Studium przypadku Virtus - Niederrhein, Niemcy

Fernwärmeverbund Niederrhein Duisburg/Dinslaken GmbH & Co. KG jest spółką kooperacyjną pomiędzy Stadtwerke Duisburg AG i Stadtwerke Dinslaken GmbH i od ponad czterech dekad jest pionierem w dziedzinie zrównoważonego ciepłownictwa. Dzięki budowie sieci ciepłowniczej w Niemczech w latach 1980-1984 stała się jednym z pierwszych w Niemczech połączonych sieci ciepłowniczych, umożliwiających wykorzystanie przemysłowego ciepła odpadowego do ogrzewania domów i zaopatrzenia w ciepłą wodę użytkową.

Obecnie sieć ciepłownicza ma długość około 40 km i zaopatruje kilka sieci dystrybucyjnych o łącznej długości 700 km poprzez stacje pośrednie na sieci. Co roku dystrybuowane jest około 980 milionów kilowatogodzin energii cieplnej, co odpowiada zapotrzebowaniu ponad 168 500 gospodarstw domowych w miastach Dinslaken, Voerde, Duisburg i Moers.

Oprócz ciepła z produkcji chemicznej i produkcji stali, coraz częściej wykorzystywana jest energia cieplna z elektrociepłowni blokowych na biometan, instalacji na biomasę wykorzystujących wióry drzewne oraz odzyskiwanie energii z drewna odzyskanego. Zakup energii cieplnej z elektrowni węglowej w Duisburgu-Walsum został wstrzymany w 2022 roku.

Przejście na mniejsze, zdecentralizowane źródła energii odnawialnej i ich ekspansja zwiększyły złożoność warunków ciśnienia, temperatury i przepływu w sieci. Oprócz niestabilnej dostępności przemysłowego ciepła odpadowego, które może wahać się od 0 do 70 MW w ciągu zaledwie kilku minut, wzrost liczby punktów zasilania dodatkowo pogłębił te wyzwania.

Szczególnie w różnych stacjach sieciowych, gdzie do sieci dystrybucyjnych odłączano nawet 60 MW mocy cieplnej, istniejąca technologia zaworów i sterowania miała trudności z utrzymaniem stabilności, co prowadziło do oscylacji ciśnienia dyspozycyjnego i regulacji przepływu . Skutkowało to niestabilnymi temperaturami, nieoptymalnym ustawieniem stacji i nieefektywnością pracy pomp, co ostatecznie miało wpływ na niezawodność sieci, komfort użytkowników końcowych i wzrost kosztów operacyjnych.

Aby ustabilizować działanie sieci, Fernwärmeverbund Niederrhein zdecydował się stopniowo modernizować swoje węzły sieciowe i instalować regulatory różnicy ciśnień i przepływu Danfoss Virtus. We współpracy z firmą Danfoss wybierano wysoce innowacyjny, niezależny od ciśnienia zawór regulacyjny AFQMP 2 z odpowiednimi siłownikami AME 655 i AMEi 6.

Te zaawansowane regulatory:

• Wykrywają oscylacje przy małym obciążeniu i samoczynnie nastawiają zawory  w celu uzyskania optymalnych warunków przepływu.
• Dynamicznie dostosowują się do zmiennej różnicy ciśnień i warunków obciążenia, utrzymując stabilność w przypadku zmieniających się wymagań.
• Umożliwiają zdalne sterowanie (z adaptacją iSET do trybu iNET) w celu uzyskania jeszcze większej precyzji i elastyczności.
• Zmniejszają zapotrzebowania na zawory o większych wymiarach - średnica DN 150 okazała się wystarczająca, gdy inne rozwiązania wymagały DN 200, oferując znaczne oszczędności kosztów.
• Zapewniają pracę przez cały rok dzięki jednemu typowi zaworu, eliminując sezonowe nastawianie.
• Spełniają normy bezpieczeństwa DIN EN 14 597, zapewniając bezpieczne działanie w krytycznych środowiskach ciepłowniczych.

Od czasu montażu regulatorów Danfoss Virtus AFQMP 2 trzy zmodernizowane węzły sieciowe w Dinslaken i Duisburgu zgłosiły:

✓ Znaczna redukcja problemów z oscylacjami, co prowadzi do stabilnego regulowania przepływu.
✓ Bardziej stałe temperatury w miejskich sieciach dystrybucji.
✓ Niższe temperatury powrotu, zwiększające ogólną wydajność.
✓ Niższe koszty operacyjne dzięki optymalizacji wydajności wodnej.
✓ Bezproblemowa integracja z cyfrowym zarządzaniem siecią, torując drogę do dalszej modernizacji.

Zachęcone tymi wynikami na trzech stacjach, Stadtwerke Dinslaken stopniowo wdraża rozwiązanie na wszystkich innych stacjach sieciowych.

Ponadto planowane jest instalowanie rozwiązania Virtus AFQMP 2 we wszystkich  węzłach sieciowych Fernwärme verbund Niederrhein do 2028 roku.

Wdrożenie inteligentnej regulacji hydraulicznej jest ważnym krokiem w kierunku sieci ciepłowniczych, które pozostają wydajne i trwałe nawet w przypadku zdecentralizowanych źródeł energii, ułatwiając w ten sposób kompleksową integrację odnawialnych źródeł energii z sieciami ciepłowniczymi.

Montaż inteligentnych regulatorów Danfoss Virtus z siłownikami iSET umożliwia również bezproblemową integrację pośrednich stacji sieciowych z cyfrowym zarządzaniem siecią, otwierając drogę do dalszych modernizacji.

Fernwärmeverbund Duisburg/Dinslaken GmbH & Co. KG wyznacza standardy w zakresie zoptymalizowanego pod względem hydraulicznym zaopatrzenia w ciepło sieciowe dzięki temu rozwiązaniu.