CFD-Simulation präzisiert Komponentenentwicklung
Speziell der Be- und Entladevorgang des Pufferbereichs zählt zu den prozesskritischen Faktoren eines Speichersystems. Ungewollte Mischungseffekte führen bei konventionellen Speicherlösungen mit Wärmepumpen-betrieb im Schnitt zu 2 bis 4 K Temperaturverlust. Dies erhöht den Stromverbrauch der Wärmepumpen deutlich, nämlich bereits um vier Prozent bei nur 1 K. Um solche Vermischungen sicher zu verhindern und die Schichtungseigenschaften des Speichers maximal zu optimieren, brachte Enerlink eine intensive Forschungsarbeit in die Entwicklung seiner Trennmodule ein. Die Bauteile sollten so beschaffen sein, dass sie Temperaturvermischungen selbst bei Zufuhr hoher Volumenströme verlässlich verhindern und es ermöglichen, überströmendes Wasser über den gesamten Querschnitt mit einheitlicher Geschwindigkeit in das Puffersegment zu leiten.
Als Basis-Instrument ihrer Test- und Modifizierungsverfahren wählten die Ingenieure des Unternehmens eine hochleistungsfähige Simulationssoftware für Computational Fluid Dynamics (CFD). Anhand des Programms lässt sich das Verhalten von Flüssigkeiten innerhalb einer Strömungskonstruktion digital abbilden und die Effekte baulicher Anpassungen exakt prognostizieren. Auf diese Weise konnten auch die Strömungsverhältnisse innerhalb der „thermoLink“-Anlagen und ihrer angeschlossenen Heizkreise mathematisch genau ermittelt und die Daten für spezifische Anpassungsmaßnahmen herangezogen werden.
Zwei individuell für den Alpenort konzipierte Wärmezentren – die sogenannten „heatLinks“ – sind zentraler Teil eines komplett neuen Versorgungssystems, das Abwärmenutzung, Wärmepumpenbetrieb und hydraulisch präzisierte Sammel- und Speicherprozesse in einer gemeinsamen hocheffizienten Verbundlösung zusammenführt. Die so gewonnene, regenerative Wärme versorgt heute über ein 3,6-MW-Fernwärmenetz 97 Netzkunden. Ein Netzausbau von 7 GWh auf 12 GWh Netzabgabe ist bereits in Planung.
Arbeits- und Systemtemperaturen exakt nach Vorgabe
Ähnlich wie bei vielen anderen Kälteerzeugungsverfahren – ob in der Industrieproduktion oder bei der Raumklimatisierung – wurde auch die im Kühlungsprozess der Speicherkraftwerk-Turbinenlager anfallende Abwärme bis dahin ungenutzt in die Umwelt abgegeben und damit wertvolle Energieressourcen verschenkt. In dem von Enerlink entworfenen Versorgungskonzept hingegen erhielt die Abwärme eine zentrale Funktion mit hoher Relevanz für die Effizienz des Gesamtsystems: Sie dient nun als Quellenergie für zwei grundlastfähige Großwärmepumpen (Kältemittel: Ammoniak, NH3) mit jeweils 1,2 MW Leistung. Damit die Wärmepumpen bei optimalen Betriebstemperaturen arbeiten können, muss die Quelltemperatur ein vorgegebenes konstantes Niveau auf-weisen. Eine der beiden neu installierten „heatLinks“ übernimmt dabei die Aufgabe, die Volumenströme der Abwärme-Einspeisung von der Quellleitung zu den Wärmepumpen hydraulisch zu trennen. Das zweistufige Wärmezentrum versorgt die Großwärmepumpen kontinuierlich mit der benötigten Quelltemperatur aus dem passenden Schichtsegment, gleichzeitig werden in der Pufferzone Lastschwankungen ausgeglichen.
Der zweite, ebenfalls zweistufige „heatLink“ verfügt über ein Volumen von 12 m³ und entkoppelt die Erzeugerseite mit den Wärmepumpen vom Fernwärmenetz. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Wärmepumpen einerseits laufzeitoptimiert arbeiten können und dass andererseits die Netzspeisung ebenfalls mit der vor-definierten Temperatur und Leistung erfolgt – nämlich mit einem Vorlauf von exakt 80 °C.
Die Wärmezentren realisieren damit ideale Bedingungen für den Einsatz der Großwärmepumpen und erfüllen zwei zentrale Effizienzkriterien: die vollumfängliche Nutzung wertvoller thermischer Ressourcen aus der Umwelt und den Abruf des technisch möglichen Leistungsvermögens von hochentwickelter Wärmepumpentechnologie. Weitere Erzeuger (Ölkessel) sind seitdem lediglich zur Deckung von Spitzenlasten im Einsatz.
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