Fenntartható város: az Alfa Laval lemezes hőcserélői egy nagy hűtőhálózat hulladékhőjét hasznosítják távfűtésre

A berlini Qwark³ projektben bebizonyítják, hogy az ipari magas hőmérsékletű hőszivattyúk hozzájárulhatnak a klímabarát távfűtéshez. A siker fontos tényezői az Alfa Laval kompakt, nagy teljesítményű lemezes hőcserélői. Alkalmazásukkal kiválthatók a terjedelmes csöves hőcserélők, s így korlátozott helyen is maximális hatékonyság érhető el. Ez elengedhetetlen a szektor összekapcsolás sikeréhez és a városi szinten történő CO2-kibocsátás csökkentéséhez.

A szektorok összekapcsolása évente 6500 tonna CO2-kibocsátást takarít meg

A Potsdamer Platz környékén 1997 óta több mint 12.000 iroda, 1.000 lakás, valamint számos kulturális intézmény és szálloda csatlakozik a BEW Berliner Energie und Wärme GmbH (korábban Vattenfall Wärme Berlin) hűtőhálózatához, amely helyben termelt hűtéssel látja el őket. A folyamat során keletkező hulladékhő mennyisége jelentős – és túl értékes ahhoz, hogy hűtőtornyokon keresztül a környezetbe engedjék.

Ezért 2018-ban a BEW és a Siemens Energy elindította az ambiciózus Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) projektet a Potsdamer Platz hűtőközpontjában. Ipari magas hőmérsékletű hőszivattyú segítségével a hűtőhálózat hulladékhőjét nagy léptékben felhasználnák a távfűtéshez. Ez fontos lépés ahhoz, hogy a kerület jövőbeli energiaellátása, a nettó nulla kibocsátási célok mellett valósuljon meg. Az Alfa Laval forrasztott és kazettás hőcserélői kulcsszerepet játszanak ebben.

Maximális hőátadási hatékonyság kis helyen

Az ambiciózus tervezési folyamat kezdetén – a szükséges hőátadási kapacitáson kívül – a legnagyobb kihívást a meglévő üzemben rendelkezésre álló korlátozott hely jelentette. A 45 megawatt (MW) beépített hűtőteljesítményű abszorpciós és kompressziós hűtőrendszerek a városi hűtővizet 6 °C-ra hűtik – éjjel-nappal, 365 napon át. A hulladékhő maximális kihasználása érdekében a nagy hőszivattyút kompakt, nagy hatékonyságú alkatrészekből kellett összeállítani. A Siemens Energy különös figyelmet fordított a kompresszorra, valamint a lemezes hőcserélők kiválasztására.

Hosszú ideje együttműködünk az Alfa Laval vállalattal az energiaátvitel területén, és már a folyamat korai szakaszában felvettük a kapcsolatot, hogy közösen találjuk meg a Qwark³ kísérleti projektre legmegfelelőbb megoldást. A korlátozottan rendelkezésre álló tér és a folyamatmérnöki szempontok miatt a csöves hőcserélők nem jöhettek szóba. Gyorsan világossá vált, hogy a kompakt Alfa Laval lemezes hőcserélőket választjuk, amelyek terjedelme csak egyharmada a többi technológiának, és alacsonyabb súlyuknak köszönhetően könnyebben telepíthetők.” – mondja Thorsten Fippel, a Siemens Energy projektmenedzsere.

Nincs kompromisszum a biztonság és a teljesítmény terén

A lemezes hőcserélők kompakt kialakítása azt is jelenti, hogy hűtőközeg-töltetük körülbelül 80 százalékkal alacsonyabb, mint más technológiáké. Ez nemcsak minimalizálja a berlini projektben használt R1233zd(E) típusú, nem gyúlékony és nem mérgező biztonsági hűtőközeggel járó veszélyeket, hanem jelentős költségelőnyöket is jelent a beszerzés és az üzemeltetés terén.

Az elpárolgtatáshoz a projektpartnerek az Alfa Laval ipari sorozatának MA30W kazettás hőcserélőt választották. Ezek a berendezések lehetővé teszik a hűtőközeg és a hőforrás közötti kis hőmérséklet-közelséget, ami a magas COP elérésének előfeltétele. Ezenkívül a modell lenyűgözően alacsony üzemeltetési költségeket mutatott, köszönhetően magas energiahatékonyságának és a hosszabb karbantartási időközöknek. A kondenzáláshoz és hűtéshez négy Alfa Laval CBH410 forrasztott lemezes hőcserélőt szereltek be a nagy hőszivattyúba. Ezek a hőcserélők 28 bar nyomásig nagynyomású kivitelben is kaphatók. Tömítésmentes kialakításuknak köszönhetően a forrasztott egységek karbantartásmentesek, és megbízható, tartós teljesítményt nyújtanak magas hőmérsékletekkel dolgozó alkalmazásokban.

A tervezés során szorosan együttműködtünk az Alfa Laval csapatával, és minden pillanatban támaszkodhattunk hatalmas szakértelmükre és gyakorlati tapasztalatukra. Most már bizakodva tekinthetünk a jövőbe. Az Alfa Laval lemezes hőcserélők jól átgondolt kialakításuknak köszönhetően alacsony szerviz igényűek. Távfűtési hálózatunk pedig egyre függetlenebbé válik a növekvő gáz- és CO2-árakkal szemben” – mondja Ersan Topcu, a BEW projektért felelős munkatársa.

Egy nettó nulla felé haladó városrész

A hőszivattyú 2024-es sikeres üzembe helyezése óta az Alfa Laval lemezes hőcserélők a Potsdamer Platz hűtőközpontjának hulladékhőjét klímabarát távfűtéssé alakítják – évente körülbelül 55 GWh-t, 9 MW maximális hőteljesítménnyel. Ez közvetlenül a távfűtési hálózatba kerül, nyáron 30.000 háztartást lát el meleg vízzel, télen pedig 3.000 lakást fűt. A rendszer hőmérséklete a kereslettől függően 85 °C és 117 °C között mozog.

A hűtőközeg kompressziójához szükséges összes villamos energia megújuló forrásokból származik. A Qwark³ így az egyik első olyan projekt, amelyben ipari magas hőmérsékletű hőszivattyú segítségével a hulladékhő nagy mennyiségben felhasználható a távfűtési rendszerben. A hőszivattyú elnyeli a hulladékhőt, amely egyébként a visszahűtő rendszerekben elpárologna, ezáltal energiát takarít meg. Ezzel évente körülbelül 36 GWh-val csökkenti a környezetbe elpárolgó hőmennyiséget, ami a korábbi hulladékhőmennyiségnek majdnem a fele. Ez évi 6500 tonna CO2-kibocsátás-megtakarítást jelent, míg a hűtőtornyok édesvízigénye 120.000 köbméterrel csökken. A kísérleti projekt nemcsak intelligensen összekapcsolta a hűtést és a fűtést, hanem a testreszabott technológia révén a rendszer általános hatékonyságát is új szintre emelte.