PROWÄSPE. Dynamische Prozessoptimierung eines innovativen Wärmespeichers

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1 PROWÄSPE Dynamische Prozessoptimierung eines innovativen Wärmespeichers

2 Projektübersicht Konsortialführer: Wien Energie GmbH (WE) Projektpartner: Förderstelle: Bilfinger Bohr- und Rohrtechnik GmbH (BUR) Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH (VAM) TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik (IET) BMVIT, Klima- und Energiefonds, Abwicklung FFG Förderprogramm: e!mission+ 1. Ausschreibung Aufgabenstellung: Dynamische Prozesssimulation des Wärmespeichersystems Ziel: Nutzen: Projektlaufzeit: Berechnung, Simulation und Optimierung transienter Betriebszustände wie z.b. Be- und Entladen des Speichers Effizienterer und ressourcenschonender Betrieb des Speichers 12 Monate

3 Wärmespeicheranlage Simmering Standort: Wärmeinhalt: Kraftwerk Simmering 830 MWh Speicherbedingungen: ca. 10 bar / 150 C Speicherbehälter: 2 Stück 14 m und 44,5 m hoch ca. 5600m³ pro Behälter Ausgleichsbehälter: 8 m und 27 m hoch, ca m³ Pumpenhaus: Ein- und Ausgangsstationen Baubeginn: Mai 2012 Fertigstellung: November 2013

4 Funktionsprinzip Laden des Speichers Entladen des Speichers Parameter des Fernwärmenetzes: Vorlauf: C bar Rücklauf: C bar

5 Betriebsweise Konzeptplanung aufgrund von Simulationsrechnungen mit Ist-Daten von 2009: Optimaler Nutzen häufige, rasch aufeinanderfolgende Lade- und Entladevorgänge Der Speicher würde ca Std/Jahr beladen und ca Std/Jahr entladen. Geplante eingespeicherte (bzw. entnommene) Wärmemenge von MWh/Jahr.

6 Ziel des Projekts ProWäSpe Optimierung der transienten Betriebszustände des Wärmespeichers Abbildung des innovativen Speichersystems inklusive aller relevanten Komponenten wie z.b. Behälter, Pumpen, Ventile, etc. mittels numerischer Prozesssimulation (APROS) Darstellung des Steuer- und Regelungskonzepts des Speichersystems Analyse des dynamischen Betriebsverhaltens (z.b. Laden, Entladen) Optimierung des Speichersystems Reduktion des elektrischen Eigenbedarfs Verkürzung der Be- und Entladezeiten Erhöhte Betriebssicherheit Einsparung von fossilen Brennstoffen und CO 2 -Emissionen

7 Simulationstool APROS Anwendungen: Optimierung von Anlagendesigns Untersuchung von Pilotanlagen Sicherheitsanalysen Überprüfen von Regelkonzepten Möglichkeiten: Simulation von Strömungen und Wärmeübertragungsprozessen 6-Gleichungsmodell für 2- Phasensysteme Betrachtung langer Zeiträume

8 Modellerstellung Abgrenzung und Erstellung von Subsystemen Testen der Einzelsysteme Zu Gesamtsystem verschalten Regelstrategien implementieren

9 Modellerstellung Masterfile Parameterfile

10 Speichertank-Modell Abbildung des Schichtspeichers: Prognose für Speicherschichtdicke 1.5m 2m 40 Temperaturmessstellen Solldruck am Speicherboden 10.3 bara Knoten 40 Umsetzung in APROS: Komponente Pipe with Heat Structure min. 40 Berechnungsknoten Speicherschichtdicke ca. 2m 2.5m Knoten 1

11 Speichertank-Modell Belade- und Entladevorgang: C Knoten min

12 Projektstatus Modellierungsarbeiten: Abbildung aller relevanten Anlagenkomponenten Funktionstests der Subsysteme Verschaltung zu einem Gesamtsystem Implementierung der Reglerstrukturen abgeschlossen

13 Zusammenfassung Gute Gründe für das Forschungsprojekt: Durch die Optimierung des Wärmespeichers können CO 2 - Emissionen weiter reduziert werden. Noch vor der Inbetriebnahme der Wärmespeicheranlage kann das Betriebsverhalten mittels Prozesssimulation getestet werden. Das Prozessmodell ermöglicht eine Simulation von Störfällen, welche in der Realität nicht getestet werden können.

14 KONTAKT Projektleiter: Wärmespeicher Simmering EUR Ing. Wolfgang Daschütz Wien Energie GmbH Geschäftsfeld Thermische Erzeugung Abteilungsleitung Kraftwerkstechnik (PK) Kraftwerk Simmering 1. Haidequerstraße Wien Telefon: +43 (0) Fax: +43 (0) Mobil: +43 (0) wolfgang.daschuetz@wienenergie.at Ao.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Andreas WERNER TU Wien Institut für Energietechnik und Thermodynamik Getreidemarkt 9 A-1060 Wien Tel.: +43 (1) Fax.: +43 (1) andreas.werner@tuwien.ac.at Dipl.-Ing. Marta GARCIA ANO Bilfinger Bohr- und Rohrtechnik GmbH Engineering Anlagentechnik Brünner Straße Wien Tel.: Fax: marta.garcia-ano@bilfinger.com Projektleiter: Forschungsprojekt ProWäSpe DI Dr. Armin STEINER Wien Energie GmbH Geschäftsfeld Thermische Erzeugung Abteilung PK Kraftwerk Simmering 1. Haidequerstraße Wien Telefon: +43 (0) Fax: +43 (0) armin.steiner@wienenergie.at Dipl.-Ing. Dominik Bothe TU Wien Institut für Energietechnik und Thermodynamik Getreidemarkt 9 A-1060 Wien dominik.bothe@tuwien.ac.at Dipl.-Ing. Silke PRINZ Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH Abteilung MI Dieselstraße Wels Tel.: / Fax.: / Mobil: silke.prinz@bilfinger.com