Modulare Heizzentralen für flexible Energieversorgung
Erweiterungsfähige Energiezentralen erleichtern die Planung eines anpassbaren Versorgungskonzeptes
Die Hauptgebäude (ohne des Altbaus) der TH Köln am Campus Deutz wurden vor der Überarbeitung des Energieversorgungssystems von zwei Gas-Heizkesselanlagen mit Wärme versorgt.
Die neuen Fernwärme-Übergabestationen wurden in Betonraumzellen in Hoyerswerda anschlussfertig vormontiert und nach Köln transportiert. Diese sind ortsveränderlich und lassen sich im Bedarfsfall an einen neuen Standort versetzen.
Blick in das Innenleben der Betonraumzellen. Über vier Wärmeübertrager lassen sich insgesamt 4,5 MW-Heizleistung verteilen.
Dipl.-Ing. Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH.
Die Planung von neuen Gebäudekomplexen, Arealen oder sogar ganzer Stadtteile stellt Planer und Entwickler immer wieder vor große Herausforderungen. Spätestens bei der Frage der Energieversorgung spielen nicht nur die Bau- und Betriebskosten sowie der Klimaschutz eine Rolle. Auch der Blick auf mögliche Bedarfsanpassungen der Energieversorgung ist zu einem entscheidenden Punkt für die TGA-Planung geworden. Diese Aspekte fordern ein weitgehend flexibles Versorgungskonzept. Dies war z. B. auch die Vorgabe für das energetische Sanierungsprojekt an der Technischen Hochschule (TH) Köln, bei dem Areale eventuell in naher Zukunft weiter ausgebaut werden sollen.
Der Energiedienstleister RheinEnergie AG will bis spätestens zum Jahr 2040 seine Kunden im Stadt- und Ballungsraum Köln vollständig klimaneutral versorgen. Rhein Energie setzt dazu auf den KWK-basierten Fernwärmeausbau. Eine energieeffiziente und flexible Energieversorgung/-übergabe steht dabei im Vordergrund der Projektentwicklungen. So werden entsprechend der jeweiligen Objektanforderungen Übergabe- und Verteiltechnologien eingesetzt, die einen optimierten Betrieb der vorliegenden oder geplanten energetischen Infrastruktur effektiv gewährleisten sollen.
Am Beispiel der TH Köln wird diese Herausforderung besonders deutlich. Auf dem Campus Deutz studieren rund 10 600 junge Menschen und über 700 Beschäftigte sorgen dafür, dass der Hochschulbetrieb reibungslos funktioniert. Bislang wurden die Gebäude über eine veraltete und damit ökologisch ineffiziente Gaskessel-Heizanlage mit Energie versorgt. Neben einem hohen Ausfallrisiko der Anlage wurde ein überhöhter Primärenergieeinsatz verzeichnet, verbunden mit entsprechend hohen CO2-Emissionen. „Beides wäre schon in der nächsten Winterperiode deutlich negativ bemerkbar geworden“, erklärt Projektingenieur Marco Preußer von RheinEnergie und weiter: „Diese Situation stellte die Versorgungssicherheit für die hochfrequentierten Gebäude am Campus infrage und hätte den Betriebskostenhaushalt der Einrichtung weiter stark belastet. Vor diesem Hintergrund wurde der Faktor Zeit zum Schlüsselkriterium aller Maßnahmen.“
Unter Abwägung verschiedener Lösungen wurde für den Campus Deutz ein Anschluss an das Fernwärmenetz der RheinEnergie beschlossen. Dazu ergab sich eine weitere Herausforderung: Das 96 400 m2 umfassende Gelände einschließlich seiner Liegenschaften soll in den kommenden Jahren komplett umgebaut werden. „Für die bisherige Dachzentrale mit Kesselanlage waren die Tage also bereits gezählt,“ ergänzt Preußer. „Damit war ein möglichst praktikables Versorgungskonzept zu entwickeln, das flexible Anpassungen an die sich verändernden Bedingungen vor Ort problemlos zulässt.“
Bedarfsgerechte Steuerung der Energieversorgung
Lösungen für solche Projektanforderungen sind i. d. R. nicht von der viel zitierten Stange zu bekommen. Das sächsische Unternehmen YADOS GmbH ist Spezialist für die Ausarbeitung von Individualkonzepten für komplexe energetische Sanierungsprojekte. Für die Energieversorgung des Campus Deutz entwickelte und fertigte YADOS innerhalb von rund drei Monaten eine speziell für die Bedarfslagen des Campus ausgelegte 4,5-MW-Anlage. Diese verfügt über vier 1125-kW-Wärmeübertrager, die – mit Blick auf die Zukunft gerichtet – die Versorgungsqualität und -stabilität auch auf lange Sicht gewährleisten sollen. „Die vier kaskadierten Komponenten weisen im Vergleich zu konventionellen Anlagen mit nur einem Wärmeübertrager gleich mehrere Vorteile auf,“ sagt Ralf Kühlem, Gebietsleiter NRW bei YADOS und erläutert: „Die Volumenströme werden auf wechselnde Lastverhältnisse jederzeit exakt angepasst. Dabei können auch die saisonalen Lastgänge von Winter- und Sommerperiode genau ausgeregelt, analysiert und einer kontinuierlichen Betriebsoptimierung unterzogen werden. Speziell in der Übergangszeit arbeiten die Wärmeübertrager so im optimalen Bereich. Und nicht zuletzt dient der komplementäre Einsatz mehrerer Wärmeübertrager auch der Ausfallsicherung des Gesamtsystems und seiner Wartungsfreundlichkeit.“
Um optimale Vor- und Rücklauftemperaturen im Netzbetrieb erzielen zu können, verarbeiten in den YADOS-Anlagen speziell entwickelte Direct-Digital-Control-(DDC-)Regelungen alle relevanten Parameter. Dazu gehören z. B. die Außentemperatur, aktuelle Abnahmesituation sowie individuell definierte Zeit- und Komfortvorgaben. Die DDC-Regelungen modifizieren anschließend den Übergabeprozess exakt nach den Soll-Anforderungen.
Da seitens des Auftraggebers eine hohe Flexibilität hinsichtlich angedachter, aber noch nicht fix geplanter Umbauarbeiten auf dem Campusgelände gefordert war, empfahl YADOS eine modulare Bauweise der neuen Energiezentrale. In zwei identischen Betonraumzellen, die als mobile Außenanlagen auch einen Standortwechsel während den bevorstehenden Umbauarbeiten am Campus ermöglichen, wurden alle notwendigen Elemente und Bauteile in Hoyerswerda komplett anschlussfertig vormontiert, in zwei Einheiten ausgeliefert und in Köln wieder zu einem System zusammengeführt.
Energiesparpotenzial
Auch umwelttechnisch weist die neue Energiezentrale effektive Leistungsmerkmale auf: Die frühere Heizzentrale mit den beiden Gaskesseln lieferte eine Vorlauftemperatur von etwa 140 °C. Die Vorlauftemperatur der Neuanlage beträgt nur noch max. 90 °C im Winter. Unter Einbezug einer optimierten Dimensionierung kann das neue System eine Leistungsreduktion von ca. 50 % auf aktuell etwa 4500 kW aufweisen. Die so erzielten Verbesserungen der Verbrauchs- und Emissionsbilanzen sind wegweisend: Die Energieeinsparung beträgt etwa 25 % und die vorhergesagte Drosselung der CO2-Produktion schätzen die Experten auf 1500 t pro Jahr.
Bilder: YADOS
Nachgefragt
IKZ-FACHPLANER: Für welche Bereiche entwickelt und fertigt YADOS Produkte und Systemlösungen?
Karl Gentner: Das Unternehmen YADOS setzt seinen Schwerpunkt in die Entwicklung von innovativen und funktionalen Produkten sowie komplexen Lösungen im Bereich von Fernwärmestationen, Blockheizkraftwerke und schlüsselfertige Energiezentralen. Dazu bieten wir Lösungen in vier Sparten: Energiesysteme mittels Kraft-Wärme- und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, Wärmeübergabestationen, Wärmeverteilstationen sowie Leit- und Kommunikationstechnik. Damit wird das gesamte Spektrum von der Energieerzeugung bis zur Hausanlage abgedeckt.
IKZ-FACHPLANER: Welche Unterstützungen bieten Sie bei Bedarf für die Planung und Ausführung an? Und fertigt YADOS auch Projektbezogene Anlagenlösungen?
Karl Gentner: Unser in Hoyerswerda ansässiges Unternehmen bietet bei Bedarf einen ganzheitlichen Betreuungs- und Bearbeitungsansatz. Beginnend mit der Voranalyse über die Beratungs- und Planungsunterstützung bis hin zur Individual-Fertigung, Auslieferung und spätere Betriebsregelung können unsere Experten passgenau sämtliche Prozessschritte in enger Abstimmung mit den involvierten Gewerken koordinieren.
IKZ-FACHPLANER: Was sind die entscheidenden Faktoren für die Umsetzung einer effizienten Energieversorgung?
Karl Gentner: Die Betrachtung aller Lastfälle bei der Wärme übergabe und -verteilung ist die alles entscheidende Vorbedingung für eine effiziente Netzführung. Je exakter sämtliche Einflussfaktoren auf die Wärmeversorgung erfasst und kontrolliert werden können und je schneller und genauer sich der Betrieb bei Bedarf anpassen lässt, desto niedriger fallen Transmissionsverluste aus und umso höher ist der Effizienzgewinn.
