Thermische koppeling in het All Electric Society Park Perfecte interactie tussen ijsopslag en warmtepompen.

Gesprek tussen vrouw en man in het All Electric Society Park

Beknopte samenvatting

In veel industrieën en in de particuliere sector zijn verwarmingskosten en energieverbruik aanzienlijke kostenfactoren. Volgens het Duitse agentschap voor milieu is de warmtesector goed voor meer dan 50% van het totale eindverbruik van energie in Duitsland. Dit potentieel biedt talrijke mogelijkheden voor economische optimalisatie en duurzaam handelen.

Thermische koppeling is een veelbelovende oplossing. Deze combineert verschillende thermische energiesystemen om de energie-efficiëntie en het gebruik van natuurlijke hulpbronnen te maximaliseren. In het All Electric Society Park in Blomberg speelt deze in de sectorkoppeling een centrale rol om de energiezelfvoorziening van het park veilig te stellen.

IJs-hek in het All Electric Society Park

Een van de onderdelen van het koude stadsverwarmingsnet is een ijsenergiehek met 12 kWp

Efficiënte warmtevoorziening via koud stadsverwarmingsnet

In het All Electric Society Park zorgt een koud stadsverwarmingsnet van de vijfde generatie (5GDHC) voor maximale efficiëntie en duurzaamheid in de warmtevoorziening. Dit centrale voedingsnet dekt de volledige verwarmings- en koelingsbehoeften van alle toepassingen in het park, inclusief de Cubes, het paviljoen en het laadpark. Het is ontworpen voor lage systeemtemperaturen en kan werken bij een maximumtemperatuur tot 35 °C.

Eén net, alle voordelen

Het koude stadsverwarmingsnet van de vijfde generatie (5GDHC) biedt
talrijke voordelen:

Lage bedrijfstemperatuur: het 5GDHC-netwerk werkt bij veel lagere aanvoertemperaturen (5 tot 35 °C) in vergelijking met conventionele systemen (rond 70 °C). De verlaging maakt een aanzienlijke verhoging van het rendement van de warmtepompen mogelijk.
Hoog rendement: COP betekent "Coefficient of Performance" en is de verhouding tussen het opgewekte of overgedragen warmte-/koelvermogen en het aandrijfvermogen dat daarvoor nodig is. Een COP-waarde van zes geeft weer dat de warmtepomp zes eenheden warmte-energie uit slechts één eenheid elektrische energie genereert.
Complex beheer van energiebronnen: in het All Electric Society Park worden zeven verschillende energiebronnen gebruikt om de jaarlijkse prestatiefactor (JAZ) te optimaliseren. Dit omvat procesafvalwarmte uit de productie (300 kWp), twee terugkoelers (1400 kWp) evenals de afvalwarmte uit het Technisch Centrum Elektromobiliteit (76 kWp), de afvalwarmte uit de energieopslag (50 kWp), een ijsenergiehek (12 kWp) en een ijsopslag (55 kWp).
Lagere warmteverliezen, lagere installatiekosten: lagere bedrijfstemperaturen verminderen de warmteverliezen in het leidingnet en optimaliseren zo de efficiëntie. Dit leidt ook tot kostenbesparingen, omdat er minder isolatiemateriaal nodig is en er minder inspanningen nodig zijn.
365 dagen maximale flexibiliteit: het 6-leidingen systeem van het 5GDHC-net (2 x verwarming, 2 x koeling, 2 x warmteterugwinning) maakt gelijktijdige levering van koeling, verwarming en warmteterugwinning mogelijk. Het balanceert de gelijktijdig optredende verwarmings- en koelbelastingen en optimaliseert de energieverdeling, vooral in de overgangsseizoenen.

Het begint allemaal met gegevens

Uitgebreide gegevenstransparantie en de bewaking van alle energiestromen zijn onontbeerlijk voor een efficiënte werking van het systeem. Meer dan 60 thermische en 100 elektrische meetpunten registreren continu de benodigde gegevens. Een passief energiebeheer evalueert deze energiestromen, terwijl actief energiebeheer ze continu bewaakt en optimaliseert.

Inzicht in het Thermodynamisch Centrum in het All Electric Society Park in Blomberg

In het Thermodynamisch Centrum in het All Electric Society Park in Blomberg wordt helder uitgelegd, hoe het 6-leidingen systeem van het 5GDHC-net ook gelijktijdige verwarmings- en koelbelastingen kan compenseren

Een hart van ijs

Het thermodynamische centrum, bestaande uit een ijsopslag, twee warmtepompen en een intelligent bronmanagement, vormt de kern van het systeem. Het zorgt voor de gecentraliseerde koeling en verwarming van het volledige park. De twee
warmtepompen hebben een verwarmingsvermogen van 85,6 kW en een koelvermogen van 134 kW.

Deze warmtepompen worden aangedreven via hernieuwbare stroom die door het park wordt opgewekt. Als fotovoltaïsche energie en windenergie niet voldoende zijn, wordt opgeslagen elektrische energie gebruikt of wordt groene stroom uit het openbare elektriciteitsnet afgenomen. Het doel is om het park op het gebied van energie grotendeels zelfvoorzienend te maken.

Flexibel smelt

De ijsopslag bestaat uit een met water gevulde cisterne die in de grond is verzonken. Deze is voorzien van talrijke buisjes, waardoor een vorstbestendige brine circuleert. Thermische energie wordt aan het water onttrokken door een extractie-warmtewisselaar, wat resulteert in de vorming van ijs. Indien nodig, wordt warmte via een regeneratiewarmtewisselaar aan de opslag geleverd, die uit verschillende bronnen wordt gewonnen, zoals een energiehek in het park of uit een aangesloten productiegebouw (procesafvalwarmte, twee terugkoelers).

De ijsopslag benut de specifieke eigenschap van water om aanzienlijke hoeveelheden energie op te slaan of af te geven, wanneer het van fase verandert van vloeibare naar vaste vorm. Hierbij komt ongeveer 334 J/g energie vrij resp. wordt energie geabsorbeerd. Hierdoor kan warmte-energie efficiënt worden opgeslagen en vrijgegeven. De ijsopslag is geschikt als energiebron voor de warmtepompen in het park. De ijsopslag heeft een totale capaciteit van 103 m³. De streefwaarde voor ijsvorming is 80 tot 90%. Afhankelijk van het seizoen varieert het temperatuurbereik tussen 0 en 20 °C.

Prestatiegegevens

Koelvermogen natuurlijk 8600 kWh
Warmtevermogen WP 2 x 42,8 kW (5 tot 7 K)
Koelvermogen HP 2 x 41,6 kW (3 K)
Koelvermogen HP en ijsopslag 134 kW (5 K)

De grootste uitdaging bij het energiebeheer van dit "Pendelopslagsysteem" is om altijd voldoende koude of warmte te leveren voor koeling resp. verwarming van de afnemers. Dit betekent dat het ijsblok aan het einde van de verwarmingsperiode (winter) (ijsvorming 80-90%) in het ideale geval volledig is opgebouwd en aan het einde van de koelperiode (zomer) (watertemperatuur is 20 °C) weer is afgebroken. Alleen op deze manier kan de ijsopslag fungeren als een efficiënte bron voor de warmtepompen.