Wann lohnt ein Pufferspeicher?

Transkript

1 Wann lohnt ein Pufferspeicher? Betriebsleitertag Produktion am 18. Januar 2011 in Hannover-Ahlem

2 Lohnt sich ein Pufferspeicher auch für meinen Betrieb? Was kann durch einen Pufferspeicher erreicht werden? z.b. Brennstoffkosteneinsparung Investitionskosten Dimensionierung Hydraulische Einbindung Speichermanagement

3 Inhalt 1. Vorteile eines Pufferspeiches 2. Dimensionierung des Pufferspeichers Wie arbeitet der Pufferspeicher? Bei welchen Betriebszuständen ist er besonders effektiv? Welche Einsparungen an Wärmekosten sind bei unterschiedlicher Pufferspeichergröße erreichbar? 3. Hydraulische Einbindung und Speichermanagement 4. Investitionskosten für den Pufferspeichereinsatz 5. Gegenüberstellung von Einsparungen und Kosten 6. Fazit

4 Vorteile eines Pufferspeichers Besserer Betrieb von Feststoff- Feuerungsanlagen Intervallbetrieb (längere Laufzeiten und Pausen) Verbessertes Emissionsverhalten Höherer Wirkungsgrad Bessere Grundlastausnutzung Brennstoffkosteneinsparung Zusätzliche Wärmeleistung Schnelle Bereitstellung Unterstützung von nicht ausreichender Spitzenlast (100 m³ bei t = 20 K kwh nutzbare Wärmeleistung)

5 Dimensionierung des Pufferspeichers Großer Pufferspeicher? Oder reicht auch ein kleinerer Pufferspeicher? 200 m³ 40 m³

6 Dimensionierung des Pufferspeichers Einflussfaktoren mehr günstige Grundlast nutzen weniger Spitzenlastbrennstoff verbrauchen größerer Pufferspeicher höhere Investitionskosten höhere Wärmeverluste des Pufferspeichers

7 Wärmelieferung von Biogasanlage Wärmebedarf kwh/a Auslegungsheizlast ca. 1,6 MW

8 Wärmelieferung von Biogasanlage + 9,2 % Wärmebedarf kwh/a Auslegungsheizlast ca. 1,6 MW

9 400 kw 89,0 90,4 91,2 + 2,1 % 91,9 92,5 81,2 Wärmebedarf kwh/a Auslegungsheizlast ca. 1,6 MW

10 400 kw 90,9 92,5 + 1 % 93,5 94,2 + 0,5 % 94,7 81,2 Wärmebedarf kwh/a Auslegungsheizlast ca. 1,6 MW

11 Ausgeprägter Tag-/Nachtgang Pufferspeicher 50 m³

12 Ausgeprägter Tag-/Nachtgang Pufferspeicher 50 m³ Ein Pufferspeicher arbeitet am effektivsten bei ausgeprägtem Tag- / Nacht-Rhythmus des Ladens / Entladens. Dafür reichen bereits relativ kleine Pufferspeichergrößen aus (im Beispiel 50 m³)

13 Nutzbarer Ladezustand abhängig von Wassertemperaturen im Speicher (mittlere Speichertemperatur) und mittlerer Heizungsrücklauftemperatur Bei ausgeprägtem Tag-/Nachtrhythmus des Ladens/Entladens: mittlere Heizungs-RL-Temperatur nachts C Beispiel: VL-Temp. Speicherladung 82 C mittlere Heiz.-RL-Temp. 42 C t = 40 K Nutzbarer Ladezustand [kwh] = 1,02 x 1,163 x 40 x Vol. Pufferspeicher in m³ 50 m³ kwh ( 5,9 h á 400 kw) 100 m³ kwh (11,9 h á 400 kw) 200 m³ kwh (23,7 h á 400 kw) zusätzlich zur Grundlast von 400 kw

14 Wärmebedarf über Abwärmeangebot 50 m³ Pufferspeicher 50 m³

15 Wärmebedarf über Abwärmeangebot 200m³ Pufferspeicher 200 m³

16 Nutzen großer Pufferspeicher 50 m³ Pufferspeicher 50 m³

17 Nutzen großer Pufferspeicher 200 m³ Pufferspeicher 200 m³

18 Wärmebedarf unter Abwärmeangebot Pufferspeicher 50 m³

19 Anthrazit-Feuerung + 6,9 % gegenüber 400 kw Abwärme Wärmebedarf kwh/a Auslegungsheizlast ca. 1,6 MW

20 750 kw Anthrazit-Feuerung + 3,9 % 91,5 92,0 92,4 92,7 92,9 88,1 Zum Vergleich: 400 kw Abwärme, 80 m³ Pufferspeicher: + 9,2 % Bei groß dimensionierter Grundlast ist der Nutzen des Pufferspeichers deutlich geringer!

21 Kosten ( /a ohne MwSt.) Gartenbauzentrum Schleswig-Holstein Kosten Wärmeverluste durch Pufferspeicher ( /a ohne MwSt.) Beispielbetrieb: Beet- und Balkon, Topfpflanzen m², Wärmebedarf kwh/a Wärmeverluste kwh/a Abwärme 1,5 ct/kwh Abwärme 2,5 ct/kwh Holzhackschn.* 31 /Sm³ Anthrazit 216 /t Volumen Pufferspeicher (m³) Standort Pufferspeicher: außen Wärmedämmung: 15 cm Mineralwolle, WLG 035 Pufferspeicherladung ausschließlich durch Grundlast Ohne optimierte Speicherladung * Hackschnitzel: G30, W<20, Nadelholz ohne Rinde

22 Einsparung Wärmekosten durch Pufferspeicher ( /a ohne MwSt.)* Beispielbetrieb: Beet- und Balkon, Topfpflanzen m², Wärmebedarf kwh/a Spitzenlast Grundlast Volumen Pufferspeicher (m³) Heizöl EL 60 ct/l Heizöl EL 70 ct/l 400 kw Abwärme 1,5 ct/kwh 400 kw Abwärme 2,5 ct/kwh 400 kw Holzhackschn.** 31 /Sm³ 750 kw Anthrazit 216 /t 400 kw Abwärme 1,5 ct/kwh 400 kw Abwärme 2,5 ct/kwh 400 kw Holzhackschn.** 31 /Sm³ 750 kw Anthrazit 216 /t * Unter Berücksichtigung der Wärmeverluste des Pufferspeichers ** Hackschnitzel: G30, W<20, Nadelholz ohne Rinde

23 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 1. Heizkreise werden durch Grundlastkessel (Holz/Kohle)+ Speicher versorgt auf zu zu Kesselpumpe und Ringleitungspumpe müssen gut aufeinander abgestimmt sein!

24 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 2. Grundlastkessel (Holz/Kohle) versorgt Heizkreise und lädt Speicher auf zu zu

25 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 3. Grundlastkessel (Holz/Kohle) lädt Speicher zu zu zu

26 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 4. Grundlastkessel, Spitzenlastkessel und Speicher versorgen die Heizkreise zu Durch Rücklaufanhebung der Spitzenlastkessel Schutz vor Korrosion (kein Schwitzwasser) und schnellere Reaktion der Spitzenlastkessel. auf zu

27 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 5. Grundlastkessel und Spitzenlastkessel versorgen die Heizkreise (Speicher leer) auf zu auf

28 R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) 6. Spitzenlastkessel versorgen die Heizkreise, Grundlastkessel lädt Speicher zu Speicher wird geladen, um zusätzliche Wärmeleistung liefern zu können, z.b. beim Öffnen der Schirme (bei nicht ausreichender Kesselleistung, um einem unfreiwilligen Cool Morning entgegenzuwirken). zu auf

29 Einfache parallele Speicher-Einbindung mit Speicher- Absperrventil Einfache Speichersteuerung über 2-Punkt-Regelungen Oberer Temperaturfühler schaltet Spitzenlastkessel zu und schließt Speicher-Absperrventil (Vermeidung hydraulischer Probleme, Verhinderung Speicherladung durch Spitzenlastkessel). Absperrventil wird wieder geöffnet, sobald Spitzenlastkessel abschalten. Einer der unteren Temperaturfühler beendet Ladevorgang, indem Grundlastkessel abgeschaltet wird. Speicher- Absperrventil bleibt geöffnet (hydraulischer Ausgleich, Aufnahme überschüssiger Wärme in den Speicher).

30 Einfache parallele Speicher-Einbindung mit Speicher- Absperrventil und Bypass mit Rückschlagklappe Bypass mit Rückschlagklappe: hydraulischer Ausgleich, Aufnahme überschüssiger Wärme in den Speicher. Nur sinnvoll, wenn sichergestellt ist, dass die Haupt-VL-Temperatur ausreichend hoch ist, um die Speicherschichtung nicht zu zerstören.

31 Wärmeverluste durch optimierte Speicherladung reduzieren Speicherladung in Abhängigkeit von der niedrigsten Außentemperatur der letzten 24 h (RAM). Kann je nach Einstellung den Nutzen des Pufferspeichers einschränken (z.b. nicht optimal geladener Pufferspeicher bei plötzlichem Kälteeinbruch). Erfolgt die Einstellung so, dass der Nutzen des Pufferspeichers nicht eingeschränkt wird, ist die Reduzierung der Wärmeverluste relativ gering. Alternative: Gute Isolation des Pufferspeichers (bei neuen Pufferspeichern meist 20 cm Mineralwolle) In den Niederlanden Speicherladung nach Wettervorhersage (z.b. Priva, Sercom)

32 Wärmeverluste [kwh/a] Gartenbauzentrum Schleswig-Holstein Wärmeverluste Pufferspeicher Beet- und Balkonpflanzen, Topfpflanzen m² Aufstellung außen Speicherladung optimiert: Speicherladung in Abh. der niedrigsten Außentemperatur der letzten 24 h (Einstellung so, dass der Nutzen des Pufferspeichers nicht eingeschränkt wird) Volumen Pufferspeicher [m³] 15 cm Mineralwolle 15 cm Mineralwolle, Speicherladung optimiert 10 cm Mineralwolle, Speicherladung optimiert

33 Investitionskosten Pufferspeicher (Beispiele) Pufferspeicher neu, liegend, mit TÜV-Prüfung, Isolation: 200 mm Mineralwolle, Blechummantelung, Abstandshalter für Isolation, Sicherheitsorgane, 7 Stück Temperatursensoren, inkl. Transport, Aufstellung 50 m³ m³ m³ Fundamente abhängig von Tankform und Anzahl Füße 50 m³ m³ m³

34 gebrauchte Pufferspeicher Pufferspeicher gebraucht, liegend, Isolation: 100 mm Mineralwolle, Blechummantelung, Sicherheitsorgane, 7 Stück Temperatursensoren, inkl. Transport, Aufstellung Nachisolation 100 m³ m³ zu beachten: Öllagerbehälter sind nur für drucklose Lagerung ausgelegt. Der Einsatz als Druckbehälter in Form eines Pufferspeichers ist nicht zulässig.

35 Investitionskosten Pufferspeicher (Beispiele) Druckhaltung und Entgasung 50 m³ m³ m³ Hydraulische Einbindung, Mischkreis oder frequenzgesteuerte Pumpe, Schmutzfänger, Handabsperrklappen, Motorklappe, Rückschlagventil, Verrohrung, Isolation Steuerung / Speichermanagement: über zwei Zweipunktregler (Speicherladung stoppen, Spitzenlastkessel zuschalten) Integration in vorhandene RAM- Regelcomputeranlage

36 Investitionskosten Pufferspeicher insgesamt (Beispiele) 50 m³ 100 m³ 200 m³ Pufferspeicher neu Fundamente Druckhaltung und Entgasung Hydraulische Einbindung Steuerung / Speichermanagement (2 x Zweipunktregler) insgesamt

37 Gegenüberstellung Investitionskosten und Einsparung Wärmekosten durch Pufferspeicher Beispielbetrieb: Beet- und Balkon, Topfpflanzen m², Wärmebedarf kwh/a Volumen Pufferspeicher (m³) Investitionskosten ( ohne MwSt.) (Pufferspeicher neu) (Pufferspeicher gebraucht) Spitzenlast Grundlast 400 kw Abwärme 1,5 ct/kwh Einsparungen Wärmekosten ( /a ohne MwSt.)* Heizöl EL 60 ct/l 400 kw Abwärme 2,5 ct/kwh 400 kw Holzhackschn.** 31 /Sm³ kw Anthrazit 216 /t * Unter Berücksichtigung der Wärmeverluste des Pufferspeichers ** Hackschnitzel: G30, W<20, Nadelholz ohne Rinde

38 Fazit: Dimensionierung Pufferspeicher Ein Pufferspeicher arbeitet am effektivsten bei ausgeprägtem Tag- / Nacht-Rhythmus des Ladens / Entladens. Wird der Pufferspeicher optimal auf diese Betriebsweise ausgelegt, kann die höchste Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Ein überdimensionierter Pufferspeicher führt nur zu relativ geringen zusätzlichen Einsparungen, die die höheren Investitionskosten nicht rechtfertigen. Die optimale Pufferspeichergröße sollte grundsätzlich durch Auslegungs- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen betriebsindividuell ermittelt werden. Geeignete Hilfsmittel für derartige Berechnungen stehen mit der Software HORTEX in Verbindung mit HortiWE zur Verfügung.

39 Fazit: Hydraulische Einbindung und Speichermanagement Fehler bei der hydraulischen Einbindung und Speichersteuerung können den Nutzen eines Pufferspeichers deutlich reduzieren. R.A.S.S. (RAM.Alternative.Speicher.Steuerung) bietet viele Möglichkeiten, ist andererseits aber auch komplex. Speicherladung in Abhängigkeit von der niedrigsten Außentemperatur der letzten 24 Stunden kann den Nutzen des Pufferspeichers einschränken (nicht optimal geladener Pufferspeicher bei plötzlichem Kälteeinbruch). Alternative zur Reduzierung der Wärmeverluste: gute Isolation. Eine einfache parallele Speicher-Einbindung mit Speicher- Absperrventil und Speichersteuerung über 2-Punkt-Regler ist eine gute Lösung, wenn es nur auf Einsparung an Wärmekosten ankommt.

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Thomas Daniel Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein Gartenbauzentrum - Technikberatung Thiensen Ellerhoop Fon: Fax: tdaniel@lksh.de