Baustelle | Heizkraftwerk Berlin-Marzahn

Ab 2020 liefert das neue Heizkraftwerk Berlin-Marzahn Fernwärme und Strom für rund 150.000 Wohneinheiten. Für die Erreichung der Klimaschutzziele Berlins spielt, wie der Bau des neuen Kraftwerks zeigt, nicht zuletzt der Baustoff eine entscheidende Rolle.

Zentraler Bestandteil des Klimaschutzengagements Berlins ist die Modernisierung des Kraftwerkparks der Hauptstadt. In diesem Rahmen hatte das Land Berlin 2009 mit dem Berliner Energieversorger Vattenfall eine Klimaschutzvereinbarung getroffen, nach der der CO2-Ausstoß in der Stadt – auf Basis der Werte von 1990 – bis 2020 halbiert werden soll. Im Zuge dessen wird unter anderem derzeit am Standort Marzahn ein hocheffizientes Gas-und-Dampfturbinen-Heizkraftwerk errichtet. Mit der Inbetriebnahme des neuen Heizkraftwerkes Berlin-Marzahn wird das Klimaschutzengagement der Hauptstadt weiter optimiert werden können: Die neue Gas-und-Dampfturbinen-Anlage wird bei Kraft-Wärme-Kopplung einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent erreichen. Die Abwärme des Kraftwerks dient der Fernwärmeversorgung. Als Brennstoff für die neue Anlage wird Erdgas eingesetzt, das ohne Rückstände verbrennt und kaum Schwefeldioxid oder Staub freisetzt. Zur Minimierung der Stickoxid- und Kohlenmonoxidemissionen ist im Abhitzekessel ein Katalysator vorgesehen. Das Heizkraftwerk Berlin-Marzahn wird zu den effizientesten und umweltfreundlichsten Heizkraftwerken in Europa gehören. Nach ihrer Fertigstellung wird die neue Anlage über eine Kapazität von rund 230 Megawatt Fernwärme und rund 270 Megawatt Strom verfügen und wird in den kommenden Jahrzehnten die Aufgabe des Grundlastkraftwerks für die Versorgung des Ostteils der Stadt Berlin mit Fernwärme und Strom übernehmen.

Standort Berlin-Marzahn
Das rund 30.200 m² große Werksgelände des neuen Heizkraftwerkes liegt an der Rhinstraße/ Ecke Allee der Kosmonauten im Berliner Ortsteil Marzahn. Der Ortsteil im Berliner Bezirk Marzahn-Hellersdorf geht auf ein mittelalterliches Angerdorf zurück, das noch heute erhalten ist und unter Denkmalschutz steht. Bis Ende der 1980er Jahre entstand rund um das Dorf die als durchgrünte Stadtlandschaft konzipierte und realisierte Großwohnsiedlung Marzahn, die überwiegend in Plattenbauweise errichtet wurde. Für die Versorgung dieser Siedlung mit Fernwärme und der Marzahner Industriebetriebe mit Energie wurde 1970 auf diesem Werksgelände das erste Heizkraftwerk errichtet. Ursprünglich wurde hier sowjetisches Erdöl, später auch Müll verbrannt. Die Müllverbrennungsanlage schloss 1990, die verbliebene Stromerzeugungsanlage nahm Vattenfall 2010 vom Netz. Seither betrieb Vattenfall auf diesem Gelände ausschließlich Heißwassererzeuger. Der umweltgerechte Rückbau bestehender Anlagenteile, die zukünftig nicht mehr benötigt werden, erfolgte bereits in den Jahren 2011 und 2012. So wurde zum Beispiel ein 160 Meter hoher, weit sichtbarer Schornstein Stück für Stück rückgebaut. Der so entstandene Platz wird für den Neubau genutzt.

Projektbeteiligte
Im Dezember 2015 vereinbarte Vattenfall als Auftraggeber und die Siemens AG Power and Gas Division Energy Solutions Erlangen als Generalunternehmer den Neubau der Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage auf diesem Gelände. Am 11. Oktober 2017 wurde der Grundstein gelegt, die kommerzielle Inbetriebnahme ist für das Jahr 2020 vorgesehen. Die PORR Deutschland GmbH, Niederlassung München, ist verantwortlich für alle Rohbauarbeiten des Kraftwerks – unter anderem Bodenplatten, Turbinenfundamente, Treppentürme und Trafogebäude – sowie für die Planung und schlüsselfertige Errichtung der Leitwarte, des Bürogebäudes sowie des Lager- und Werkstattgebäudes. In ihrem Auftrag liefert die SCHWENK Beton Berlin-Brandenburg GmbH den für den Bau der Anlage erforderlichen Beton. Weitere Beteiligte der SCHWENK Baustoffgruppe sind die SCHWENK Technologiezentrum GmbH & Co. KG sowie die BFU Betonförderunion GmbH & Co. KG.

Der Gebäudekomplex
Vattenfall und der Bezirk legten großen Wert darauf, dass sich das neue Kraftwerk architektonisch gut in das bestehende Stadt- und Landschaftsbild einfügt. Der Energieversorger hatte daher gemeinsam mit dem Bezirk einen Wettbewerb für die Gestaltung des Neubaus ausgeschrieben. Das Gestaltungskonzept des Architektenbüros h4a Gessert + Randecker mit Glück Landschaftsarchitektur ging als Sieger aus diesem Wettbewerb hervor. Der Neubau wird derzeit auf der nordöstlich auf dem Kraftwerksgelände gelegenen Freifläche errichtet. Der größte Komplex besteht aus den Gebäuden Maschinenhaus Dampfturbine und Maschinenhaus Gasturbine, dem Kesselhaus mit Schornstein, dem Speisewasserpumpenhaus und dem Schaltanlagengebäude mit Treppentürmen. Weitere Gebäude umfassen die Bereiche Leitwarte, Gebäude für Nebensysteme, Gasverdichtergebäude, Verwaltungsgebäude sowie Lager- und Werkstattgebäude. Die Bauwerkshöhen liegen zwischen 25 und 39 m. Der höchste Treppenturm verfügt über eine geplante Höhe von 45,50 m, der Schornstein über eine Höhe von 67 m. Die Nebengebäude sind mit Höhen zwischen 5,65 m und 15 m geplant. Die Gebäude sind nicht unterkellert, die Einbindetiefen liegen zwischen 0,8 m und 4 m Tiefe unter Gelände. Die Bauwerke sind auf Fundamenten mit Stärken zwischen 0,80 m und 1,70 m plus einer Pfahlgründung über Betonbohrpfähle mit Durchmessern von 630 mm und 750 mm bei einer Tiefe von 20,19 m gegründet.

18.000 m³ Beton
Insgesamt werden bis zur Fertigstellung des Projekts ca. 18.000 m³ Beton verbaut werden. Dabei mussten, wie Jan Jurkutat, Vertriebsmitarbeiter der SCHWENK Beton Berlin Brandenburg GmbH erläutert, oftmals witterungsbedingte Anpassungen der Betone – eine höhere Druckfestigkeitsklasse (Wechsel von C30/37 auf C35/45) und eine veränderte Festigkeitsentwicklung (von mittel auf schnell) – vorgenommen werden. Je nach Bauteil wurden an die zu verarbeitenden Betone spezifische Anforderungen gestellt.

Zeitgleiche Betonagen
Da auf dem gesamten Baufeld verschiedene Abschnitte gleichzeitig erstellt wurden, war es erforderlich, zeitgleiche Betonagen an verschiedenen Orten auf der Baustelle vorzunehmen. Der größte geplante Betonierabschnitt auf der Baustelle umfasste eine Tagesleistung von ca. 1.000 m³ Beton. Um den Witterungs-und Logistikbedingungen entsprechen zu können, wurden Großbetonagen auf aufeinanderfolgende Tage verteilt, die Klettervorgänge der Treppentürme erfolgten im Wochenraster. Teilweise arbeiten bis zu 500 Fachkräfte auf der Baustelle.

Fundamente und Bodenplatten
Der Winter 2017/18 war in Berlin sehr kalt. Um trotz der widrigen Witterungsverhältnisse – bei minus 10 °C und kälter – Fundamente und Bodenplatten betonieren zu können, wurden Boden und Bewehrungen teilweise mit Heizelementen auf eine Temperatur über 0 °C erwärmt. Anschließend wurden, logistisch durchaus anspruchsvoll, Flächen von bis zu 1.000 m2 über zehn Stunden lang mit zwei Betonpumpen gleichzeitig betoniert. Um ein zu schnelles Auskühlen des Betons zu verhindern, wurden die frisch gegossenen und geglätteten Abschnitte anschließend mit einer Decke abgedeckt, bis der Beton eine ausreichende Festigkeit aufwies.

Die Dampfturbine des Kraftwerks steht in 18,5 Meter Höhe auf Beton
Bei Gas-und-Dampfturbinen-Heizkraftwerken werden die Prinzipien eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die Dampfturbine wirkt. Mit dieser kombinierten Fahrweise wird im thermodynamischen Kreisprozess ein höherer Wirkungsgrad erreicht als mit Gasturbinen im offenen Betrieb oder in konventionell befeuerten Dampfkraftwerken. Diese Kombikraftwerke gehören mit ihren elektrischen Wirkungsgraden zu den effizientesten konventionellen Kraftwerken und sind im Kraftwerksmanagement dank kurzer Startzeiten und der Möglichkeit schneller Laständerungen flexibel einsetzbar. Die Schlüsselkomponenten des Kraftwerks – Gasturbine, Dampfturbine sowie zwei Generatoren – wurden in den Siemens-Werken in Berlin, Görlitz und Erfurt gefertigt. Gasturbine und Dampfturbine sind im größten Gebäudekomplex der Kraftwerksanlage untergebracht, dem Maschinenhaus Gasturbine und dem Maschinenhaus Dampfturbine. Die Gasturbine, ca. 200 Tonnen schwer und etwa zehn Meter lang, wird mit 3.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Das Heizkraftwerk kann 230 Megawatt thermischer Leistung und bis zu ca. 270 Megawatt elektrischer Leistung zur Verfügung stellen. Im Volllastbetrieb werden die eingebauten Schaufelräder der Gasturbine nahezu Schallgeschwindigkeit erreichen. Die Gasturbine lagert ebenerdig auf einem ca. 1.000 Tonnen schweren, in die Bodenplatte des Maschinenhauses versenkten und auf Bohrpfählen stehenden Turbinentisch aus Beton. Entscheidend für den einwandfreien und reibungslosen Betrieb der ähnlich dimensionierten Dampfturbine ist ihre maximal vibrations- und schwingungsfreie Lagerung. Diese wird durch eine so komplexe wie aufwändige Betonkonstruktion gewährleistet, ein im Maschinenhaus Dampfturbine errichtetes Stützenriegelsystem, bestehend aus sechs 2,00 x 1,20 m breiten Stahlbetonstützen. Auf jede der Stützen ist oben aufliegend ein Federkörper aus Stahl platziert. Auf diesen Federkörpern aufliegend wurde mit einem Lehrgerüst ein Turbinentisch aus Beton gegossen, der ebenfalls das stolze Gewicht von ca. 1.000 Tonnen auf die Waage bringt. Die gesamte Konstruktion weist eine Höhe von 18,5 Metern auf. Auf diesem Turbinentisch sind die Dampfturbine sowie der Generator aufgesetzt. Die hohen statischen und dynamischen Lasten aus der Dampfturbine werden mittels dieser Konstruktionsweise von dem auf Federkörpern gelagerten Turbinentisch aufgenommen und in die darunter befindliche Rahmenkonstruktion abgetragen.

Besonders hohe betontechnologische Anforderungen
Den Ansprüchen dieser besonderen Konstruktionsweise entsprechend wurden für den Bau des Stützenriegelsystems wie auch der Turbinentische besonders hohe betontechnologische Anforderungen definiert. Für diese wurde ein Beton der Festigkeitsklasse C30/37, Konsistenzklasse F3, Größtkorn Dmax 16 mm, (w/z) Witterungeq=0,53, Zement CEM III/A 32,5 N/ LH-NA (SCHWENK Bernburg) verbaut. Jeannine Gözcü, Stellvertretende Prüfstellenleiterin Prüfstelle Berlin der SCHWENK Technologiezentrum GmbH & Co. KG, berichtet: „Beim Einbau des Betons musste eine Begrenzung der Temperaturentwicklung während des Erhärtungsprozesses auf max. 60 °C gewährleistet werden, durfte die Temperaturdifferenz zwischen Bauteilinnenfläche und Bauteilrand maximal 15 K betragen und mussten zusätzlich die besonderen Anforderungen an die Verformung des Betons (statischer Elastizitätsmodul von 33.000 N/mm² nach 91 Tagen) erfüllt werden. Darüber hinaus mussten, da es sich bei diesen speziellen Teilen um massige Bauteile handelt, die Richtlinie ‚Massige Bauteile aus Beton’ des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (D = 2,00 m) eingehalten und erhöhte Anforderungen an die Maßtoleranzen erfüllt werden.“

Baustellenlogistik
Der auf der Baustelle verbaute Beton wurde im in unmittelbarer Nähe liegenden Transportbetonwerk der SCHWENK Beton Berlin Brandenburg GmbH, einer der größten Mischanlagen Deutschlands, hergestellt. Die Doppelturmanlage mit einer Mischergröße von 2 x 2,5 m³ und einer Silokapazität von ca. 17.000 t für Zement und Gesteinskörnung ermöglicht eine Stundenleistung von bis zu 200 m³/h. Um einen jederzeit reibungslosen Transport von der Mischanlage zur Baustelle gewährleisten zu können, wurde ein eigenes Logistikkonzept erarbeitet. Eine um die Baustelle errichtete Ringstraße ermöglichte eine jederzeit flexible und zügige Entladung der Mischerfahrzeuge. Zur Arbeitssicherheit auf der Baustelle wurde ein weitreichendes Arbeitsschutzkonzept entwickelt. Danach hatten sich alle auf der Baustelle Tätigen vor dem erstmaligen Betreten der Baustelle an eigens dafür installierten Computerterminals einer speziellen Videosicherheitsunterweisung mit abschließender Prüfung zu unterziehen.

Die Arbeiten auf der Baustelle werden bis zum Juli 2019 fertiggestellt sein. 2020 wird das Heizkraftwerk kommerziell in Betrieb gehen.

Erstveröffentlichung: TB-iNFO 19. Jahrgang | Nr. 73 | Dezember 2018 | 4. Quartal  https://www.transportbeton.org/verband/tb-info/