Dipl. Eng. Stefan Petersen - Curriculum Vitae (Kurzform)

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1 Dipl. Eng. Stefan Petersen - Curriculum Vitae (Kurzform) Als Student der Energie- und Verfahrenstechnik startet Stefan Petersen 1997 mit eigenen Forschungsvorhaben zu Meeresenergienutzung mit Wellenkraftwerken. Nach 3 jähriger Arbeit in der Konzeptentwicklung, Auslegung und Projektleitung wechselt er noch als Student seinen Schwerpunkt zu thermischen Anlagen, hier insbesondere solare Kraftwerke und solare Kältetechnik. Sein Engagement und Wissen in Absorptionskältesystemen vertieft er während der Analysen und dem Monitoring zur solaren Kälteversorgung im Bundespresseamt in Berlin. Um dieses Wissen weiter auszubauen wird er 2003 Wissenschaftlicher Mitarbeiter unter Prof. Felix Ziegler. Hier baut er seinen aktuellen Schwerpunkt in der Forschung und Entwicklung zu Komponenten für Absorptionskälteanlagen, sowie systemtechnischen Betrachtungen von Wärmeumwandlungs- und Kälteerzeugungsanlagen kontinuierlich aus. Aktuell leitet er u.a. eine Fachgruppe an der TU Berlin zur Entwicklung effizienter und kompakter Absorptionskälteanlagen in modularer Bauform, zu der er im Rahmen des Statusseminars vorträgt. Petersen, Biography

2 EnEff Wärme: Absorptionskältetechnik für Niedertemperaturantrieb Stadtwerke F&E-Allianz Industrieller Partner Zulieferer 160 kw Hummel

3 KWKK Varianten für die Fernwärme Variante Zentral Lastglättung, ggf. zentrale Speicher geringere installierte Gesamtleistung Variante Dezentral bessere Auslastung FW-Netze im Sommer angepasster AKA Einsatz Nutzung existierender FW-Netze minimierte Leitungsverluste

4 Motivation wachsender Markt der Gebäudeklimatisierung (15%/a) überproportionale Zunahme in Städten (Dienstleistungs- und Wohnungsbau) Richtlinie zur Förderung von KWK / 25% KWK Strom bis 2020 Klimaschutzrichtlinien Berlin / Hamburg (VE) Jahresnutzungssteigerung FW-Systeme Markthemmnisse: Investitionskosten zu hoch Antriebsspreizung zu niedrig COP zu gering Stromerzeugung [GWh/Monat] Anteil KWK- Strom 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0 Jan 03 Jan 04 Jan 05 Jan 06 Jan 07 Jan 08 Jan 09 0% EnerSys, TUB, 2009

5 Projektziele Entwicklung von Absorptionskälteanlagen für FW-Antrieb ( kw) Niedrige Investitionskosten bei hoher Systemeffizienz Modularität / Türgängigkeit Ertüchtigung des Heizungssystems zur Kaltwasserverteilung Auswahl geeigneter Systemkomponenten Systemdemonstration (Betrieb & Effizienz) in Zahlen: COP der Kälteanlage in jedem Lastpunkt (25%-100%) > 0,72 Nebenstromverbräuche (inkl. Steuerung, Rückkühlung) < 6% der Kälteleistung Frischwasserbedarf < 3,2 m 3 /MWh Kälte Reaktionszeit (25% auf 100% Laständerung)< 15 Minuten

6 Prozesstechnik Absorptionskälte Der Dampf wird verflüssigt Kondensator K Q1 EV Dampf Q2 Desorber G (thermisch) LWT LP LEV Verdampfer V Dampf A Absorber Q0 Q1 Wärmeverhältnis = (Nutzen/Aufwand) ca. 0,75

7 Standardregelung t_rkw=30 C, V_RKW=3,8kg/s, t_kw=21/16 C Designgrenzen Nominalbetrieb Kälteleistung [kw] COP [-] Heisswassereintrittstempertur [ C]

8 Antriebsvariation t_rkw=30 C, V_RKW=3,8kg/s, t_kw=21/16 C Kälteleistung [kw] 13K 40K 0,9 l/s 0,6 l/s 0,3 l/s 0,1 l/s Antriebstemperatur, Eintritt[ C]

9 Antriebsvariation t_rkw=30 C, V_RKW=3,8kg/s, t_kw=21/16 C COP [-] Δt in/out.. bis < Kälteleistung [kw]

10 Rückkühlvariationen t_fw=90 C, m_fw=0,9kg/s, t_kw=21/16 C 3,8 l/s Kälteleistung [kw] 2,0 l/s 1,5 l/s 1,0 l/s P hydraulic = nominal =100% P hydraulic = 1/64*nominal = 1,5% Abwärmetemperatur, Eintritt[ C]

11 Rückkühlvariationen t_fw=90 C, m_fw=0,9kg/s, t_kw=21/16 C COP [-] Volume flow Volume flow Volume flow Volume flow Kälteleistung [kw]

12 Temperatur [ C] Spontane Laständerung Antrieb Rückkühlung Kaltwasser 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00 Uhrzeit [hh:mm] Vorgehen Laständerung 25% -> 100% Ziel: Lastdeckung nach 15 min wie: Anlagenkenntnisse & feed forward control Strategie: Classic (Antriebstemperatur): Last => COP=0,77) Reaktion:13 min RKW Control: Last => COP=0,62) Reaktion:7 min Combi-Control Last => COP=0,69) Reaktion:10 min

13 Regelstrategien: Nebenenergieverbräuche Elektrische JAZ / SEER Thermische JAZ / SEER Strategie SEER el SEER th 1 Classic (Antriebstemperatur) 12,6 0,75 2 RKW (Temperatur und Vol.- 3 Strom) Antrieb (Temperatur und Vol.- Kombination Strom) (2+3) 18,9 0,75 13,8 0,75 21,9 0,75 Seasonal Energy Efficiency Ratio

14 50 kw AKA FM Typ Single Effekt LiBrH 2 O Gewicht 955 kg L / h / b [m] 1,9 / 1,8 / 0,8 COP nenn 0,80 Desorber (T in, T out [ C]) T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s] / dp [bar]) 90 / ,9 / 0,12 Verdampfer (T in, T out [ C]) T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s], dp [bar]) 21 / ,4 / 0,23 Absorber / Kondensator (T in, T out [ C]) T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s], dp [bar]) 30 / >45 3,4 / 0,49

15 Demonstrationsanlagen 50 kw Muster Bürogebäude, Berlin Last: 40 kw, stark schwankend 15 C Kältenetz Antrieb: FW, 80 C trockener Tischrückkühler Betriebsstart Mai 2011 Rechenzentrum und Hörsaal, Dessau Last: 20 bis 35 kw, 24h/Tag 9 C Kältenetz Antrieb: solar + FW Backup (70 ) Hybrides Rückkühlsystem Betriebsstart: 23. August 2011! Erfolgreiche Betriebsdemonstration bei 55 C FW-Antrieb, 22 kw

16 Entwicklung 2012 ff

17 160 kw Hummel Typ Single Effekt LiBr-H 2 O Gewicht 1750 kg (netto) L / h / b [m] 1,95 / 2,05 / 0,86 Module (<850 kg) Desorber T in [ C] T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s] / dp [bar]) ,7 / 0,36 Verdampfer T in, out [ C] T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s], dp [bar]) 21 / ,7 / 0,25 Absorber / Kondensator T in [ C] T in, min [ C] T in, max [ C] (V [l/s], dp [bar]) >50 10,8 / 0,57

18 Erste Ergebnisse 160 kw

19 Marktvergleich Transport & Raumbedarf

20 Zieldefinition EnEff bis 09/2012 Beschreibung 50 kw Biene 50 kw 160 kw FM1 Biene Hummel Abmessungen Gesamtanlage Länge [m] 1,90 1,75 1,95 Breite [m] 0,83 0,68 0,86 Höhe [m] 1,88 1,59 2,05 Transportgewicht (Gesamt) [kg] Anzahl mögl. Module Abmessungen größtes Modul (1.0) Länge [m] 1,70 1,75 1,82 Breite [m] 0,83 0,68 0,86 Höhe [m] 1,20 0,98 1,21 Transportgewicht [kg] <500 < 350 <850

21 Standard HAST Kälte & Wärme & TWW 70 C 55 C 70 C 55 C Sommerbetrieb 70 C 55 C

22 Nächste HAST Kälte & Wärme & TWW 120 C 30 C 20 C Winterbetrieb 70 C 60 C 40 C 30 C 10 C

23 Zusammenfassung Thermodynamische Benchmarks ESEER Werte > 0,72 Rückkühltemperaturen bis 50 C am Eintritt der AKA Möglichkeit zur verdunstungsfreien Rückkühlung niedrigste Nebenstromverbräuche Neue Möglichkeiten für LiBr Anlagen in der Nutzung als Wärmepumpen Ausblick (Nutzwärme oberhalb von 50 C) signifikante Senkung der Investitionskosten für AKA Technologie Demonstrationsvorhaben Markt der Möglichkeiten TU Berlin: Stefan Petersen, AGFW: Heiko Huther, Danke für ihre Aufmerksamkeit

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