Pilotprojekt zur Optimierung von großen Versorgungssystemen auf Basis der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mittels Kältespeicherung
 
Kurzbeschreibung In einem Vorprojekt wurde die Machbarkeit der Kältespeicherung untersucht und positiv bewertet. Da in der Bundesrepublik Deutschland bis 2007 noch kein großtechnischer Kurzzeit-Kältespeicher existierte, haben die Stadtwerke Chemnitz (jetzt eins energie in sachsen) einen Speicher errichtet. Die Professur Technische Thermodynamik der TU Chemnitz übernimmt bei diesem Verbundforschungsvorhaben die Begleitforschung (Forschung, Entwicklung, Beratung, Überwachung).
Ziele Es soll demonstriert werden, dass große Kältespeicher energetische, ökologische und ökonomische Vorteile bewirken können. Die Ergebnisse werden mit dem Fortschritt des Vorhabens veröffentlicht (siehe unten).
Förderung Bundesministerium für
Wirtschaft und Technologie
BINE Informationsdienst
Projektmanagement Projektträger Jülich
Förderkennzeichen: 0327357B/C
Projektleitung
Bau / Betrieb
Dipl.-Ing. Uwe Barthel
Dipl.-Ing. Ulf Uhlig
Tel: 0371 / 525 4740
eins energie in sachsen GmbH & Co. KG
Netze, Betrieb Rohrnetze
Wissenschaftliche Leitung
Forschung / Entwicklung
Monitoring
Dr.-Ing. habil.
Thorsten Urbaneck
Tel: 0371 / 531 32463
Technische Universität Chemnitz
Fakultät für Maschinenbau
Professur Technische Thermodynamik
Projektablauf Im Frühjahr und Sommer 2006 wurde der Speicher und die Umgestaltung des Systems geplant. Die Ausführungsplanung übernahm die AIC Ingenieurgesellschaft für Bauplanung Chemnitz GmbH. Im September 2006 begann der Speicherbau. Die RAC-Rohrleitungsbau Altchemnitz GmbH wurde als Generalunternehmer beauftragt (virtuelle Bautafel). Die technische Realisierung - Speicherbau und Umbau der Erzeugeranlage - dauerte nur 9 Monate. Weitere Auftragnehmer bei der Umsetzung waren: Am 29.06.2007 wurde der Speicher feierlich eingeweiht. Die Resonanz auf das Projekt ist nach wie vor sehr hoch. Unter dem Link Presse sind weitere Informationen Dritter zu finden.
Im Rahmen der Begleitforschung wurde eine umfangreiche Messtechnik installiert. Diese Messtechnik überwacht permanent den Anlagen- und Speicherbetrieb. Auf Basis diese Monitoringprogramms können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: Das System - jetzt mit Speicherbetrieb - funktioniert nach ersten Analysen sehr gut (siehe Artikel zu den ersten Betriebserfahrungen) und erfüllt die Erwartungen (siehe Artikel zu den Prognosen, siehe
Vorprojekt). Weitere detaillierte Untersuchungen folgen.
Der Kaltwasserspeicher ist auch hinsichtlich der Gestaltung ein "Leuchtturm". Unter Impressionen findet man weitere Bilder, die zeigen, dass Technik nicht versteckt werden sollte. Durchweg positive Reaktionen bestätigen, dass große Kältespeicher oberirdisch in z.B. das Erscheinungsbild einer Stadt eingeordnet werden können.
Kurzbeschreibung
des Systems
Chemnitz besitzt ein Fernkältesystem, welches viele Kälteverbraucher (Kaufhäuser, Bürogebäude, Oper, Universität usw.) in der Innenstadt versorgt. Die Kälte für dieses Netz wird an einem Ort - Zentrale Kälteversorgung der eins energie in sachsen - erzeugt (siehe Abb. unten). Drei Absorptions- und zwei Kompressionskältemaschinen stehen dafür zur Verfügung. Vorrangig soll jedoch Abwärme des Chemnitzer Heizkraftwerkes für die Kälteproduktion verwendet werden. Dafür werden die LiBr-H2O-Absorptionskältemaschinen eingesetzt. Um diese Maschinen noch intensiver zu nutzen, erfolgte eine Anpassung mittels Kurzzeit-Speicher. Folgende Vorteile werden u. a. dadurch erreicht:
  • bestmögliche Nutzung der zur Verfügung stehenden Energie und damit ökologische Optimierung des Gesamtsystems,
  • kostengünstige Lösung im Vergleich zu anderen Nachrüstvarianten,
  • besserer Anlagenbetrieb und
  • höhere Sicherheit bzw. Versorgungsqualität.
Der Speicher ist ein oberirdischer Kaltwasserspeicher (3500 m³) mit direkter Be- und Entladung (bis zu 5 MW). Im Tank wird eine thermische Schichtung erzeugt und erhalten (Füllhöhe ca. 17 m). Unten befindet sich eine Zone mit kaltem Wasser (ca. 5 °C) und oben eine Zone mit warmem Wasser (ca. 13 °C), die sich je nach Ladezustand im Speicher verschieben. Zwischen beiden Zonen liegt eine Übergangsschicht, die jedoch sehr dünn ist. Weiterhin Tankspeicher ist vollflächig wärmegedämmt, um Verluste über die Oberfläche zu vermeiden.


Kurzzeit-Kältespeicher und Gebäude mit Kältemaschinen

Das Projekt wurde Ende 2009 erfolgreich beendet. Der 
Abschlussbericht  liefert eine Beschreibung des Systems und umfangreiche Betriebsergebnisse.
Ergebnisse
Veröffentlichungen
siehe bitte auch Vorprojekt
BINE projektinfo 12/2008 Kältespeicher optimiert Fernkältesystem

Meyer, F.; Urbaneck, T.; Uhlig, U.
Kältespeicher in großen Netzen
KKA - Kälte Klima Aktuell 25. Jg. H. 2 S. 42-45, Sonderausgabe Großkältetechnik. - ISSN 0722-4605

Urbaneck, T.; Schirmer, U.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Zimmermann, D.
Optimal design of chiller units and cold water storages for district cooling
Ecostock, The 10th International Conference on Thermal Energy Storage, Stockton (USA, New Jersey), Richard Stockton College of New Jersey, 2006, Tagungsband

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Zimmermann, D.
Optionen einer Integration und Optimierung einer Kälteerzeugung und -speicherung aus Abwärme im mittleren Leistungsbereich (10-15 MW Kälte)
RENEXPO 2006 „Kühlen mit Biomasse“, Augsburg, Erneuerbare Energien GmbH, Tagungsunterlagen, 2006

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Zimmermann, D.; Göschel, T.
Kältespeicher – Einsatz zur Optimierung der Energieversorgung
Statusseminar „Thermische Energiespeicherung“, Freiburg, Projekträger Jülich, Fraunhofer Gesellschaft (Fraunhofer Solar Building Innovation Center), 2006, Tagungsband, S. 153-162

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Zimmermann, D.; Göschel T.
Review zur Kältespeichertechnik
ki Luft- und Kältetechnik Hüthig 43. Jg. (2007) Heft 01-02 S. 28-31. - ISSN 0945-0459

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Baumgart, G.
State of Cold TES Project in Chemnitz (Germany) – April 2007
International Energy Agency (IEA), Energy Conservation Through Energy Storage (ECES), Annex 20 Sustainable Cooling with Thermal Energy Storage, 4th Expert Meeting and Workshop, Beijing, China, 2007

Urbaneck, T.; Schirmer, U.; Platzer, B.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Zimmermann, D.; Göschel, T.
Kurzzeitige Kältespeicherung – Optimierung der Energieversorgung durch den Einsatz großer Kaltwasserspeicher
BWK - Das Energie-Fachmagazin, Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.), Düsseldorf, Springer-VDI-Verlag, 59. Jg., 06-2007, S. 55-59. - ISSN 1618-193X

Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Baumgart, G.; Fiedler, G.
Erste Betriebserfahrungen mit dem Großkältespeicher der Stadtwerke Chemnitz AG
12. Dresdner Fernwärme-Kolloquium, Arbeitsgemeinschaft für Wärme und Heizkraftwirtschaft e.V. (AGFW) u.a., Dresden, 2007

Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Fiedler, G.; Göschel, T.; Baumgart, G.
First operational experiences at the Cold Thermal Energy Storage of the Utility Company Chemnitz
International Energy Agency (IEA), Energy Conservation through Energy Storage (ECES), Annex 20 Sustainable Cooling with Thermal Energy Storage, 5th Expert Meeting and Workshop, Ankara, Turkey, 2007

Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Baumgart, G.; Fiedler, G.
Erste Betriebserfahrungen mit Großkältespeicher
EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 36. Jg. (2007) Heft 12 S. 24-28 – ISSN 0949-166X

Reichel, H.; Ulbrich, W.; Uhlig, U.; Urbaneck, T.
Optimaler Betrieb durch gekoppelten Einsatz von Gebäudeautomation und wissenschaftlicher Messtechnik
EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 37. Jg. (2008) Heft 3 S. 32-37 – ISSN 0949-166X

Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Baumgart, G.; Fiedler, G.
Operational Experiences with a Large-Scale Cold Storage Tank – District Cooling Network in Chemnitz
EuroHeat&Power, English Edition VWEW Energieverlag Vol. 5 (2008) Heft 1 S. 28-32 – ISSN 0949-166X

Urbaneck, T.; Uhlig, U.
Kaltwasserspeicher mit Schichtungsbetrieb – Analyse des Speicherverhaltens
ki Luft- und Kältetechnik Hüthig 44. Jg. (2008) Heft 07-08 S. 32-37. - ISSN 1865-5432

Urbaneck, T.; Möller, H.; Platzer, B.
Kaltwasserspeicher mit radialen Diffusoren, Teil 1: Strömung im Diffusor
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 59. Jg. (2008) Heft 10 S. 67-72. - ISSN 1436-5103

Urbaneck, T.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Anwendungen mit Fernwärme am Beispiel des Fernkältenetzes in Chemnitz
DBU-Workshop „Kälte aus Wärme“, Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück, 2008, Tagungsunterlagen

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.
Optimierung von Kälteversorgungssystemen mit Erdsonden- und Aquiferspeichern durch Kaltwasserspeicher
bbr-Sonderheft 2009 Oberflächennahe Geothermie, S. 80 bis 84. - ISSN 1611-1478, 0937-3756

Henning H.-M.; Urbaneck, T.; Morgenstern, A.; Nunez, T.; Wiemken, E.;
Thümmler, E.; Uhlig, U.
Kühlen und Klimatisieren mit Wärme - BINE Informationspaket
FIZ Fachinformationszentrum Karlsruhe (Hrsg.), BINE Informationsdienst, Berlin: Solarpraxis, 2009. - ISBN 978-3-934595-81-1

Urbaneck, T.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.
The first large-scale cold water store in Germany: Operational experiences
Vortrag, 34th Euroheat & Power Congress: “Climate talks, climate action – DHC leading the road to Copenhagen”, Venedig (Italien), 25. bis 26.05.2009
Euroheat & Power, Brüssel (Belgien)


Urbaneck, T.; Möller, H.; Platzer, B.; Kressner, T.
Kaltwasserspeicher mit radialen Diffusoren, Teil 2a: Schichtungsaufbau im Nahfeld - Grundlagen, Physik, Simulation
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 60. Jg. (2009) Heft 6 S. 32-36. - ISSN 1436-5103

Urbaneck, T.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Only cold water?! - The success with the first large-scale cold water store in Germany
Effstock, 11th International Conference on Thermal Energy Storage, Stockholm (Schweden), 2009 (8 Seiten Langfassung auf CD). – ISBN 978-91-976271-3-9

Urbaneck, T.; Gehrmann, J.; Lottner, V.
First large-scale Chilled Water Stores in Germany
Effstock, 11th International Conference on Thermal Energy Storage, Stockholm (Schweden), 2009 (8 Seiten Langfassung auf CD). – ISBN 978-91-976271-3-9

Fritzsch, S.; Urbaneck, T.; Platzer, B.
TRNSYS-Model for Overground Cold Water Storages
Effstock, 11th International Conference on Thermal Energy Storage, Stockholm (Schweden), 2009 (8 Seiten Langfassung auf CD). – ISBN 978-91-976271-3-9

Urbaneck, T.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Fernkältesystem Chemnitz, Analyse des Systembetriebs (Teil 1)
Kälte Klima Aktuell 28 (2009) Heft 4 S. 53-55. – ISSN 0722-4605
http://www.kka-online.info

Urbaneck, T.; Möller, H.; Kressner, T.; Platzer, B.
Kaltwasserspeicher mit radialen Diffusoren, Teil 2b: Schichtungsaufbau im Nahfeld – Parametervariation und Bewertung
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 60. Jg. (2009) Heft 7-8 S. 36-41. - ISSN 1436-5103

Urbaneck, T.; Gehrmann, J.; Lottner, V.
Large-scale Cold Storage Water Tank in Chemnitz/Germany
EuroHeat&Power, English Edition VWEW Energieverlag Vol. 6 (2009) Heft 3 S. 26-31 – ISSN 1613-0200

Urbaneck, T.; Barthel, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Fernkältesystem Chemnitz, Analyse des Systembetriebs (Teil 2)
Kälte Klima Aktuell 28 (2009) Heft 5 S. 38-42. – ISSN 0722-4605
http://www.kka-online.info

Eckstädt, E.; Urbaneck, T.; Platzer, B.
DC/Design – Werkzeug für die Entwurfsplanung von großen Kälteversorgungssystemen
ki Luft- und Kältetechnik Hüthig 45. Jg. (2009) Heft 11 S. 22-24. - ISSN 1865-5432

Held, A.; Urbaneck, T.; Platzer, B.
Untersuchung zum Ausströmverhalten aus geschlitzten Rohren
Chemie Ingenieur Technik, 82. Jg. (2010) Heft 3 S. 285-290 - ISSN 1522-2640
http://dx.doi.org/10.1002/cite.200900081

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Schirmer, U.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Baumgart, G.;
Fiedler, G.; Zimmermann, D.; Wittchen, F.; Schönfelder, V.
Pilotprojekt zur Optimierung von großen Versorgungssystemen auf Basis der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mittels Kältespeicherung.
Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau (Hrsg.), Stadtwerke Chemnitz AG (Hrsg.), Chemnitz, 2010, Forschungsbericht, Projektträger Jülich (PTJ), Förderkennzeichen 0327357B/C. - ISBN 3-9811424-4-6

Neumann, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Parameterbestimmung mit der charakteristischen Gleichung
ki Luft- und Kältetechnik Hüthig 46. Jg. (2010) Heft 11 S. 18-21. - ISSN 1865-5432

Urbaneck, T.; Held, A.; Platzer, B.
Kaltwasserspeicher mit Rohrdiffusoren - Teil 3a: Grundlagen, Aufbau und Funktion
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 61. Jg. (2010) Heft 12 S. 50-55. - ISSN 1436-5103

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Drei Jahre Kältespeicherbetrieb: Analyse des Einsatzes und Bewertung des Nutzens – Teil 1
EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 40. Jg. (2011) Heft 3 S. 42-49 – ISSN 0949-166X

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Drei Jahre Kältespeicherbetrieb: Analyse des Einsatzes und Bewertung des Nutzens – Teil 2
EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 40. Jg. (2011) Heft 4 S. 37-41 – ISSN 0949-166X

Neumann, F.; Urbaneck, T.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Vergleich von zwei baugleichen Absorptionskältemaschinen mithilfe der charakteristischen Gleichung
ki Luft- und Kältetechnik Hüthig 47. Jg. (2011) Heft 4 S. 32-35. - ISSN 1865-5432

Urbaneck, T.; Held, A.; Platzer, B.
Kaltwasserspeicher mit Rohrdiffusoren - Teil 3b: Einfluss der Betriebs- und Geometrieparameter
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 62. Jg. (2011) Heft 4 S. 31-37. - ISSN 1436-5103

Vogt, S.; Urbaneck, T.; Platzer, B.
Cold storage tank model for TRNSYS
EuroHeat&Power, English Edition VWEW Energieverlag Vol. 9 (2012) Heft 2 S. 36-42. – ISSN 1613-0200

Urbaneck, T.; Platzer, B.; Uhlig, U.; Göschel, T.
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung mit Kaltwasserspeicher – Stand und Entwicklung der Technologie
ew 112. Jg. (2013) Heft 4. S. 46-51. ISSN 1619-5795

Urbaneck, T ; Sander-Seidel, K.; Platzer, B. ; Uhlig, U. ; Göschel, T. ; Zimmermann, D.
Untersuchung einer hydraulischen Weiche in einem Fernkältesystem - Teil 1
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 65. Jg. (2014) Heft 9 S. 31-35. - ISSN 1436-5103

Sander-Seidel, K.; Urbaneck, T. ; Platzer, B. ; Uhlig, U.
Strömungstechnische Optimierung von hydraulischen Weichen - Teil 2
HLH Lüftung/Klima Heizung/Sanitär Gebäudetechnik Springer 65. Jg. (2014) Heft 7/8 S. 31-35. - ISSN 1436-5103

Henning H.-M.; Urbaneck, T.; Morgenstern, A.; Nunez, T.; Wiemken, E.; Thümmler, E.; Uhlig, U.
Kühlen und Klimatisieren mit Wärme – BINE-Fachbuch
2. erweiterte und vollständig überarbeitete Aufl., FIZ Fachinformationszentrum Karlsruhe (Hrsg.), BINE Informationsdienst, Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2015. - ISBN 978-3-8167-9401-1

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Disclaimer / Juni 2015 / PD Dr.-Ing. habil. Thorsten Urbaneck