DE102013002047A1

DE102013002047A1 - Transportabler Energiecontainer

Info

Publication number: DE102013002047A1
Application number: DE201310002047
Authority: DE
Inventors: Manfred Dollinger; Heinrich Schimmel
Original assignee: easykraft Energiezellen GmbH
Current assignee: easykraft Energiezellen GmbH
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Transportabler Energiecontainer (1) mit einer Containerhülle (3), mit einer im Inneren der Containerhülle angeordneten Tragstruktur (4), mit einem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6), das eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Maschine (7) umfasst, und mit wenigstens einem Kesselmodul (8, 10), das eine Heizanlage (9, 11) zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und/oder eines Fossilbrennstoffs umfasst, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6) und das wenigstens eine Kesselmodul (8, 10) an der Tragstruktur befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen transportablen Energiecontainer zu einer Vor-Ort-Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft weiter ein Sortiment mit einer Anzahl vorgefertigter Module zum Bau eines derartigen Energiecontainers.
Auf dem Energiesektor stellt bei einem sogenannten Contracting-Modell ein Anbieter einem Verbraucher, insbesondere einem gewerblichen Verbraucher, eine Anlage zur Erzeugung von thermischer und/oder elektrischer Energie zur Verfügung, die den benötigten Energiebedarf abdeckt. Neben der Installation und der Wartung der Anlage kümmert sich der Contractor dabei um die Bereitstellung der zur Energieerzeugung benötigten Betriebsmittel und liefert dem Verbraucheraus dem Betrieb der Anlage bedarfsgerecht die benötigte Energie. Die tatsächlich verbrauchte Energiemenge wird dem Verbraucher vom Contractor in Rechnung gestellt.
Das Contracting-Modell bietet auf dem Energiesektor den Vorteil der Möglichkeit einer dezentralen und von öffentlichen Versorgungsnetzen unabhängigen Energieversorgung. Die Energieversorgung erfolgt bedarfsgerecht unmittelbar am Ort des Verbrauchers. Die Transport- bzw. Leitungswege für elektrische und thermische Energie sind kurz, so dass die Energieerzeugung aufgrund der geringen Leitungsverluste gegenüber einer zentralen Energieversorgung effizienter ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine insbesondere für das Contracting-Modell geeignete Anlage zur Energieerzeugung anzugeben, die eine möglichst umweltschonende und effiziente Vor-Ort-Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen transportablen Energiecontainer gelöst, der eine Containerhülle, eine im Inneren der Containerhülle angeordnete Tragstruktur, ein Kraft-Wärme-Kopplungsmodul mit einer Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine und wenigstens ein Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und/oder eines Fossilbrennstoffs umfasst, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul und das wenigstens eine Kesselmodul an der Tragstruktur befestigt sind.
Der Energiecontainer wird beim Hersteller aus den einzelnen Modulen zur Energieerzeugung, der Tragstruktur und der Containerhülle montiert, als Ganzes zum Verbraucher transportiert, vor Ort installiert und in Betrieb genommen. Durch die zentrale Vorinstallation der einzelnen Komponenten des Energiecontainers können beim Hersteller die Fertigungskosten optimiert werden. Die sich auf den Energiecontainer als solchen beziehenden Installationskosten vor Ort sind vergleichsweise niedrig.
Der angegebene Energiecontainer ist insbesondere geeignet, in einer modularen Bauweise gefertigt zu werden, wodurch sich die Produktionskosten weiter reduzieren lassen. Durch die Aufteilung der Module zur Energieerzeugung in ein Kraft-Wärme-Kopplungsmodul und in Kesselmodule zur Verfeuerung von fossilen und/oder erneuerbaren Rohstoffen kann eine große Anzahl von Bedarfsvarianten des Energiecontainers mit einer relativ niedrigen Anzahl unterschiedlicher Einzelkomponenten abgedeckt werden. Für jedes Modul braucht insofern nur eine begrenzte Anzahl unterschiedlicher Varianten vorgehalten zu werden, die sich in ihrer Leistungsklasse unterscheiden. Auch für die Containerhülle und für die Tragstruktur kann das Baukastenprinzip gewählt werden, wo sich durch eine vergleichsweise geringe Anzahl an unterschiedlichen Einzelkomponenten eine hohe Anzahl von Bedarfsvarianten abdecken lässt. Durch die verringerte Anzahl an unterschiedlichen Einzelkomponenten verringern sich beim Hersteller zusätzlich die Lagerhaltungskosten.
Der angegebene transportable Energiecontainer wird bei einem Verbraucher vor Ort zur Energieerzeugung aufgestellt. Somit müssen für den Transport der elektrischen und thermischen Nutzenergie nur geringe Entfernungen überbrückt werden, so dass hohe Leitungsverluste vermieden sind. Für den Energiecontainer sind insbesondere separate Eigentumsverhältnisse möglich. Der Energiecontainer muss nicht notwendigerweise im Besitz des Verbrauchers sein. Beispielsweise mietet ein Contractor beim Verbraucher eine geeignete Stellfläche an, auf der der Energiecontainer abgestellt wird. Wird der Energiecontainer bei einem ersten Verbraucher vorübergehend nicht benutzt, so kann der transportable Energiecontainer problemlos mit geringem Aufwand an andere Verbrauchsorte verlegt werden.
Der angegebene Energiecontainer umfasst ein Kraft-Wärme-Kopplungsmodul mit einer Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine sowie wenigstens ein Kesselmodul mit einer Heizanlage entweder zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs oder eines nachwachsenden Rohstoffes. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Anpassung des Energiecontainers an den jeweiligen Verbraucher, um eine möglichst umweltschonende und effiziente Umwandlung von Primärenergie in Nutzenergie zu erzielen.
Als ein Grundbaustein ist im Energiecontainer eine Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine eingesetzt, die unter Einsatz von Primärenergie, insbesondere von fossilem Brennstoff, vorrangig Wärme und zugleich elektrische Energie erzeugt. Als eine Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Gasmotor, vorgesehen, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Die Abwärme des Verbrennungsmotors und üblicherweise auch des Generators wird zur Gewinnung von thermischer Nutzenergie herangezogen. Gegenüber einer getrennten Erzeugung von thermischer und elektrischer Nutzenergie lässt sich mit einer gemeinsamen Erzeugung mittels einer Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine ein wesentlich höherer Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Primärenergie erreichen. Bei gleicher Ausbeute kann eine Primärenergieeinsparung von bis zu 30% gegenüber der getrennten Erzeugung erreicht werden. Mit dem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul des Energiecontainers wird insbesondere ein Grundlastbereich des Verbrauchers abgedeckt, so dass ein hocheffizienter Dauerbetrieb unabhängig von beispielsweise jahreszeitlich bedingten Verbrauchsschwankungen ermöglicht ist. Wird die eingesetzte Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine derart ausgelegt, dass sie dauerhaft in der Nähe ihres optimalen Betriebspunktes betrieben ist, so kann hinsichtlich der eingesetzten Primärenergie die größte Einsparung erzielt werden.
Durch das Kesselmodul zur Verbrennung von fossilen und/oder erneuerbaren Brenn- bzw. Rohstoffen wird ein Zwischenlast- und/oder ein Spitzenlastbereich des Verbrauchers abgedeckt. Bei einem gegenüber dem Grundlastbereich erhöhten Verbrauchsbedarf wird das eingebaute Kesselmodul dem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul zur Erzeugung von thermischer Energie hinzugeschaltet. Durch eine Auslegung des Kraft-Wärme-Kopplungsmoduls zur Abdeckung des Grundlastbereichs und eine Auslegung des Kesselmoduls zur Abdeckung eines Zwischenlast- oder eines Spitzenlastbereichs kann beim Verbraucher elektrische und thermische Energie aus Primärenergie deutlich effizienter und umweltschonender erzeugt werden, als dies beispielsweise bei einer herkömmlichen fossilen Heizanlage der Fall ist, die zur Erzeugung von thermischer Energie eingesetzt ist.
Wird neben dem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul sowohl ein Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs als auch ein Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes eingesetzt, so verbessert sich die Energie- und Umweltbilanz des Energiecontainers weiter. Wird beispielsweise das Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes zum Abdecken eines Zwischenlastbereiches des Verbrauchers hinzugeschaltet, so lässt sich die CO₂-Bilanz gegenüber herkömmlichen Heizanlagen deutlich senken. Der Fossilkessel wird dann lediglich zum Abdecken eines verbrauchsseitigen Spitzenlastbereiches eingesetzt.
Eigene Untersuchungen haben ergeben, dass sich durch einen Umstieg von einer herkömmlichen Ölheizanlage auf den angegebenen Energiecontainer beispielsweise für eine Gärtnerei mit einem jährlichen Ölbedarf von 200.000 Liter bei entsprechender Auslegung mit einem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul, einem Kesselmodul zur Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes und mit einem Kesselmodul zur Verfeuerung von erneuerbaren Rohstoffen jährlich Einsparungen von einigen 10.000 Euro und eine Verbesserung der CO₂-Bilanz im Bereich von einigen 100.000 Kilogramm erzielen lassen. Die erzeugte elektrische Energie ist überwiegend vom Verbraucher selbst genutzt.
Durch den Einsatz des angegebenen Energiecontainers ist in der Regel eine Nutzung öffentlicher Energieverteilungssysteme nicht mehr erforderlich. Durch den Einsatz unterschiedlicher Module zur Erzeugung von Energie kann auch bei saisonal unterschiedlichem Energieverbrauch eine optimale Systembilanz in Bezug auf Primärenergieverbrauch und Systemwirkungsgrad der Energieumwandlung erzielt werden.
Wird ein erstes Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und ein zweites Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs eingesetzt, so kann die Energieerzeugung dem zeitlich schwankenden Bedarfsprofil unterschiedlicher Verbraucher ideal angepasst werden. Hohe Bedarfsspitzen werden durch Zuschalten der Kesselmodule abgedeckt. Das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul arbeitet zur Abdeckung eines Grundlastbereiches des Verbrauchers idealerweise dauerhaft zwischen 75% und 100% seiner Nennlast. Auch bei zeitlich schwankendem Abnahmeprofil ermöglicht der angegebene Energiecontainer einen bestmöglichen Wirkungsgrad der Energieumwandlung.
Als Fossilbrennstoff für die Heizanlage des zur Abdeckung eines Spitzenlastbereichs vorgesehenen zweiten Kesselmoduls ist bevorzugt Erdgas eingesetzt. Alternativ kann als ein Fossilbrennstoff aber auch Erdöl oder dergleichen eingesetzt sein. Als erneuerbarer Rohstoff bzw. Energieträger für die Heizanlage des ersten Kesselmoduls können Pellets oder Hackschnitzel eingesetzt sein. Alternativ können aber auch Biogas oder sonstige organische, nachwachsende Rohstoffe verfeuert werden. Wie erwähnt, sind nicht notwendigerweise zwei Kesselmodule eingesetzt. Je nach Auslegung und je nach Bedarfsprofil des Verbrauchers kann es auch genügen, zusätzlich zum Kraft-Wärme-Kopplungsmodul lediglich ein weiteres Kesselmodul vorzusehen.
Zur Ansteuerung der Nutzenergie erzeugenden Module ist zweckmäßigerweise im Inneren der Containerhülle ein entsprechend ausgebildetes und eingerichtetes Steuergerät umfasst. Dieses Steuergerät ist bevorzugt zur Ansteuerung des Kraft-Wärme-Kopplungsmoduls und des oder jeden Kesselmoduls in Abhängigkeit von einem thermischen Leistungsbedarf ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Energiecontainer thermisch und nicht elektrisch geführt. Somit wird jeweils die vom Verbraucher benötigte thermische Nutzenergie bedarfsweise erzeugt. Die elektrische Nutzenergie wird sekundär erzeugt, gegebenenfalls zwischengepuffert und nur vergleichsweise selten in öffentliche Energieverteilungsnetze eingespeist. Eine die Primärenergieausnutzung verschlechternde Überproduktion an Wärme ist hierbei sicher vermieden. Der Energiecontainer als solcher ist dann grundsätzlich zur Abdeckung des thermischen Nutzenergiebedarfs des Verbrauchers ausgelegt.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung des Energiecontainers ist das Steuergerät eingerichtet, das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul in einem verbrauchsseitigen Grundlastbereich dauerhaft zwischen 75% und 100% seiner Nennlast, also stets in der Nähe des idealen Betriebspunktes, zu betreiben, und in einem verbrauchsseitigen Spitzenlastbereich das wenigstens eine Kesselmodul hinzuzuschalten. Bei Vorsehen von zwei Kesselmodulen ist in einer Weiterbildung das Steuergerät dazu eingerichtet, ein erstes Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines nachwachsenden bzw. erneuerbaren Rohstoffes in einem verbrauchsseitigen Zwischenlastbereich und ein zweites Kesselmodul mit einer Heizanlage zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs in einem verbrauchsseitigen Spitzenlastbereich dem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul hinzuzuschalten.
Während Tagesschwankungen im Verbrauchsprofil gegebenenfalls durch Hinzuschalten eines Kesselmoduls zum Kraft-Wärme-Kopplungsmodul ausgeglichen werden können, ist es weiter vorteilhaft, noch kurzzeitigere Schwankungen im Verbrauch von thermischer Nutzenergie über einen innerhalb der Containerhülle angeordneten, mit den Modulen strömungs- und/oder wärmetechnisch verbundenen thermischen Pufferspeicher auszugleichen. Durch Hinzuschalten des thermischen Pufferspeichers kann beispielsweise bei Stundenschwankungen ein erhöhter thermischer Nutzenergiebedarf des Verbrauchers ausgeglichen werden. Zur Zwischenspeicherung von thermischer Energie umfasst der thermische Pufferspeicher insbesondere geeignete Speichermedien wie Thermoöle und insbesondere Wasser.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist innerhalb der Containerhülle zusätzlich ein mit den Modulen und dem Steuergerät elektrisch verbundenes Pufferelement für elektrische Energie umfasst. Damit kann gegebenenfalls kurzfristig ein Ausfall des öffentlichen Energieversorgungsnetzes ausgeglichen werden, so dass die elektrische Steuerung des Energiecontainers weiterhin funktionsfähig bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann in den Energiecontainer auch eine Notstromversorgung integriert sein, die einen autarken Betrieb des Energiecontainers über einen längeren Zeitraum aufrechterhält. Somit kann dem Verbraucher unabhängig von öffentlichen Versorgungsnetzen über den Energiecontainer eine gewünschte thermische und/oder elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden. Als Notstromversorgung kann wiederum ein Dieselaggregat eingesetzt sein. Es kann aber auch eine sogenannte unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) vorgesehen sein, die im Bedarfsfall zur Ansteuerung der Energieerzeugungsmodule über einen Akkumulator die benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Dieser Akkumulator wird im Regelbetrieb von der Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine gespeist.
Bevorzugt ist die Containerhülle stabil mittels Aluminium, Stahl und/oder Beton gefertigt. Zum einen wird hierdurch die Transportstabilität verbessert. Zum anderen ist hierdurch für ein Contractor-Modell ein unerlaubter Zutritt in den Energiecontainer durch Dritte erschwert. Auch können von der Containerhülle mineralische Baustoffe umfasst sein, die beispielsweise Aufgaben zur Wärmedämmung übernehmen. Dazu kann die Containerhülle beispielsweise mit entsprechenden Abdeck- oder Dämmplatten, Fassadenelementen etc. ausgestattet sein.
Die im Energiecontainer eingesetzten Module zur Erzeugung von Nutzenergie, insbesondere das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul, erzeugen im Betrieb gegebenenfalls störende Arbeitsgeräusche. Durch die umgebende Containerhülle ist an sich bereits eine gewisse Schallisolierung gegenüber Luftschall nach außen erzielt. Zusätzlich oder alternativ können auch separate Elemente zur Dämpfung von Luftschall vorgesehen sein, die insbesondere den Modulen im Inneren des Containers zugeordnet sind. Derartige Dämpfungselemente sind beispielsweise Abdeckhauben, die über die Module zur Energieerzeugung, insbesondere über das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul, gesetzt sind. Um auch eine Übertragung von Körperschall aus dem Innenraum des Energiecontainers nach außen möglichst gering zu halten, sind weiter bevorzugt zwischen den Modulen und der Tragstruktur Dämpfungsmittel zur Dämpfung von Körperschall angeordnet. Derartige Dämpfungsmittel können beispielsweise Elastomerelemente oder dergleichen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Tragstruktur des Energiecontainers über derartige Dämpfungsmittel auf einer Bodenplatte oder dergleichen gelagert sein.
Bevorzugt ist auch die Schalldämmung nach dem Baukastenprinzip modular aufbaubar. In einer ersten Stufe, beispielsweise im Falle eines Betriebs des Energiecontainers in einer Industrieumgebung, genügt die vorhandene Schalldämmung durch die Containerhülle als solche, durch den Rahmen als solchen und durch eingesetzte Dämmelemente zur Körperschalldämpfung den geforderten Auflagen hinsichtlich einer erlaubten Geräuschemission. In einer zweiten Stufe, beispielsweise bei einem Betrieb in einer Wohngegend, werden zusätzlich separate Elemente für die Module zur Energieerzeugung, insbesondere dämmende Abdeckungen eingesetzt, um die äußere Geräuschbelastung weiter abzusenken.
In einer weiter zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Containerhülle als solche wärmeisolierend, insbesondere mehrlagig ausgeführt. Ein zwischen den Lagen eingebettetes Dämmmaterial kann zugleich zur Dämpfung einer Schallübertragung aus dem Innenraum des Energiecontainers verwendet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch separate Elemente zur Wärmeisolierung vorgesehen sein, die zwischen der Containerhülle und den Modulen angeordnet sind, insbesondere an der Containerhülle montiert werden. Die Funktion der Wärmedämmung kann vorteilhaft wiederum von Abdeckplatten, Dämmmatten, Fassadenelementen oder dergleichen übernommen werden.
Zur Verhinderung von Kondenswasserbildung sind bevorzugt an der Innenseite der Containerhülle Mittel zur Betauungsvermeidung umfasst. Vorteilhaft ist hierzu beispielsweise ein Mantel aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufgebracht. Ein solches Material ist bevorzugt Kunststoff. Ist der Kunststoff beispielsweise als ein faserverstärkter Kunststoff gegeben, so erhöht dies zugleich die Stabilität der Containerhülle. Über das Material geringer Wärmeleitfähigkeit wird sichergestellt, dass die Temperatur auf der Innenseite der Containerhülle den Taupunkt nicht unterschreitet.
Weiter ist vorteilhaft eine mit den Modulen verbundene Abgasleitung umfasst, die sich durch die Containerhülle hindurch nach außen erstreckt. Zur Zuführung von Verbrennungsluft bzw. zu einem Luftaustausch sind in der Containerhülle weiter zweckmäßigerweise Lüftungselemente eingebracht. Diese Lüftungselemente dienen zugleich einer gegebenenfalls notwendigen Restwärmeabfuhr aus dem Inneren des Energiecontainers an die Umgebung.
Der Energiecontainer ist vorteilhaft mit koppelbaren Anschlüssen dergestalt ausgeführt, dass er mit einem weiteren Energiecontainer gekoppelt werden kann. Insbesondere können hierbei die Versorgungsleitungen, die Betriebsmittelleitungen und/oder die Steuerleitungen von mehreren Energiecontainern gekoppelt werden, wodurch ein zusammengefasstes Energieerzeugungssystem zur Bereitstellung von thermischer und elektrischer Energie entsteht.
In einer hierzu bevorzugten Ausgestaltung ist ein Energiecontainer mit einem Lagercontainer gleicher Bauart mit einer Containerhülle zusammengefasst, wobei eine Betriebsmittelleitung aus dem Lagercontainer in den Energiecontainer führt. Durch Lagerung von Brennstoffen für die energieerzeugenden Module des Energiecontainers wird die Sicherheit vor Versorgungsausfällen und/oder vor Versorgungsengpässen erhöht. Der Betrieb aus Lagerzellen weist geringe Primärtransportkosten auf. Zur Förderung von Betriebsmitteln über eine Betriebsmittelleitung ist vorteilhaft ein geeignetes Fördermittel umfasst, das beispielsweise als eine Förderschnecke oder in Gestalt einer Unterdruckförderung gegeben ist.
Besonders bevorzugt sind vom Energiecontainer Anschlüsse für Versorgungsleitungen, Betriebsmittelleitungen und/oder Steuerleitungen umfasst, die zu einer Koppelung mit den entsprechenden Leitungen einer bestehenden Heizungsaltanlage ausgebildet und eingerichtet sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Ankopplung des Energiecontainers an die Verbrauchsseite über die dort bereits bestehenden Anschlüsse, wobei die bereits bestehenden Leitungen der Heizungsaltanlage weiter verwendet werden. Die Heizungsaltanlage befindet sich dann gewissermaßen in einer „By-Pass-Lage”, bleibt voll funktionsfähig erhalten und kann in einem Ersatzbetrieb oder in einem Parallelbetrieb zum Energiecontainer jederzeit erneut zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Über die Kopplung der bestehenden Leitungen der Heizungsaltanlage mit den Leitungen des Energiecontainers sind die Komponenten der Heizungsaltanlage, wie z. B. Thermostate, Heizkörper, Leitungssysteme, Verteileranlagen etc., weiter verwendet. Insbesondere können die Sensoren, Stellelemente und/oder Pumpen der Heizungsaltanlage für die Steuerung des Energiecontainers herangezogen sein.
Zweckmäßigerweise ist vom Energiecontainer ein elektrisches Stellglied umfasst, welches die wahlweise Nutzung der erzeugten elektrischen Energie durch den Verbraucher selbst oder eine komplette oder anteilige Einspeisung in ein öffentliches Versorgungsnetz für elektrische Energie ermöglicht.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird weiter erfindungsgemäß durch ein Sortiment aus modularen Bauteilen gelöst, wobei diese Bauteile als Bauteile einer Tragstruktur, als Bauteile einer Containerhülle und als eine begrenzte Anzahl von modular vorgefertigten, sich in ihrer Leistungsauslegung unterscheidenden Kraft-Wärme-Kopplungsmodulen und Kesselmodulen gegeben sind. Wie bereits erwähnt, können durch das Vorhalten einer begrenzten Anzahl von sich unterscheidenden einzelnen Bauteilen die Lagerkosten für den Hersteller minimiert werden, wobei dennoch durch das Zusammenstellen der verschiedenen Bauteile zu einem Energiecontainer eine große Bedarfsvielfalt gewährleistet bleibt. Die einzelnen Bauteile sind hierbei zweckmäßigerweise derart ausgestaltet, dass sie sich in gleicher Weise montieren bzw. anschließen lassen. Die verschiedenen Bauteile können hierzu insbesondere gleichartige Anschlüsse, gleichartige bzw. koppelbare Montageelemente oder eine gleichartige äußere Formgebung aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 schematisch einen transportablen Energiecontainer, der mit einem Lagercontainer zusammengeschlossen ist und,
2 eine graphische Darstellung zur Auslegung der im Energiecontainer vorgesehenen Module zur Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie.
In einer schematischen Darstellung ist in 1 ein transportabler Energiecontainer 1 zu einer Vor-Ort-Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie dargestellt. Der transportable Energiecontainer 1 umfasst eine Containerhülle 3, die eine Tragstruktur 4 umhüllt. Auf der Tragstruktur 4 sind ein Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 mit einer Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine 7, ein erstes Kesselmodul 8 mit einer Heizanlage 9 zur Verfeuerung nachwachsender Rohstoffe und ein zweites Kesselmodul 10 mit einer Heizanlage 11 zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs montiert. Der Energiecontainer 1 mit Tragstruktur 4 und den darauf montierten Modulen 6, 8, 10 einschließlich der die Tragstruktur 4 umhüllenden Containerhülle 3 ist als solcher transportabel.
Abhängig vom Bedarfsprofil eines Verbrauchers werden die Module 6, 8, 10 zur Energieerzeugung zentral beim Hersteller ausgewählt und zum Energiecontainer montiert. Die Module 6, 8, 10 sind hierbei aus einer gewissen Anzahl vorgefertigter, sich jeweils in ihrer Leistungsauslegung unterscheidender Module ausgewählt. Ebenso ist für die Containerhülle 3 und für die Tragstruktur 4 eine geringe Anzahl von unterschiedlichen Einzelelementen eingesetzt. Durch den modularen Aufbau braucht nur eine geringe Anzahl an unterschiedlichen Einzelelementen vorgehalten bzw. gelagert werden. Gleichwohl ist durch die Kombination verschiedener Einzelelemente eine große Vielfalt für den Energiecontainer 1 ermöglicht. Insbesondere ist eine bedarfsgerechte Anpassung und Auslegung der zur Energieerzeugung eingesetzten Module 6, 8 und 10 gegeben.
Weiter ist innerhalb der Containerhülle 3 ein Steuergerät 14 zur Steuerung der Module 6, 8, 10 umfasst. Der Energiecontainer 1 weist am Boden Öffnungen 16. Über diese Öffnungen 16 sind von der Innenseite ein erster Schacht 17 mit Versorgungsleitungen 19 und ein zweiter Schacht 22 mit Energieabfuhrleitungen 23 zugänglich. Dadurch, dass die Versorgungsleitungen 19 und die Energieabfuhrleitungen 23 von unten über jeweils einen Schacht 17 bzw. 22 in den Energiecontainer 1 hinein- bzw. aus diesem herausgeführt sind, ist das Risiko einer Manipulation durch Dritte reduziert.
Die Versorgungsleitungen 19 dienen einer Primärenergiezufuhr in den Energiecontainer 1, insbesondere einer elektrischen Energiezufuhr, die zur Steuerung der Anlagenkomponenten benötigt wird, oder einer Zufuhr von Gas. Die Energieabfuhrleitungen 23 sind als eine Stromleitung 25 und als eine Warmwasserleitung 26 ausgeführt. Die Stromleitung 25 ist mit einer Stromverteilung 27 und die Warmwasserleitung 26 mit einem Heizwasserspeicher 28 eines Verbrauchers 30 gekoppelt. Über die Stromleitung 25 und über die Warmwasserleitung 26 wird der Verbraucher 30 somit mit elektrischer und thermischer Energie versorgt. Zusätzlich ist das Steuergerät 14 des Energiecontainers 1 über eine Steuerleitung 29 mit einer Steuerung 31 einer ursprünglichen Heizungsaltanlage 32 des Verbrauchers 30 verbunden. Auf diese Weise werden die Sensoren der Heizungsaltanlage 32 zur Steuerung des Energiecontainers 1 weiter genutzt. Auch der Heizwasserspeicher 28 ist insbesondere Teil der Heizungsaltanlage 32. Die Gebäudewand 33, über die die Energieabfuhrleitungen 23 aus dem Energiecontainer 1 in einen Innenraum des Verbrauchers 30 geführt sind, ist eingezeichnet.
Weiter ist im Energiecontainer 1 ein elektrischer Pufferspeicher 34 und eine Notstromversorgung 35 vorgesehen. Der elektrische Pufferspeicher 34 und die Notstromversorgung 35 dienen zu einer Aufrechterhaltung des Betriebs des Energiecontainers 1 für den Fall, dass die äußere Energieversorgung über ein öffentliches Versorgungsnetz nicht mehr gewährleistet ist.
Des Weiteren ist dem Energiecontainer 1 ein thermischer Pufferspeicher 37 angeordnet. Der Pufferspeicher 37 ist insbesondere als ein Warmwasserspeicher ausgeführt. Durch Hinzuschaltung des Pufferspeichers 37 können insbesondere Stundenschwankungen im thermischen Bedarfsprofil des Verbrauchers 30 ausgeglichen werden.
Der Energiecontainer 1 ist weiter mit einem Lagercontainer 40 gekoppelt. In dem Lagercontainer 40 sind die Betriebsmittel für die Module 6, 8, 10 des Energiecontainers 1 gelagert. Insbesondere sind dies Flüssiggas oder Erdöl für das zweite Kesselmodul 10 und/oder für die Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine 7 sowie Pellets oder Hackschnitzel für das erste Kesselmodul 8. Zur Zufuhr der Betriebsmittel aus dem Lagercontainer 40 in den Energiecontainer 1 sind entsprechend gekoppelte Betriebsmittelleitungen 42 sowie geeignete Fördermittel vorgesehen. Auch die Betriebsmittelleitungen 42 können über einen Schacht im Boden zwischen dem Lagercontainer 40 und dem Energiecontainer 1 geführt sein. Der Energiecontainer 1 umfasst weiter eine Abgasleitung 43, die von den Modulen 6, 8, 10 zur Energieerzeugung aus dem Innenraum durch die Containerhülle 3 nach außen geführt ist. Weiter sind in die Containerhülle 3 Lüftungselemente 45 eingesetzt. Auf der Innenseite der Containerhülle 3 ist ein Mantel 46 aus mineralischem Baustoff zur Verbesserung der Wärme- und Schalldämmung angeordnet. Die Containerhülle 3 selbst ist mehrlagig zu einer Wärme- und Schallisolierung ausgebildet. Über das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 ist eine Abdeckung 47 zu einer zusätzlichen Schalldämmung gesetzt. Weiter weist die Containerhülle 3 einen absperrbaren Zugang 48 auf.
Zur Messung der gelieferten bzw. verbrauchten Energie ist an die Energieabfuhrleitungen 23 eine Übergabeschnittstelle 49 montiert. Über die von der Übergabeschnittstelle 49 gelieferten Daten erfolgt die Abrechnung des Contractors an den Verbraucher.
In 2 ist schematisch die Auslegung der energieerzeugenden Module 6, 8, 10 des Energiecontainers 1 gemäß 1 anhand eines typischen jahreszeitlichen Lastganges 49 gezeigt, wie er sich beispielsweise für eine Gärtnerei ergibt. Auf der Abszisse ist der jahreszeitliche Lastgang 52 in Prozent dargestellt. Die Jahreswochen 50 sind auf der Ordinate angetragen. Der eingetragene Lastgang 49 betrifft den thermischen Energiebedarf. Der in 1 dargestellte Energiecontainer 1 wird thermisch geführt. Die durch die Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine 7 erzeugte elektrische Energie ist von sekundärer Bedeutung. Diese wird entweder vom Verbraucher 30 direkt verbraucht oder bedarfsweise in ein öffentliches Versorgungsnetz für elektrische Energie eingespeist.
Anhand des in 2 eingezeichneten Lastgangs 49 wird erkennbar, dass in den Wintermonaten der höchste Bedarf an thermischer Energie besteht. In den Übergangsmonaten im Frühling bzw. im Herbst ist der thermische Energiebedarf reduziert. In den Sommermonaten wird die geringste thermische Energie benötigt.
Der Energiecontainer 1 gemäß 1 ist nun derart ausgelegt, dass über ein Jahr hinweg das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 im Wesentlichen dauerhaft und möglichst mit Volllast betrieben wird. Das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 ist demnach derart ausgelegt, dass es einen Grundlastbereich 54 des Verbrauchers 30 abdeckt. In den Übergangsbereichen wird das erste Kesselmodul 8 hinzugeschaltet. Über das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 und das erste Kesselmodul 8 ist somit ein Zwischenlastbereich 56 des Verbrauchers 30 abgedeckt. In den Wintermonaten, in denen die Spitzenlast des Verbrauchers 30 auftritt, wird schließlich im Energiecontainer 1 das zweite Kesselmodul 10 mit einer Heizanlage 11 für Fossilbrennstoff hinzugeschaltet.
Durch die dargestellte Auslegung wird durch das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul 6 eine äußerst effiziente Ausbeute der Primärenergie erreicht. Durch die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie ist ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Das im Zwischenlastbereich 56 hinzugeschaltete erste Kesselmodul 8 verschlechtert die CO₂-Bilanz des Energiecontainers 1 nicht, da in seiner Heizanlage 9 nachwachsende bzw. erneuerbare Rohstoffe verfeuert werden. Nur im Spitzenlastbereich 58 wird das zweite Kesselmodul 10 hinzugeschaltet, in dessen Heizanlage 11 ein Fossilbrennstoff verfeuert wird.
Bezugszeichenliste

1: Energiecontainer
3: Containerhülle
4: Tragstruktur
6: Kraft-Wärme-Kopplungsmodul
7: Kraft-Wärme-Kopplungsmaschine
8: erstes Kesselmodul
9: Heizanlage erneuerbare Energie
10: zweites Kesselmodul
11: Heizanlage Fossilbrennstoff
14: Steuergerät
16: Öffnung
17: erster Schacht
19: Versorgungsleitungen
22: zweiter Schacht
23: Energieabfuhrleitungen
25: Stromleitung
27: Stromverteilung
26: Warmwasserleitung
28: Heizwasserspeicher
30: Verbraucher
31: Steuerung
32: Heizungsaltanlage
33: Gebäudewand
34: elektrischer Pufferspeicher
35: Notstromversorgung
37: thermischer Pufferspeicher
40: Lagercontainer
42: Betriebsmittelleitung
43: Abgasleitung
45: Lüftung
46: Mantel
47: Abdeckung
48: Zugang
49: Lastgang
50: Jahreswochen
52: Lastgang
54: Grundlastbereich
56: Zwischenlastbereich
58: Spitzenlastbereich

Claims

Transportabler Energiecontainer (1) mit einer Containerhülle (3), mit einer im Inneren der Containerhülle (3) angeordneten Tragstruktur (4), mit einem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6), das eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Maschine (7) umfasst, und mit wenigstens einem Kesselmodul (8, 10), das eine Heizanlage (9, 11) zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und/oder eines Fossilbrennstoffs umfasst, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6) und das wenigstens eine Kesselmodul (8, 10) an der Tragstruktur (4) befestigt sind.
Energiecontainer (1) nach Anspruch 1, wobei an der Tragstruktur (4) ein erstes Kesselmodul (8) mit einer Heizanlage (9) zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und ein zweites Kesselmodul (10) mit einer Heizanlage (11) zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs befestigt sind.
Energiecontainer (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Inneren der Containerhülle (3) weiter ein Steuergerät (14) umfasst ist, welches zur Ansteuerung des Kraft-Wärme-Kopplungsmoduls (6) und des oder jeden Kesselmoduls (8, 10) in Abhängigkeit von einem thermischen Leistungsbedarf ausgebildet und eingerichtet ist.
Energiecontainter (1) nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät (14) eingerichtet ist, das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6) in einem verbrauchsseitigen Grundlastbereich (54) dauerhaft zwischen 75% und 100% seiner Nennlast zu betreiben, und in einem verbrauchsseitigen Spitzenlastbereich (58) das wenigstens eine Kesselmodul (8, 10) hinzuzuschalten.
Energiecontainer (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Steuergerät (14) eingerichtet ist, das Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6) in einem verbrauchsseitigen Grundlastbereich (54) dauerhaft zwischen 75% und 100% seiner Nennlast zu betreiben und dem Kraft-Wärme-Kopplungsmodul (6) in einem verbrauchsseitigen Zwischenlastbereich (56) ein erstes Kesselmodul (8) mit einer Heizanlage (9) zur Verfeuerung eines nachwachsenden Rohstoffes und in einem verbrauchsseitigen Spitzenlastbereich (58) ein zweites Kesselmodul (10) mit einer Heizanlage (11) zur Verfeuerung eines Fossilbrennstoffs hinzuzuschalten.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb der Containerhülle (3) zusätzlich ein mit den Modulen (6, 8, 10) strömungs- und/oder wärmetechnisch verbundener thermischer Pufferspeicher (37) umfasst ist.
Energiecontainer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei innerhalb der Containerhülle (3) zusätzlich ein mit den Modulen (6, 8, 10) und mit dem Steuergerät (14) elektrisch verbundenes Pufferelement (34) für elektrische Energie umfasst ist.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb der Containerhülle (3) zusätzlich eine mit den Modulen (6, 8, 10) und mit dem Steuergerät (14) elektrisch verbundene Notstromversorgung (35) umfasst ist.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Containerhülle (3) Aluminium, Stahl und/oder Beton umfasst.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Modulen (6, 8, 10) und der Tragstruktur (4) Dämpfungsmittel (46, 47) zur Dämpfung von Körperschall und/oder Luftschall angeordnet sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Containerhülle (3) als solche wärmeisolierend, insbesondere mehrlagig, ausgeführt ist und/oder separate wärmeisolierende Elemente (46) umfasst sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Innenseite der Containerhülle (3) Mittel zur Betauungsvermeidung umfasst sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Containerhülle (3) einen abschließbaren Zugang (48) umfasst.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Containerhülle (3), vorzugsweise am Boden, zumindest bereichsweise Öffnungen (16) aufweist.
Energiecontainer (1) nach Anspruch 14, wobei die Versorgungsleitungen (19) zu den Modulen (6, 8, 10) und die Energieabfuhrleitungen (23) aus den Modulen (6, 8, 10) jeweils durch die Öffnungen (16) der Containerhülle (3) geführt sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mit den Modulen (6, 8, 10) verbundene Abgasleitung (43) umfasst ist, die sich durch die Containerhülle (3) hindurch nach außen erstreckt.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Containerhülle (3) Lüftungselemente (45) eingebracht sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Anschlüsse für Versorgungsleitungen (19), Betriebsmittelleitungen (42) und/oder Steuerleitungen (29) umfasst sind, die zu einer Kopplung mit den entsprechenden Leitungen einer bestehenden Heizungsaltanlage (9, 11) ausgebildet und eingerichtet sind.
Energiecontainer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiter ein Lagercontainer (40) mit einer Containerhülle (3) zur Lagerung von Brennstoffen umfasst ist, der über eine Betriebsmittelleitung (42) angeschlossen ist.
Sortiment umfassend modulare Bauteile für eine Tragstruktur (4), modulare Bauteile für eine Containerhülle (3) sowie eine begrenzte Anzahl von modular vorgefertigten, sich in ihrer Leistungsauslegung unterscheidenden Kraft-Wärme-Kopplungsmodulen (6) und Kesselmodulen (8, 10).