WÄRMESPEICHER UND FERNWÄRME AUS BIOMASSE SIMON NAVNTOFT ANTONSEN RAMBOLL ENERGY

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1 WÄRMESPEICHER UND FERNWÄRME AUS BIOMASSE SIMON NAVNTOFT ANTONSEN RAMBOLL ENERGY

2 RAMBØLL ENERGIE IN DER RAMBØLL GRUPPE

3 VON 2 AUF MITARBEITER Gegründet 1945 von zwei dänischen Ingenieuren, B.J. Rambøll und J.G. Hannemann Heute: Ein internationales Unternehmen mit fast Spezialisten an 200 Standorten Multi-disziplinäre Dienstleistungen von erneuerbaren Energien bis Ingenieurbau Im Besitz einer Stiftung unabhängig von Interessen Dritter Vision für 2015: Die führende Beratungsgesellschaft mit den besten Mitarbeitern

4 PLANUNG, KONSTRUKTION UND BERATUNG Geschäftsbereiche: Gebäude Verkehrswege und Mobilität Umwelt Energie Öl und Gas Unternehmensberatung Antennenmasten

5 RAMBØLL ENERGIE - KRAFTWERKE RAMBØLL Gruppe ca Mitarbeiter (mit 200 Büros in 23 Ländern vor Ort) RAMBØLL Energie ca. 700 Mitarbeiter Müllverbrennung Windenergie Energienetze (vom Energiekonzept bis zum Endverbraucher) Kraftwerke Abteilung Kraftwerke ca. 200 Mitarbeiter KWK Kraftwerke aller Größen Biomasse und fossile Energieträger Konversion von Kohle zu erneuerbaren Energien Betrieb und Wartung RAMBØLL Energie Deutschland: IMS Ingenieurgesellschaft mbh in Hamburg (ca. 60 Mitarbeiter)

6 AGENDA Einbindung von Wärmespeichern in Fernwärmesysteme Projekte: Wärmespeicher und Biomasse (-konversion) Masnedø Maribo Kopenhagen Aarhus Odense Asnæs Ausblick: Wärmespeichertechnologie in Dänemark

7 WÄRMESPEICHER IN DÄNEMARK Markteinführung in den 1980ern in Kombination mit kleinen strohgefeuerten KWK-Anlagen Heute verfügen praktisch alle KWK- Anlagen über einen oder mehrere Wärmespeicher Überwiegende Nutzung zur kurzfristigen (1-3 Tage) Wärmespeicherung als sensible Wärme in Wasser

8 ENTWURF VON WÄRMESPEICHERN Wärmespeicher sind große Wassertanks, in denen sich - durch Schichtenbildung voneinander separiert - heißes und kaltes Wasser befindet. Die wichtigsten Entwurfsgrößen: Vorlauftemperatur, statischer Druck im Netz und Kombinationen von Temperatur und Druck. Bei Vorlauftemperaturen unter 100 C kann der Wärmespeicher als atmosphärischer Tank ausgeführt werden. 8

9 DRUCKWÄRMESPEICHER Für Temperaturen über 100 C muss der Speicher als Druckbehälter ausgeführt werden. Druckbehaftete Wärmespeicher haben einen flachen Boden, wobei das Betonfundament Teil des Druckbehälters ist. Typische Isolierung: mm Mineralwolle, um Verluste zu minimieren. Verluste max 100 KW ~ 1 % pro Woche ( m3 Wärmespeicher) 9

10 EINBINDUNG EINES SCHICHTENSPEICHERS IN EIN FERNWÄRMESYSTEM KWK Kraftwerk Wärmeverbraucher Wärmespeicher Vorlauf Rücklauf

11 WÄRMESPEICHER MIT HYDRAULISCHER TRENNUNG VOM WÄRMENETZ KWK Kraftwerk Wärmespeicher Wärmeverbraucher Ausgleichsgefäß Pumpen 11

12 FAHRWEISE IN VERBINDUNG MIT KWK- ANLAGEN ALLGEMEIN Große Speicher ermöglichen ein Abfahren der Anlage in Zeiträumen mit niedrigen Strompreisen, z.b. am Wochenende. Der Betrieb im Teillastbereich kann vermieden werden, z.b. bei Strohfeuerungen. Schwankungen im Wärmebedarf über den Tag (bzw. Nachtabsenkung) können ausgeglichen werden und somit An- und Abfahrvorgänge reduziert bzw. teure Spitzenlastproduktion vermieden werden. Wärmespeicher können den Bedarf an Spitzenlastkapazität in Wärmenetzen reduzieren. 12

13 FAHRWEISE IN VERBINDUNG MIT KWK- ANLAGEN MIT WÄRMEAUSKOPPLUNG Wärmeauskopplung und Speicherung kann zu Zeiten niedriger Strompreise erfolgen (nachts). Bei hohen Strompreisen (z.b. morgens) wird im Kondensationsbetrieb gefahren und die Wärmeversorgung durch den Speicher sichergestellt. Das Verhältnis der Strom- und Wärmeproduktion der KWK-Anlage kann optimiert werden. Wenn Regelleistung benötigt wird, kann die Wärmeproduktion abgeschaltet werden und die Wärmeversorgung aus dem Speicher erfolgen. Das dynamische Verhalten der Anlage wird verbessert. 13

14 AGENDA Einbindung von Wärmespeichern in Fernwärmesysteme Projekte: Wärmespeicher und Biomasse (-konversion) Masnedø Maribo Kopenhagen Aarhus Odense Asnæs Ausblick: Wärmespeichertechnologie in Dänemark

15 MASNEDØ KWK KRAFTWERK Stroh- / Hackschnitzel-gefeuertes KWK Kraftwerk 9,5MW e 20,8MJ/s 5000m³ Wärmespeicher Direkt eingebunden, atmosphärisch 95 C Höhe: 33m Durchmesser: 14m

16 MARIBO KWK KRAFTWERK Strohgefeuertes KWK Kraftwerk 11MW e 22MJ/s 6000m³ Wärmespeicher Direkt eingebunden, atmosphärisch 85 C Höhe: 25m Durchmesser: 18,5m

17 FERNWÄRME IN KOPENHAGEN 4x Müllverbrennung: 400 MJ/s Avedøre KWK Kraftwerk 4x KWK: 1800 MJ/s

18 AVEDØRE KWK KRAFTWERK Block 1 Block 2 Strohlager Fernwärmepumpen Wärmespeicher

19 AVEDØRE WÄRMESPEICHER 2x m³ H: 50m, D: 26m 330MJ/s für 8h Druckbehaftet Auslegungstemperatur: 120 C Hydraulisch getrennt vom Fernwärmesystem

20 AVEDØRE 1 (AVV1) EIN KOHLE/SCHWERÖL KWK KRAFTWERK AVV 1 ein modernisiertes KWK Kraftwerk mit Wärmeauskopplung Ursprüngliche Auslegungstemperatur 120 C/60 C Optimierte Temperaturen 100 C/50 C Zusätzlich 160 C für ein Nahwärmenetz (untergeordnet) Kessel für Kohle und Öl => Konversion zu Biomasse Wirkungsgrad: 42%, Nutzungsgrad: 91% 250/200 MW e und 0/330 MJ/s 275bar/540 C Inbetriebnahme 1990

21 AVEDØRE 2 (AVV2) EIN KWK GROßKRAFTWERK MIT MEHRSTOFFFEUERUNG AVV 2 ein technisch ausgefeiltes mehrstoffgefeuertes Kraftwerk a. Dampfkreislauf mit einem zentralen Kessel, thermische Leistung 800MJ/s b. Auslegung des Kessels für Kohle, zusätzlich möglich: Öl, Erdgas, Holzpellets c. Gasturbinen (2x 53MW) mit Abhitzedampferzeuger zur Speisewassererwärmung; besserer Wirkungsgrad der Hauptturbine sowie der Fernwärme d. Ein Hochdruckkessel mit Stroh-Rostfeuerung um den Anteil an Biomasse zu erhöhen, thermische Leistung 100MJ/s; Zwischenüberhitzung im Hauptkessel; Wirkungsgrad ca. 35%, dampfseitig verbunden Wirkungsgrad: 47%, Nutzungsgrad: 92% 575/450 MW e und 0/585 MJ/s Inbetriebnahme 2001, (erstmalige Anwendung von P92 für Hochdruckleitungen in Europa)

22 AVEDØRE 2 (AVV2) KOMPLEXES UND FLEXIBLES DESIGN, BEWÄHRT IN ÜBER 10 JAHREN BETRIEB Auslegung des Hauptkessels (ultra-superkritisch, 800MJ/s): Kohle: 100% Erdgas: 100% Schweröl: 100% Biomasse (Holzpellets): 100% In Kombination mit 2x 53MW Gasturbinen: 575MW e

23 DYNAMISCHES ANLAGENVERHALTEN AVV 2 Abschaltung Fernwärmeauskopplung Reaktionszeit: 5-10s Zeitraum: mit Wärmespeicher mehrere Stunden Zusätzliche Leistung: max. 80 MW e Kosten: keine, wenn gespeicherte Wärme genutzt wird

24 AARHUS KWK Kraftwerk Studstrupværket befindet sich 20km entfernt vom Stadtzentrum 2x DN1000 Übertragungsleitung nach Aarhus Insgesamt 130km Übertragungsnetz Auslegungstemperatur im Jahr 1983: 125 C / 70 C Einbindung eines Druckwärmespeichers im Jahr 1998: m 3, Höhe: 55 m, Durchmesser: 29 m Block 3 (kohlegefeuert mit 10% Stroh) Konvertirung zu 100 % Holzpellets (2016)Konversion zu Biomasse

25 ODENSE m³ Wärmespeicher Direkt angebunden H: 40m, D: 50m, 92 C Fyensværket KWK Kraftwerk Block 7 (kohlegefeuert) 407MW e / 570MJ/s Müllverbrennung 24MW e / 64MJ/s Block 8 (Strohfeuerung) 35MW e / 110MJ/s

26 ASNÆS KWK KRAFTWERK m³ atmosphärischer Wärmespeicher Direkt angebunden Höhe: 65 m Durchmesser: 20 m 100 C Block 2 (kohlegefeuert) Konvertirung zum Hackschnitzel und Stroh - vergasung (Pyroneer)

27 AGENDA Einbindung von Wärmespeichern in Fernwärmesysteme Projekte: Wärmespeicher und Biomasse (-konversion) Masnedø Maribo Kopenhagen Aarhus Odense Asnæs Ausblick: Wärmespeichertechnologie in Dänemark

28 AUSBLICK FÜR DIE TECHNOLOGIE IN DÄNEMARK Nutzwert der Wärmespeicher erhöhen Schnellere und genauere Regelung Glatterer Übergang zwischen Ladung und Entladung Großwärmespeicher (~ m 3 ) als Stahltank Saisonwärmespeicher als Erdbeckenwasserspeicher mit bis zu m 3 Biomassekonversion von KWK Kraftwerken

29 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT