GIG - Freiburg

Elektrociepłownia Vauban: Sprawność bliska ideału…
Autor: Piotr Olszowiec
(„Energia Gigawat” – nr 2/2012)
Jednym z najciekawszych i najpiękniejszych miast Niemiec jest liczący 225 000
mieszkańców Freiburg. W tym położonym na zachodnim krańcu Schwarzwaldu grodzie
historia nierozerwalnie łączy się z nowoczesnością, a mieszkańcy wyróżniają się
niekonwencjonalnym podejściem do problemów dnia codziennego. Według statystyk
meteorologicznych Słońce operuje tu najsilniej w całych Niemczech, dlatego od dawna region
słynie z uprawy winorośli.
Miasto założył książę Bertold III w 1120 r. nadając mu prawa wolnego handlu i pewnej
autonomii. Nazwa Freiburg w języku niemieckim oznacza dosłownie „ufortyfikowane miasto
wolnych obywateli”. Położony na przecięciu szlaków handlowych między Morzem
Północnym i Śródziemnym oraz Renem i Dunajem przeżył burzliwe okresy rozkwitu i walk o
własne prawa. W 1368 r. przeszedł pod władzę Habsburgów. W okresie tym pokaźne zyski
przynosiło górnictwo srebra, a w mieście liczącym blisko 9 000 mieszkańców było aż 30
kościołów i klasztorów. W 1457 r. założono tu cieszący się zasłużoną renomą Uniwersytet
Alberta Ludwiga. W XVI wieku gród nie przyłączył się do reformacji, pozostając silną
twierdzą katolicyzmu. Wtedy też „zasłynął” z niechlubnych polowań na czarownice,
rozpętywanych w poszukiwaniu winowajców licznych epidemii i klęsk. Z wojny 30-letniej
Freiburg, który wielokrotnie okupowały wojska austriackie, francuskie, szwedzkie,
hiszpańskie i poszczególnych księstw niemieckich, wyszedł zrujnowany z liczbą zaledwie
2000 mieszkańców. Nie były dla miasta łaskawe i czasy najnowsze. W 1938 r. przeżył
okropności „kryształowej nocy”, w 1940 r. - deportacje pozostałych przy życiu Żydów. Do
końca wojny był wielokrotnie bombardowany; na szczęście prawie nienaruszona ocalała
wizytówka miasta – wspaniała katedra średniowieczna. Po wojnie Freiburg, który wkrótce
odbudowano na planie średniowiecznego miasta, trafił do francuskiej strefy okupacyjnej.
Oprócz licznych zabytków jak wspomniana katedra, ratusz czy najstarszy hotel niemiecki
Zum Roten Bären, osobliwością starego grodu jest najdłuższa kolej linowa w kraju (3.6 km)
oraz niezwykły układ rynsztoków zwanych tu Bächle. Ulicami centrum spływa w nich czysta
woda z rzeki Dreisam. Dawniej służyła do celów przeciwpożarowych i pojenia bydła, obecnie
chłodzi otoczenie w upalne dni.
W ostatnich czasach Freiburg nie bez powodu zyskał miano "eco-city". Partia Zielonych
cieszy się tu wyjątkowym poparciem (sięgającym 25% w wyborach lokalnych). Mieszkańcy
słyną w kraju z dbałości o zdrowie i środowisko naturalne, co wyraża rymowane określenie
“cycling and recycling” (ang. kolarstwo i recykling odpadów). W przylegających
miejscowościach Vauban i Rieselfeld miłośnicy ekologii wdrożyli ambitne wzorce
zrównoważonego rozwoju lokalnych społeczności.
Dzielnicą Freiburga jest liczący 5000 mieszkańców Vauban, gdzie w latach 90. XX wieku
powstało osiedle – model zrównoważonego rozwoju i wykorzystania środowiska naturalnego.
Poprzednio w tym miejscu od II wojny światowej - do 1992 r. funkcjonowała francuska baza
wojskowa. Wszystkie nowe, wzniesione tu budynki odznaczają się wyjątkowo niskim
zużyciem energii. Część z nich posiada własne źródła ciepła i elektryczności pracujące w
skojarzeniu i opalane biomasą. Inne domy wyposażono w kolektory słoneczne lub panele
fotowoltaiczne. W Vauban funkcjonuje pierwsze w świecie osiedle, w którym
urzeczywistniono koncepcję PlusEnergy. Zakłada ona dodatni bilans energetyczny
poszczególnych domów tj. nadwyżkę wytwarzanej energii nad pobieraną z zewnątrz. Drugim
jej celem jest wyeliminowanie emisji zanieczyszczeń i dwutlenku węgla. W zbudowanych w
latach 2000-2005 budynkach uzyskuje się średnio 4000 EUR zysku ze sprzedanej czystej
energii elektrycznej. Użytkownicy domowych instalacji słonecznych podkreślają, że dodatni
bilans energetyczny ich gospodarstw nie odbywa się bynajmniej kosztem jakichkolwiek
ograniczeń. Prekursorem tej idei był Rolf Disch, który w swojej rezydencji „Heliotrope”
osiągnął w 1994 r. jako pierwszy nadwyżkę domowego bilansu energii. Tak korzystny efekt
użytkownicy technologii PlusEnergy zawdzięczają nie tylko własnej generacji elektryczności
i ciepła, lecz również ultraoszczędnym konstrukcjom budynków z wykorzystaniem okien o
trzech szybach, nowoczesnych materiałów izolacyjnych itp.
Troska o ekologię i oszczędność energii znalazły miejsce również w rozwiązaniach
transportu i komunikacji miejskiej. W Vauban mieszkańcy poruszają się głównie pieszo lub
na rowerach. Osiedle połączono z centrum Freiburga linią tramwajową przebiegającą wzdłuż
większości zabudowań – dzięki temu prawie wszyscy mieszkają dość blisko od przystanku.
Około 70% ludności nie używa na co dzień samochodów osobowych (!!!), przy czym odsetek
ten wciąż wzrasta. Dzielnicę przenika gęsta sieć ścieżek rowerowych, zaś stosunkowo
niewiele jest dróg dla pojazdów i miejsc parkingowych. Na wielu ulicach dopuszcza się
przejazd samochodów, lecz bez dłuższego postoju. Do dyspozycji posiadaczy samochodów w
Vaubam udostępniono wielopiętrowy parking na peryferiach miasta.
W ostatnim czasie kolejnym powodem do dumy mieszkańców Vauban stała się
supernowoczesna elektrociepłownia. W 2002 r. uruchomiono w tej dzielnicy kocioł opalany
biomasą, wspomagany w szczycie zapotrzebowania przez dalsze dwa kotły gazowe i olejowe.
Ze spalania odpadów drzewnych uzyskiwano 2.5 MWt, podobną wydajność cieplną miał
każdy z dwóch pozostałych kotłów. Mini-generator parowy dostarczał dodatkowo 240 kWe.
O ile instalacja biomasy spisywała się bez zarzutu, to silnik tłokowy napędzający prądnicę
sprawiał sporo problemów. Dlatego eksploatująca zakład firma Badenova Wärmeplus
dokonała w 2011 r. wymiany tego urządzenia na moduł kogeneracyjny napędzany silnikiem
gazowym MTU Series 4000. Jednostka ta stała się podstawowym źródłem zmodernizowanej
elektrociepłowni, zaś istniejąca instalacja oparta na biomasie drzewnej ma wspomagać ten
moduł w porze szczytowego zapotrzebowania na ciepło. Również pozostałe kotły (gazowy i
olejowy) są wprowadzane do ruchu jedynie przy najwyższym poborze ciepła. Wytwarzana w
gazowym zespole prądotwórczym energia elektryczna jest oddawana do sieci 20 kV. Budynki
w Vauban, jako doskonale izolowane termicznie, wykazują stosunkowo niski pobór ciepła na
ogrzewanie. Dlatego znaczną część generowanej energii cieplnej elektrociepłownia oddaje w
postaci gorącej wody użytkowej – około 14 GWh rocznie. Ponad połowę tej ilości dostarcza
moduł kogeneracyjny, pozostałą ilość wytwarzają “szczytowe” kotły na biomasę, gaz i olej.
Przy współpracy z ekspertami w elektrociepłowni Vauban zrealizowano program
modernizacyjny, który zapewnił podniesienie sprawności zakładu o kilka procent powyżej
poziomu typowych instalacji tego rodzaju. „Sercem” elektrociepłowni jest silnik gazowy
MTU Series 4000 w wersji 8-cylindrowej o mocy elektrycznej 850 kW. Projektowo tylko
40% energii zawartej w paliwie gazowym jest przetwarzane na energię elektryczną.
Wdrożone usprawnienia pozwoliły na znaczne zwiększenie stopnia odzysku pozostałej mocy
cieplnej (ok. 1150 kW) zawartej w mediach chłodzących, oleju i spalinach wylotowych. W
tym celu w strumieniu wylotowych spalin zabudowano dwa wymienniki ciepła. Za drugim z
nich temperatura spalin obniża się ze 120°C do 66°C oddając ciepło wodzie obiegowej
przychodzącej do elektrociepłowni z temperaturą 62°C. Następnie woda ta przepływa przez
chłodnice oleju i silnika gazowego, zwiększając swą temperaturę do ok. 67.5°C. Na koniec w
pierwszym ze wspomnianych wymienników spaliny wylotowe ogrzewają ją do 90°C. W ten
sposób sprawność elektrociepłowni osiąga 93%. Dla dalszego podniesienia tego wskaźnika
wykorzystano ciepło odpadowe z silnika gazowego i generatora – zamiast zezwolić
swobodnie uchodzić mu kanałami wentylacyjnymi, użyto je dla pompy cieplnej chłodzącej
strefę agregatu i wymienników ciepła. Pompa ta zapewnia dodatkowy odzysk aż 140 kW
mocy. Chłodzenie strefy agregatu jest szczególnie korzystne latem, gdy występują trudności z
utrzymaniem właściwej temperatury maszyny. Poza tym obniżanie temperatury wlotowego
powietrza chłodzącego silnik gazowy przez pompę cieplną podnosi sprawność pracy tegoż
silnika. Dzięki zastosowaniu pompy cieplnej udało się zwiększyć sprawność modułu
kogeneracyjnego o kolejne 3 punkty. Osiągana w Vauban rekordowa efektywność
wykorzystania energii pierwotnej paliwa gazowego na poziomie 96% (!!!) wyraźnie
przewyższa rezultaty uzyskiwane w innych nowoczesnych elektrociepłowniach gazowych.
Dla optymalizacji pracy tego źródła wzniesiono nieopodal zbiornik-akumulator ciepła o
pojemności 100 m3. Korzystając z tego zasobnika agregat może ograniczać pracę w reżimach
o niższych sprawnościach, co przynosi dalsze oszczędności paliwa gazowego.
W elektrociepłowni postawiono jeden komin o wysokości 24 m, przez który uchodzą
schłodzone spaliny o zawartości zanieczyszczeń o 50% niższej od rygorystycznych norm
niemieckich. Moduł kogeneracyjny zużywa rocznie o 1.8 mln litrów oleju i emituje 4200 t
CO2 mniej od porównywalnych siłowni tego rodzaju. Tym samym zmodernizowana
elektrociepłownia w Vauban stała się kolejnym ogniwem niemal perfekcyjnego modelu
zrównoważonego eko-rozwoju tej lokalnej społeczności.