DE3803937A1

DE3803937A1 - An active storage (accumulator) element in district heating grids having a steeply dropping load curve (characteristic)

Info

Publication number: DE3803937A1
Application number: DE3803937A
Authority: DE
Inventors: Karl Hollemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-21
Filing date: 1988-02-06
Publication date: 1989-01-26

Abstract

As represented in Figure 1, in the event of a steeply dropping load curve a ring line (main) having corresponding feed points has the effect of multiplying the energy-transporting capacity. The same effect can also be exercised by an active storage element if said store is placed at entirely specific points of this distribution system and is operated by sensible actuators. It is therefore possible for the maximum generator output to be more uniform, for the expenditure on planning to be substantially lower, and for the distribution costs to be substantially lower, since the load curve can be varied within wide limits and can be adapted to the local conditions. The load curve becomes the more favourable, the larger the temperature dynamics are permitted to be. <IMAGE>

Description

Aus der herkömmlichen Fernwärme sind Wärmespeicher als passive Elemente bekannt. Sie dienen in der Regel dazu, die Speicher in der Schwachlast zu füllen und die Ein speisequelle, welche dann nicht mehr benötigt wird, abzu schalten (Zeitgliedfunktion).From conventional district heating, heat stores are considered known passive elements. They usually serve to fill the stores in the light load and the one source, which is then no longer required switch (timer function).

Bei Vollast werden diese Speicher dann mit der fast glei chen Ladetemperatur entleert. Die Belastungskennlinie dieser herkömmlichen Fernwärmenetze ist unter Vernach lässigung der Rohrleitungs-Wärmeverluste ein waagerechter Verlauf. Die Wärmespeicher sind meist bei den Einspeise quellen positioniert.At full load, these memories are then almost the same Chen charging temperature emptied. The load characteristic of these conventional district heating networks is under neglect reduction of pipeline heat loss a horizontal Course. The heat stores are mostly at the feed-in sources positioned.

Diese Erfindung betrifft eine Speicheranordnung in Fern wärmenetzen mit stark fallender Belastungskennlinie. Diese Wärmespeicher werden dezentral an plazierten Stellen des Leitungsnetzes positioniert. In der deutschen Patentschrift P 25 56 772 ist ein Fern wärmesystem mit stark fallender Belastungskennlinie beschrieben (Nebenschlußcharakter).This invention relates to a remote storage arrangement heating networks with a strongly falling load characteristic. These heat stores become decentralized in places of the pipeline network. In the German patent specification P 25 56 772 is a Fern heating system with a strongly falling load characteristic described (secondary character).

Der eingangs beschriebene Speicher kann nur einen kleinen Temperaturhub Δ t aus dem Unterschied zur täglichen Be lastungsspitze ausnutzen. Diese Anordnung (meist Reihen schlußcharakter) bringt keine großen Vorteile.The memory described at the beginning can only use a small temperature rise Δ t from the difference to the daily load peak. This arrangement (usually a series of conclusive character) brings no great advantages.

Eine hochinteressante Möglichkeit bietet eine Speicher anordnung nach der in Fig. 3 genannten Art. Wird dieser Speicher dazu noch an einer ganz bestimmten Stelle plaziert und zwar da, wo sich normalerweise das relativ heiße Medium mit dem kühlerem Medium vermischen, so steht dort durch geeignete Umschaltung ein sehr großer Temperaturhub zur Verfügung.A memory arrangement of the type mentioned in FIG. 3 offers a very interesting possibility. If this memory is also placed at a very specific location, namely where the relatively hot medium normally mixes with the cooler medium, there is a suitable switchover a very large temperature rise is available.

Wird der Speicher während der täglichen Schwachlast mit der Temperatur von z. B. 100°C aufgeladen, so kann durch Umschalten des Hauptkreises A und Nebenkreises B mittels Stellglieder erreicht werden, daß sich das stärker ausge kühlte Medium des Nebenkreises B im Wärmespeicher sammelt und das vorher erwärmte Medium des Speichers herausge trieben wird. Der Speicher übernimmt also kurzzeitig je nach Auslegung für z. B. 1,5 h-2 h die Funktion einer sepa raten Einspeisequelle. Diese Zeit reicht vollständig aus, um die morgendliche Belastungsspitze aus Heizung und Brauchwarmwasser (ca. 25% der Spitzenlast) auszugleichen.If the storage with the temperature of z. B. charged 100 ° C, can be achieved by switching the main circuit A and secondary circuit B by means of actuators that the more cooled medium of the secondary circuit B collects in the heat accumulator and the previously heated medium of the memory is driven out. The memory takes over for a short time depending on the design for z. B. 1.5 h-2 h the function of a separate feed-in source. This time is completely sufficient to compensate for the morning load peaks from heating and domestic hot water (approx. 25% of the peak load).

Die Fig. 1 zeigt eine Ringleitung mit stark fallender Belastungskennlinie. Die Fig. 2 ohne Speicher zeigt eine nicht vollständig gezeichnete Ringleitung A mit Neben kreis B und die unterschiedlichen Temperaturen im Mischungs punkt "a" (Nebenkreis B ist ein Kreis 1. Ordnung. Es sind Nebenkreise n-ter Ordnung möglich). Fig. 1 shows a ring line with a strongly decreasing characteristic load. Fig. 2 without memory shows a not completely drawn ring line A with secondary circle B and the different temperatures in the mixing point "a" (secondary circle B is a first-order circle. N- th order secondary circles are possible).

Die Vorteile sollen anhand eines Beispiels erläutert werden:The advantages will be explained using an example will:

Ein Leitungsnetz habe die Leistung 5 MW zu ver teilen bei 110°C Einspeisetemperatur. Die Dimensionierung der Leitung ist in der Regel so aus gelegt, daß (bei minus 15°C Spitzenlast) die Temperaturen in den Endbereichen der einzelnen Kreise auf z. B. 50°C ausgekühlt sind. Der Speicher wird durch Öffnen des Schiebers "S" und "S 2" sowie Drosseln des Schiebers "S 1" mit der zur Zeit vorhandenen Temperatur aufgeladen. Die Rückschlagklappe "R" soll ein Zurückströmen des Mediums verhindern. Dieser Ladevorgang kann besonders während der Schwachlastzeit beibehalten werden.A line network had to distribute the power of 5 MW at a feed-in temperature of 110 ° C. The dimensioning of the line is usually laid out so that (at minus 15 ° C peak load) the temperatures in the end areas of the individual circles on z. B. 50 ° C have cooled. The memory is charged with the currently available temperature by opening the slider "S" and "S 2 " and throttling the slider "S 1 ". The check valve "R" should prevent the medium from flowing back. This charging process can be maintained especially during the low load period.

Das Entladen des Speichers erfolgt durch Öffnen des Schie bers "S 1" und Schließen der Schieber "S" und "S 2". (Andere Ventilkombinationen sind möglich).The memory is unloaded by opening the slide "S 1 " and closing the slide "S" and "S 2 ". (Other valve combinations are possible).

Das nun verhältnismäßig stark abgekühlte Medium sammelt sich unten im Wärmespeicher und verdrängt das wärmere und spezifisch leichtere Medium aus dem Speicher, so er gibt sich nach dem Mischpunkt "b" praktisch die gleiche Temperatur wie vor diesem Mischpunkt. Unter Umständen kann sich sogar eine höhere Temperatur als die, die zur Zeit dem Mischen im Hauptkreis "a" vorhanden ist, ergeben.The now relatively strongly cooled medium collects at the bottom in the heat store and displaces the warmer and specifically lighter medium from the store, so that after the mixing point "b" it practically has the same temperature as before this mixing point. There may even be a temperature higher than that currently present in the main circuit "a" for mixing.

Die Ein- und Ausspeiseleitung zum Wärmespeicher ist so anzuordnen und auszubilden, daß eine gute Temperatur schichtung im Wärmespeicher erreicht wird. Diese Anordnung wird vorteilhaft im ersten Drittel z. B. des Hauptkreises A mit einem Mischpunkt eines nachge schalteten Nebenkreises B gewählt. Eine weitere Möglich keit besteht bei einer Speicheranordnung mit zusätzlicher Einspeisequelle zum Laden des Speichers (z. B. Mittels BHKW) im unteren Drittel eines solchen Hauptkreises. Bei einem 10³ m Wärmespeicher wird also bei einem Δ t von 50°C für 1,5 Std. eine Leistung von ca. 400 KW freigesetzt. Bei etwa 5 solcher dezentral angeordneter Speicher kann unter den oben angegebenen Umständen eine Leistung von ca. 2000 KW zusätzlich freigesetzt werden. Damit ist die Belastungskennlinie in weiten Grenzen veränderbar und kann den örtlichen Gegebenheiten angepaßt werden. Die Speicher werden vorteilhaft neben Trafohäuschen oder in Garagen untergebracht. Wenn z. B. für die Spitzen lastdeckung gas- oder ölbetriebene BHKW-Einheiten verwendet werden, so kostet eine Leistungseinheit etwa 1000,-DM/KW_th an Investitionskosten.The inlet and outlet pipe to the heat accumulator is to be arranged and designed so that a good temperature stratification is achieved in the heat accumulator. This arrangement is advantageous in the first third z. B. the main circuit A with a mixing point of a downstream branch circuit B selected. Another possibility is a storage arrangement with an additional feed source for loading the storage (e.g. by means of a CHP) in the lower third of such a main circuit. In a 10 m ³ heat storage a power of approximately 400 kW is released therefore at a Δ t of 50 ° C for 1.5 hr.. With about 5 such decentralized storage units, an output of approx. 2000 KW can be released under the circumstances specified above. The load characteristic can thus be changed within wide limits and can be adapted to the local conditions. The storage units are advantageously housed next to transformer houses or in garages. If e.g. B. gas or oil-powered CHP units are used for peak load coverage, a power unit costs about 1000 DM / KW _th in investment costs.

Beim Wärmespeicher in dieser Anordnung und Schaltung kostet dieses nur ¹/₂₅ dieser Investitionskosten! Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Einspeisequelle ca. 20-25% von der Leistungsspitze kleiner zu wählen oder die Leitungen kleiner zu dimensionieren. Hiermit ergibt sich eine große, planerische Möglichkeit für solche Fernwärmenetze mit starker Temperaturdynamik.When heat storage in this arrangement and circuit of this costs only ¹ / _25th of the investment cost! This results in the possibility of selecting the feed source to be approximately 20-25% smaller from the peak power or to dimension the cables smaller. This results in a large, planning possibility for such district heating networks with strong temperature dynamics.

Aus der über 90jährigen Geschichte der Fernwärme läßt sich klar erkennen, daß die Nutzanwendung praktisch immer nur auf die unmittelbare Umgebung eines Wärmekraftwerkes be schränkt blieb, weil Energiepreise und Verteilkosten etwa im gleichen Verhältnis zueinander blieben. Das erklärt auch den dürftigen Anteil von 6-7% Fernwärme an der ge samten Hauswärmenutzung trotz erheblicher staatlicher För derung der Fernwärme in Deutschland.From the more than 90 years history of district heating clearly recognize that the utility is practically always on the immediate surroundings of a thermal power plant remained limited because energy prices and distribution costs about remained in the same relationship to each other. This explains also the poor share of 6-7% district heating in the ge entire use of domestic heat despite considerable state funding district heating in Germany.

Um diesen Teufelskreis der hohen Verteilkosten zu durch brechen, sind andere Methoden und Verfahren der Fernwärme verteilung zwingend erforderlich.To overcome this vicious cycle of high distribution costs break, are other methods and processes of district heating distribution absolutely necessary.

Außer der in dieser Anmeldung bereits genannten Patent schrift ist noch die Anmeldeschrift DE 36 34 104.5 zu nennen. Diese aufgezeigten Schriften ergeben ein völlig neues Fernheizsystem, welches nachweislich nur rund ¹/₄ der Kosten des herkömmlichen Zweileiter-Fernwärmesystems verursacht.In addition to the patent already mentioned in this application, the application document DE 36 34 104.5 should also be mentioned. This indicated writings give a completely new district heating system, which is shown to cause only ^_1/4 of the cost of the conventional two-wire district heating system.

Claims

1. Speichereinrichtung zur Temperaturanhebung des abge kühlten Mediums in einem Fernheiznetz mit stark fallen der Belastungskennlinie, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher dezentral so angeordnet und plaziert sind, damit durch Schaltung von Stellgliedern für einen bestimmten Zeitraum verhindert wird, daß das kältere Medium am Mischpunkt "a" sich mit dem wärmeren Medium vermischen kann.1. Storage device for raising the temperature of the cooled medium in a district heating network with a strong drop in the load characteristic, characterized in that the storage devices are arranged and placed decentrally so that the switching of actuators for a certain period prevents the colder medium at the mixing point " a " can mix with the warmer medium.

2. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu sätzliche Hilfswärmequelle den Speicher auf die ge wünschte Temperatur auflädt. Entladung des Speichers erfolgt wie beschrieben. (Der Ladevorgang ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.)2. According to claim 1, characterized in that an additional auxiliary heat source charges the memory to the desired temperature ge. The memory is discharged as described. (The charging process is shown in dashed lines in FIG. 3.)