bmvit: : Highlights der Energieforschung - Systemintegration von Wärme W und Strom in zukünftigen urbanen Systemen - Wien 21.05.2013 SUNSTORE 4 4 : Biomasse-Solarnutzung in Fernwärmesystemen rmesystemen II Umsetzungserfolge Dipl.-Ing. Alfred Hammerschmid BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH Inffeldgasse 21b, A-8010 A Graz, Austria TEL.: +43 (316) 481300; FAX: +43 (316) 4813004 E-MAIL: hammerschmid@bios-bioenergy.at bioenergy.at HOMEPAGE: http://www.bios bios-bioenergy.atbioenergy.at
Inhalt Kurzüberblick Projektpartner und Anlagenverschaltung Planungsziele Monitoring Erdbecken-Wärmespeicher Monitoring Hochtemperatur CO 2 -Wärmepumpe Monitoring Biomasse-KWK auf Basis ORC Monitoring Gesamtanlage Zusammenfassung und Ausblick 2
Konsortium innerhalb des EU Projektes Nr. Partnername Nation Hauptaufgabe 1 Marstal Fjernvarme a.m.b.a. Dänemark Projektkoordinator und Anlagenerrichter/betrieber Ergebnisverbreitung Nord- und Westeuropa 2 SUNMARK A/S Dänemark Hersteller der Solarkollektoren 3 Euro Therm A/S Dänemark Hersteller des Biomasseanlagensystems 4 Advansor Dänemark Hertsteller der Wärmepumpe 5 Steinbeis Innovation GmbH Deutschland Langzeitmonitoring 6 Energy Management AB Schweden Konzeptstudien auf europäischer Ebene 7 BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH Österreich Engineering des ORC- und Thermoölsystems; Optimierung des Biomassekessels (CFD) 8 Euroheat & Power Belgien Ergebnisverbreitung europaübergreifend 9 CityPlan spol. s r.o. Tschech. Rep. Ergebnisverbreitung Osteuropa 10 Ambiente Italia Italien Ergebnisverbreitung Südeuropa 11 PlanEnergi Dänemark Technische Konsultanten Das Projekt wird mit Mitteln der EU im 7. Rahmenprogramm unter der Vertragsnummer ENER/FP7EN/249800/ SUNSTORE 4 gefördert. 3
Komponenten und hydraulische Anlagenverschaltung von SUNSTORE 4 80 C Biomassekessel Bestandsanlagen Thermoölkreis 310 C 250 C ORC Rauchgas Rauchgaskondensation FW Biomasse Zyklon 35 C Wärmepumpe Solaranlage 80 C Langzeitwärmespeicher (im Erdreich integriert) 10 C 4
75.000 m³ Erdbecken-Wärmespeicher Heizzentrale (Biomasse-KWK / Wärmepumpe) Projektstandort 18.300 m² Solarkollektoren (Bestand seit 1996/2003) 15.000 m² Solarkollektoren Bioöl-Kessel 10.000 m³ Erdbecken-Wärmespeicher (Bestand seit 2003) Foto: Marstal Fjernvarme 5
Planungsziele Sankey-Diagramm Diagramm: : WärmeW rme- und Strom Wärme- und Strombilanz der Gesamtanlage Nutzenergie aus Biomasse 22709 Angaben in MWh/a, Planungsziel 6
Projektzeitplan Errichtung und Inbetriebnahmen Projektzeitplan: Erdbecken-Wärmespeicher Errichtung: Herbst 2011 Befüllung und Isolierung: Winter 2011 bis Frühjahr 2012 Inbetriebnahme: Sommer 2012 Solaranlage Aufstellung: Frühjahr 2012 Inbetriebnahme: Sommer 2012 Biomasse-Kesselanlage Errichtung: Herbst 2011 Sommer 2012 Inbetriebnahme: Herbst 2012 ORC-Anlage Inbetriebnahme: Winter 2012 7
Erdbecken-Wärmespeicher rmespeicher Bauphase Bau des 75 000 m³ Erdbecken-Wärmespeichers in Marstal Wärmekapazität 5 GWh th Fotos:Marstal Fjernvarme 8
Erdbecken-Wärmespeicher rmespeicher Nach Befüllung Kalt-Inbetriebnahme des 75 000 m³ Erdbecken-Wärmespeichers in Marstal 110 m Foto: Marstal Fjernvarme Temperaturmesssonden Erdreich Temperaturmesssonden Mitte Speicher 16 m Temperaturmesssonden (bis 18 m Tiefe) 9
Erdbecken-Wärmespeicher rmespeicher Ladung/Entladung 2012/2013 Ladung und Entladung des 75.000 m³ Erdbecken-Wärmespeichers Wärmespeicher: Monatliche Ladungen 1.200 Wärme [MWh/Monat] 1.000 800 600 400 200 - -200-400 Mai.12 Jun.12 Jul.12 Aug.12 Sep.12 Okt.12 Nov.12 Wärmespeicher: + Ladung / - Entladung Dez.12 Jän.13 Feb.13 Mär.13 Apr.13 Mai.13-600 -800 Monat 10
Erdbecken-Wärmespeicher rmespeicher Wassertemperaturen im Speicher Temperaturen [ C] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Wärmespeicher: Temperaturen Speichermitte Temperatur Speichermitte 0m [ C] Temperatur Speichermitte 4m [ C] Temperatur Speichermitte 8m [ C] Temperatur Speichermitte 12m [ C] Temperatur Speichermitte 16m [ C] 0 26.01.2013 15.02.2013 07.03.2013 27.03.2013 Zeit 16.04.2013 06.05.2013 26.05.2013 m-angaben: Entfernung in Meter von der Oberkante Wasserspiegel 11
Erdbecken-Wärmespeicher rmespeicher Temperaturen im Erdreich Wärm espeicher: Temperat uren Erdre ic h neben S peicher 12 Temperaturen [ C] 10 8 6 4 Temperatur Erdreich 2m [ C] Temperatur Erdreich 8m [ C] Temperatur Erdreich 12m [ C] Temperatur Erdreich 16m [ C] 2 0 26.01.2013 15.02.2013 07.03.2013 27.03.2013 16.04.2013 06.05.2013 26.05.2013 Zeit m-angaben: Entfernung in Meter von der Erdoberkante 12
Hochtemperatur-Wärmepumpe rmepumpe Ausführung Multi-Kompressor Hochdruck- Wärmepumpe mit CO 2 als Arbeitsmittel (Hersteller: Advansor) 13
Wärmepumpe Verläufe WärmeleistungenW Wärmepumpe: Wärmeleistungen Wärmeleistung [kw] 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 Wärmeleistung Fernwärme [kw] Wärmeleistung von Speicher [kw] 0 26.01.2013 15.02.2013 07.03.2013 27.03.2013 16.04.2013 06.05.2013 26.05.2013 Zeit Energiebilanz für dargestellten Zeitraum: Wärmemenge vom Speicher: 1.321 MWh Wärmemenge in Fernwärme: 1.910 MWh Leistungszahl Wärmepumpe: 3,24 14
Wärmepumpe Temperaturverläufe ufe 90 80 70 Wärmepumpe: Temperaturen Austrittstemperatur Fernwärme [ C] Eintrittstemperatur Fernwärme [ C] Eintrittstemperatur von Speic her [ C] Austrittstemperatur zu Speic her [ C] Temperaturen [ C] 60 50 40 30 20 10 0 26.01.2013 15.02.2013 07.03.2013 27.03.2013 Zeit 16.04.2013 06.05.2013 26.05.2013 15
Biomasse-KWK Thermische und elektrische Leistungen EU-Sunstore4 - -29.03 23:55 900 Wärme Input/Output 4,5 3,0 1,5 0,0 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 Wärmeleistung Input HT [MW] Wärmeleistung Input NT [MW] Wärmeleistung Rostkühlung [MW] Wärmeleistung RG-Kondensation [MW] Wärmeleistung Output ORC [MW] Generator Bruttoleistung [kw] ORC Strom-Eigenbedarf [kw] Kesselsystem Strom-Eigenbedarf [kw] 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Elektrischer Strom 16
ORC Temperaturen und Wirkungsgrade Thermoöltemperaturen; Generator Bruttoleistung 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 EU-Sunstore4 - -29.03 23:55 03:00 06:00 28. 03. 09:00 12:00 15:00 18:00 28. 03. 21:00 Thermoöl Eintrittstemperatur HT [ C] Thermoöl Austrittstemperatur HT [ C] Generator Bruttoleistung [kw] Heißwassertemperatur Eintritt [ C] Heißwassertemperatur Austritt [ C] ORC Elektrischer Nettowirkungsgrad (bez. TÖ) [%] ORC Elektrischer Bruttowirkungsgrad (bez. TÖ) [%] 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Wassertemperaturen; Elektrischer Wirkungsgrad ORC (Auswertung über 48 Stunden bei durchnittlich 102% der Nennleistung): elektrischer Brutto-Wirkungsgrad (bezogen auf thermischen Input): 19,7 % elektrischer Netto-Wirkungsgrad (bezogen auf thermischen Input): 18,6 % 17
Sunstore 4 Verlauf Wärmeleistungen Gesamt 10 Wärmeleistungen Gesamtanlage [MW] 8 Wärmeleistung [MW] 6 4 2 0 25.02.2013-2 07.03.2013 17.03.2013 27.03.2013 06.04.2013 16.04.2013 26.04.2013 06.05.2013 16.05.2013 Fernwärmeleistung Wärmepumpe [MW] Fernwärmeleistung Biomasse-KWK gesamt [MW] Wärmeleistung Solaranlage [MW] Zeit Wärmeleistung Speicher [MW] Wärmeleistung Fernwärmelieferung [MW] 18
Sunstore 4 Verlauf Wärmeenergien Gesamt 8.000 Wärmeenergien Gesamtanlage kumuliert [MWh] 7.000 Wärmeenergie kumuliert [MWh] 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 15.02.2013-1.00 25.02.2013 07.03.2013 17.03.2013 27.03.2013 Fernwärmemenge Wärmepumpe [MWh] Fernwärmemenge Biomasse-KWK gesamt [MWh] Wärmemenge Solaranlage [MWh] Zeit 06.04.2013 16.04.2013 26.04.2013 06.05.2013 Wärmemenge Speicher [MWh] Wärmemenge Fernwärmelieferung [MWh] 16.05.2013 19
Zusammenfassung Großtechnische Fernwämeversorgung mit 50% Solarenergie und 50% Biomasseenergie ist machbar und in Marstal demonstriert Dimensionierung der Einzelkomponenten aus der Planungsphase bestätigte sich als korrekt Monitoring und detaillierte Bewertung der Effizienz und Wirkungsgrade der Einzelkomponenten wird innerhalb des Projektes bis Mitte 2014 fortgesetzt (über ein gesamtes Betriebsjahr) Lastmanagement wird stetig anhand der Monitoringdaten verbessert und angepasst Große Potentiale bzgl. der Verbreitung dieser Technologie in ganz Europa sind vorhanden; intensive Akquisition für Nachfolgeprojekte im Gange 20
Danke für die Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Alfred Hammerschmid, Austria TEL.: +43 (316) 481300-72; FAX: +43 (316) 481300-4 E-MAIL: hammerschmid@bios-bioenergy.at HOMEPAGE: http://www.bios-bioenergy.at 21