Integration einer Wärmepumpe zur gesteigerten Rauchgaskondensation Holzwärme Flachau

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1 Integration einer Wärmepumpe zur gesteigerten Rauchgaskondensation Holzwärme Flachau Leistungssteigerung 2. Reduktion des Ölverbrauches 3. Entscheidung Biomassekessel oder Wärmepumpe 4. Auslegung der Wärmepumpe 5. Einbindung der Wärmepumpe 6. Einbau der Wärmepumpe 7. Betriebsergebnisse Erstellt von Franz Kaml 1

2 Leistungssteigerung Vorhandene Leistung Biomassekessel 1 Biomassekessel 2 Kondensationsanlage 4 MW 3 MW 1,2 MW Gesamtleistung 8,2 MW Durch Leistungsspitzen von MW über mehrere Stunden ist es erforderlich die Spitzen mittels Ölkessel abzufangen. Zielsetzung: Reduktion des Ölverbrauchs mittels Leistungssteigerung durch eine zusätzliche Leistung von mind. 1 2 MW Erstellt von Franz Kaml 2

3 Reduktion Ölverbrauch Zielsetzung: Reduktion Spitzenlastanteil bzw. Ölverbrauch Durch den Umbau der Kondensationsanlage im Jahr 2012 und den Einbau der Pufferspeicher (160 m³) konnte der Ölverbrauch von ca l/a auf ca l/a reduziert werden. Durch die nachfolgenden Umbauten 2013 die bereits Mitte Dezember 2013 in Betrieb genommen werden konnten reduzierte sich der Ölverbrauch im Dezember 2013 um ca Liter. Ausgangsbasis für die Berechnungen waren eine Einsparung von ca Liter Liter / Jahr , , , , , ,00 0,00 Primäraufwand Öl in Liter / Jahr , , , , Erstellt von Franz Kaml 3

4 Entscheidung Biomassekessel 3 oder Wärmepumpe Biomassekessel Wärmepumpe Vorteile Nachteil Vorteil Nachteil Leistung 2 MW 1,2 MW Puffer 240 m³ 320 m³ Ausfall - Sicherheit 3 Kesselanlagen Nur teilweise durch Sekundärenergie(Strom) gegeben Leistungsreserve Mehr Leistungsreserve durch 0,8 MW Mehrleistung aber kleinerer Puffer Weniger Leistungsreserve. Dies wird teilweise durch größeren Puffer abgedeckt Sommerkessel 2 MW hat besseren Wirkungsgrad 2 Kessel stehen 6 Monate still Kein Sommerkessel Erstellt von Franz Kaml 4

5 Entscheidung 3. Biomassekessel oder Wärmepumpe Biomassekessel Wärmepumpe Vorteile Nachteil Vorteil Nachteil Wartung 3 Kessel zu warten Wartungsfreundlich Investitionskosten Hohe Investitionskosten Gebäude Kessel, E-Filter, Kondensation, Kamin, Aschenaustragung Hydraulische Einbindung Geringere Investitionskosten ca. 50 % von BMK Strom Ca. 300 kw_el Steigerung Gesamt Wirkungsgrad Durch die Nutzung des Rauchgases wird der Gesamtwirkungsgrad der bestehenden Anlage nochmals verbessert Entscheidung für Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 5

6 Entscheidung 3. Biomassekessel oder Wärmepumpe Im Zuge der Entscheidung für die Wärmepumpe wurden noch folgende Kriterien behandelt. 1. Berechnung der Fehlleistung für die Abdeckung der Spitzenlast 2. Berechnung der Puffergröße (um die Spitzen abzudecken, bzw. Sie auch nicht zu groß zu dimensionieren um Sie auch täglich laden zu können. 3. Berechnung der Rauchgasmenge bzw. der Entzugsleistung um die Wärmepumpe zu dimensionieren 4. Kann der Gesamtwirkungsgrad (Brennstoffnutzungsgrad) durch die WP gesteigert werden oder dient sie nur zur Spitzenlastabdeckung Erstellt von Franz Kaml 6

7 Auslegung der Wärmepumpe Der wichtigste Teil!!! Anhand der Rauchgasmenge und der Temperaturen nach Kondensation konnte berechnet werden, welche Entzugsleistung bei Volllast für die Wärmepumpe noch zu Verfügung steht. Die Berechnungen ergaben eine Entzugsleistung von ca. 980 kw. Somit stand auch die Heizleistung der Wärmepumpe von 1280 kw fest. Anhand der Entzugsleistung konnte nun auch die Wärmetauscher Fläche (quellenseitig) und das Temperaturniveau berechnet werden. Diese Berechnungen ergaben eine Wärmetauscherfläche von mind. 190 m² und ein Temperaturniveau von ca. 30/26 C quellenseitig um die 980 kw bei Volllast entziehen zu können. Erstellt von Franz Kaml 7

8 Einbindung der Wärmepumpe - hydraulisch Erstellt von Franz Kaml 8

9 Einbindung der Wärmepumpe - Visu Erstellt von Franz Kaml 9

10 Einbau der Wärmepumpe - Aufstellung Anlagenzeichnung Erstellt von Franz Kaml 10

11 Einbau der Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 11

12 Einbau der Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 12

13 Einbau der Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 13

14 Einbau der Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 14

15 Einbau der Wärmepumpe Erstellt von Franz Kaml 15

16 Betrieb der Wärmepumpe Nachteile: - Relativ hoher Strombedarf 300 kw - Trafotausch war erforderlich - Blindstrom (Nachrüstung einer Kompensation) - Sekundärenergie, im Ausfall der BKM ist auch diese Leistung teilweise vorhanden Vorteil : - COP größer 4 bei Volllast - Abdeckung Spitzenlastanteil - Sekundärenergie, die Energie die von der Kondensation nicht mehr gewonnen wird kann genutzt werden. - Rauchgas wird bis auf 35 C abgekühlt, somit weniger Entschwadungsleistung - Stromeinsparung Entschwadungsventilator (max. 80 kw läuft mit 5-20 kw) - Steigerung des Gesamtwirkungsgrades - Reduktion des Brennstoffeinsatzes - Verminderung Aschenentsorgungskosten kw auf Knopfdruck Ein / Aus - im Teillastbetrieb noch effizienter ( bis zu 40 % Wärmerückgewinnung aus Rauchgas) Erstellt von Franz Kaml 16

17 Betriebsergebnisse 1. Reduktion Ölverbrauch 1.Gesamtleistungen Primäraufwand Öl in Liter / Jahr Biomassekessel 1 4 MW ,00 Biomassekessel 2 Gesamt Kondensation Wärmepumpe Wärmerückgewinnung Gesamtleistung 2. Reduktion Spitzenlastanteil 3 MW 7 WM 1,2 MW 1,2 MW 2,4 MW 9,4 MW Liter / Jahr , , , , , , , , , , , , , , , , ,00 Erstellt von Franz Kaml 17

18 Betriebsergebnisse 2. Senkung der Rauchgastemperaturen Stromeinsparung Entschwadungsventilator Rauchgastemperaturen werden bei Volllast auf 40 C bei Teillast teilweise auf 30 C gesenkt. Gesamtstromverbrauch konnte von 25,5 auf 22,5 kw/ erzeugte MW reduziert werden 40,00 35,00 kwh / MW 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Jänner Februar März Erstellt von Franz Kaml 18

19 Betriebsergebnisse 3. Reduktion Stromverbrauch für Entschwadung Erstellt von Franz Kaml 19

20 Betriebsergebnisse 4. Steigerung Gesamtwirkungsgrad auch im Schwachlastbetrieb Erstellt von Franz Kaml 20

21 Betriebsergebnisse 5. Steigerung der Abgaswärmenutzung 35,0% Abgaswärmenutzung in % zur erzeugten Biomasse 30,0% 25,0% ,0% 2009 % 15,0% ,0% 5,0% 0,0% Jänner Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Erstellt von Franz Kaml 21

22 Betriebsergebnisse 6. Steigerung des Gesamtwirkungsgrades Gesamtanlagenwirkungsgrad 120,00 Wirkungsgrad in % 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Jänner Februar März April Mai Juni Juli August Septem ber Oktober Novemb er Dezemb er ,16 87,44 85,59 84,27 74,41 75,24 76,57 82,36 78,41 79,18 88,62 85, ,46 90,60 94,24 89,00 83,06 71,44 87,11 78,99 77,34 87,01 77,86 86, ,18 85,84 92,47 88,10 87,03 76,64 85,57 86,56 75,89 77,43 79,66 94, ,08 93,05 94,65 96,25 91,75 83,73 81,66 82,50 77,44 95,81 88,73 95, ,45 102,03 101, Erstellt von Franz Kaml 22

23 Betriebsergebnisse Vorschau Energetische Verteilung (Jan. März 2014) Fließschema Gesamtanlage (Berechnungen Heizwertbezogen) Gesamtwirkungsgrad Bezogen auf Heizwert 100,37 % Kessel 1+2 Kondensation 6388 Netto Tonnen 2973 Atro Tonnen Wärmepumpe Entzug 924,1 MW Gesamterzeugung MW BMK 1.719,1 Kondensation 924,1 Wärmepumpe (ohne el) ,2 Gesamterzeugung 3815 m³ Wasser Kondensatwasser m³ Erstellt von Franz Kaml 23

24 Adaption Wärmepume Holzwärme Flachau Danke Hrn. Dr. Gerhard Löffler und Hrn. Dr. Bernhard Kronberger für die Unterstützung zur Umsetzung dieses Projektes Viele Dank für die Aufmerksamkeit! Erstellt von Franz Kaml 24