CH712294A2 - Thermal energy system. - Google Patents
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Abstract
Bei einem thermischen Energieverbundsystem, welches ein thermisches Energieverbundnetz (11) umfasst, an welches mehrere Teilnehmer angeschlossen sind und thermische Energie in das Energieverbundnetz (11) einspeisen und/oder aus dem Energieverbundnetz (11) beziehen, wobei das Energieverbundnetz (11) eine erste Temperaturschiene (TS1) umfasst, auf welcher ein erstes Wärmeträgermedium auf einem vorbestimmten ersten Temperaturniveau (TN4) durch das Energieverbundnetz (11) strömt, wird eine verbesserte Effizienz dadurch erreicht, dass innerhalb des Energieverbundnetzes (11) wenigstens eine zweite Temperaturschiene (TS2.1–TS2.3) vorgesehen ist, auf welcher ein zweites Wärmeträgermedium auf einem vorbestimmten zweiten Temperaturniveau (TN1–TN3) durch das Energieverbundnetz (11) strömt, welches zweite Temperaturniveau (TN1–TN3) sich von dem ersten Temperaturniveau (TN4) unterscheidet.In a thermal energy composite system, which comprises a thermal energy network (11) to which several participants are connected and feed thermal energy into the energy network (11) and / or from the energy network (11), wherein the energy network (11) a first temperature rail (TS1), on which a first heat transfer medium flows at a predetermined first temperature level (TN4) through the energy network (11), an improved efficiency is achieved in that within the energy interconnected network (11) at least one second temperature rail (TS2.1-TS2 .3) is provided, on which a second heat transfer medium at a predetermined second temperature level (TN1-TN3) flows through the energy network (11), which second temperature level (TN1-TN3) differs from the first temperature level (TN4).
Description
Beschreibung TECHNISCHES GEBIETDescription TECHNICAL AREA
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Energieverbundsysteme. Sie betrifft ein Energieverbundsystem gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to the field of thermal energy composite systems. It relates to an energy interconnection system according to the preamble of claim 1.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
[0002] Generell besteht gegenwärtig die folgende Situation: [0003] Mittels elektrischer Energie (Strom) wird thermische Energie erzeugt. Insbesondere bei Kälte- und Klimaanlagen und Wärmepumpen wird diese Energie benötigt, um die in den Anlagen eingesetzten Verdichter zu betreiben und so zu heizen, kühlen und klimatisieren.Generally, the following situation currently exists: [0003] Thermal energy is generated by means of electrical energy (current). Especially in refrigeration and air conditioning systems and heat pumps, this energy is needed to operate the compressor used in the plants and thus to heat, cool and air-conditioning.
[0004] Leider wird jedoch in der Mehrheit der Fälle entweder lediglich die «kalte» Energieseite (Klima-/Kälteanlagen) oder die «warme» Energieseite (Wärmepumpen) genutzt. Das zweite Produkt (warm oder kalt), welches bei so einem Prozess entsteht, wird mehr oder weniger nutzlos abgeführt (Luft, Erdsonden etc.).Unfortunately, in the majority of cases, either only the "cold" energy side (air conditioning / refrigeration systems) or the "warm" energy side (heat pumps) are used. The second product (hot or cold), which is produced in such a process, is discharged more or less uselessly (air, geothermal probes, etc.).
[0005] Die erzeugte Effizienz wird bei Kälte- und Klimaanlagen wie folgt bestimmt: Erzeugte thermische Energie (kalt) dividiert durch die dafür aufgewendete elektrische Energie. Dieser Quotient wird als COP bezeichnet (Coefficient Of Performance).The efficiency generated is determined in refrigeration and air conditioning systems as follows: Generated thermal energy (cold) divided by the electrical energy used for it. This quotient is called COP (Coefficient Of Performance).
[0006] Bei Wärmepumpen ergibt sich ein entsprechender Quotient COP aus der erzeugten thermischen Energie (warm) dividiert durch die dafür aufgewendete elektrische Energie.For heat pumps, a corresponding quotient COP results from the generated thermal energy (warm) divided by the electrical energy used for this purpose.
[0007] Würden beide thermischen Seiten (kalt und warm) genutzt, stiege der COP beträchtlich.Would both thermal sides (cold and warm) used, the COP increase considerably.
[0008] Würden die zugehörigen thermischen Prozesse zusätzlich mit optimierten Temperaturhüben kombiniert, ergäben sich zusätzlich weitere beträchtliche Optimierungspotentiale. Über das Zusammenfügen möglichst vieler, unterschiedlicher thermischer Prozesse ergäbe sich insgesamt dann ein bis anhin nicht erkanntes, beträchtliches Optimierungs- und Energiesparpotential.Would the associated thermal processes additionally combined with optimized temperature strokes, would result in addition to further considerable optimization potentials. By combining as many different thermal processes as possible, a considerable optimization and energy-saving potential would result.
[0009] Hinzu kommt, dass Klimaanlagen nur im Sommer und während weniger Stunden auf Volllast laufen. Dasselbe gilt für Wärmepumpen im Winter. Es steht also sehr viel installierte Anlagentechnik ungenutzt herum. Die Investitionen in diese (heutigen) Anlagen amortisieren sich so nur schlecht.In addition, air conditioning systems run only in the summer and during a few hours at full load. The same applies to heat pumps in winter. So there is a lot of installed equipment around unused. Investments in these (current) plants are thus only paying for themselves poorly.
[0010] Der Stand der Technik widmet diesem Problem praktisch keine Aufmerksamkeit.The prior art devotes virtually no attention to this problem.
[0011] Aus der Druckschrift DE 10 2010 004 365 A1 ist ein Nah/Fernwärmenetz-System bekannt, mit dem die dynamischen Möglichkeiten (mehrere Temperaturniveaus und Effizienzsteigerungen) von 3- oder 4-Leitungs-Systemen mit einem simplen 2-Leitungs-Sys-tem, ohne zusätzliches Kommunikationsnetz, erreicht werden. Die zentrale Idee dabei ist, das Energieträgermedium Wasser selbst auch als Informationsträger zu benutzen und entsprechend das Temperaturniveau und die Energieflussrichtung dynamisch zu regeln. Je geringer die Vorlauftemperatur ist, umso geringer sind auch die Wärmeverluste und umso höher sind solare Erträge. Für die Warmwasserbereitung und für Radiatorenheizkörper sind in der Regel ca. 60 °C-80 °C notwendig; für eine Fussboden- oder Wandheizung sind dagegen nur Temperaturen von ca. 35 °C nötig. Die bisherige Methode, die hohen Temperaturen einfach herunterzumischen, ist eine Energieverschwendung und Reduzierung solarer Erträge. Bei der offenbarten Lösung regelt die Zentrale die VL-Temperatur auf ca. 35 °C und fragt aber die Einzelhausregler regelmässig, ob ein höheres Wärme- und Temperaturniveau erforderlich ist. Melden Häuser einen höheren Bedarf an Wärme oder Temperaturniveau, erhöht die Zentrale kurzfristig VL-Temperatur und Durchfluss solange, bis der Bedarf gedeckt ist, und reduziert danach wieder auf die Standard VL-Temperatur von ca. 35 °C.[0011] DE 10 2010 004 365 A1 discloses a local / district heating network system with which the dynamic possibilities (multiple temperature levels and efficiency increases) of 3 or 4-line systems with a simple 2-line system can be achieved. tem, without an additional communication network. The central idea here is to use the energy carrier medium water itself as an information carrier and to regulate accordingly the temperature level and the energy flow direction dynamically. The lower the flow temperature, the lower the heat losses and the higher the solar yields. For hot water and radiator radiators are usually about 60 ° C-80 ° C necessary; for a floor or wall heating, however, only temperatures of about 35 ° C are required. The previous method of simply shaking down the high temperatures is a waste of energy and a reduction in solar yields. In the disclosed solution, the control unit regulates the VL temperature to approx. 35 ° C and regularly asks the individual house controllers whether a higher level of heat and temperature is required. If houses report a higher demand for heat or temperature level, the control center increases the VL temperature and flow in the short term until the demand is satisfied, and then reduces it to the standard VL temperature of approx. 35 ° C.
[0012] Die Druckschrift WO 8 301 824 A1 bezieht sich auf ein Rohrleitungssystem, insbesondere Mehrkanalrohrleitungssystem zum Transport von mindestens einem flüssigen und/oder gasförmigen Medium bzw. Suspensionen, beispielsweise Fernheizleitung, Kühlmittelleitung, Erdöl- bzw. Erdgasleitung usw., mit einem, vorzugsweise aus Faser- bzw. Asbestzement, Kunstharzbeton, Kunststoff oder dgl. bestehenden Aussenrohr, und mit mindestens einem, vorzugsweise gleichfalls aus Faser bzw. Asbestzement, Kunstharzbeton, Kunststoff oder dgl. bestehenden Innenrohr, in dem ein, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff bestehendes Mediumrohr mittels Gleitstücken, insbesondere in axialer Richtung, verschiebbar gelagert ist, wobei der Zwischenraum zwischen Innenrohr und Mediumrohr als Luftspalt ausgebildet ist. Durch eine spezielle Auslegung der Rohre können in einem Mantelrohr sowohl Vorlauf- als auch Rücklaufleitungen für ein oder mehrere Temperaturbereiche geführt werden, was zu einer besonders raschen und rationellen Verlegungsmethode führt. Wenn die Rohre für Fernheizsysteme angewendet werden, kann die Rohranordnung insbesondere sowohl zum Transport «kalter Fernwärme», geothermischer Wässer, Heizwassersysteme bis 90 °C, Heizwasser-Systeme bis 130 °C, und Heizwasser-Systeme bis 170 °C verwendet werden.The document WO 8 301 824 A1 relates to a piping system, in particular multi-channel piping system for transporting at least one liquid and / or gaseous medium or suspensions, for example Fernheizleitung, coolant line, petroleum or natural gas, etc., with one, preferably made of fiber or asbestos cement, synthetic resin concrete, plastic or the like. Existing outer tube, and with at least one, preferably also made of fiber or asbestos cement, synthetic resin concrete, plastic or the like. Existing inner tube in which a, preferably made of metal or plastic existing medium pipe means Sliders, in particular in the axial direction, is slidably mounted, wherein the intermediate space between the inner tube and the medium pipe is formed as an air gap. By means of a special design of the pipes, both supply and return lines for one or more temperature ranges can be conducted in a jacket pipe, which leads to a particularly rapid and efficient method of laying. If the pipes are used for district heating systems, the pipe arrangement can be used in particular for the transport of "cold district heating", geothermal waters, heating water systems up to 90 ° C, heating water systems up to 130 ° C, and heating water systems up to 170 ° C.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
[0013] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Energieverbundsystem anzugeben, welches bei verringerten Investitions-, Unterhalts- und Energiekosten auf der Grundlage vorhandener Systeme eine verbesserte Energieeffizienz und Effektivität ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide an energy composite system, which allows for reduced investment, maintenance and energy costs based on existing systems improved energy efficiency and effectiveness.
[0014] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of claim 1.
[0015] Die Erfindung geht aus von einem thermischen Energieverbundsystem, welches ein thermisches Energieverbundnetz umfasst, an welches mehrere Teilnehmer angeschlossen sind und thermische Energie in das Energieverbundnetz einspeisen und/oder aus dem Energieverbundnetz beziehen, wobei das Energieverbundnetz eine erste Temperaturschiene umfasst, auf welcher ein erstes Wärmeträgermedium auf einem vorbestimmten ersten Temperaturniveau durch das Energieverbundnetz strömt.The invention relates to a thermal energy network system comprising a thermal energy network to which several participants are connected and feed thermal energy into the power grid and / or relate from the power grid, the power grid includes a first temperature rail on which a first heat transfer medium at a predetermined first temperature level flows through the power network.
[0016] Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Energieverbundnetzes wenigstens eine zweite Temperaturschiene vorgesehen ist, auf welcher ein zweites Wärmeträgermedium auf einem vorbestimmten zweiten Temperaturniveau durch das Energieverbundnetz strömt, welches zweite Temperaturniveau sich von dem ersten Temperaturniveau unterscheidet.It is characterized in that within the energy network at least a second temperature rail is provided, on which a second heat transfer medium flows at a predetermined second temperature level through the energy network, which second temperature level is different from the first temperature level.
[0017] Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Wärmeträgermedium gleich sind.An embodiment of the invention is characterized in that the first and second heat transfer medium are the same.
[0018] Insbesondere kann das erste und zweite Wärmeträgermedium überwiegend aus Wasser bestehen. Überwiegend bedeutet dabei, dass dem Wasser gewollt (Frostschutzmittel, Rostinhibitor etc.) oder ungewollt (Verunreinigungen etc.) beigemischt sein können.In particular, the first and second heat transfer medium may consist predominantly of water. Predominantly means that the water wanted (antifreeze, rust inhibitor, etc.) or unintentionally (impurities, etc.) may be added.
[0019] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Temperaturniveau kleiner ist als das erste Temperaturniveau. Hierdurch ergeben sich für die verschiedenen Teilnehmer sinnvolle Abstufungen für den Energieaustausch.Another embodiment of the invention is characterized in that the second temperature level is smaller than the first temperature level. This results in meaningful gradations for the energy exchange for the various participants.
[0020] Eine wieder andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Energieverbundnetz mehrere zweite Temperaturschienen umfasst, deren Temperaturniveaus sich untereinander unterscheiden und kleiner sind als das erste Temperaturniveau. Hierdurch wird die Anpassungsfähigkeit zwischen Netz und Teilnehmer weiter verbessert.Yet another embodiment of the invention is characterized in that the energy network comprises a plurality of second temperature rails whose temperature levels differ from each other and are smaller than the first temperature level. This further improves the adaptability between the network and the subscriber.
[0021] Insbesondere können wenigstens drei zweite Temperaturschienen mit zugehörigen Temperaturniveaus vorhanden sein.In particular, at least three second temperature bars may be present with associated temperature levels.
[0022] Besonders günstig ist die Situation, wenn das erste Temperaturniveau bei ungefähr 90 °C liegt, und die zweiten Temperaturniveaus zwischen 6 °C und 12 °C, zwischen 25 °C und 35 °C und zwischen 60 °C und 65 °C liegen.Particularly favorable is the situation when the first temperature level is about 90 ° C, and the second temperature levels between 6 ° C and 12 ° C, between 25 ° C and 35 ° C and between 60 ° C and 65 ° C. lie.
[0023] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Energieverbundnetz zusätzlich ein Stromnetz parallelgeschaltet ist. Hierdurch kann eine noch grössere Flexibilität des Gesamtsystems erreicht werden.A further embodiment of the invention is characterized in that the power grid additionally a power supply is connected in parallel. This allows an even greater flexibility of the overall system can be achieved.
[0024] Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird für eine der zweiten Temperaturschienen, insbesondere die Temperaturschiene mit dem Temperaturniveau zwischen 25 °C und 35 °C, ein bestehendes Gasnetz genutzt. Dadurch können einerseits Investitionskosten gespart und andererseits ein thermischer mit einem chemischen Energietransport kombiniert werden.According to another embodiment of the invention, an existing gas network is used for one of the second temperature rails, in particular the temperature rail with the temperature level between 25 ° C and 35 ° C. As a result, on the one hand, investment costs can be saved and, on the other hand, a thermal and a chemical energy transport can be combined.
[0025] Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass für wenigstens eine der Temperaturschienen C02 als Trägermedium verwendet wird.It is within the scope of the invention, however, also conceivable that is used for at least one of the temperature rails C02 as a carrier medium.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
[0026] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it:
Fig. 1 in stark schematisierter Form die Grundform eines Energieverbundsystems; undFig. 1 in a highly schematic form, the basic form of an energy interconnection system; and
Fig. 2 in stark schematisierter Form die Struktur eines Energieverbundnetzes nach der Erfindung.Fig. 2 in a highly schematic form, the structure of an energy network according to the invention.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0027] Das hiervorgestellte neue Energiekonzept ist relativ einfach und basiert auf den heute bekannten Nah- und Fernwärmeverbundnetzen.The presented here new energy concept is relatively simple and is based on today's local and district heating networks.
[0028] Wie bei den Wärmeverbundnetzen sollen neu thermische Energien auf verschiedenen Temperaturniveaus bzw. Temperaturschienen (siehe die Temperaturniveaus TN1 bisTN4 in derbeigefügten Fig. 2) zu den Bezügern (Verbrauchern) geführt werden.As with the heat networks, new thermal energies at different temperature levels or temperature rails (see the temperature levels TN1 to TN4 in the attached FIG. 2) are to be routed to the users (consumers).
[0029] Nahwärmeverbund und Fernleitungen haben oft ein Temperaturniveau (TN4) von ca. 90 °C (120 °C), um Warmwasser oder Heizungstemperaturen auf einem tieferen Temperaturniveau (TN3) von 60 °C anzubieten. Mit diesem hohen Temperaturniveau können relativ grosse Energiemengen in relativ kleinen Leitungsquerschnitten transportiert werden. Vom Standpunkt der Exergie aus betrachtet, als dem Teil der Gesamtenergie eines Systems, der Arbeit verrichten kann, sind solche Systeme aber nicht in jedem Fall exergetisch sinnvoll (wenn z.B. eine 1000 °C heisse Flamme 30 °C Heizwassertemperatur erzeugt).Local heating network and pipelines often have a temperature level (TN4) of about 90 ° C (120 ° C) to offer hot water or heating temperatures at a lower temperature level (TN3) of 60 ° C. With this high temperature level, relatively large amounts of energy can be transported in relatively small cross-sections. However, from the point of view of exergy, as part of the total energy of a system that can do work, such systems are not always exergetically useful (e.g., when a 1000 ° C hot flame produces 30 ° C heating water temperature).
[0030] Derartig hohe Temperaturen werden oft über Verbrennungsprozesse hergestellt (Holz-, Gas-, Öl-, Biomasse-, Abfallverbrennung oder Industrieprozesse, etc.).Such high temperatures are often produced by combustion processes (wood, gas, oil, biomass, waste incineration or industrial processes, etc.).
[0031] In Fig. 1 ist in stark schematisierter Form die Grundform eines Energieverbundsystems 10 wiedergegeben, welches ein Energieverbundnetz 11 und eine Mehrzahl von daran angeschlossenen Teilnehmern 12a bis 12i umfasst. Die Teilnehmer 12a bis 12i können einerseits Energielieferanten sein, die thermische Energie in das Netz einspeisen, wie z.B. Blockheizkraftwerke, Solarkollektoren, Heizkessel etc. Die Teilnehmer können aber auch Verbraucher sein, die thermische Energie aus dem Netz beziehen. Denkbar sind aber auch Teilnehmer, die je nach Situation oder Bedarf Energie in das Netz einspeisen oder aus dem Netz beziehen.In Fig. 1, the basic form of an energy interconnection system 10 is shown in a highly schematic form, which comprises an energy network 11 and a plurality of participants connected thereto 12a to 12i. On the one hand, subscribers 12a to 12i can be energy suppliers feeding thermal energy into the network, e.g. Cogeneration plants, solar collectors, boilers, etc. The participants can also be consumers who receive thermal energy from the grid. Conceivable, however, are also participants who, depending on the situation or need, feed energy into the grid or withdraw it from the grid.
[0032] Das Energieverbundnetz 11 ist im Beispiel der Fig. 1 als geschlossenes ringförmiges Netz gezeichnet. Es kann aber genauso gut auch andere, z.B. sternförmige, maschenartige oder lineare, Strukturen aufweisen.The power network 11 is drawn in the example of FIG. 1 as a closed annular network. However, it can just as well be other, e.g. star-shaped, mesh-like or linear, have structures.
[0033] Fig. 2 zeigt in stark schematisierter Form die Struktur eines Energieverbundnetzes 11 innerhalb eines Ausführungsbeispiels eines Energieverbundsystems 10 nach der Erfindung.Fig. 2 shows in highly schematic form the structure of an energy network 11 within an embodiment of an energy interconnection system 10 according to the invention.
[0034] Ausgangspunkt ist eine erste Temperaturschiene TS1 mit einem ersten Temperaturniveau TN4 von etwa 90 °C.The starting point is a first temperature rail TS1 with a first temperature level TN4 of about 90 ° C.
[0035] Zu dieser ersten Temperaturschiene TS1 werden nun weitere (parallele) Temperaturschienen TS2.1, TS2.2 und TS2.3 hinzugefügt, denen vom ersten Temperaturniveau TN4 und auch untereinander abweichende Temperaturniveaus TN2.1, TN2.2 und TN2.3 zugeordnet sind. Das Temperaturniveau TN2.1 liegt dabei im Bereich zwischen 6 °C und 12 °C. Das Temperaturniveau TN2.2 liegt zwischen 25 °C und 35 °C, und das Temperaturniveau TN2.3 liegt zwischen 60 °C und 65 °C.To this first temperature rail TS1 now more (parallel) temperature rails TS2.1, TS2.2 and TS2.3 are added to those of the first temperature level TN4 and also different temperature levels TN2.1, TN2.2 and TN2.3 assigned are. The temperature level TN2.1 lies in the range between 6 ° C and 12 ° C. The temperature level TN2.2 is between 25 ° C and 35 ° C, and the temperature level TN2.3 is between 60 ° C and 65 ° C.
[0036] Diese vier Temperaturniveaus TN1 und TN2.1, TN2.2, TN2.3 und ihre Verknüpfungen durch die Teilnehmer sind in der beigefügten Fig. 2 dargestellt. Zusätzlich sind auch ein paralleles Stromnetz 13 und ein Gasnetz 14 eingezeichnet bzw. angedeutet. Zwischen den verschiedenen Temperaturschienen T1, T2.1-T2.3 finden Energieaustauschprozesse statt. Zugleich kann in die Temperaturschienen T1, T2.1-T2.3 von aussen Energie hineingegeben, bzw. aus den Temperaturschienen T1, T2.1-T2.3 herausgezogen werden.These four temperature levels TN1 and TN2.1, TN2.2, TN2.3 and their links by the participants are shown in the attached Fig. 2. In addition, a parallel power grid 13 and a gas network 14 are shown or indicated. Between the different temperature rails T1, T2.1-T2.3 energy exchange processes take place. At the same time energy can be added externally to the temperature rails T1, T2.1-T2.3, or pulled out of the temperature rails T1, T2.1-T2.3.
[0037] Die durchgezogenen Pfeile beziehen sich dabei auf den Eintrag von Energie ins Netz. Die strichpunktierten Pfeile kennzeichnen Ausgleichsprozesse, während die gestrichelten Pfeile eine Direktnutzung von Energie aus dem Netz deutlich machen: - 90 °C (TN1) Eingespeist wird Energie aus Solaranlagen, Blockheizkraftwerken (BHKW), aus Biomasse oder Industrieprozessen und Hochtemperatur-Wärmepumpen (B, C, D, E, F, G, O in Fig. 2). Entnommen wird Energie für Industrieprozesse, Fernwärme, Heizung oder Brauchwarmwasser (Z in Fig. 2); - 60 °C/65 °C (TN2.3) Eingespeist wird Energie aus Solaranlagen, Abwärme, Wärmepumpen, Kälte-, Klimaanlagen, etc. (A, B, C, D, E, F, G, I, J, K, L, N in Fig. 2). Entnommen wird Energie für Warmwasser und Hochtemperaturheizungen und als Quelle für Hochtemperatur-Wärmepumpen (O, Y in Fig. 2); - 25 °C/35 °C (TN2.2) Eingespeist wird Energie aus Hybridkollektoren, Solaranagen, Abwärme-, Kälteanlagen, etc. (A, B, H, I, J, K, L, M in Fig. 2). Entnommen wird Energie für Niedertemperaturheizungen, Betonkernaktivierung und als Wärmequelle für (Brauchwasser-)Wärmepumpen (N, Ο, X in Fig. 2); - 6 °C/12 °C (TN2.1) Eingespeist wird Kälte aus Klimaanlagen, Wärmepumpen, Kälteanlagen und anderen kalten Quellen (Erdregister XK, L, Μ, N in Fig. 2). Entnommen wird Kälte für Klimatisierung, Betonkernaktivierungen, Kondensation von Tiefkühlanlagen, Hybrid PV-Anlagen, etc. (A, H, U, V in Fig. 2).The solid arrows refer to the entry of energy into the network. The dot-dashed arrows indicate compensation processes, while the dashed arrows indicate a direct use of energy from the grid: - 90 ° C (TN1) Energy is supplied by solar plants, cogeneration plants (CHP), biomass or industrial processes and high-temperature heat pumps (B, C , D, E, F, G, O in Fig. 2). Energy is taken for industrial processes, district heating, heating or domestic hot water (Z in Fig. 2); - 60 ° C / 65 ° C (TN2.3) Energy is supplied by solar systems, waste heat, heat pumps, refrigeration, air conditioning, etc. (A, B, C, D, E, F, G, I, J, K , L, N in Fig. 2). Energy is taken for hot water and high temperature heating and as a source for high temperature heat pumps (O, Y in Fig. 2); - 25 ° C / 35 ° C (TN2.2) Energy is fed from hybrid collectors, solar panels, waste heat, refrigeration systems, etc. (A, B, H, I, J, K, L, M in Fig. 2). Energy is taken for low temperature heating, concrete core activation and as a heat source for (domestic water) heat pumps (N, Ο, X in Fig. 2); - 6 ° C / 12 ° C (TN2.1) Cold is supplied from air conditioning systems, heat pumps, refrigeration systems and other cold sources (earth register XK, L, Μ, N in Fig. 2). Refrigeration is taken for air conditioning, concrete core activations, condensation of freezers, hybrid PV systems, etc. (A, H, U, V in Fig. 2).
[0038] Statt dass die thermische Energie nur zu Heizzwecken auf verhältnismässig hohem Temperaturniveau verwendet wird (L und M in der Figur), soll neu zusätzlich auch thermische Energie auf tieferem Temperaturniveau angeboten werden, welche zum Kühlen, Klimatisieren und für Niedrigtemperaturheizsysteme oder Betonkernaktivierungen verwendet werden kann (D, E, F, I und K in der Fig. 2).Instead of the thermal energy is used only for heating purposes at a relatively high temperature level (L and M in the figure), should also be offered in addition thermal energy at a lower temperature level, which are used for cooling, air conditioning and low temperature heating or concrete core activations can (D, E, F, I and K in Fig. 2).
[0039] Bei diesen Bezügern, welche die thermischen Energien aus den jeweiligen Temperaturniveaus nicht direkt nützen können, da ihre Anforderungen andere Temperaturniveaus verlangen, sollen vor Ort die jeweiligen Bedürfnisse über (optimierte) Anlagen erfüllt werden (Niedrigtemperaturhübe).In these Bezügern, which can not directly use the thermal energy from the respective temperature levels, since their demands require different temperature levels, the respective needs on (optimized) systems should be met on site (low temperature strokes).
[0040] Die «Abwärme/Kälte» aus sämtlichen Gewerbe- und Industrieprozessen soll, wenn diese nicht direkt genutzt werden kann, in die jeweiligen Temperaturschienen eingespeist werden.The "waste heat / cold" from all commercial and industrial processes should, if this can not be used directly, be fed into the respective temperature rails.
[0041] Neu werden also in den bestehenden Gräben der Fernwärme (oder in den neu zu erstellenden Gräben) mehrere Leitungen mit grösserem Durchmesser als bisher geführt.So new in the existing trenches of district heating (or in the new trenches to be created) are now several lines with a larger diameter than before.
[0042] Diese Leitungen werden so dimensioniert, dass entsprechende Energiemengen mittels kleiner Temperaturdifferenzen ΔΤ energiegünstig im Netz transportiert werden können. Durch das grosse Leitungsvolumen entsteht zugleich ein Energiespeicher.These lines are dimensioned so that corresponding amounts of energy can be transported by means of small temperature differences .DELTA.Τ energiegünstig in the network. Due to the large line volume also creates an energy storage.
[0043] Wie bei den Photovoltaikanlagen werden dann neu Bezüger je nach Situation auch zu Anbietern von Energie (elektrischem Strom).As with the photovoltaic systems then new recipients depending on the situation also to providers of energy (electricity).
[0044] Auch kann es, wie bei Photovoltaikanlagen üblich, dabei durchaus sinnvoll sein, die Energie zuerst soweit wie möglich vor Ort zu verwenden und nur die Überschüsse nach «Aussen» abzugeben bzw. das Fehlende von «Aussen» zu beziehen.Also, as is customary in photovoltaic systems, it may well be sensible to use the energy first as far as possible on site and only to transfer the excess to "outside" or to draw the missing from "outside".
[0045] Es gibt dann also Teilnehmer, die nur thermische Energie aus dem Netz beziehen oder nur thermische Energie an das Netz abgeben, und es gibt Teilnehmer, die beziehen und abgeben, und dies bei unterschiedlichen Temperaturniveaus.So then there are subscribers who only receive thermal energy from the grid or only deliver thermal energy to the grid, and there are subscribers who refer and deliver, and this at different temperature levels.
[0046] Bei möglichst vielen Teilnehmern mit unterschiedlichen Prozessen gibt es dann eine ausgleichende hohe Gleichzeitigkeit von Angebot und Nachfrage und es muss im Idealfall nur wenig Ausgleichsenergie bereitgestellt werden (Nachheizen, Nachkühlen, Temperaturhaltung).In as many participants with different processes, there is a balancing high simultaneity of supply and demand and it must be provided in the ideal case, only little balancing energy (reheating, cooling, temperature maintenance).
[0047] Bestehende Infrastruktur (Klimaanlagen, Wärmepumpen, etc.) kann an solche Systeme angepasst und weiter verwendet werden. Bei Neuinvestitionen können die Anlagen auf die thermischen Verhältnisse optimiert angeboten werden (z.B. durch Einsatz von Modulen).Existing infrastructure (air conditioning, heat pumps, etc.) can be adapted to such systems and continue to be used. For new investments, the plants can be offered optimized for the thermal conditions (for example by using modules).
[0048] Private Teilnehmer können auch nur in den Ausgleich der Temperaturschienen investieren und thermische Energie anbieten und verkaufen.Private participants can invest only in the compensation of the temperature rails and offer and sell thermal energy.
[0049] Weiterhin ist es denkbar, z.B. für die Temperaturschiene TS2.2 mit dem Temperaturniveau TN2 zwischen 25 °C und 35 °C bestehende Gasnetze (Erdgasnetze) 14 zu nutzen.Furthermore, it is conceivable, e.g. for the temperature rail TS2.2 with the temperature level TN2 between 25 ° C and 35 ° C existing gas networks (natural gas networks) 14 to use.
[0050] Auch ist es denkbar, für bestimmte Temperaturschienen (insbesondere mit niedrigem Temperaturniveau) anstelle von Wasser C02 als Trägermedium zu verwenden. Das C02 würde für dieselbe Übertragungsleistung bedeutend kleinere Rohrdurchmesser erfordern und die Energieübertragung könnte bei derselben Temperatur (Verdampfungstemperatur) stattfinden. Man käme dann mit einem flüssigen oder teilverdampften C02 zu den Übergabestationen und verdampfte durch die Wärmezufuhr etwas mehr C02 so dass sich der Verdampfungsanteil etwas erhöht. Andere Übertragungsstationen würden dann durch Wärmeentzug das C02 wieder verflüssigen. Der Druckbereich der C02-Leitungen läge unter 80 bar (< 30 °C, < 74 bar) welcher in etwa der Druckbereich für Gasleitungen ist.It is also conceivable to use CO 2 as the carrier medium for certain temperature rails (in particular with a low temperature level) instead of water. The CO 2 would require significantly smaller pipe diameters for the same transmission power and the energy transfer could occur at the same temperature (evaporation temperature). It would then come with a liquid or partially vaporized CO 2 to the transfer stations and evaporated by the addition of heat a little more C02 so that the evaporation rate increases slightly. Other transfer stations would then re-liquefy the CO 2 by removing heat. The pressure range of the C02 lines would be below 80 bar (<30 ° C, <74 bar) which is approximately the pressure range for gas lines.
[0051] C02 hätte den Vorteil der Unbrennbarkeit. Erdgas hätte den Vorteil, dass bestehende Gasnetze und die zum Teil vorhandenen Hausanschlüsse genutzt werden könnten. Dort müsste einfach eine Retourleitung vorgesehen werden, sodass ein Teil des Gases zirkuliert und ein Teil des Gases verbraucht wird.CO 2 would have the advantage of being incombustible. Natural gas would have the advantage of being able to use existing gas networks and the sometimes existing domestic connections. There would simply have to be provided a return line, so that a part of the gas circulates and a part of the gas is consumed.
[0052] Die Vorteile des neuen Energiekonzeptes sind: - Hohe Sicherheit und Verfügbarkeit - Hohe Energieeffizienz und Effektivität - Hohe Gleichzeitigkeit bei vielen Teilnehmern - Lange Laufzeiten der installierten Infrastruktur und deshalb weniger Infrastruktur nötig - Speicherung der thermischen Energie zentral (in den Leitungssystemen) und nicht mehr dezentral bei jedem Teilnehmer - Platzersparnisse durch Wegfall der Speicher und bedeutend kleinere Anlagen, um den abweichenden Temperaturbedarf zu erfüllen - Keine Rückkühler und somit auch keine Lärmemissionen - Hohe Leistungssteigerung durch Free Cooling - Abwärme verschiedenster Temperaturniveaus aus Prozessen wird genutzt - Verringerte Investitions-, Unterhalts- und Energiekosten der Teilnehmer - Ausgleichsmanagement für elektrische Energie realisierbar (smart grid) - Einbindung von Erdregistern (Knappheit von Feldern für Erdregister besteht zum Teil schon) - Kombinierbar mit anderen thermischen Quellen wie thermischen Solaranlagen, Fluss-, See-, Grund- und Abwasser etc. sowie mit Geothermie - Kombinierbar mit Latentspeichern - Langfristige Investition in Infrastruktur (Übertragungsnetze) mit guter Rendite, da mehr Energie welche effizienter und effektiver erzeugt wurde, verkauft werden kann (Warm, Kalt, Strom) - Mehr Liquidität bei den Teilnehmern, da die Investition vor Ort kleiner ausfällt - Mehr freier Platz bei den Teilnehmern, da kleinere Installationen nötig sind - Höhere Lebensdauer der Infrastruktur - Weniger Materialeinsatz - Kleinere Anschlussleistungen (elektrisch) bei den Teilnehmern - Einfachere Anlagen - Weniger Unterhalt - Weniger EnergiebedarfThe advantages of the new energy concept are: - High safety and availability - High energy efficiency and effectiveness - High simultaneity for many subscribers - Long running times of the installed infrastructure and therefore less infrastructure needed - Storage of thermal energy centrally (in the piping systems) and not more decentralized for each participant - space savings due to elimination of storage facilities and significantly smaller systems to meet the different temperature requirements - no recoolers and thus no noise emissions - high performance increase through free cooling - waste heat of different temperature levels from processes is used - reduced investment, maintenance - and energy costs of the participants - Compensation management for electrical energy feasible (smart grid) - Integration of earth registers (scarcity of fields for earth registers exists in part already) - Can be combined with other thermal sources such as thermal So Long-term investment in infrastructure (transmission grids) with good returns, as more energy that was produced more efficiently and effectively can be sold (hot, cold , Electricity) - More liquidity for participants, as the investment on site is smaller - More space for the participants, since smaller installations are needed - Higher infrastructure life - Less material use - Smaller connection performance (electrical) at the participants - Simpler facilities - Less maintenance - Less energy needed
Bezugszeichenliste [0053] 10 Energieverbundsystem (thermisch)REFERENCE NUMBER LIST [0053] 10 energy composite system (thermal)
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