Projekt "SPICE"

Temperaturfeldmessung in Großwärmespeichern von KWK-basierten Fernwärmesystemen als Werkzeug zur
Effizienzsteigerung - SPICE (SPeICherEffizienz)

Projektleitung:	Dr.-Ing. Karin Rühling
Kooperationspartner:	Großkraftwerke Mannheim (GKM), Energy Miljö SE, Stadtwerke Dessau, Stadtwerke Kiel, Vattenfall Europe Wärme Berlin
Finanzierung:	BMWi, FKZ: 03ET1322A
Laufzeit:	05/15 - 12/18

Abschlussbericht und animierte Darstellung der Messergebnisse

Kurzbeschreibung

Große Wärmespeicher (mehrere 1.000 ... 10.000 m³) für industrielle und kommunale Fernwärme (FW)-Systeme sind in aller Regel in ein komplexes Anlagensystem mit Komponenten der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingebunden. Ein wichtiges Werkzeug zur Planung und Betriebsführungsoptimierung solcher Systeme ist die thermohydraulische Netzsimulation. Die Gesamtsystem-Simulation sowie die Erschließung von Effizienzsteigerungspotential bei Speicherplanung und im Betrieb benötigen ein valides, möglichst allgemeingültiges Wärmespeichermodell.
Während in der Literatur und gängiger Software kleine Warmwasserspeicher auf der Größenskala einzelner Gebäude recht umfangreich beschrieben werden, liegen für das Verhalten großer Wärmespeicher für industrielle und kommunale FW-Systeme bisher wenige Erkenntnisse vor. Aufgrund fehlender hydraulischer und thermischer Ähnlichkeit, sowie konstruktiver Unterschiede lassen sich vorhandene Modelle kleiner Speicher nicht auf die Größenordnung der in diesem FuE-Vorhaben im Focus stehenden großen Wärmespeicher skalieren.
Das Vorhaben stellt sich deshalb dem Ziel, die Methode der faseroptischen Temperaturmessung gezielt zur orts- und zeitaufgelösten Erfassung von repräsentativen Speicherabschnitten (1D, 2D und auch begrenzt 3D-Temperaturfelder) atmosphärischer Großwärmespeicher einzusetzen, um folgende wesentliche Aufgaben einer Lösung zuzuführen: ​

• Validierung und fortschreibende Verbesserung numerischer Großspeichermodelle,
• Entwicklung von Strategien zur Integration der Ergebnisse der Temperaturfeldmessung sowie der Simulationen in die Betriebsführungsoptimierung,
• Herausarbeiten der Besonderheiten für Prozesswärme und industrielle Fernwärme-Kunden hinsichtlich der Temperaturprofile von Vor- und Rücklauftemperaturen (Höhe der Laständerungsgradienten)
• Nachweis der Wirksamkeit der erarbeiteten Strategien über längere Zeiträume an vier Großspeichern unterschiedlicher Kubatur und Lastanforderungen in Fernwärmesystemen,
• Ableitung von allgemeingültigen, praxistauglichen Methoden zur Effizienzsteigerung der Großwärmespeicher in Planung und Betrieb inkl. Schaffung eines Werkzeuges zur vereinfachten thermohydraulischen Simulation der Speicher.

Die Untersuchungen erfolgen am Beispiel von zwei Großwärmespeichern mit bereits installierter 2D-Messung (43.000 m³, 18.000 m³; 2-Zonen-Speicher mit Industriekunden) sowie den im Rahmen des Projektes neu auszustattenden Speichern in Dessau, Kiel und Berlin. In Dessau wird im Mai 2016 der aktive Messbetrieb aufgenommen.

Videos der Temperatur-Feldmessung

Measurement-based description of the temperature distribution in large atmospheric heat storage tanks (Vortrag) zur 5^th International Solar District Heating Conference)

Vortrag zum 16^th International Symposium on District Heating and Cooling (DHC), 09.-12. September 2018, Hamburg: Measurement-based modelling of large atmosperic heat storage tanks

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