Zrównoważone miasto: Uszczelkowe wymienniki płytowe Alfa Laval wykorzystują ciepło odpadowe z dużego systemu chłodzenia, przekształcając je w ciepło sieciowe.

Pionierskie łączenie sektorów pozwala zaoszczędzić 6 500 ton CO₂ rocznie

Od 1997 roku ponad 12 000 biur, 1 000 mieszkań oraz liczne instytucje kulturalne i hotele wokół Potsdamer Platz są podłączone do sieci chłodniczej BEW Berliner Energie und Wärme GmbH (dawniej Vattenfall Wärme Berlin) i zaopatrywane w lokalnie generowane chłodzenie. Ilość powstającego w tym procesie ciepła odpadowego jest znacząca – i zbyt cenna, by była oddawana do środowiska przez wieże chłodnicze.

W 2018 roku BEW i Siemens Energy zainicjowały ambitny projekt Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) w centrum chłodniczym przy Potsdamer Platz. Dzięki przemysłowej wysokotemperaturowej pompie ciepła ciepło odpadowe z sieci chłodniczej jest wykorzystywane na szeroką skalę do zasilania sieci ciepłowniczej. To ważny krok w kierunku zabezpieczenia przyszłych dostaw energii i osiągnięcia neutralności klimatycznej dzielnicy. Kluczową rolę odgrywają tu lutowane i półspawane wymienniki płytowe Alfa Laval.

Maksymalna wydajność wymiany ciepła na małej przestrzeni

Głównym wyzwaniem na początku ambitnego procesu planowania – oprócz wymaganej wydajności wymiany ciepła – była ograniczona przestrzeń w istniejącej instalacji. Przy zainstalowanej mocy chłodniczej wynoszącej 45 MW, systemy chłodzenia absorpcyjnego i sprężarkowego schładzają wodę sieciową do 6°C – przez całą dobę, 365 dni w roku. Aby w pełni wykorzystać ciepło odpadowe, duża pompa ciepła musiała zostać zbudowana z kompaktowych, wysokoefektywnych komponentów. Siemens Energy zwrócił szczególną uwagę na dobór sprężarki oraz wymienników płytowych.

„Od dawna współpracujemy z Alfa Laval w zakresie transferu energii i już na wczesnym etapie nawiązaliśmy kontakt, aby wspólnie znaleźć rozwiązanie dostosowane do pilotażowego projektu Qwark³” – mówi Thorsten Fippel, kierownik projektu w Siemens Energy.

Ze względu na ograniczenia przestrzenne i wymagania procesowe, wymienniki rurowe nie wchodziły w grę. Szybko stało się jasne, że zdecydujemy się na kompaktowe wymienniki płytowe Alfa Laval, które zajmują tylko jedną trzecią objętości konstrukcyjnej i są łatwiejsze w montażu dzięki niższej masie.

Brak kompromisów w zakresie bezpieczeństwa i wydajności

Kompaktowa konstrukcja wymienników płytowych sprawia, że ich napełnienie czynnikiem chłodniczym jest aż o 80% niższe niż w przypadku innych technologii. To nie tylko minimalizuje ryzyko związane z zastosowaniem niepalnego i nietoksycznego czynnika chłodniczego, takiego jak R1233zd(E) używanego w Berlinie, ale także przynosi znaczące oszczędności kosztów zakupu i eksploatacji.

Do parowania partnerzy projektu wybrali półspawany wymiennik płytowy MA30W z linii Alfa Laval Industrial Line. Umożliwia on niewielką różnicę temperatur między czynnikiem chłodniczym a źródłem ciepła – co jest warunkiem uzyskania wysokiego współczynnika efektywności (COP). Dodatkowo model ten charakteryzuje się bardzo niskimi kosztami eksploatacji dzięki wysokiej efektywności energetycznej i wydłużonym okresom międzyprzeglądowym.

Do kondensacji i dochładzania w dużej pompie ciepła zainstalowano cztery lutowane wymienniki płytowe Alfa Laval CBH410. Te wymienniki dostępne są w wersji wysokociśnieniowej do 28 barów. Dzięki konstrukcji bezuszczelkowej są bezobsługowe, a także wyjątkowo niezawodne i trwałe w zastosowaniach wysokotemperaturowych. 

Podczas projektowania ściśle współpracowaliśmy z zespołem Alfa Laval i mogliśmy zawsze polegać na ich ogromnej wiedzy w zakresie wymiany ciepła oraz praktycznym doświadczeniu. Teraz możemy patrzeć w przyszłość z pełnym zaufaniem. Wymienniki płytowe Alfa Laval wymagają minimalnej obsługi i serwisu dzięki przemyślanej konstrukcji. Nasza sieć ciepłownicza staje się coraz bardziej niezależna od rosnących cen gazu i CO₂

recalls Ersan Topcu, who is responsible for the project at BEW. 

Osiedle na drodze do neutralności klimatycznej 

Od momentu udanego uruchomienia wysokotemperaturowej pompy ciepła w 2024 roku, wymienniki płytowe Alfa Laval przekształcają ciepło odpadowe z centrum chłodniczego przy Potsdamer Platz w przyjazne dla klimatu ciepło sieciowe – około 55 GWh rocznie przy maksymalnej mocy grzewczej 9 MW. Energia ta jest bezpośrednio przekazywana do sieci ciepłowniczej, zapewniając ciepłą wodę 30 000 gospodarstwom domowym latem oraz ogrzewając 3 000 mieszkań zimą. Temperatury zasilania mieszczą się w zakresie od 85°C do 117°C, w zależności od zapotrzebowania. 

Cała energia elektryczna potrzebna do sprężania czynnika chłodniczego pochodzi ze źródeł odnawialnych. Qwark³ jest więc jednym z pierwszych projektów, w których przemysłowa wysokotemperaturowa pompa ciepła pozwala na szeroką skalę wykorzystać ciepło odpadowe w systemie ciepłowniczym. Pompa ciepła przechwytuje ciepło, które w innym przypadku byłoby oddawane przez systemy schładzania, co pozwala na oszczędność energii. Ogranicza straty ciepła do środowiska o szacunkowo 36 GWh rocznie – to prawie połowa dotychczasowej ilości ciepła odpadowego. Przekłada się to na roczną redukcję emisji CO₂ o 6 500 ton, a także zmniejszenie zużycia wody świeżej w wieżach chłodniczych o 120 000 metrów sześciennych. Ten pilotażowy projekt nie tylko inteligentnie połączył chłodzenie z ogrzewaniem, ale dzięki indywidualnie dobranej technologii podniósł ogólną efektywność systemu na nowy poziom.