,5 Milliarden Kilowattstunden Strom; das entspricht dem Jahresbedarf von etwa einer Million Haushalten. Im Bioenergie-Bereich kann juwi zahl-reiche Referenzen für Holzpellets-Produktionsanlagen, Biomassekraft- und heizwerke, Biogasanlagen und Nahwärmenetze mit Contracting-Lösungen aufweisen. Für die Realisierung dieser Projekte hat juwi in den vergangenen 16 Jahren ein Investitions-volumen von rund vier Milliarden Euro initiiert.

Die juwi-Gruppe verfügt über Niederlassungen in Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Tschechien, Griechenland, Polen, Bulgarien, Großbritannien, Indien, Singa-pur, Südafrika, Chile, den USA und Costa Rica. In Deutschland existieren Niederlas-sungen und Regionalbüros in zwölf Bundesländern; in Baden-Württemberg ist das Unternehmen durch ein Regionalbüro in Stuttgart-Nellingen und kleinere regionale Stützpunkte in Karlsruhe, Freiburg und Ulm vertreten.

2 Folgenutzung: Windkraft

2.1 Standortbezogene Aspekte

Bei der Prüfung, ob die Realisierung von Windkraftanlagen auf einer Deponie mög-lich ist, sind zunächst die folgenden grundlegenden Voraussetzungen zu klären:

115

• Art der Deponie (Hausmüll, Erdaushub etc.)?• Alter der Deponie (Letzter Einbau)?• Art der Oberflächenabdichtung?• Höhe des Müllkörpers? Setzungsproblematik!• Ausgasung – Sicherheit!• Gründung (Einrichtungen zur Nachjustierung)

Die Klärung der genannten Voraussetzungen hat maßgeblichen Einfluss auf die standortbezogene Planung und den nötigen Aufwand für die Projektrealisierung.

2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen

Regionalplanung – Flächennutzungsplanung – Abfallrecht

Deponien sind in der Regel keine Windvorranggebiete (ROP) und daher je nach den rechtlichen Vorgaben des Bundeslands oft Ausschlussgebiete für Windkraft; das heißt, die rechtliche Voraussetzung für die Realisierung muss erst geschaffen werden.

In Baden-Württemberg wurde von der grün-roten Landesregierung 2012 eine Ände-rung des Landesplanungsgesetzes vorgenommen. Danach erarbeitet die Regional-planung Vorschläge für Vorranggebiete, ohne dass die übrigen Flächen automatisch als Ausschlussgebiete definiert sind. Die einzelnen Gemeinden sind in die Lage versetzt worden, über die Erstellung eines Flächennutzungsplans weitere Flächen für die Windkraft auszuweisen bzw. Windparks nach §35 des BauGB (Privilegierung der Windkraft im Außenbereich) zu genehmigen.

Darüber hinaus sind die Vorgaben des Abfallrechtes zu betrachten. Geklärt werden muss, ob der Bau einer Windkraftanlage eine wesentliche Änderung der Deponie-nutzung bzw. des Deponiebetriebs darstellt. In diesem Fall wäre eine Genehmigung nach §31 KrW-AbfG (Planfeststellungsverfahren) erforderlich.

Antrag nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz

Grundsätzlich: Windkraftanlagen werden nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz genehmigt.

Zu dem Genehmigungsantrag gehören neben den technischen Einzelheiten der An-lagen und genauen Lageplänen in der Regel folgende Gutachten:


116 Sabine Pierau

• Schallgutachten• Schattengutachten• Avifaunistische Gutachten (Vögel)• Fledermausgutachten• Landschaftseingriff (UVP)• Zustimmung der Wehrbereichsverwaltung• Zustimmung der Deutschen Flugsicherung• Externe Ertragsgutachten• Abklärung öffentlicher Radar und Richtfunk• Ausgleichsmaßahmen

Die Zeitdauer für das Erstellen der Unterlagen für den Genehmigungsantrag be-trägt ungefähr 1 – 1,5 Jahre; insbesondere die Erstellung der naturschutzfachlichen Gutachten ist dabei sehr langwierig. Ob und in welchem Umfang die naturschutz-fachlichen Gutachten für den Standort Deponie erforderlich sind, ist vorab mit der zuständigen Genehmigungsbehörde i.d.R. dem Landratsamt abzustimmen.Grundsätzlich kann bei einem Standort auf einer Deponie von folgenden Vorteilen ausgegangen werden:

• Großer Siedlungsabstand• Schallproblematik untergeordnet• Schattenproblematik untergeordnet• Wenige Restriktionen zu erwarten wie• Naturschutzgebiet, FFH-Gebiet, spa, Landschaftsschutzgebiet etc.• Vorbelastung Landschaftsbild

2.3 Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

Die Vergütung der eingespeisten elektrischen Energie erfolgt nach dem Erneuerbare Energiegesetz (EEG), Stand 1.1.2012.Wesentliche Festlegungen sind in den folgenden Paragraphen enthalten:

§ 20 – DegressionDie jährliche Degression der Vergütung für Windstrom beträgt 1,5 % ab dem 1.1.2013.

§ 29 – Vergütung für WindenergieFür Strom aus Windenergie beträgt die Vergütung 4,87 cent/kWh (Grundvergütung).Abweichend von Punkt 1 beträgt die Vergütung in den ersten 5 Jahren 8,93 Cent/kWh (erhöhte Anfangsvergütung). Diese Regelung wurde vom Gesetzgeber eingeführt, um auch an windschwachen Standorten noch Windkraft zu ermöglichen.

117

Der Zeitraum, in dem die erhöhte Anfangsvergütung maßgeblich ist, kann in Ab-hängigkeit des Ertrags verlängert werden – in Baden-Württemberg bleibt diese Ver-gütung aufgrund der relativ niedrigen Erträge für den gesamten Zeitraum von 20 Jahren bestehen.Die Anfangsvergütung erhöht sich zusätzlich um 0,48 cent/kWh für Anlagen, die vor dem 1.1.2015 ans Netz gehen (SDL-Bonus).

§ 30 – Vergütung für Windenergie RepoweringFür Strom aus Windenergieanlagen (WEA), die in ihrem Landkreis oder in einem angrenzenden Landkreis Anlagen ersetzen, erhöht sich die Anfangsvergütung um 0,5 Cent/kWh, wenn• Die Inbetriebnahme der Altanlage vor dem 1.1.2002 erfolgt ist.• Ein Vergütungsanspruch nach EEG für die Altanlage besteht.• Die Repoweringanlage mindestens die doppelte Leistung wie die Altanlage aufweist.• Die Anzahl neuer Anlagen kleiner/gleich der Anzahl der alten Anlagen ist.

2.4 Voraussetzung: Wind

Die wichtigste Vorausetzung für die Realisierung von Windkraftanlagen ist eine aus-reichendes durchschnittliches Windaufkommen, die sog. Windhöffigkeit. In der Re-gel sollte die durchschnittliche mittlere Jahreswindgeschwindigkeit bei mindestens 5,5 m/s in 100 m Höhe über GOK liegen.

Bild 1: Energiekonzept der Deponie mit Einbeziehung externer Anlagen


118 Sabine Pierau

Auf der Abbildung ist deutlich zu sehen, dass nur die Deponie West in diesem Be-reich von Karlsruhe eine ausreichende Windgeschwindigkeit nach dem Baden-Württembergischen Windatlas aufweist.

2.5 Finanzierung und Versicherung

Eine wesentliche Aufgabe der Projektentwicklung ist die Finanzierung des Vorha-bens. Es ist nicht auszuschließen, dass die finanzierenden Banken aufgrund des ungewöhnlichen Standortes erhöhte Anforderungen stellen, und z.B. einen höheren Anteil an Eigenkapital fordern. Außerdem ist zu erwarten, dass die Risiken, die mit der Errichtung auf dem Standort „Deponie“ gesehen werden, über gesonderte Ver-sicherungen abzudecken sind.

Die Versicherungen wiederum werden ihr eigenes Risiko durch entsprechende Versicherungsprämien abdecken. Von Seiten der Planung ist deshalb von einem aufwendigen, den Anlagenbetrieb begleitenden Überwachungsprogramm auszugehen, dass sich insbesondere mit dem Risiko des Baugrunds auseinandersetzt.

Es ist, in Abhängigkeit des vorhandenen Untergrunds, sicherzustellen, dass die WEA-Fundamente regelmäßig auf Setzungen untersucht werden, um eine Schief-stellung der WEA aufgrund von unterschiedlichen Setzungen des Fundaments rechtzeitig zu erkennen. Von technischer Seite besteht die Möglichkeit, eine Schief-stellung in beschränktem Umfang durch ein Nachjustieren zu kompensieren.

3 Repowering am Beispiel der Deponie West

3.1 Voraussetzungen für das Repowering

Auf der Deponie Karlsruhe stehen derzeit 3 Windkraftanlagen.

Bild 2: Luftbild der Deponie West mit 3 Windkraftanlagen und einem Solarfeld

119

Anlage Leistung Inbetriebnahme

WKA 1 750 kW (RD 52 m; NH 65 m)

1999

WKA 2 750 kW (RD 52 m; NH 73,9 m)

2000

WKA 3 1.500 kW (RD 77 m; NH 85 m)

2003

Zum Vergleich: Aktuelle

Windkraftanlagen

ca. 3.000 kW (RD 110 m; NH ca. 150 m)

Erläuterung RD: Rotordurchmesser NH: Nabenhöhe

WKA: Windkraftanlage

Unter dem Begriff Repowering wird der Ersatz bestehender WEA durch neue und leistungsfähigere WEA zusammengefasst.Das Repowering wird vom Gesetzgeber im EEG 2012 § 30 ausdrücklich gefördert, sofern bestimmte Randbedingungen eingehalten werden, vgl. Kapitel 2.3.Bezogen auf die Deponie West in Karlsruhe sind folgende Konsequenzen festzu-halten:Es sind lediglich 2 der Anlagen (WKA1 und WKA2) für ein Repowering geeignet. Die dritte und jüngste Anlage, WKA3, wurde erst 2003 in Betrieb genommen. Bei einem Austausch dieser Anlage würde der Repoweringbonus der eingespeisten elektri-schen Energie durch das EEG entfallen.

Windenergieanlagen müssen in Abhängigkeit vom Rotordurchmesser einen be-stimmten Mindestabstand einhalten. (Abstand in Hauptwindrichtung: 5 – 6 mal der Rotordurchmesser und in Nebenwindrichtung 3 mal Rotordurchmesser). Zum einen um den Ertrag der einzelnen Anlagen nicht durch gegenseitige Beeinflussung zu sehr zu verringern, zum anderen schaden die auftretenden Turbulenzen den Anlagen. Die Hersteller fordern daher die Anfertigung von Turbulenzgutachten, bevor sie die Halt-barkeit der Anlagen garantieren. Ob tatsächlich zwei der bestehenden Anlagen auf der Deponie West repowert werden können, ist daher noch zu prüfen.

3.2 Technische Daten moderner Anlagen

Auf der Deponie Karlsruhe stehen derzeit 3 Windkraftanlagen.


120 Sabine Pierau

Windkraftanlagen, die derzeit geplant werden, sind in der Regel der 2,5 bis 3 MW-Klasse zuzuordnen. Die Nabenhöhe beträgt ca. 140 – 150 m, der Rotordurchmesser liegt bei ca. 100 – 120 m. Die genauen Daten hängen vom Anlagentyp ab und vari-ieren je nach Hersteller.

Am Beispiel einer Anlage des Herstellers Kenersys Typ K110 werden einigen tech-nische Anlagendaten dargestellt:

• Rotordurchmesser 110m• Turmhöhe ohne Rotor: – 135 m (Hybridturm aus Stahlbeton im unteren und Stahl im oberen Bereich) oder – 95 m (Stahlrohrturm)• Gewicht des Maschinenhauses incl. Nabe und Rotor beträgt 152 to (Turmgewicht ist abhängig von der Turmhöhe und Bauart)• Transportfahrzeuge: Länge 60 m• Maximale Steigung der Zufahrstraßen• Biegeradien in den Zufahrtstraßen, siege Bild 3• Kranstellfläche als möglichst ebener Bereich, der für die Montage und Durchfüh- rung von Wartungsarbeiten benötigt wird, siehe Abbildung.• Fundamentfläche, siehe Bild 4.

In der technischen Planung ist die Eignung des Standorts Deponie in Bezug auf die geplanten Windenergieanlagen zu prüfen. Dabei ist zu nachzuweisen, ob die vor-handene Infrastruktur wie auch die Arbeitsfläche und die Zufahrt eine Realisierung zulassen oder ob Ertüchtigungsmaßnahmen erforderlich werden.

Das Ergebnis dieser Prüfung beinhaltet eine Aussage zur technischen Machbar-keit, mit entsprechenden Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Vorhabens.

Bild 3: Kurvenradien für die Kenersys K110


Bild 4: Kranstell- und Fundamentfläche für die Kenersys K110 (Angaben in m)

3 Fazit

Windkraft als Folgenutzung für Deponien kann eine interessante Option sein. Durch die exponierte in der Regel frei angeströmte Lage, die gegenüber dem Umland deutlich erhöht ist, bieten Deponien eine günstige Voraussetzung für die Windkraft-nutzung.

Eine Herausforderung beim Bau der Anlagen ist die Gründung. Auch bei den drei bestehenden Anlagen auf der Deponie West sind innovative Lösungen erfor-derlich gewesen, um die Realisierung zu ermöglichen. Bei Hausmülldeponien ist aufgrund der lange währenden organischen Abbauprozesse mit besonders großen Setzungen zu rechnen. Die Erstellung auf Erdaushubdeponien ist dagegen mit weit-aus geringeren Aufwendungen möglich.

Geprüft werden muss, ob die großen Lasten der Windenergieanlagen aufge-nommen werden können, ohne dass ungleichmäßige Setzungen entstehen. Die gewählten Fundamente sollten daher nachjustierbar gestaltet sein, um Setzungen ausgleichen zu können.

Beim Bau von Windenergieanlagen auf Deponien sollte auch die Abklärung der Finanzier- und Versicherbarkeit in einem sehr frühen Stadium erfolgen, um durch besondere bauliche Lösungen noch auf die Erfordernisse der Banken und Versiche-rungen eingehen zu können.


Vom Müllberg zum Energieberg

Kontaktadresse:Dr. Thomas SchnepfStadtwerke KarlsruheHans-Sachs-Str. 976133 KarlsruheTel.: +49-721-984530 Fax: +49-721-9845399E-Mail: [email protected]

Dr. Thomas Schnepf1

1 Stadtwerke Karlsruhe, Germany

124 Thomas Schnepf

Inhalt: - Regenerative Anlagen auf dem Müllberg - Die Solaranlage - Betriebserfahrungen - Sonstige Aktivitäten Dr.-Ing. Thomas Schnepf

Vom Müllberg

zum Energieberg

Der Müllberg

Ausgangsituation:

Eingeschränkte Deponiegasnutzung durch Mitverbrennung im HKW-West bis ca. 1990

125

Schritt 1: Verbesserung der Deponiegasnutzung

Auslöser:

Stilllegung von alten Kesselanlagen im HKW-West

Grossfeuerungsanlagenverordnung im Jahr 1993

Verwertungspflicht des Deponiegases

Mögliche Verwertungskonzepte:

Umbau einer Kesselanlage im HKW-West

Eigene Verwertungsanlage im HKW-West

Dezentrale Verwertung mit BHKWs auf der Deponie direkt

Deponie West -Technik

•  3 Gasmotoren

(je 350 kW)

•  > 8 Mio kWh/a el.

•  > 4 Mio kWh/a th.

•  CO2 Minderung

10.000 t


126 Thomas Schnepf

Deponie West (Müllberg = Energieberg)

Bis 2009: 3 Gasmotoren je 375 kW el

Ab 2010: 2 Gasmotoren je 375 kW rund 6 Mio. kWh/a el. rund 3 Mio. kWh/a th. CO2 Minderung rd. 10.000 t

Schritt 2: Vom Müllberg zum Energieberg

WKA I & II 750 kW el • Inbetriebnahme Dez. 99 / Juli 2000 • Typ Seewind 52/750 • Rotordurchmesser 52 m • Turmhöhe 65 und 74 m • Invest je 850 TEuro

WKA III 1,5 MW el. • Inbetriebnahme Apr. 02 • Typ Fuhrländer MD 77 • Rotordurchmesser 77 m • Turmhöhe 85 m • Leistung 1,5 MWel • Einschalt-Windgeschwindigkeit 3,0 m/s • Nenn-Windgeschwindigkeit 11,0 m/s • Abschalt-Windgeschwindigkeit 20,0 m/s • Gesamtgewicht 256 t • Invest 2 Mio Euro

Hofgut Maxau 110 kW el Inbetriebnahme April 97 • Typ Seewind 20/110 • Rotordurchmesser 20 m • Turmhöhe ca. 35 m

127

Die drei Windräder auf dem Energieberg mit Bürgerbeteiligung

§  1999 erste Windkraftanlage mit einer Leistung von 750 kW

§  2000 baugleiche zweite Anlage

§  2003 drittes Windrad mit doppelter Leistung:1.500 kW

§  jährliche Stromerzeugung insgesamt 4,5 Millionen Kilowattstunden

§  520 umweltbewusste Bürger beteiligen sich

Schritt 3: Vom Windmühlenberg zum Energieberg

Vielfacher Wunsch eines Einzelnen:

Grosse PV-Anlage auf dem Südhang der Deponie-west


128 Thomas Schnepf

Solarpark I: Deponie West

432 kW,

First-Solar Cadmiumtellurid- Dünnschichtzellen 60 Modultische 120 Module je Tisch = 7200 Module 5.184 m² 60 Watt je Modul 432 kW el

Bau PV - Anlage Deponie West (1)

129




130 Thomas Schnepf

Bau PV - Anlage Deponie West (4) Sicherungskonzept

Betriebserfahrungen beim der PV-Anlage Deponie West

Positive:

Anfangs hoher spez. Ertrag

Grundsätzlich gute Begehbarkeit

Optimale Ausrichtung

Negative:

Verschmutzung durch Rheinhafen-Umfeld

Verschmutzung durch Bewuchs (z.B. Blütenstaub)

Verschattung durch Bewuchs (Brennnessel und Baumtriebe)

Schwierige Verhältnisse bei Pflege und Wartungsarbeiten durch Bewuchs und Hanglage Modulschäden durch versch. Ursachen, z.B. Vögel, Eisschlag Einbruch bei der Performance

131

Betriebserfahrung PV - Anlage Deponie West (2)

Bewuchs

Verschmutzung Module

Wechselrichter

Betriebserfahrung PV - Anlage Deponie West (2) Modulschäden


132 Thomas Schnepf

Monitoring im Internet www.karlsruher-sonnendaecher.de

Die Struktur der Projektgesellschaften

SWK-Regenerativ-GmbH & Co. KG – Solarpark N

Stadtwerke Karlsruhe GmbH 100%

Die Kommanditisten (Gesellschafter)

Anleger mit x Anteilen á 2.000,- €

SWK-Regenerativ-Verwaltungs-GmbH

Haftung Geschäftsführung

Die Komplementärin

133

Der Solarpark I: ca. 180 Anteilseigner, ca. 2 Mio. € Gesellschaftskapital

Standort Leistung (kWp)

Ertrag [kWh/a]

Modultyp (verbaute Fläche)

Deponie West 432 400.000

Cadmiumtellurid-Dünnschichtzellen (5.184 m²)

HS Karlruhe – für Technik und Wirtschaft 3 x 43 120.000 Monokristallin (3x 272 m²) Walter-Eucken-Schule 35 33.000 Polykristallin (275 m²)

SWK Bau 13 19 17.000 Polykristallin (154 m²)

Klinikum Gebäude D 49 45.000 Polykristallin (370 m²) Europäische Schule 63 60.000 Polykristallin (485 m²) VBK (Teilanlage Solution) 64 60.000 Cadmiumtellurid-Dünnschichtzellen

(737 m²) VBK (Teilanlage IGATEC) 45 40.000 micro-amorphe Tandem-Silizium-

Dünnschicht-Module (557 m²)

Summe 836 775.000 8.578 m²

Solarpark I / VBK (3 Teilanlagen): VBK-Betriebshof West

64 kW, Cadmiumtellurid-Dünnschichtzellen (737 m²) und

45 kW, micro-amorphe Tandem-Silizium-Dünnschicht-Module (557 m²)


134 Thomas Schnepf

Entwicklung der Photovoltaik in Karlsruhe installierte Anlagenleistung: heute rd. 18 MW Anzahl: rd. 1.000

0,00

2.000,00

4.000,00

6.000,00

8.000,00

10.000,00

12.000,00

14.000,00

16.000,00

< 2000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Jahre

Inst

allie

rte

Lei

stu

ng

in k

Wp

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

An

zah

l

kWp gesamt Anzahl gesamt

Events auf dem Energieberg

Tag der Erneuerbaren Energien

SCHÜLER AUF DEN ENERGIEBERG Ø 40 Schulen Ø 1000 Schüler SWKa in Zusammenarbeit mit


Regenerative Energieerzeugungsanlagen in Karlsruhe

über 1.500 thermische Solaranlagen (Förderprogramm SWK) Über 700 Photovoltaik-Anlagen - Sonnendach SWK-Verw., 50 kW (erste Bürgerbeteiligungsanlage 1999) -  Solarpark I, 840 kW, 10 Anlagen - Solarpark II, 540 kW, 6 Anlagen - Solarpark III, ca. 1400 kW, ca.10 Anl. - ZKM, 100 kW, 1997 (Gleichstrom für Straßenbahn) Deponiegasverwertung-West - 2 BHKWs, je 375 kWel - Abwärmenutzung für Straßenbahndepot Deponie Ost - Deponie- und Biogasverwertung - Restholzkessel - Abwärmenutzung für ein Wohngebiet

2 Wasserkraft-Anlagen - Appenmühle, max. 40 kW - Obermühle, max. 45 kW

5 Windkraft-Anlagen - Hofgut Maxau, 110 kW - Deponie West, 2 *750 kW, 1*1.500 kW - Schule Kleinstanlage

Ca. 150 Wärmepumpen (insbes. Förderprogramm SWK)

ZKM-Anlage



Dezentrale Energieversorgung

Zusammenfassung:Die Energiewende ist auf die Nutzung aller verfügbarer ökologischer Ressourcen angewiesen. Gerade Kleinwindräder sind ideal für eine ergänzende dezentrale Energieunterstützung geeignet. Die Möglichkeiten der Kleinkraftenergien sind ins-gesamt unterschätzt und weisen noch viel Entwicklungspotential auf.

Insbesondere die vorhandene Infrastruktur lässt sich durch ergänzende Energie-gewinnung effektivieren. Vorhandene Strommasten oder Zuleitungen zu PV-Anlagen werden uneffizient genutzt und bieten ein wirtschaftliches Optimierungspotential.

Kontakt:Dipl.-Ing. Wolfgang FreyArchitektSilberbrunnenstraße 24D-79353 Bahlingen a.K.Käthe-Kollwitz-Straße 18 D-79111 Freiburg

Tel.: +49-7663-9384-0Fax: +49-7663-9384-23E-Mail: [email protected]: www.architekten-frey.de

Dipl.-Ing. Wolfgang Frey, Freiburg, Germany

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Dezentrale Energieversorgung am Beispiel Kleinwindkraftanlagen

Nachhaltige Architektur baut auf klugem Energiemanagement auf. Die Grundsäulen bilden hierbei der sparsame Umgang mit den Ressourcen, dessen oberstes Ziel, die Reduzierung der unnötigen Energieverschwendung ist und der individuell und vor Ort beizutragende Anteil zum Energieverbrauch durch dezentrale Energiepro-duktion.

Neben Photovoltaik, Erdwärme, kinetischer Energie (Aufzugsabfahrt), Körperwärme und Trinkwasserturbine stehen Kleinwindkraftanlagen zur Verfügung.

Das Potential, insbesondere von Kleinwindkraftanlagen, ist noch lange nicht aus-geschöpft. Durch Synergieeffekte können mit diesem Energiebereich erhebliche Fortschritte gemacht werden.

Frey-Architekten haben an verschiedenen Standorten, in realen Versuchsanordnungen neue Konzeptionen erprobt. Hierbei ergeben sich unterschiedliche Situationen:

a) Auf Häusern: Die einfachste Variante, weil der Strom gleich ins Netz einge-speist, bzw. im Haus verbraucht werden kann und, weil durch die Montage auf dem Dach, das Windrad gleich in einer Höhe ist, wo tendenziell viel mehr Wind weht als auf dem Boden. Probleme: Je nach Windrad bzw. Montage, macht das Windrad Geräusche (da es bisher keinen großen Markt gibt, besteht noch ein erhebliches Entwicklungspotential).

b) Auf Bäumen: Insbesondere im ländlichen Raum sind damit erhebliche Kosten für Mast und Fundament zu sparen und die Windradplatzierung ist trotzdem in großer Höhe möglich. Problem: Nur Bäume, die deutlich über die anderen Baumwipfel hinaus-ragen, können wegen Verwirbelung im unteren Kronenbereich genutzt werden und wenn der Baum irgendwann gefällt wird, muss das Windrad umgesetzt werden. Naturliebhaber haben Hemmungen einen Baum so zu „miss“-brauchen.

c) Auf Strommasten: Unser Versuchsmast (20 kV Leitungsmast) steht nun schon seit 10 Monaten. Wir mussten am Anfang nachbessern aber seither gibt es keine statischen Probleme mehr. Die Windradmontage auf einem Strommast hat sich als ingenieurtechnisch lösbare Aufgabe erwiesen. Natürlich sind die Anforderungen von der Leistung des Windrades abhängig.

Die Fragen sind: Kann das Windrad gewartet werden, ohne dass die Stromleitung abgeschaltet werden muss? Ja, indem das Windrad mit einem Bajonettverschluss montiert wird. Ein Autokran hebt das vormontierte Windrad nach oben und führt es, mittels Auf-

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nahmeflansch, in eine Halterung ein. Kontaktgleitschienen stellen den elektrischen Kraftschluss her. Nach einer vordefinierten Laufzeit wird das Windrad, gegen ein generalüberholtes, turnusgemäß ausgetauscht. Dieses Verfahren stammt aus der Luftfahrt und ist dort gebräuchlich.

Wie kann der Strom geleitet werden. Stand heute gibt es drei Antworten:Entweder werden die Strommasten verwendet, die im Umfeld einer Umspannstation stehen so dass mit einer separaten Freileitung der Strom zur Umspannstation ge-führt wird.

Oder, der Strom wird über eine separate Gleichstromfreileitung über mehrere Strommasten gesammelt. Durch diese Gleichstromfreileitung kann der Strom ver-lustfrei gesammelt werden, um ihn dann mittels Trafo, ins Netz einspeisen zu können.

Oder drittens: Das Fraunhofer-Institut hat in Freiburg einen Siliziumkarbittransistor entwickelt, der heute schon in der Lage ist, geringe Strommengen (z.B. aus Solar-anlagen) ins 20 KV Netz einzuspeisen. Diese Technik könnte für Windkraftstrom weiter entwickelt werden.

Als Gegenargument höre ich immer wieder, dass die Strommasten dafür nicht ge-eignet seien. Auf sehr vielen Strommasten wurden aber Handy-, TV- oder sons-tige Funkumsetzer montiert. Viele Masten werden verstärkt, entweder weil sie durch Korrosion verstärkt werden müssen oder, weil eben eine zusätzliche Antenne neue Windlasten ergibt. Interessant dabei ist aber, dass all diese Sondernutzungen mit Spannungsebenen von 400 bis 600 Volt betrieben werden – genau der Energie, welche Kleinwindräder liefern. Wenn es machbar ist, diesen Strom zum Mast hin-zubringen wieso ist es dann nicht möglich den Strom vom Mast wegzubekommen?

Bleibt die grundsätzliche Frage: Wieso überhaupt Kleinwindräder auf Strommasten? 60% der Kosten bei Windkraft entfallen auf Mast und Fundament. Deshalb ist dort durch Synergieeffekte ein großes wirtschaftliches Kapital verborgen. Niemand würde einen 40 m hohen Masten für Kleinwindräder finanzieren. Die Verstärkung der vorhandenen Masten ist wesentlich kostengünstiger. Der größte Vorteil liegt aber in der Genehmigung. Jedes Windrad stellt einen Eingriff in die Natur dar. Jedes Großwindrad muss sich einer Abwägung zwischen Nutzen und mögli-chen Bürgereinsprüchen stellen. Strommasten sind zu tausenden vorhanden und eine zusätzliches Windkraftrad stellt eine ökologische Zusatznutzung dar. Der individuelle Eingriff bleibt gering und durch den enormen Multiplikator stellt sich eine ernstzunehmende Gesamtgröße dar. (50.000 Masten mal 10 kW sind 500.000 kW. In Deutschland gibt es mehrere 100.000 Masten.)

Durch den geringen Anlaufwiderstand der Kleinwindräder (wg. geringer Massen-trägheit), können diese schon bei Schwachwind Stromerträge generieren. Werden sie in der Höhe, in der sonst nur Großwindräder montiert werden aufgestellt, können


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sie ein anderes Windsegment nutzen als die Großwindräder, und stellen somit eine Ergänzung im Stromertragsprofil dar.

Ganz aktuell ergibt sich aber eine historische Chance ohnegleichen: Durch den beschlossenen Netzausbau werden Stromtrassen und mit ihnen Tausende neue Strommasten errichtet. Jeder dieser Strommasten muss ausgelegt, berechnet und hergestellt werden. Damit ergibt sich die Chance eine Auslegung mit Windrädern, beispielsweise in der 200 kW Leistungskategorie, zu wählen. Damit entsteht eine Energiemenge je Einheit deren Transformation ins Über-landleitungsnetz gegenüber den 10 kW Anlagen wesentlich wirtschaftlicher ist. Statisch gesehen ist die Konzeption eines solchen Masten unproblematisch (tausende Windradmasten erfüllen zuverlässig ihre Funktion) und technisch gesehen ist es unerheblich, ob ein Strommast ein Windrad trägt oder ein Windradmast Stromleitungen trägt.

Unsere gegenwärtige Konzeption der Weiternutzung der Deponie in Freiburg Eichel-buck sieht eine Reihe von Kleinwindrädern vor. Die von diesen Kleinwindrädern er-zeugte Energie stellt eine – im Vergleich zur bereits realisierten 2,5 MW PV Anlage – nur geringe Energiemenge dar. In der ökologischen Energieversorgung sind aber die Schwankungen der Einzelenergieerzeuger ein großes Problem, solange keine elektrischen Speichermöglichkeiten in größerem Stil vorhanden sind. Deshalb sind Ausgleichseffekte von großer Bedeutung. In Ergänzung zur Solarenergie wird des-halb Deponiegas mit Biogas gemischt und somit zur energetischen Nutzung aufbe-reitet. Mit den Kleinwindrädern soll überprüft werden, inwieweit ein paralleler Betrieb von Kleinwindrädern und Solaranlagen möglich ist, und überprüft werden, wie die Ressource Stromzuleitung effizienter genutzt werden kann. Diese (rohstoffbindende) Leitung wird selten mit ihrer maximal möglichen Kapazität genutzt, deshalb soll überprüft werden, inwieweit eine phasenverschobene Nutzung möglich ist.

Schlussendlich möchte ich die Frage nach meiner Motivation beantworten. Ich bin kein Windradhändler oder Verkäufer. Als Architekt, mit Schwerpunkt nachhaltige Architektur, versuche ich Antworten zu finden auf die drängende Frage der energe-tischen Versorgung unserer Städte. Kleinwindräder stellen für mich ein bisher unter-bewertetes Potential dar. Da es gegenwärtig keinen bedeutenden Absatzmarkt für Kleinwindräder gibt, gibt es auch kein industrielles Interesse und damit wenig Ent-wicklungsmotivation. Der massenhafte Einsatz von Kleinwindrädern würde die Pro-duktion eines standardisierten Produktes erlauben, das eine hohe Standfestigkeit bei geringen Kosten aufweisen würde. Stand heute kostet bei der Kleinwindenergie das kW 3000 bis 5000 EUR. Bei Serienproduktion könnte der Preis auf rund 1000 EUR je kW fallen – die Technik ist hinreichend einfach – was eine hohe Rendite für die Nutzung erwarten lassen würde.

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Ich bin davon überzeugt, dass wir es uns insgesamt nicht erlauben können, auf irgendetwas zu verzichten was CO

2-frei Energie erzeugt, und gerade die Unter-

schiedlichkeit verschiedener ökologischer Energieträger ist als Ausgleichseffekt von großer Bedeutung.

Montage Kleinwindturbine mittels halbautomatischem Bajonettverschluss


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Realversuch Strommast – Architekt Wolfgang Frey bei der Montage von Kleinwindrädern auf Hochspannungsmast

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Strommast und Kleinwindräder sind eine ideale Ergänzung. Seit einem Jahr ist der Versuch in Freiburg erfolgreich


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Kleinwindräder stellen eine ideale Ergänzung zu anderen ökologischen Energieerzeugern dar. Kleinwindrad neben PV-Anlage auf einem MFH in Freiburgs Vorzeigestadtteilen

Architekt Frey in China mit erfolgreichen Bemühungen zur Dezentralisierung der Energie-gewinnung

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Verstärkung Strommast um zusätzliche Funktion der Kleinwindrad-Energiegewinnung aufnehmen zu können

Baukran der mittels Kleinwindrad zur Energieversorgung auf einer Baustelle von Architekt Wolfgang Frey in Freiburg beiträgt


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Kleinwindräder unterstützen die dezentrale Energieversorgung der Gebäude von Architekt Wolfgang Frey

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Folgenutzung von Deponien

Berichtsband zur Tagung 2012

Kompetenzzentrum fürMaterialfeuchte (CMM)amKarlsruher Institut für Technologie(KIT)

www.cmm.kit.edu

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