DEKARBONIZÁCIA STREDNE VEĽKÉ PRIEMYSELNÉ APLIKÁCIE S VEĽKÝMI SCROLL KOMPRESORMI: VÍZIA A VÝZVY, časť 3.
TEPELNÉ ČERPADLO ENGIE CO2 V PROJEKTE EÚ NA REKUPERÁCIU TEPLA
Cooling post 21.augusta 2019, príklad z Nemecka
Tepelné čerpadlo CO2 od Engie Refrigeration má zohrať svoju úlohu v prelomovom pilotnom programe EÚ v oblasti rekuperácie tepla.
Tepelné čerpadlo Thermeco2 bude inštalované u BS Energy, dodávateľa energie v Braunschweigu, v rámci pilotného programu Európskej únie ReUseHeat.
ReUseHeat, ktorý bol spustený v roku 2017 na štvorročné obdobie, predstaví replikovateľné modely umožňujúce rekuperáciu a opätovné využitie prebytočného tepla dostupného na mestskej úrovni s cieľom zvýšiť energetickú účinnosť systémov diaľkového vykurovania a chladenia v mestách po celej Európe.
Projekt Braunschweig sa sústreďuje v novej štvrti Heinrich der Löwe, ktorá vzniká v areáli bývalých kasární. Približne 600 obytných jednotiek bude zásobovaných odpadovým teplom z neďalekého dátového centra. To umožňuje vytvárať nízkoteplotnú tepelnú sieť, ktorá sa aj v súčasnosti zriaďuje.
V Madride, Nice a Berlíne prebiehajú ďalšie tri demonštračné projekty.
Engie získala jednotku vysokoteplotného tepelného čerpadla CO2 z konkurznej podstaty Hafner-Muschler Kälte-und Klimatechnik. Jeho vysokoteplotné tepelné čerpadlo Thermeco2 HHR 360 CO2 bude nasadené v rezidenčnej oblasti Braunschweig. Využije chladiacu vodu z dátového centra s teplotou 25ºC na vytvorenie horúcej vody s teplotou 70ºC. To generuje vykurovací výkon 370 kW, ktorý je následne dodávaný do lokálnej vykurovacej siete novej mestskej časti.
S cieľom pokryť zvýšené požiadavky na teplo v zime bude lokálna vykurovacia sieť napojená aj na existujúcu sieť diaľkového vykurovania BS Energy. V letných mesiacoch dostane dátové centrum dodatočné chladenie.
Tepelné čerpadlo bolo, pričom za jeho údržbu v najbližších rokoch zodpovedá aj Engie Refrigeration. Počas prvých mesiacov bude obytná časť zásobovaná z prípojky CZT. V priebehu roka prebehne integrácia dátového centra, aby bolo možné od budúcej zimy využívať odpadové teplo na vykurovanie. Projekt bude prebiehať do konca roku 2021. Potom budú všetky štyri demonštračné projekty z Braunschweigu, Madridu, Nice a Berlína analyzované a hodnotené a výsledky EÚ zverejní v záverečnej správe.
VPLYV HORÚČAV NA CHLADENIE S CO2
Coolingpost, 10. augusta 2022
Po extrémnych vysokých teplotách v lete v Spojenom kráľovstve sa Daniel Clark, MD z Isentra, pýta, či sa transkritické systémy 130 barov stali nevyhnutnosťou?
Tohtoročné letné horúčavy v Spojenom kráľovstve spôsobili zmätok pre mnohé supermarkety s viacerými príbehmi o poruchách chladiaceho systému, strate zásob a stratených predajov.
Všetky chladiace technológie boli ovplyvnené týmto extrémnym počasím, ale teraz, keď toľko maloobchodníkov používa systémy CO2, sa majiteľ Daniel Clark a MD výrobcu CO2 systémov Isentra so sídlom v Prestone pýta, či sa transkritické systémy s tlakom 130 barov stali nevyhnutnosťou?
Ako priemysel sa musíme postaviť tejto stále rastúcej výzve klimatických zmien. 32°C návrhové teploty boli samozrejmosťou, keď som prišiel do priemyslu, ale teraz sa posúvame na teplotnú stupnicu rýchlejšie ako metorológ, ktorý predkladá svoj časový výkaz horúčav.
Vidím, že špecifikované návrhové teploty okolia sa pohybujú až do 42 °C. To je nárast o 10°C v rozpätí mojej doterajšej kariéry – a to som veľmi ďaleko od dôchodkového veku.
Je teda na vine zlá údržba alebo je to nedostatok pochopenia v kombinácii s nedostatkami v systéme, ako CO2 skutočne musí fungovať vo vysokých okolitých podmienkach?
Všetci vieme, že je nevyhnutné pripraviť sa na vlny horúčav prostredníctvom čistenia plynových chladičov, ako aj výmeny koalescentných filtrov a odstraňovania a čistenia sitiek atď., ale v boji o prevádzku v prostredí s teplotou 40 °C to pôjde tak ďaleko.
Kroková zmena
Základným problémom je tlak v chladiči plynu – alebo jeho nedostatok. Softvér na výber kompresora nám hovorí, že optimálny tlak plynového chladiča pri tak vysokej teolote musí byť > 96 barov. Beh pri týchto tlakoch poskytuje masívnu skokovú zmenu v schopnosti transkritického systému CO2.
Väčšina systémov CO2 nefunguje pri tomto vysokom tlaku, pretože prakticky je veľmi ťažké ho dosiahnuť. Aby sa ušetrili nepríjemné pretlaky a aby sa zariadenie udržalo v prevádzke (čo najdlhšie), väčšina systémov je pravdepodobne nastavená na maximálny tlak plynového chladiča okolo 85 barov alebo menej. Žiaľ, toto je presný opak toho, čo sa skutočne musí stať: je potrebné naopak zvýšiť tlak v chladiči plynu.
Transkritické systémy sú vo všeobecnosti navrhnuté s nastavením odľahčenia tlaku 120 barov. EN 378 stanovuje, že vysokotlakové spínače sa musia aktivovať pri 108 baroch. To poskytuje iba maximálny priestor 10 barov medzi optimálnym výstupným tlakom plynového chladiča a obávaným vysokotlakovým odpojením kompresora a to v extrémnych podmienkach jednoducho nestačí.
Účinky nízkeho tlaku v chladiči plynu sa jednoducho vymknú kontrole – je to trochu ako snažiť sa uhasiť oheň benzínom.
Zníženie tlaku v chladiči plynu v takýchto prostrediach spôsobuje nezvládnuteľné množstvo prepusteného tzv flash plynu. V konečnom dôsledku, keď sa vytvorí príliš veľa prepusteného plynu, môže to spôsobiť, že MPV (zberač prepusteného plynu) bude poddimenzovaný a zberač bude mať vysoký tlak.
Aj keď si MPV-zberač dokáže poradiť, kompresory sú príliš zaneprázdnené recykláciou prepusteného plynu a majú drasticky zníženú skutočnú chladiacu kapacitu. Nakoniec sa sací tlak kompresora zvýši a následne sa hmotnostný prietok CO2 dramaticky zvýši nad konštrukčné podmienky. To spôsobuje oveľa vyššie poklesy tlaku cez odlučovač oleja a chladič plynu. Ak sú spínače HP na strane kompresora nastavené na hodnotu tlaku chladiča plynu riadený na jeho výstupe, tento pokles tlaku sa ľahko zvýši a prekročí svoj vypínací tlak.
Tieto vyššie hmotnostné prietoky tiež zvyšujú požiadavku na výkon kompresora, takže ističe a spúšťače motorov sa tiež často vypínajú, najmä v horúcich podmienkach – ďalšia forma vypnutia, pri ktorej dochádza k potrebe manuálneho resetovania.
Čo nám teda v prvom rade bráni bežať pri optimálnom vysokom tlaku? Odpoveďou sú ventily chladiča plynu (HPV) a ich ovládanie. HPV musia byť veľmi dynamické, najmä keď sa zapoja kompresory. Ak už pracujete pri >90 baroch a kompresor je zapnutý, mnohé riadiace algoritmy HPV jednoducho nereagujú správnym spôsobom na otvorenie HPV a potrebný 10 barový rozdiel sa v okamihu stratí. Toto je skutočný problém, ktorý treba vo väčšine prípadov riešiť.
Prechod na systémy s tlakom 130 barov tento problém vyrieši, pretože tlakové spínače nastavené na 117 barov zaisťujú, že prevádzkový tlak chladiča plynu okolo 100 barov je oveľa praktickejší a v konečnom dôsledku spoľahlivejší. Postavili sme niekoľko 130 barových systémov – ale v budúcnosti ich budeme ponúkať ako bežné riešenie.
Čo teda so všetkými 120 barovými systémami, ktoré už existujú? Vidím dve možnosti. Prvým je adiabatická odparovanie vody pred kondenzátorom, ale nie je to jednoduché, pretože kontrola, bezpečnosť proti baktériám legionella, ochrana pred mrazom, usadeniny nerastov, korózia, inštalácia a údržba, to všetko spôsobuje problémy s riadením a rozpočtom. Avšak adiabatické chladenie plynových chladičov v takýchto teplotných prostrediach funguje veľmi dobre, pretože systémy chladené vzduchom ťažia z teploty vlhkého teplomera.
Druhou možnosťou je zdokonalenie kontroly HPV ventilu, pričom je nevyhnutné vyvinúť pokročilé postupy kontroly HPV. Myslím si, že je nevyhnutné, aby výrobcovia kontrol riešili tento problém a poskytli podrobné pokyny na túto tému. Je to základ problému, hoci kontrola tak blízko k horným hraniciam nie je jednoduchá. Okrem toho má každý systém iné prevádzkové vlastnosti.
Zabezpečiť spoľahlivé fungovanie chladiacich systémov CO2 v Spojenom kráľovstve v extrémnych prostrediach je možné, stačí sa pozrieť do Španielska a Talianska. Testovanie prevádzky v vo vyššom teplotnom prostredí sa môže vykonávať v normálnych prostrediach a čas by sa mal venovať výrobcom ovládacích prvkov a prevádzkovým pracoviskám, aby sa dosiahla spoľahlivá prevádzka s tlakmi plynového chladiča okolo 100 barov s výstupnými teplotami chladiča plynu okolo 43 °C.
Tým sa vyrieši problém, ktorý vyčerpáva náš priemysel a znepokojuje našich zákazníkov zakaždým, keď prídu návaly tepla; čo musíme predpokladať, že sa bude opakovať v blízkej budúcnosti pravdepodobne častejšie.
Preložil Peter Tomlein
Viac informácií nájdete v časopise Správy 8/2024