Hochtemperaturwärmepumpen praktische Beispiele und Anwendungsfälle für Nah- und Fernwärme

Transkript

1 Hochtemperaturwärmepumpen praktische Beispiele und Anwendungsfälle für Nah- und Fernwärme Vortragender: Ing. Norbert Stocker Funktion: Vertriebsleitung der Frigopol Kälteanlagen GmbH Seite 1

2 Kurzinfo zu Frigopol im Lauf der Zeit Seite 2

3 Bezug des neuen Gebäudes in Frauental Eröffnung Niederlassung Slowakei Verkauf der Frigopol Umweltanlagen GmbH Gründung der R. Clulk Metallwaren fabrik Graz Entwicklung und Produktionsbeginn des Trennhaubenverdichters Hochtemperatur- Wärmepumpen Neugründung der Frigopol Kälteanlagen GmbH Eröffnung Niederlassung Südafrika Eröffnung Verkaufsbüro Russland und Ukraine Verlegung der Produktion von Slowakei nach Frauental Natürlich! Frigopol Linie Seite 3

4 mehr als 30 Partner weltweit Seite 4

5 Trennhauben-Verdichter und Aggregate Seite 5

6 Elektrische Schaltanlagen und Regelung Unser Leistungsprogramm: - Kundenspezifische Lösungen - Planung und Konzipierung auf höchstem Niveau - Höchste Qualitätsanforderungen an Material und Ausführung. - Sonder und Serienfertigungen - Detaillierte Aufbauplanung zur Vorabvisualisierung - Verkabelung von Verbund und Sonderanlagen - Individuelle Beschriftungen und Dokumentationen - Schaltschrankprüfung und Funktionstest vor Auslieferung Seite 6

7 Natürlich! Frigopol Linie -Energieeffiziente und umweltfreundliche Anlagen -Niedriger GWP (Global Warming Potential / Treibhauspotenzial) -Verwendung von natürlichen Kältemitteln -Kohlenstoffioxid (CO2, R-744) -Ammoniak (NH3, R-717) -Propan (R-290) -Luft- und wassergekühlte Flüssigkeitskühler mit -Kolben,- Schrauben- sowie Turboverdichter Seite 7

8 Sonderanlagen Frigopol realisiert für seine Kunden verschiedenste Anlagen für die Bereiche Kälte / Klima / Wärmepumpen. Verbundanlagen für Gastronomie und Hotellerie Verbundanlagen für Gewerbekälte und Supermärkte Kälteanlagen für industrielle Anwendungen Kälteanlagen für Testeinrichtungen und Labors Seite 8

9 Sonderanlagen Hochtemperatur Wärmepumpen Verfahrenstechnik Kaltwassersätze für Klimatisierung und Prozesskühlung Wärmepumpen für Gewerbe und Industrie (ab ca. 50kW) Seite 9

10 Sonderausführung Was bietet Frigopol seinen Kunden: Frigopol baut Sonderanlagen und kundenspezifische Lösungen entsprechend dem jeweiligen Anforderungsprofil und Aufgabenstellung. Unsere Stärken: Beratung und Unterstützung des Kunden in der Planungsphase Lösungskompetenz für spezielle Anwendungen Gemeinsame Realisierung der Projekte Sonderlösungen von Kälteanlagen und Wärmepumpen mit Freonen, HFO s und natürlichen Kältemittel wie R- 744 (CO2), R-717 (NH3), R-290 (Propan) oder R-600a (Isobutan) Seite 10

11 Hochtemperaturwärmepumpen Projektbeispiele Seite 11

12 1.) Stadtwerke Wörgl Die Stadtwerke Wörgl GmbH beabsichtigte im Gemeindegebiet von Wörgl eine Energiezentrale zur Versorgung des städtischen Fernwärmenetzes zu errichten. Es sollte durch Wärmequellen bzw. Abwärmequellen der Tirol Milch Wörgl gespeist werden. Die Realisierung des Projektes beinhaltete unter anderem die Detailplanung, Lieferung, Montage und betriebsfertige Inbetriebsetzung zweier Wärmepumpenanlagen für die Hochtemperaturanwendung. Sie sollten nach den, in den technischen Datenblättern gegebenen Betriebspunkten ausgelegt werden. Seite 12

13 Eine Wärmepumpenanlage dient zur Anhebung des Temperaturniveaus des aus dem Rauchgaskondensator austretenden Warmwasserstroms für die Einspeisung in das Fernwärmenetz (Wärmepumpenanlage RGK). Die zweite Wärmepumpenanlage wurde installiert, um die Kondensationswärme aus den Eiswasser-Kälteanlagen der Tirol Milch Wörgl für die Fernwärmeeinspeisung nutzbar zu machen (Wärmepumpenanlage EWK). Seite 13

14 Seite 14

15 Verdichter Stufe 1: Kälteleistung: 603kW Heizleistung: 791kW Kältemittel: R-134a Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Schema Anlage 1+2 EWK Plattenwärmetauscher Kondensator Stufe 1: Leistung: 800kW Kondensationstemp.: +71 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 740kW Kondensationstemp.: +81 C Medium Seite 1: R-134a Medium Seite 2: Wasser Type: Alfa Laval Wassertemperatur Eintritt: +58 C Wassertemperatur Austritt: +78 C Verdichter Stufe 2: Kälteleistung: 517kW Heizleistung: 740kW Kältemittel: R-134a Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Sauggaswärmetauscher Stufe 1: Leistung: 89kW Stufe 2: Leistung: 93kW Medium Seite 1: R-134a Medium Seite 2: R-134a Type: Alfa Laval Plattenwärmetauscher Verdampfer Stufe 1: Leistung: 310kW Verdampfungstemp.: +20 C Verdamfper Stufe 2: Leistung: 260kW Verdampfungstemp.: +20 C Medium Seite 1: R-134a Medium Seite 2: Wasser Type: Alfa Laval Wassertemperatur Eintritt: +27 C Wassertemperatur Austritt: +22 C Kältemittel R-134a: GWP (Global Warming Potential: 1430 Seite 15

16 3D Vorplanung RGK Kondensator Austritt DN150/PN40 Kondensator Eintritt DN150/PN40 Verdampfer Eintritt DN125/PN16 Verdampfer Austritt DN125/PN16 Seite 16

17 3D Vorplanung RGK Seite 18

18 Verdichter Stufe 1: Kälteleistung: 410kW Heizleistung: 543kW Kältemittel: R-245fa Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Verdichter Stufe 2: Kälteleistung: 468kW Heizleistung: 614kW Kältemittel: R-245fa Type: Bitzer Schraubenverdichter CSH Y Schema Anlage 3 RGK Sauggaswärmetauscher Stufe 1: Leistung: 58kW Stufe 2: Leistung: 72kW Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: R-245fa Type: Alfa Laval Plattenwärmetauscher Kondensator Stufe 1: Leistung: 560kW Kondensationstemp.: +84 C Kondensator Stufe 2: Leistung: 650kW Kondensationstemp.: +88 C Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: Wasser Type: Alfa Laval Wassertemperatur Eintritt: +78 C Wassertemperatur Austritt: +85 C Plattenwärmetauscher Verdampfer Stufe 1: Leistung: 215kW Verdampfungstemp.: +32 C Verdampfer Stufe 2: Leistung: 250kW Verdampfungstemp.: +37 C Medium Seite 1: R-245fa Medium Seite 2: Wasser Type: Alfa Laval Wassertemperatur Eintritt: +45 C Wassertemperatur Austritt: +35 C Kältemittel R-245fa: GWP (Global Warming Potential: 1030 Seite 19

19 fertig zur Auslieferung Rauchgaskondensationsanlage Heizleistung: 1210 kw Kälteleistung: 930 kw Kältemittel: R245fa Wärmeträger Eintrittstemp. : +78 C Wärmeträge Austrittstemp. : +85 C Kälteträger Eintrittstemp. : +45 C Kälteträger Austrittstemp. : +35 C Stufenloseregelung % Seite 20

20 bereit für den Leistungstest im Haus Eiswasserkälteanlage (2 Anlagen): Heizleistung: 1540 kw Kälteleistung: 1140 kw Kältemittel: R-134a Wärmeträger Eintrittstemp. : +58 C Wärmeträger Austrittstemp.: +78 C Kälteträger Eintrittstemp.: +27 C Kälteträger Austrittstemp.: +22 C Stufenloseregelung % Seite 21

21 Aufstellung Maschinenraum Hydraulische Verschaltung und Einbindung bauseitig Stadtwerke Wörgl Seite 22

22 Aufstellung Maschinenraum Seite 23

23 COP aktuell Verlauf COP - SPS Werte Qc [kw] m [kg/s] m [kg/h] Tein Taus ΔT [K] Cp [kj/(kg Wasser Pel [kw] COP , ,1 75,3 22,2 4,19 391,0 3, , ,8 74,9 22,1 4,19 387,0 3, , ,0 78,0 20,0 4,19 428,0 3, , ,2 82,6 7,4 4, ,0 4, , ,0 85,0 7,0 4, ,0 3,97 Seite 24

24 GLT - System Übergeordnetes GLT-System Stadtwerke Wörgl Seite 25

25 Projektpartner Maschinentechnische Planung: Ansprechpartner BIOS: Hr. DI Erwin Reisenhofer Seite 26

26 2.) Fernheizkraftwerk Tamsweg Die Anzahl an Nah- und Fernwärmenetzen in Österreich ist stetig steigend und mit diesen auch der Verbrauch am Rohstoff Holz. Um diesen möglichst nachhaltig und Ressourcen schonend einzusetzen, ist es notwendig die angewandten Prozesse hinsichtlich ihres Ressourceneinsatzes zu optimieren. Seite 27

27 Um die Menge des kondensierten Wassers konstant auf einem hohen Niveau zu halten, wird im vorgestellten Projekt eine Wärmepumpe zum Transfer der Wärme aus dem Niedertemperaturrücklauf in den Hochtemperaturrücklauf eingesetzt. Im Rahmen des Projekts wird am Beispiel des Fernheizkraftwerk (FHKW) Tamsweg der Einbau einer Wärmepumpe in eine bestehende KWK-Anlage mit integriertem ORC(Organic Rankine Cycle)-Kreisprozess bilanziert (Wärme- und Energieauskopplung, korrosive Schadstoffe) und die Optimierung durch eine Prozesssimulation und die Entwicklung und Implementierung einer neuen Prozessregelung untersucht. Seite 28

28 Ziele des Wärmepumpeneinbaus aus Betreibersicht Ausgangspunkt: Kondensationswärmetauscher nicht voll ausgenutzt da Niedertemperaturrücklaufmenge zu gering Ziele des Wärmepumpeneinbaus Erhöhung der Gesamtleistung -> bessere Spitzenlastabdeckung, zusätzliche Abnehmer möglich Effizienzsteigerung durch zusätzliche Nutzung der Abgasenergie -> Kostenreduktion Seite 37

29 FHKW Tamsweg Hydraulik Einbindung Wärmepumpe Hydraulik Gesamtanlage Seite 39

30 FHKW Tamsweg Hydraulik Einbindung Wärmepumpe Hydraulik Gesamtanlage Einbindung Kondensations-WT ohne Wärmepumpe Seite 40

31 Wärmeeinbindung + Wärmebilanz Einbindung Kondensations-WT mit Wärmepumpe WP Kondensator WP Verdampfer Erhöhung der Wärmeleistung in der Abgaskondensation Seite 41

32 Schema Wasser/Wasser Wärmepumpe Plattenwärmetauscher Verdampfer: Kälteleistung: 242kW Medium Seite 1: R-236fa Medium Seite 2: Wasser Verdampfungstemp.: +37 C Wassertemperatur Eintritt: +45 C Wassertemperatur Austritt: +40 C Plattenwärmetauscher Kondensator: Kälteleistung: 575kW Medium Seite 1: R-236fa Medium Seite 2: Wasser Kondensationstemp.: +63,5 C Wassertemperatur Eintritt: +53 C Wassertemperatur Austritt: +60 C +45 C/+40 C +53 C/+60 C Kältemittel R-236fa: GWP (Global Warming Potential: 9810 Plattenwärmetauscher Verdampfer: Kälteleistung: 242kW Medium Seite 1: R-236fa Medium Seite 2: Wasser Kondensationstemp.: +37 C Wassertemperatur Eintritt: +45 C Wassertemperatur Austritt: +40 C Seite 29

33 3D Vorplanung Seite 30

34 3D Vorplanung Seite 31

35 Technische Daten: Heizleistung: 1.150kW Kältemittel: R-236fa 4 Kältekreise 8 Halbherm. Kolbenverdichter Seite 32

36 Simulation: Wärmeleistung Kondensations-WT mit Wärmepumpe Wärmepumpe regelt auf 45/40 C für vorgegebenen Rücklauf 4 Betriebspunkte Leistung Kondensationsanlage Anteil Rücklauf über Wärmepumpe: 0% = Ohne Wärmepumpe (Org) 50% (OP1) 75% (OP2) 100% (OP3) Seite 34

37 COP bei Auslegung (Quelle 40 C) 1MW Heizleistung Kältemittel R-236fa 4 Kältekreise, 8 Kompressoren Halbherm. Kolbenverdichter Seite 35

38 COP bei Auslegung (Quelle 40 C) Seite 36

39 Ökonomische Analyse vor Einbau Auslegung vor Einbau anhand von Modell nach Wärmetauscherdatenblatt: Anlagendaten: Brennstoffwassergehalt: 45%, Luftverhältnis: 2 Hochtemperatur-Rücklauf: 54 C, Abgastemperatur: 175 C Mittlere Heizleistung von 6.12MW an 165 Heiztagen Wärmepumpeneinbau Kaltseite 45/40, Heißseite 57/63 Ergebnis: Investitionskosten: Euro, Betriebskosteneinsparung Euro/Jahr Amortisationszeit: 6-8 Jahre je nach Preisentwicklung Seite 38

40 Bericht zur Wärmepumpe von bis Gegenüberstellung der Wirtschaftsjahre von 2006/2007 bis 2013/2014, wie viel KW an Leistung man aus einem Schüttraummeter (SRM) heraus bekommt. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, durch den Einbau der Wärmepumpe und die damit verbesserte Kondensation, aber vor allem durch den Rundholz Einkauf, wird um ca. 46 KW/SRM mehr Energie aus einem Schüttraummeter herausgeholt. Seite 42

41 Bericht zur Wärmepumpe von bis Brennstoffeinsparung seit November bis Mai Wärmepumpe ca SRM. Durchschnittlich um 46 KW/SRM mehr Ausbeute. Bei einem Verbrauch von ca SRM sind das ca KW/h. Seite 46

42 Projektpartner Projektkoordinator: Sponsoren des Projektes: Unternehmenspartner: Fernwärmeversorgungs-GmbH & Co KG Tamsweg Konzepterstellung: GH-Energieberatungs GmbH, Herr Hermann Gautsch Projektpartner: Institut für Grundlagen der Verfahrenstechnik und Anlagentechnik A-8010 Graz Mannesmann Anlagenbau Austria AG A-5020 Salzburg Kohlbach GmbH & Co A-9400 Wolfsberg Klöckner-Moeller GmbH DE Bonn Seite 47

43 3.) Brauhaus Puntigam / Graz Die Brauerei Puntigam plante die Errichtung einer Wärmepumpenanlage inkl. Zubehör für die Wärmeversorgung Brauquartier und Brauerei. Die Betriebsführung nach erfolgreicher Übernahme erfolgt von der KELAG Wärme GmbH. Leistungsgegenstand: Lieferung, Montage und Inbetriebnahme einer Wärmepumpenanlage(n) und Zubehör für Wärmeerzeugung Heizungs- und Warmwasserversorgung in Turn Key Ausführung (dies bedeutet inkl. Bautätigkeiten, Anlieferung, Montage, Verrohrung, Isolierung, Regelung, Verkabelung, Systemeinbindung Bestand, Leistungsfahrt, Abnahmen und Betriebsprüfung, etc.) Seite 48

44 Der Leistungsgegenstand enthält die Lieferung, Montage und Inbetriebnahme einer Gesamtanlage zur Wärmeversorgung des nahegelegenen Wohnbauprojektes auf zwei Temperaturstufen (ca. 50/30 C und 75/30 C) bestehend zumindest aus einer Wärmepumpenanlage zur Bereitstellung von ca. 800kW mit 50 C und 420kW mit 75 C inklusive der Einbindung in die bestehende NH3- Kälteanlage in Form eines Kondensators als Wärmequelle, zwei Wärmespeichern (jeweils min. 8m³), der hydraulischen Verrohrung und den hydraulischen Einbauten inkl. Druckhalteautomat samt Ausdehnungsgefäß bis zu den Sicherheitswärmetauschern und inklusive der gesamten EMSRT-Technik (für die Gesamtanlage d.h. zusätzlich für alle Komponenten nach dem Sicherheitswärmetauscher inkl. Regelung Heizkondensator und Nahwärmenetzregelung). Seite 49

45 Schema HT-Wärmepumpe Verdichterfabrikat: Bock Type: HGX88e Seite 50

46 Schema NT-Wärmepumpe Verdichterfabrikat: Bitzer Type: Schraube CSH7593 Seite 51

47 fertig zur Auslieferung Technische Daten NT-Wärmepumpe Wassertemperatur Verdampfer Eintritt: +23 C Heizleistung: 800kW, Kältemittel: R-134a Wassertemperatur Verdampfer Austritt: +17 C Wassertemperatur Kondensator Eintritt: +30 C Seite 52 Wassertemperatur Kondensator Austritt: +50 C

48 Aufstellung Maschinenraum Technische Daten HT-Wärmepumpe Heizleistung: 420kW, Kältemittel: R-134a Wassertemperatur Verdampfer Eintritt: +23 C Wassertemperatur Kondensator Eintritt: +40 C Wassertemperatur Verdampfer Austritt: +17 C Wassertemperatur Kondensator Austritt: +75 C Seite 53

49 Aufstellung Maschinenraum Seite 54

50 Aufstellung Maschinenraum Seite 55

51 Brauhaus Puntigam Projektpartner Seite 56

52 Weitere Referenzprojekte Wien Energie: Wasser-Wasser-Wärmepumpe in kompakter Bauweise Heizleistung ca. 325 kw Kälteleistung 265 kw Kältemittel R-134a Wassertemperatur Kondensator Eintritt: +30 C Wassertemperatur Kondensator Austritt: +40 C Holzwärme Flachau: Hochtemperaturwärmepumpe Heizleistung kw Kältemittel R-134a Wassertemperatur Kondensator Eintritt: +55 C Wassertemperatur Kondensator Austritt: +64 C Seite 57

53 Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit und stehe für Fragen gerne zur Verfügung! Seite 58

54 Passende Lösungen für heiße und kalte Zeiten!