DE4321574A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen unter Verwendung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen unter Verwendung von Prozeßabwärme oder UmweltwärmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie
für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen und zur Brauchwassererwärmung einerseits
mittels Anlagen zur Rückgewinnung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme, andererseits
mittels Heizkraftwerken oder Blockheizkraftwerken.
Es ist bekannt, zur Erzeugung von Wärmeenergie für die Gebäudezentralheizung und
Brauchwassererwärmung mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen als Primär
energieträger gefeuerte Wasser- oder Dampfkessel oder im Kraft-Wärme-Kopplungsprozeß
bei Heizkraftwerken Wärmetauscher für Entnahmedampf bzw. Kondensationswärme oder
bei Blockheizkraftwerken Abhitzekessel für Abgaswärme zu benutzen.
Zur Gewinnung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme werden nach bekannten Verfahren
und mittels bekannter Anordnungen mit einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor
bzw. mit einer Gasturbine und einem gekoppelten Kolben-, Schrauben- oder Turboverdichter
getriebene Kompressionswärmepumpen oder mit einem Wärmeerzeuger betriebene Absorptions
wärmepumpen eingesetzt. Als Wärmequellen zur Rückgewinnung von Prozeßabwärme werden
z. B. Abwasserableiter von Klärwerken oder Kühlwasserkreisläufe von Kraftwerken verwendet.
Die dabei erzeugte Wärme wird zum Betreiben dezentraler Heizungs-, Brauchwassererwärmungs-
oder Nahwärmeanlagen benutzt. Ferner sind auch Niedertemperatur- und "kalte" Fernwärme
anlagen bekannt. Elektroenergie aus dem Netz wird für den Antrieb von Wärmepumpen nicht
angewendet, wenn die höchstmögliche Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie und damit
der geringstmögliche CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre zum Ziel gesetzt sind.
Recherchen wurden in den Internat. Pat.-Klassen E03F, F01K, F02B, F02G, F24D, F24H, F24J,
F25B durchgeführt. In Betracht gezogen wurde die Europäische Patentschrift Nr. 0141339 B1
(Int. Cl. F24D 11/02).
Unter den Forschungsberichten, Fachveröffentlichungen und Firmenschriften für geplante und
ausgeführte Anlagen sind zu nennen:
- - BMFT-FB-T84-072, 1984
(Erdgas-Kompressionswärmepumpenanlage mit Flußwasserwärmenutzung zur Nahwärmeerzeugung) - - BMFT-FB-T84-062, 1984
(Sattdampf-Absorptionswärmepumpenanlage mit Fernwärmerücklaufnutzung zur Fernwärme einspeisung) - - BMFT-FB-T86-198, 1986
(Erdgas-/Klärgas-Absorptionswärmepumpenanlage mit Abwasserwärmenutzung zur Fernwärme erzeugung) - - FZS Gesundheitsingenieur 104 (83) H.5, S. 220-229
(Erdgas-Kompressionswärmepumpenanlage mit Abwasserwärmenutzung zum Zentralheizungsbetrieb) - - FZS Technik am Bau (87) H.1, S. 39-40
(Elektro-Kompressionswärmepumpenanlage mit Abwasserwärmenutzung zum Zentralheizungsbetrieb) - - Sulzer Escher Wyss, Elektromotor-Kompressionswärmepumpenanlage mit Kühlwasserwärmenutzung zur Fernwärmeerzeugung
- - Sulzer Escher Wyss, Erdgasmotor-Kompressionswärmepumpenanlage mit Abwasserwärmenutzung zur Nahwärmeerzeugung
- - Sulzer Escher Wyss, Erdgasmotor-Kompressionswärmepumpenanlage mit Prozeßabwärmenutzung zur Nahwärmeerzeugung.
Bei der Verwendung fossiler, nicht regenerierbarer Energiequellen, wodurch beim gegen
wärtigen Stand der Technik der Hauptanteil des Gebäudewärmebedarfs gedeckt wird, wird
zur Erreichung einer sparsamen Verwendung der begrenzten Lagerstättenvorräte und zur
Reduzierung des CO₂-Ausstoßes in die Atmosphäre in bekannter Weise die "Kraft-Wärme-
Kopplung" angewendet. Beim stromgeführten Betrieb eines Heizkraftwerkes und gleichzeitig
vollständiger Nutzung der Abwärme würde die optimale Kraft-Wärme-Kopplung erreicht werden.
Hingegen werden Heizkraft- und Blockheizkraftwerke üblicherweise wärmegeführt, wobei ein
erhöhter Wärmebedarf zu Lasten der Stromerzeugung abgedeckt werden muß und daher das
Verhältnis der Strom- zur Wärmeerzeugung meistens vom Optimalwert in mehr oder weniger
ungünstiger Weise abweicht. Dabei geht der ökonomisch und ökologisch vorteilhafte Effekt der
Kraft-Wärme-Kopplung teilweise oder ganz verloren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beitrag zur Verminderung dieses Mangels zu leisten.
Zur Verminderung dieses Mangels wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einem nach dem
an sich bekannten Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung arbeitenden Heizkraftwerk eine an sich
bekannte Wärmepumpen-Heizstation zuzuordnen und den jahreszeitlich unterschiedlichen
Bedarf an Heizwärme, der über das Abwärmeangebot aus der stromgeführten Elektroenergie
erzeugung des Heizkraftwerkes hinausgeht, durch das dementsprechende Betreiben der Heiz
station abzudecken, wobei die Wärmepumpen vorzugsweise mit Öl- oder Gasmotoren bzw.
Gasturbinen getriebene Kompressionswärmepumpen sind.
Die Zuordnung einer Wärmepumpen-Heizstation zu einem Heizkraftwerk besteht darin, daß
die Wärmepumpen-Heizstation mit dem die Heizwärme transportierenden und übertragenden
Medium, vorzugsweise Heißwasser, an das gleiche Rohrleitungs-Versorgungsnetz angeschlossen
ist wie das Heizkraftwerk, und daß die Betriebsweisen des Heizkraftwerkes und der Wärmepumpen-
Heizstation durch eine gemeinsame Steuerung abgestimmt sind.
Der Erfindungsgedanke trifft in gleicher Weise auch auf Blockheizkraftwerke zu.
Durch dieses Verfahren und diese Anordnung wird erreicht, daß die Stromerzeugung des Heiz
kraftwerkes auch bei erhöhtem Wärmebedarf nicht reduziert werden muß und daß die zusätzliche
Wärmeenergie durch Nutzung von Niedertemperatur-Abwärme oder -Umweltwärme mit minimalem
Primärenergieträgereinsatz und daher minimalem CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre erzeugt wird.
Die gewerbliche Anwendung ermöglicht die Erzeugung erheblicher Wärmeenergiemengen, deren
Nutzung am besten durch die Einspeisung in Fernwärme-Verbundsysteme gewährleistet werden
kann. Durch die Konzipierung solcher Fernwärme-Verbundsysteme entstehen neue energiewirtschaft
liche Aspekte, die auf eine in den derzeit üblichen Verfahrensweisen vernachlässigte hohe Primär
energieausnutzung und deutliche Verminderung der CO₂- und Schadstoffimmission gerichtet sind.
Die energieumsetzenden Ausrüstungen sind dabei nach höchstmöglicher Nutzung der eingesetzten
Primärenergieträger auszuwählen.
Der Erfindungsgegenstand soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer einem Heizkraftwerk zugeordneten Wärmepumpen-Heiz
station mit einer gasmotorgetriebenen Kompressionswärmepumpe und einem Spitzenlastkessel.
Die dabei verwendeten Bezugszeichen bedeuten folgendes:
Bezugszeichenliste
1 - Heißwasser-Versorgungsnetz, bestehend aus Vorlauf- und Rücklaufleitung
2 - Heizkraftwerk mit dampfturbinengetriebenem Elektrogenerator und Heizkondensator
3 - Wärmepumpen-Heizstation
4 - Verbraucher-Anschlußstation mit Heizwärme-Umformer und -Verbraucher
5 - Prozeßabwärme- oder Umweltwärmequelle, z. B. strömendes Abwasser oder Klärwasser
6 - Gasmotor
7 - Gasmotorgetriebene Kompressionswärmepumpe
8 - Abwärmetauscher des Gasmotors
9 - Spitzenlastkessel, entsprechend Spitzenlastbedarf zuschaltbar
10, 11 - Umwälzpumpe
12, 13 - Meß-, Steuerungs- und Regelungseinrichtung
14 - Steuerleitung
2 - Heizkraftwerk mit dampfturbinengetriebenem Elektrogenerator und Heizkondensator
3 - Wärmepumpen-Heizstation
4 - Verbraucher-Anschlußstation mit Heizwärme-Umformer und -Verbraucher
5 - Prozeßabwärme- oder Umweltwärmequelle, z. B. strömendes Abwasser oder Klärwasser
6 - Gasmotor
7 - Gasmotorgetriebene Kompressionswärmepumpe
8 - Abwärmetauscher des Gasmotors
9 - Spitzenlastkessel, entsprechend Spitzenlastbedarf zuschaltbar
10, 11 - Umwälzpumpe
12, 13 - Meß-, Steuerungs- und Regelungseinrichtung
14 - Steuerleitung
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an ein Heißwasserversorgungs
netz (1) eines Heizkraftwerkes (2) für die Wärmeversorgung von Verbraucher-Anschlußstationen
(4) eine Wärmepumpen-Heizstation (3) angeschlossen. Bei einem zusätzlichen Wärmebedarf des
Heißwasserversorgungsnetzes (1), z. B. entsprechend einer durch das Heizkraftwerk (2) vorgegebenen,
von der Außenlufttemperatur abhängigen Heizkurve, wird in der Wärmepumpen-Heizstation (3) durch
eine Umwälzpumpe (10) dem Rücklauf des Heißwasserversorgungsnetzes (1) abgekühltes Heiz
wasser entnommen, stufenweise durch eine Kompressionswärmepumpe (7), die von einem Gasmotor
(6) angetrieben wird, durch einen Abwärmetauscher (8) des Gasmotors (6) und im Bedarfsfall
durch einen Spitzenlastkessel (9) gerührt und dabei auf eine durch das Heizkraftwerk (2) vorgegebene
Vorlauftemperatur erwärmt und schließlich dem Vorlauf des Heißwasserversorgungsnetzes (1)
zugeführt.
Für die Erwärmung des Heizwassers wird in an sich bekannter Weise Wasser einer Prozeßabwärme-
oder Umweltwärmequelle, z. B. strömendem Abwasser oder Klärwasser (5), mit niedrigem Temperatur
niveau mittels einer Umwälzpumpe (11) der Kompressionswärmepumpe (7) zugeführt und diesem etwa
2/3 der zu erzeugenden Heizwärmemenge entzogen. Das restliche 1/3 der von der Kompressions
wärmepumpe (7) zu erzeugenden Heizwärmemenge liefert der aus dem Gasmotor (6) bestehende
mechanische Antrieb der Kompressionswärmepumpe (7). Die Temperatur des Heizwassers wird in dem
weiter angeschlossenen Abwärmetauscher (8) des Gasmotors (6) entsprechend dem erforderlichen
Temperaturniveau des zu speisenden Heißwasserversorgungsnetzes (1) weiter erhöht. In dem bei
Spitzenlastwärmebedarf entsprechend einer durch das Heizkraftwerk (2) vorgegebenen Heizkurve
zuschaltbaren Spitzenlastkessel (9) kann die Heizwassertemperatur noch weiter gesteigert werden.
In dem Heizkraftwerk (2) und in der Wärmepumpen-Heizstation (3) befinden sich je eine Meß-,
Steuerungs- und Regelungseinrichtung (12, 13), die durch eine Steuerleitung (14) verbunden sind.
Dadurch wird erreicht, daß entsprechend dem jeweiligen Heizwärmebedarf nach einer durch das
Heizkraftwerk (2) vorgegebenen, z. B. von der Außenlufttemperatur abhängigen Heizkurve der erforder
liche Heizwärmebeitrag von der Wärmepumpen-Heizstation (3) an das Heißwasserversorgungsnetz (1)
abgegeben wird.
Claims (2)
1. Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und
Fernwärmeanlagen einerseits mittels Anlagen zur Rückgewinnung von Prozeßabwärme oder
Umweltwärme und andererseits mittels Heizkraftwerken oder Blockheizkraftwerken, dadurch
gekennzeichnet, daß die dem Transport und der Übertragung der Wärmeenergie dienenden
Heizmedien an das gleiche Heizwärme-Versorgungsnetz angeschlossen sind.
2. Verfahren und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zur
Rückgewinnung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme mit dem Heizkraft- oder Blockheizkraft
werk durch eine gemeinsame Steuereinrichtung verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4321574A DE4321574A1 (de) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen unter Verwendung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4321574A DE4321574A1 (de) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen unter Verwendung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4321574A1 true DE4321574A1 (de) | 1995-01-05 |
Family
ID=6491489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4321574A Ceased DE4321574A1 (de) | 1993-06-24 | 1993-06-24 | Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Wärmeenergie für Zentralheizungs- und Fernwärmeanlagen unter Verwendung von Prozeßabwärme oder Umweltwärme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4321574A1 (de) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011138471A1 (es) * | 2010-05-06 | 2011-11-10 | Antonio Diaz Gonzalez | Empleo de bombas de calor para calefacción con calor disipado en centrales térmoeléctricas |
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EP3091294A1 (de) | 2015-05-08 | 2016-11-09 | Techem Energy Services GmbH | Verfahren und vorrichtung zur steuerung der wärmeversorgung von wärmeverbrauchern |
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-
1993
- 1993-06-24 DE DE4321574A patent/DE4321574A1/de not_active Ceased
Non-Patent Citations (1)
Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |