Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE

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1 Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE Erfahrungen bei Fernkälte-und Kombianlagen-Projekten Ulrich Pietrucha, Leszek Wojtan - Friotherm AG, Frauenfeld, CH

2 Inhalt Fernkälte-und Kombianlagen-Projekten Friotherm ein kurzer Blick auf das Unternehmen Friotherm Turboverdichter und Leistungsbereiche Beispiele von ausgeführten Fernkälte-und Kombianlagen Fernkälte in Paris Zentrale Canada, Einbringung Zentrale Auber Rohabwasser als Wärmequelle und Kühlwasser Sandvika/Oslo Wärmequelle Meerwasser: indirekte Nutzung von Meerwasser Rolfsbukta die erste Grosswärmepumpe mit R1234ze Wärmequelle gereinigtes Abwasser- Helsinki Turku - Suomenoja Österreich - Kombianlage mit variabler Drehzahl TFP1 Boulogne Billancourt - Kombianlage und geschickte Nutzung eines Aquifers 2

3 Friotherm AG auf einen Blick Hauptsitz & Zentrale für Wärmepumpen Auslegung & Konstruktion Forschung & Entwicklung Kompressor Herstellung Friotherm Gesellschaften Turbo-Kaltwassersätze für Kernkraftwerke Packaging Turbo- Wärmepumpen- & Kaltwassersätze Frauenfeld, Schweiz Weissensberg, Germany Packaging von Turbo- Kaltwassersätzen São Bernardo, Brazil Export und Vertretungen im Ausland Export Anteil >95% Export Länder (Auszug) Skandinavien, Frankreich, Italien, Fernost,... Friotherm Filialen Vertretungen Frankreich, Schweden Finnland, Italien, China,Emirate,... 3

4 Friotherm AG vom SULZER Ursprung bis heute 4

5 Friotherm AG vom SULZER Ursprung bis heute 1878 Herstellung des ersten Kälteverdichters 1920 Bau des ersten Ammoniak Turboverdichters 1927 Herstellung des welt- grössten Kolbenverdichter 1958 Erster Turboverdichter für synthetisches Kältemittel 1978 Entwicklung einer neuen Turbo Verdichter-Generation zum Einsatz im Wärmepumpenbereich Entwicklung eines Hochleistungs- Laufrades (2000) Erweiterung Leistungsbereich: Uniturbo 43BX (2005) Erweiterung Leistungsbereich: Uniturbo 22S (2010) 5

6 Uniturbo - Turboverdichter - Portfolio 6

7 Uniturbo - die zweistufigen Turboverdichter UNITURBO 34 UNITURBO 50 mit Getriebe und Ölsystem Q H = Heizleistung Q H bis zu 10MW Q H bis zu 22MW mit R134a 7

8 Uniturbo Leistungsbereich einstufige Maschinen 70 Kondensations- Temperatur [ C] S 22AX 22BX 28CX 33CX 43BX Kälteleistung [kw] mögliche Erweiterung in der Zukunft 56FX Valid for R134a 8

9 Uniturbo Leistungsbereich zweistufige Maschinen 9

10 Uniturbo Leistungsbereich zweistufige Maschinen HFO 1234ze 10

11 2 - stufige Wärmepumpen Heißgas tritt mit hoher Temperatur und hohen Druck in den Kondensator ein KONDENSATOR Verdichtung nach 2-Stufe Heißwasser Austritt Unterkühler (optional) Heisswasser Eintritt HochdruckVerdichter Ansaugung 2-Stufe expansion valve high stage Flashgas in 2-Stufe Economizer Verdichtung nach 1-Stufe flash gas NiederdruckVerdichter liquid expansion valve low stage hot gas bypass Ansaugung des verdampften Kältemittels Eintritt Wärmequelle Verdampfer Austritt der abgekühlten Wärmequelle warm kalt 11

12 Ausgeführte Anlagen Kälte- und Wärme- Erzeugung 12

13 Das Fernkältenetz von Paris Besonderheit im Fernkältenetz von Paris: Um die Kapazität des bestehenden Netzes zu erhöhen wird in den Zentralen mit Friotherm Kältemaschinen Kaltwasser mit 2 C produziert: FRIOTHERM AG F.Burkhalter et L. Wojtan le 28 novembre MW Canada 52MW Palais de Tokyo 42MW Les Halles 20MW Bercy 26MW Auber

14 Das Fernkältenetz von Paris Centrale Canada 52MW Fernkälteproduktion für Climespace, Paris Anzahl Kältemaschinen Typ Kältemittel Gesamtkälteleistung Kaltwassertemperaturen Kaltwasservolumenstrom Kühlwasser Kondensatorleistung Seine - Wassertemperaturen Kühlwasservolumenstrom Leistungsaufnahme, elektr. 8 (4x2) UNITOP 33C R134a kw 10 / 2 C m3/h Seine - Wasser kw 27 / 32 C m3/h kw COP 6.13 An den Maschineraum angepasste Kältemaschinen

15 Das Fernkältenetz von Paris Centrale Auber 26MW EINBRINGUNG EXTREM: Fernkälteproduktion für Centrale Auber, Paris Centrale Auber: Motormontage (1600kW) 15

16 Sandvika Anlage Wärmequelle: Roh-Abwasser 16

17 Sandvika Anlage Wärmequelle: Roh-Abwasser 1 Zentraler Abwasserkanal Filterstation Mechanische Filtration Sedimentation Abwasserpumpen Wärmepumpenhalle Wärmepumpen- / Kälte Maschinen (simultan & reversibel) 3.2 Umkehrventile Maschinenhalle Zusatzanlagen Pumpen Vakuum Entlüftung Expansionsbehälter Speiswassertanks 5 Kontrollraum 6 Die dritte Sandvika WP 2 x HP 2 x 7 000kW (57/78 C) 6 Installation rd HP 7 700kW (70/78 C) 17

18 Sandvika Anlage Wärmequelle: Roh-Abwasser Anzahl installierter Anlagen Gesamtleistung Typ Typ 3 Heizleistung > 21MW und Kälteleistung > 14MW UNITOP 2 x 28/28CY installiert 1989 bis heute > Betr.h UNITOP 1 x 33/28CY installiert 2008 bis heute > Betr.h Die neue Anlage, installiert 2008 Kältemittel R134a Wärmequelle / Kälteträger Kälte-/ Wärmequellenleistung Rohabwasser Ein-/Austritt Rohabwasser oder Klimakaltwasser oder beides gleichzeitig kw 9 / 4 C Kaltwasser Ein-/Austritt 8 / 2 C Heizmedium Wärmeleistung [immer gefordert] Heizwasser Temp. Ein-/Austritt Fernheizwasser kw 70 / 78 C Klemmenleistung COP (Wärme) Gesamt - COP (Wärme + Kälte) kw

19 Sandvika Anlage Wärmequelle: Roh-Abwasser 2 Unitop 28/28 in der Sandvika Kaverne Maschinenraum links Unitop 28/28 rechts: Wärme- u. Kälte-Verteilpumpen Werkstattbild Anfang April 2008 vor der Demontage für den Transport Mai 2008, die neue Kombianlage in der Kaverne 19

20 Wärmequelle Meerwasser: indirekte Nutzung , Halbinsel Fornebu - ehemaliger Flughafen-Standort WP-Anlage Rolfsbukta 2012 WP Anlage Lysaker ca. 1.5km von Telenor entfernt Statoil Bedarf 6,8MW Kälte 4,8MW Wärme (ausserhalb des Bildbereichs) (1998, 2012) WP Anlage Telenor (2001, 2006) Alle vier Anlagen nutzen Meerwasser (indirekt) als Wärmequelle und als Kühlwasser 20

21 Rolfsbukta WP-Anlage mit Kältemittel R1234ze Betriebsart Wärme- und Kälteerzeugung Anzahl Units Typ 2 Wärmepumpen UNITOP 43/28 Kältemittel R1234ze Kälteträger FK + Meerwasser indirekt Kälteleistung kw Kaltwasser Temp. Ein-/Austritt 4.9 / 2.5 C Volumenstrom Kälteträger 2 x m3/h Heizwasser temp. Ein-/ Austritt 65 / 80 C Volumenstrom Heizwasser Motor-Klemmenleistung Wärmeleistung COP [Wärme] COP [total] UNITOP 43/28 im 2.Kellergeschoss des SCANDIC Hotel in Rolfsbukta 2 x 935 m3/h kw kw selon Ø. Hodnebog1 et al. Global Warming Potentials and Radiative Efficiencies of Halocarbons and Related Compounds: A Comprehensive Review <1 Reviews of Geophisics, June 2013, vol.51 issue 22 Pages < Center for International Climate and Environmental Research-Oslo (CICERO), Oslo, Norway

22 Rolfsbukta WP-Anlage mit Kältemittel R1234ze Betriebsart Kälteerzeugung im Sommer Anzahl Units Typ 2 Wärmepumpen UNITOP 43/28 Kältemittel R1234ze Kälteträger Fernkältewasser Kälteleistung Kaltwasser Temp. Ein-/Austritt Volumenstrom Kälteträger kw 7 / 2.5 C 2 x m3/h Blick in den Maschinenraum Kühlwasssertemp. Ein- / Austritt 20 / 33 C Volumenstrom Kühlwasser Motor-Klemmenleistung Kondensatorleistung 2 x 828 m3/h kw kw COP [Kälte] 4.5 Meerwasserwärmetauscher 22

23 Rolfsbukta: Umschaltung Wärme - Kälte - Betrieb Condenser DH water Condenser Cooling water Subcooler DH water Subcooler Cooling water 28CX 28CX 33CX Economiser Evaporator 33CX DC / heat source water Cooling&&heating heatingmode mode Cooling Economiser Evaporator Cooling only mode 23 DC water

24 Rolfsbukta WP-Anlage mit Kältemittel R1234ze Meerwasserleitung DN700 Einbringung der Apparategruppe 24

25 Rolfsbukta WP-Anlage mit Kältemittel R1234ze Vom Oktober 2010 bis März 2011 untersuchte Friotherm die Anforderungen des Kältemittels R1234ze an die Ausführung von Kälte- und Wärmepumpenanlagen. Mit den notwendigen Änderungen am Anlagen- und Kompressordesign wurde dann die zur Zeit weltgrösste Kälte-und Wärmepumpenanlage mit dem neuen Kältemittel gebaut GWP Tb Tc PEL LFL-UFL Zündenergie Brenngeschwindigkeit [ C] [ C] [ppm] Vol% [mj] Base: R134a ze 7 (neu <1) ca bei > 30 C 61'000-64'000 bei 54 C ca. 1.5 bei 50 C 1234yf at 23 C 5'000-10'000 bei 20 C 1.5 Isobutan < at 23 C keine Angabe keine Angabe Propane keine Angabe 1-78 extrapoliert bei 23 C CO2 Ammoniak 25

26 Wärmequelle behandeltes Abwasser: Katri Vala Turku - Suomenoja Winter Operation M 30 MW 90 MW 62 C 60 MW 3 C Districtheating Network Districtcooling Network 50 C 22 C 15 C 33 C 5 Heatpum ps 5 heat pumps Unitop 50FY Unitop 50FY Helsinki Energy for Ka tri Vala Harbour of Sörnainen 10 C 4 C 12 C 6 C Sewage water tunnel 3 C 1 C 15 C 13 C Harbour of Sörnainen oben links:katri Vala Das Abwasser ist vom Verdampferkreislauf über einen PWT getrennt. Das gereinigte Abwasser wird vor dem PWT noch einmal über Bernouilli Filter geführt. Die Verdampfungstemperatur beträgt 3.2 C, die Grädigkeit von Abwasseraustritt mit 6 C zur Verdampfung beträgt also 2.8Kelvin. oben rechts: Turku Kakola Anlage Das Abwasser geht direkt durch den Verdampfer. Mit den eingesetzten Spezialrohren beträgt die Grädigkeit von Abwasseraustritt zur Verdampfung 2.8Kelvin. Unten rechts: Suomenoja Anlage Das Abwasser geht direkt durch den Verdampfer. In Zeiten geringer Abwasserverfügbarkeit kann zusätzliche Wärmequellenwasser vom Frühjahr bis in den Herbst beigefügt werden. Einspeisung Ostseewasser bis max. 50% im Sommer 26

27 Die Kakola Kombianlage in Turku / Finland Juli 2013 Blick in die Maschinenhalle, mit Kombianlagen 1 & 2, Gesamtleistungen, ca.: QHeiz > 40MW und QKälte > 26.5MW Qtherm.gesamt > 66MW - COPtherm.gesamt ca

28 Wärmequelle behandeltes Abwasser Suomenoja Qh bis 48MW Blick in die Wärmepumpenzentrale Suomenoja Das eigens für die WP-Anlage Suomenoja erbaute neue Maschinenhaus Gesamtthermische Leistung mit Fernkälte im Sommer: 64MW unten links: Blick auf die WP2 mit Kompressor und Sperrölunit unten rechts: Blick auf die WP1 mit Steuerschrank und Instrumententafel 28

29 Österreich - Kombianlage mit variabler Drehzahl City HT-FH kw 57/95 C neues Wohnquartier 2017 NT - FH kw 43/69 C Kühltürme Stahlwerk - Produktion kw 33/25 C Inbetriebsetzung im April 2016 Wärme-Kältezentrale - Dezember 2014 Luftbild: Stahlwerk 29

30 Österreich - Kombianlage mit variabler Drehzahl GRAZ Reininghaus Energiezentrale - 3D Model 30

31 Österreich - Kombianlage mit variabler Drehzahl Energiezentrale Produktion Eintritt ca.. 33 HT-FH Stadt kw 57/95 C TAustritt zwischen GRAZ Reininghaus Fernheizung LT-FH kw 43/69 C nicht dargestellt im P&I: zusätzlicher Kältemodus - Kaltwasser 12 / 6 C - Heisswasser 65 /77 C vereinfachtes P&I 31

32 Projekt TFP1 Boulogne Billancourt 32

33 TFP1 Boulogne Billancourt - Betrieb: Bei geringem Kälte-, aber hohem Wärme-Bedarf kann Wärmequellenenergie aus dem Aquifer zugeführt werden 33

34 TFP1 Boulogne Billancourt - Betrieb: 34

35 Projekt TFP1 Boulogne Billancourt Die Wärmepumpe UNITOP 23/22 in der FRIOTHERM-Werkstatt vor der Lieferung 35

36 Zusammenfassung o Für Turbo-Wärmepumpen / Kombianlagen im Leistungsbereich 2 bis 25MW gibt es seit über 30 Jahren positive Betriebserfahrungen bei Heisswasser Austrittstemperaturen von bis zu über 90 C. o Jahrzehntelange, positive Betriebserfahrung mit den verschiedensten Wärmequellen. GRAZ Reininghaus o Turbokompressoranlagen sind im Betrieb sicher und liefern bewiesene Verfügbarkeiten von über 99% im Betrieb. o Fast alle in den 80'er Jahren installierten Wärmepumpen / Kombianlagen sind heute noch in Betrieb. Kunden die ihre Anlagen seit über 25 Jahren erfolgreich betreiben, rüsten diese Anlagen heute auf neue Kältemittel um, in der Erwartung die Anlagen weitere 15 bis 20 Jahre zu betreiben. o Die absolut kundenangepasste Wärmepumpe / Kombianlage bietet höchste Flexibilität bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden und hoher Verfügbarkeit. o Umschaltung auf verschieden Betriebsarten ermöglicht parallele oder alternative Kälte- und Wärmeproduktion während mehr als 8'500 Stunden im Jahr 36