Fernkältenetze versorgen ganze Stadtteile mit Kühlung
Eine zentrale Kälteversorgung ist der Schlüssel zu einer klimaneutralen Gebäudeklimatisierung angesichts zunehmender Hitzeperioden. Die Integration von Eisspeichern macht die Kälteversorgung effizienter und ausfallsicherer
Kältezentralen mit Eisspeicher machen ein Kältenetz unabhängig von den Schwankungen regenerativer Energiequellen
Kältenetze werden in den nächsten Jahren und Jahrzehnten rasant an Bedeutung gewinnen und diese Entwicklung hat zwei Gründe. Erstens nimmt der Bedarf an Kühlung für Industrie, Büro, Wohnen und Rechenzentren auch aufgrund der Erderwärmung erheblich zu. Zweitens müssen mit der Verpflichtung, in Deutschland bis 2045 eine Klimaneutralität zu erreichen, CO2-Emittenten abgebaut werden. Die aktuell übliche, dezentrale Kälteerzeugung ist aber ein sehr energieintensiver Bereich mit einer schlechten CO2-Bilanz.
Warum die zentrale Kälteversorgung Vorteile hat
Kältenetze profitieren von den Effizienzpotentialen einer Kältezentrale. Die zentral vorgehaltene Kühlleistung und Anlagenkapazität kann oftmals geringer gewählt werden als die Summe der installierten Kühlanwendungen der Verbraucher, weil nicht alle Verbraucher die volle Leistung zur gleichen Zeit abrufen. Bei der Nutzung zusätzlicher Energiepotentiale z.B. von Abwärme können bis zu 70% des Energieverbrauchs zur Erzeugung der Kälte eingespart werden. Zudem sind die Investitionskosten für eine Kältezentrale bei gleicher Leistung niedriger als die für mehrere dezentrale Anlagen.
Staatliche Förderung und Expansion von Fernkälte
Aufgrund dieser Potentiale zur Energieeinsparung wird der Ausbau der Kältenetze in Deutschland aus Mitteln des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle und über diverse Länderprogramme umfangreich gefördert. Viele lokale und regionale Energieversorger haben in der Folge die zentrale Versorgung mit sogenannter Fernkälte in ihr Angebotsspektrum aufgenommen. Besonders weit vorne sind die Städte München und Wien, die in letzten Jahren massiv in Kältenetze investiert haben. Hier sind jeweils knapp 30 Kilometer Fernkältenetz mit einer Kapazität um mindestens 100 Bürogebäude zu kühlen entstanden. Weitere Ausbauschritte bis 2030 sind bereits festgelegt. Kältenetze zur Kühlung von ganzen Stadtteilen unterscheiden sich durch eine Betriebstemperatur von 6 - 10°C von Kalten Nahwärmenetzen, die in der Regel mit Temperaturen zwischen 10 und 30°C arbeiten und der quartiersbezogenen Versorgung mit Wärme dienen.
Urbanes Fernkältenetz mit Eisspeicher
Mit der Eisspeichertechnologie die Potenziale einer Kältezentrale ausschöpfen
Eisspeicher verbessern den Wirkungsgrad von Kältezentralen deutlich und erweitern die Energieoptionen für die Kälteerzeugung. Durch der Pufferfunktion der Eisspeicher kann auch mit unregelmäßig zur Verfügung stehender Wind- oder Solarenergie Kälte erzeugt und zuverlässig eingespeist werden. Steht Strom aus Wind oder Sonne nicht im erforderlichen Umfang zur Kälteproduktion zur Verfügung, kommt die Kälte aus dem Eisspeicher zum Einsatz, die dort zuvor mit überschüssiger Energie eingespeist wurde.
Betriebs- und Investitionskosten (CAPEX/OPEX)
Eisspeicher wirken sich zudem positiv auf die Investitions- und Betriebskosten von Kälteanlagen aus. Nachfolgend die Einflussfaktoren im Einzelnen:
Investitionskosten (CAPEX)
Mit der Nutzung von Eisspeichern als Versorgungspuffer kann die Leistung der Kälteanlage und der zugehörigen elektrischen Versorgung (Trafos, Schaltanlagen, Kabel etc) geringer dimensioniert werden.
Der Eisspeicher ermöglicht geringere Vorlauftemperaturen bei der Kälteversorgung. Hierdurch verringern sich die Investitionskosten in das Kältenetz. Geringere Vorlauftemperaturen ermöglichen geringere Rohrdurchmesser, kleinere Pumpen und kleinere Wärmetauscherflächen in den Übergabestationen.
Betriebskosten (OPEX)
Eine zentrale Kälteanlage verursacht im Vergleich zu dezentralen Lösungen geringere Wartungs- und Instandhaltungskosten. Diese Kosten können weiter reduziert werden die Kälteversorung anteilig von Eisspeichern übernommen werden und sich dadurch die Anzahl der benötigten Kältemaschinen verringert.
Die Kälteerzeugung kann in der Nacht stattfinden, wenn die Außentemperatur niedriger und damit die Arbeitszahl der Kältemaschinen höher ist. So wird die Kälteerzeugung weniger energieintensiv und spart CO2 Emissionen. Die Ersparnis auf die Betriebskosten fällt umso deutlicher aus, wenn in der Nacht günstige Stromtarife genutzt werden können.
Durch den Eisspeicher werden die Spitzen beim elektrischen Leistungsbedarf gekappt. Hierdurch und durch eine kleinere Anzahl an Kältemaschinen reduziert sich die Anschlussleistung der Kältezentrale. Weil die Anschlussleistung meistens beim Stromgrundpreis berücksichtigt wird, verringern sich die Stromkosten für die Kälteerzeugung zusätzlich.
Warum der sp.ICE Eisspeicher die richtige Lösung für District Cooling ist
Die Bedeutung der Ladezeit
Die Ladedauer eines Eisspeichers ist neben einer ausreichender Kühlkapazität ein entscheidender Faktor für die Leistung und Effizienz des gesamten Fernkältesystems. Die Ladedauer ist der Zeitraum, den ein Eisspeicher benötigt, um Kälteenergie in Form von Eis zu erzeugen und zu speichern.
Eine schnelle Beladung trägt wesentlich dazu bei, dass möglichst wenig Energie für die Eisproduktion verloren geht und wirkt sich positiv auf die Gesamteffizienz des Systems aus. Bei der Abgabe der Kälte sorgt eine schnelle Entladung für ausreichend Kälteenergie bei Bedarfsspitzen im District Cooling Netzwerk. Das gilt insbesondere für größere Fernkältenetze in dicht besiedelten städtischen Gebieten, in denen die Kälteanforderung sprunghaft ansteigen kann. Mit integriertem Eisspeicher kann das Netz mit einer kleineren Anzahl an Kältemaschinen geplant werden.
Eine lange Ladezeit kann dagegen zu Engpässen führen, die eine kontinuierliche Kälteversorgung gefährden und außerdem den Energieverbrauch erhöhen.
Die sp.ICE Dynamik
Die extrem kurze Ladezeit des sp.ICE, die durch die patentierte Kapillarrohrtechnik ermöglicht wird, sichert die Kälteversorgung auch bei Spitzenlasten ab. Der sp.ICE kann in 6 Stunden beladen werden und Energie aus Wind- oder Solarkraftwerken in Kälte einlagern, wenn diese als Überschuss zur Verfügung steht.
Die Skalierbarkeit unserer Eisspeichertechnologie macht eine Kapazitätsplanung möglich, die sich dem Umfang des Kältenetzes und der Zahl der Verbraucher anpasst. Bei einer geplanten Erweiterung des Fernkältenetzes kann die Kapazität der Eisspeicher entsprechend nachgerüstet werden.
So hilft der sp.ICE den ökologischen Fußabdruck der Kälteproduktion zu reduzieren, verringert über die effiziente Nutzung regenerativer Energiequellen die CO2-Emissionen und hilft die Potentiale des District Cooling auszuschöpfen.
Mit der Kältezentrale am Europaplatz in Heidelberg werden pro Jahr 1300 t CO2 eingespart. Das entspricht einem CO2 Ausstoß von 900 PKWs. Wie das ermöglicht wird? Natürlich mit Eisspeichern von sp.ICE.