Erfolgreiche Inbetriebnahme von 2 MW Power-to-Heat Anlage in Münchener Fussballarena

August 04, 2016 Allgemein Kommentare deaktiviert für Erfolgreiche Inbetriebnahme von 2 MW Power-to-Heat Anlage in Münchener Fussballarena

Zusammenfassung

  • 2 MW Siekerkotte Power-to-Heat Anlage erfolgreich in Münchener Fussballarena in Betrieb genommen!
  • Stadionbetreiber trägt damit zur Stromnetzstabilität und zur Nutzung Erneuerbarer Energien in Deutschland bei!
  • Der Betreiber konnte sich damit zusätzlich eine interessante Erlösoption sichern.

Hintergrund

Ein Bundesliga-Fußballverein aus dem Süden Deutschlands suchte nach einer flexiblen und zuverlässigen E-Wärme-Lösung. Diese Lösung musste mehrere vom Betreiber gestellte Anforderungen erfüllen:

  • Die Anlage sollte dem Strommarkt als kurzfristig verfügbare und von der Leistung regelbare, flexible Anlage zur Verfügung stehen, um Stromüberkapazitäten, die durch erneuerbare Energieerzeuger entstehen (Power-to-Heat Verfahren), abzunehmen und die für die Netzstabilisierung benötigte negative Sekundärleistung zu erbringen.
  • Bei Ausfall eines der beiden bestehenden Gasbrennern sollte eine Heizleistung von 2 MW kurzfristig zur Verfügung gestellt werden können.
  • Der Verein hat eine gewisse Strommenge eingekauft, die er neben den Spieltagen abnehmen muss. Deshalb benötigt er elektrische Verbraucher, die den Strom sinnvoll – hier Umwandlung in Wärmeenergie – nutzen.

In einer Ausschreibung bewarb sich das westfälische Unternehmen Siekerkotte um dieses Projekt und setzte sich mit ihrer Lösung gegenüber mehreren Mitbewerbern durch.

Neben den oben genannten wirtschaftlichen Anforderungen gab es für das Projekt noch einige technische Anforderungen, bei denen Siekerkotte den Kunden beriet und deren Umsetzung auf die Kundenbedürfnisse optimierte.

Gewünschte Heizleistung frei wählbar: Dazu hat Siekerkotte acht Schaltgruppen a 250 Kilowatt in den elektrischen Erhitzer eingebaut, die nun stufenlos regelbar sind und die Leistung null bis zwei Megawatt zur Verfügung stellen. Die Steuerungstechnik besteht aus vier Schaltschränken mit integrierter SPS von Beckhoff, einem Touchpanel zur Visualisierung und Bedienung, Thyristoren, Schütze und weiteren elektronischen Bauteilen, um die anliegenden 1600 Ampere Strom sicher zu handhaben.

Einfache Bedienbarkeit: Damit die Haustechnik die gelieferte Anlage bequem und ohne großen Aufwand betreiben kann, hat Siekerkotte viele Regelabläufe programmiert und fest im System hinterlegt, so dass der Betreiber nur die gewünschte Leistung eingeben muss. Um alles andere kümmert sich die Anlage selbst. So darf zum Beispiel im Sommer das interne Zuspeisungssnetz nicht mit mehr als 1,8 Megawatt belastet werden, da man zu hohe Temperaturbelastungen in der Anlage vermeiden will. Zustandsbilder der Anlage und Temperaturverläufe sind in der Visualisierung vorhanden und können jederzeit abgerufen werden.

Einseitige Netzbelastung vermeiden: Um das Stromnetz nicht einseitig zu belasten, wurden die zwei Megawatt auf zwei getrennte Transformatoren und Netzeinspeisungen verteilt. Dafür wurden in der Steuerung unabhängige Netzstränge verbaut, die jeweils frei zu- und abschaltbar sind.

Integration in bestehende MSR Technik: Die Siekerkotte Steuerung arbeitet mit der schon in der im Gebäude und Haustechnik vorhandenen Beckhoff SPS sowie Steuerungs- und Regeltechnik der Firma Sauter zusammen. Der Datenaustausch über EtherCAD-Bus zwischen den Systemen funktioniert vollautomatisch. Er kann auf Kundenanforderung auch manuell erfolgen und vorgegeben werden.

Erweiterte Regelparameter: Neben den üblichen Regelparametern, wie der Oberflächentemperatur der Rohrheizkörper und Temperatur des Mediums, hat Siekerkotte die Steuerung und Überwachung einer externen Pumpe, sowie die Überwachung der Strömung im Zulauf ins System programmiert, damit die Power-to-Heat Anlage sich problemlos in das bestehende Warmwassersystem einfügt.

Komplexe Regelkreise: Da der bisherige Warmwasserkreislauf mit mehreren Regelkreisen überwacht und gesteuert wurde, hat Siekerkotte die Regelung der Power-to-Heat Anlage mit der bestehenden synchronisiert und somit instabiles Regelverhalten oder ein Aufschwingen des Gesamtsystems vermieden.

Garantierte Sicherheit und Qualität: Um den Kunden die bestmögliche Qualität und Sicherheit zu bieten, wurde die Anlage durch den TÜV gemäß Druckgeräterichtlinie DIN ISO 3834-2 (AD 2000 Merkblatt HP0) abgenommen. Es erfolgte eine technische Überprüfung der Belastung des Anschlusskastens gemäß Norm DIN EN 61439-1, um Wärmeentwicklung anhand von Induktionsströmen auszuschließen.

Zeitkritische Einbringung: Um den Spielbetrieb in der Arena nicht zu stören, durfte bei der Einbringung trotz erschwerter Transportbedingungen das gegebene Zeitfenster von zwei Tagen nicht überschritten werden. Die Einbringung und Inbetriebnahme erfolgte in enger zeitlicher Abstimmung mit dem Betreiber, damit die Funktionalität der Fussballarena zu jeder Zeit sichergestellt war.

Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden wurde die Anlage passgenau für den Kunden und seiner Bedürfnisse konstruiert und gefertigt. Diese Anlage wurde zum Aufstellort verbracht und an die Wasserverrohrung sowie elektrischen Anschlüssen angeschlossen.

Ergebnis

Durch die enge Zusammenarbeit mit der Haustechnik und weiteren Fremdfirmen konnte Siekerkotte das Gewerk rechtzeitig und fristgerecht fertigstellen und dem zufriedenen Endkunden übergeben. Bei der Inbetriebnahme wurde probehalber das Gebrauchswasser im Wasserkreislauf von knapp 55°C innerhalb kürzester Zeit auf die geforderten 80°C erhitzt. Nach knapp zweieinhalb Minuten schwankte die Temperatur des Wassers nur noch um 0.1°C um den geforderten Wert. Die Anlage ist in der Lage jede gewünschte Temperatur bis zu 95°C  sicher zu erreichen und zu halten.

Der Kunde kann nun die Anlage nutzen, wie er es gefordert hat. Er hat sich eine zukunftssichere und verlässliche Technik erworben. Damit unterstützt er den Ausbau Erneuerbarer Energien und die Netzstabilität.

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Power-to-Heat als integraler Teil der Energiewende!

August 04, 2016 Allgemein Kommentare deaktiviert für Power-to-Heat als integraler Teil der Energiewende!

Power-to-Heat integraler Bestandteil der Energiewende

Zusammenfassung

Durch die Energiewende und die damit verbundene volatile, dezentrale Energieeinspeisung ist es notwendig, dass die Stromnetze auch lokal stabilisiert werden. Ein bewährtes Mittel sind Power-to-Heat Anlagen, die Strom in Wärme umwandeln. Die Firma Siekerkotte baut Anlagen dieser Art von einigen Watt bis zu zehn Megawatt und ist seit 26 Jahren erfolgreich am Markt unterwegs.

Hintergrund

Energieversorger in Europa sind dazu verpflichtet, die Last auf den europäischen Stromnetzen in einem Gleichgewicht bei fünfzig Hertz mit einer Toleranz von 100 Millihertz zu halten. In der Vergangenheit wurden die Grundlast, als auch die Nachfragespitzen auf Erzeugerseite durch konventionelle Großkraftwerke (Atomkraft, Kohle, Gas) bereitgestellt und dieses Gleichgewicht beispielsweise durch Anpassung der Turbinendrehzahl stabil gehalten.

Im Zuge der Energiewende (Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energie (EE)) betreten immer mehr kleinere, dezentrale Stromerzeuger (Wind, Photovoltaik, Biogas) den Markt. Der von ihnen erzeugte Strom wird unabhängig vom realen Bedarf bevorzugt in die Netze eingespeist. Das belastet die Netze und gefährdet die Netzstabilität.

2015 wurde knapp 1/3, am 15. Mai 2016 waren gar 82% des Stromverbrauches in Deutschland durch EE gedeckt. Um nun bei einem immer größer werdenden Anteil von EE die Netzstabilität zu sichern, müssen neue Wege beschritten werden. Als praktikabel erweisen sich zwei Lösungen: Speichern oder Kopplung des Strommarktes mit dem Wärmemarkt.

Lösungsansätze

Man kann den „Überstrom“ bei einem Angebotsüberhang (z.B. sehr windige oder sonnenreiche Tage) versuchen zu speichern, um bei hoher Nachfrage diesen Speicher wieder abzubauen. Die unterschiedlichsten Ansätze der Speichertechnik werden diesbezüglich diskutiert und zum Teil getestet.  In der Praxis bewährt hat sich, neben anderen, ein schon lange bekanntes Prinzip: Strom in Wärme zu verwandeln, das so genannte Power-to-Heat-Verfahren. Nun sträubte man sich in der Vergangenheit häufig den energetisch hochwertigen Strom in Wärme umzuwandeln, da die Rückumwandlung nur unter hohen Verlusten möglich ist. Heute werden solche Power-to-Heat-Anlagen bereits in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen verbaut und in Form von integrierten Lösungen – etwa eine Photovoltaikanlage mit elektrischen Erhitzer – angeboten. Diese Anlagen sind keine Stromspeicher, sondern stellen die erzeugte Wärme für den Eigenbedarf oder die Nutzung im lokalen Wärmemarkt zur Verfügung.

Politisch und ökonomisch wird die Notwendigkeit solch stabilisierender Power-to-Heat-Anlagen klar erkannt. Im Koalitionsvertrag der heutigen Bundesregierung heißt es dazu: „In einem Strommarkt mit einem weiter zunehmenden Anteil von Strom aus EE werden wir Strom, der sonst abgeregelt werden müsste, für weitere Anwendungen, etwa im Wärmebereich, nutzen.“ Auch im Weißbuch des BMWi von 2015 wird geschrieben: „Die Öffnung der Regelleistungsmärkte ist unbedingt notwendig, um die Mindesterzeugung aus konventionellen Kraftwerken weiter abzusenken und gleichzeitig die Systemstabilität aufrechterhalten zu können.“ Etwas weiter dazu heißt es: „Durch Sektorkopplung erneuerbaren Strom für Wärme, Mobilität und Industrie nutzen … ist einer der Schwerpunkte des Handelns in den nächsten Jahren.“  McKinsey kommt in einer Studie über den Strommarkt und die Stromnetze zu dem Schluss, dass selbst bei perfekt ausgebauten Netzen im Jahre 2050 173 Terawatt an überschüssiger Energie zur Verfügung stehen werden, die intelligent genutzt werden sollte, damit sie nicht abgeriegelt werden muss.

Power-to-Heat-Anlagen bilden somit die technische Grundlage, damit die Integration von Strom- und Wärmemarkt gelingen kann.

Vorteile von Power-to-Heat-Anlagen

Die Vorteile einer Power-to-Heat Anlage sind:

  • Technischen Voraussetzungen sowohl für den Minutenreservemarkt als auch für den Sekundärreservemarkt werden erfüllt.
  • Ist stufenlos regelbar und auch häufige Schaltvorgänge sind möglich, solange die kontinuierliche Wärmeabnahme gesichert ist.
  • Eignen sich hervorragend als Ergänzung zu BHKW-Anlagen, da diese schon an die lokale Wärmeversorgung angeschlossen sind.
  • Die Wärmeversorgung wird im Fall eines längeren Regelenergieabrufs ohne Unterbrechung gewährleistet. Damit ist der Einsatz gerade im Segment Minutenreserve sehr sinnvoll.
  • Kann als selbstständige technische Einheit in sogenannte virtuelle Kraftwerke integriert werden.

Aus diesen Gründen eignen sich Elektroerhitzer – im Bereich bis 10 MWatt als Widerstandsheizungen und darüber hinaus als Elektrodenkessel ausgeführt-  hervorragend für Unternehmen und öffentliche Versorger, die damit den Netzbetreibern ein flexibles Asset für die negative Sekundärregelleistung zur Verfügung stellen und sich diese Leistung von den Netzbetreibern monetär vergüten lassen bzw. den Eigenverbrauch von EE steigern wollen.

Siekerkotte Lösungen

Die Firma Siekerkotte fertigt seit über 26 Jahren elektrische Erhitzer im Leistungsbereich von einem Kilowatt bis zu mehreren Megawatt und von 230 Volt bis zu 690 Volt. Die Geräte werden für die individuellen Prozessbedürfnisse des Kunden konstruiert und gebaut. Dabei wählt der Kunde, ob er nur den reinen elektrischen Erhitzer geliefert bekommen möchte oder ein komplettes System inklusive der dazu gehörigen Steuerungs- und Regeltechnik. Kompakte Skid-Systeme, Pumpen- oder Ventilatorentechnik, Verrohrung und Isolierung können ebenfalls Teil der Lösung sein. Siekerkotte fertigt, liefert und übergibt das System auf Kundenwunsch schlüsselfertig inklusive erfolgreicher Inbetriebnahme. Zu den Kunden gehören Kraftwerke, Anlagenbau, chemische Industrie, Automobil-und Kunststoffindustrie, Pharma und Food, Marineindustrie, der Maschinenbau etc.

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