Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE

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1 Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE ERFA-Tagung VFS, 05. / 06. November 2014 in Bellinzona / Giubiasco Referat: Niedertemperatur - Wärmeversorgung Referent: Joachim Ködel Geschäftsbereichsleiter Energieanlagen / Leitungsbau Gruner Gruneko Schweiz AG Niedertemperatur Wärmeversorgung 1. Was ist "Niedertemperatur"? 2. Anwendungsgebiete Niedertemperatur Wärmeversorgung 3. Niedertemperatur Wärmeerzeugung 4. Bewertung Niedertemperatur-Wärmeversorgung 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik 7. Einsatzmöglichkeiten von Wärmespeichern 8. Erfahrungen mit Niedertemperatur Wärmeversorgung am Beispiel Giubiasco 2 1

2 Niedertemperatur Wärmeversorgung 1. Was ist "Niedertemperatur"? Begriffe (nicht offiziell): Hochtemperatur-Fernwärme: Fernwärme-Vorlauftemperatur genügt zur Beheizung von Gebäuden oder Trinkwassererwärmung ohne Nachheizung. d.h. Grenze NT - HT ~ 40 C bis 65 C Niedertemperatur-Fernwärme Hochtemperatur-Fernwärme Sonderfälle: "Anergienetz": Ein Anergienetz ist ein Netz mit ~ Umgebungstemperatur, an das sowohl Kältewie auch Wärmeverbraucher angeschlossen sein können. Betriebsweise möglich "unidirektional / bidirektional" als auch "gerichtet / ungerichtet". Kalte Fernwärme: Die Vorlauftemperatur genügt normalerweise nicht für direkte Beheizung. Kalte Fernwärme ist "gerichtet" und "unidirektional", 2. Anwendungsgebiete Niedertemperatur Wärmeversorgung Beispiele NT-Wärmeversorgung: Visp Kalte Fernwärme ca. 18 C Hinwil NT-Wärmeversorgung 45 / 35 C Geospeicher Novartis Kälte und Wärme 7 18 C Anergienetz ETH-Hönggerberg Zürich ca. 12 C Giubiasco NT-Fernwärme 65 / 45 C 2

3 2. Anwendung NT Fernwärme Visp-West: Kalte Fernwärme 3,5 MW Trasse 2 km Vorlauf C Quelle: Kanal Kühlwasser Lonza 2. Anwendungsbeispiel Niedertemperatur Fernwärme für Gewächshaus KEZO Hinwil direkte Nutzung des Abdampfes der Turbine Hinwil: 3,9 ha Gewächshäuser Vorlauf 45 C Heizkondensator für Fernwärme 45/35 Quelle: Fahrer AG 3

4 2. Anwendungsbeispiel Niedertemperatur Wärmenutzung Novartis Basel Bau Geospeicher Geospeicher zur Wärme und Kälteversorgung Erdsondenfeld mit Verrohrung 3. Niedertemperatur - Wärme Erzeugung Beispiele Geothermie Rauchgas- Kondensation Abwärme Kälteanlagen Turbinenabwärme G Abwärme 8 4

5 4. Bewertung Niedertemperatur Wärmeversorgung Warum Niedertemperatur-Wärmeversorgung? 4. Bewertung Niedertemperatur Wärmeversorgung Wärmequellen, Vergleich HT NT Hochtemperatur 120 / 60 Niedertemperatur 60 / 40 Dampfdruck erforderlich Turbine WKK Stromverlust 2,5 bar abs. 125 kwh el. / MWh therm. 0,3 bar abs. 25 kwh el. / MWh therm. BHKW-Gesamteffizienz 85% > 90% Wärmepumpe Quelle 25 C Quelle 10 C nur Vorwärmung bis 75 C möglich, COP < 3,5 COP bis 5,5 COP bis 4 Holzfeuerung Wirkungsgrad ohne RG-Kondensation 88% mit RG-Kondensation 105% 5

6 4. Bewertung Niedertemperatur Wärmeversorgung warum ist Niedertemperatur-Fernwärme günstig für typischen Verbund 1 km / 2 MW / 2000 MWh/a Wärmeverluste: HT (120/60) 301 MWh/a = 15,0% NT (60/40) 163 MWh/a = 8,2% Pumpenstrom HT 8,8 MWh el/a NT 22,0 MWh el/a Wärmegestehung (Beispiel: Transport- und Energiekosten, Quelle, Erstattung des Stromverlustes) HT 63 CHF/MWh NT 59 CHF/MWh typischer Verbund: Vergleich 1 km Fernwärmetrasse KMR Fall Hochtemperatur: 120 C/60 C, Fall Niedertemperatur: 60 C/40 C, Isolationsstärke 2 bis 90 C, darüber 3. Strömungsverluste max. 250 Pa/m. Übertragungsleistung 2 MW, Wärme = 2000 MWh/a, Wert el. Enegie= 12 Rp./kWh 4. Bewertung Niedertemperatur Wärmeversorgung Fazit Die Wahl der Netztemperatur ist ein Ergebnis aus: Kundenanforderungen welche Temperatur brauchen wir? Gegebenheiten Wärmequelle welche Temperatur haben wir? Wirtschaftlicher Gesamtbetrachtung wie viel Rp./kWh zahlen wir? Ökologischen Zielen wie viel CO2/kWh emittieren wir? 6

7 Themen Prinzip Gewächshausbeheizung NT-Fernwärme Fernwärmetrasse mit 3-Leiter Nutzung Rücklauf HT-Netz Kombination HT und NT 13 Möglichkeiten der Beheizung von Gewächshäusern Bodenheizung Vorlauf 40 C Rücklauf 30 C Luftheizung Vorlauf 60 C Rücklauf 45 C 7

8 Teleriscaldamento del Bellinzonese (TERIS) Gewächshäuser in der Magadino Ebene 7 ha für Gemüse - Kräuter - Tomaten - Salat Wärmebedarf: 1,3-1,5 MW/ha Bisher: Erdgas / LPG / HEL Neu: Fernwärme 65/45 C 15 TERIS Südnetz, Potenzialermittlung 2010: > 20 GWh/a = Hochtemperatur 105 C = Niedertemperatur 65 C 16 8

9 TERIS Südnetz, Stand 2014 Hochtemperaturnetz Vorlauf 105 C (Gewerbezone San Antonino) Niedertemperaturnetz Vorlauf 65 C Rücklauf 45 C (Gewächshäuser) 17 TERIS Südnetz 18 9

10 TERIS Südnetz, zwei Vorlaufleitungen 105 C und 65 C Vorlauf NT 65 C DN200 Dämmstärke 2 Vorlauf HT 105 C DN150 Dämmstärke 3 19 Rücklauf gemeinsam 45 C DN200 Dämmstärke 1 Übergabestationen NT Gewächshäuser am Niedertemperaturnetz: Beispiel mit Reservekessel und Speicher 65 C 45 C Wärmetauscher 40 C 60 C Reservekessel Speicher 20 10

11 Übergabestationen HT 45 C 105 C Gewächshaus am Hochtemperaturnetz (Cattori): Nutzung des Netzrücklaufes, zweistufige Wärmeübergabe 55 C Niedertemp.-WT 40 C Hochtemp.-WT 60 C Übergabestation zweistufig Quelle: Hoval 21 Netz Süd HT Wärmekunde Hochtemperaturnetz Süd: MIGROS San Antonino MIGROS 80 C 105 C 50 C 55 C 22 11

12 Absenkung der Rücklauftemperatur durch NT-Verbraucher Nutzung Rücklauf Netz Süd: Gewächshäuser Cattori (NT-Wärmetauscher) MIGROS 105 C 45 C 55 C 40 C 50 C Cattori 23 Hochtemperatur-Prozesswärme durch Vorlauf-Abkühlung Prozesswärme für Milchverarbeitung: LATI San Antonino Lati 100 C 90 C MIGROS 105 C 95 C 45 C 55 C 40 C 50 C Cattori 24 12

13 Serienschaltung Prozesswärme für Milchverarbeitung: LATI San Antonino Lati 100 C 90 C MIGROS 105 C 95 C 45 C 55 C 40 C 50 C Cattori Serienschaltung 25 Jahresgang Jahresgang Wärmebedarf typisches Gewächshaus Januar und Dezember ohne Heizung Leistung 100% 80% 60% 40% Linie Wärmeverbund typisch Gebäude 20% 0% Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Spitzenbedarf Gewächshäuser und andere Gebäude sind zeitlich versetzt 13

14 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Teleriscaldamento del Bellinzonese (TERIS) Giubiasco: In Betrieb seit 2009 (noch ohne Fernwärme) Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Teleriscaldamento del Bellinzonese (TERIS) Situation: Dampfentnahme der Giubiasco ist begrenzt auf 8 MW Ziel Wärmeerzeugung: niedrige Wärmegestehungskosten für Gewächshäuser geringer Dampfbedarf, wenig Stromverlust der Turbine 28 14

15 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Fernwärme aus Turbinenprozess 40 bar G 0,12 bar LUKO 40 bar Stromverlust 270 kwh/mwh 3 bar Stromverlust 130 kwh/mwh 0,12 bar Stromverlust 0 kwh/mwh 3 bar Fernwärme Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Prozess Druckerhöhung 40 bar Erhöhung des Dampfdruckes mittels Injektor zur Nutzung des Abdampfes für Fernwärme G 3 bar 0,12 bar LUKO Fernwärme HT Injektor Fernwärme NT 30 15

16 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Funktionsweise und Aufbau Injektor Saugdampf 0,12 bar Nutzdampf 0, ,32 bar Treibdampf 3 bar Nadelventil für Treibdampf Venturidüse Nutzdampf 0, ,32 bar bar Treibdampf 3 bar Saugdampf 0,12 bar Quelle: GEA Wiegand GmbH Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Dampfkompressor Strahlpumpe (Injektor) mit Düsennadelregelung Quelle GEA Wiegand GmbH 32 16

17 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Prozess Kaskade Temperaturerhöhung FW-Wasser über 3-stufige Kaskade Turbine, Generator G Injektoren zur Dampfdruckerhöhung 0,12 bar 0,32 bar Kondensatoren Fernwärme Vorlauf 65 C 3 bar 0,25 bar 59 C 0,18 bar 52 C Fernwärme Rücklauf 45 C Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Aufbau Anlage Injektoren und Heizkondensatoren während Montage 34 17

18 6. Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Zentrale Teris Entnahme Abdampf aus der LUKO-Leitung DN 800 0,12 bar Nutzung Turbinenabdampf mit Injektortechnik Ergebnisse Ergebnisse Injektortechnik Teris Giubiasco: Für die Gewächshäuser genügt ½ der Dampfmenge 3 bar und 40 bar Die Wärme für die Gewächshäuser ist ca. 0,5 Rp./kWh günstiger Die Injektoren wirken wie eine Wärmepumpe mit einem COP von 6 Nutzung von 9000 MWh/a Turbinenabdampf (Endausbau) Wichtig ist tiefe Rücklauftemperatur 36 18

19 7. Einsatzmöglichkeiten von Wärmespeichern am Beispiel TERIS Südnetz NT Wie wirken sich dezentrale Wärmespeicher aus Einsatzmöglichkeiten von Wärmespeichern am Beispiel TERIS Südnetz NT Dezentrale Wärmespeicher dienen der Spitzenlastdeckung der Verkleinerung der Netzleistung der Glättung der Wärmeproduktion Leistung Tagesgang Wärmebedarf typisches Gewächshaus 100% Gewächshäuser mit Luftbeheizung zeigen grosse Tag-Nacht-Leistungsschwankungen. 80% 60% 40% 20% 0% 0:00 3:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:00 Uhr 38 19

20 7. Einsatzmöglichkeiten von Wärmespeichern TERIS Südnetz NT Am Tag eingespeicherte Wärme wird in der darauffolgenden Nacht genutzt. Tagesgang Wärmebedarf typisches Gewächshaus Leistung 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0:00 3:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:00 Uhr Einsatzmöglichkeiten von Wärmespeichern TERIS Südnetz NT Wärmespeicher Fa. Cattori 500 m3 18 MWh = 4 5 Stunden Volllast 40 20

21 8. Erfahrungen mit Niedertemperatur-Wärmeversorgung TERIS Erfahrungen 2 Betriebsjahre Injektortechnik ermöglicht Turbinenabdampfnutzung Erfahrungen mit Niedertemperatur-Wärmeversorgung TERIS Turbinen-Abdampfnutzung Jahresdauerlinie Gesamtnetz TERIS 2018 Nutzung von Abdampf im Endausbau 9000 MWh/a führt zu: 1700 MWh/a zusätzlicher Stromproduktion 42 21

22 8. Erfahrungen mit Niedertemperatur-Wärmeversorgung TERIS Erfahrungen 2 Betriebsjahre Beheizung Gewächshäuser mit niederen Temperaturen erweist sich als kostengünstig Speicher reduzieren die Netzleistung und glätten die Wärmeproduktion Serienschaltung ermöglicht eine grosse Netzleistung und ermöglicht die Nutzung von Niedertemperatur-Wärmequellen Jahresgang der Gewächshausheizung ermöglicht hohe Netzauslastung Erfahrungen mit Niedertemperatur-Wärmeversorgung TERIS Erfahrungen 2 Betriebsjahre Fragen? 44 22