Oraș sustenabil: Schimbătoarele de căldură cu plăci Alfa Laval reutilizează căldura reziduală dintr-un sistem mare de răcire pentru încălzirea centralizată

Pionierat în integrarea sectoarelor energetice: economisirea a 6.500 de tone de CO₂ pe an

Din 1997, peste 12.000 de birouri, 1.000 de apartamente, precum și numeroase instituții culturale și hoteluri din jurul Potsdamer Platz sunt conectate la rețeaua de răcire a BEW Berliner Energie und Wärme GmbH (fostă Vattenfall Wärme Berlin) și sunt alimentate cu răcire generată local. Cantitatea de căldură reziduală produsă în acest proces este considerabilă – și mult prea valoroasă pentru a fi eliberată în mediul înconjurător prin turnuri de răcire.

În 2018, BEW și Siemens Energy au lansat astfel ambițiosul proiect Qwark³ (Quartiers-Wärme-Kraft-Kälte-Kopplung) la centrul de răcire de la Potsdamer Platz. Cu ajutorul unei pompe de căldură industriale de înaltă temperatură, căldura reziduală din rețeaua de răcire urma să fie utilizată la scară largă pentru încălzirea centralizată. Un pas important pentru asigurarea viitoarei alimentări cu energie, pe drumul către un cartier cu emisii net-zero. Schimbătoarele de căldură cu plăci brazate și semi-sudate de la Alfa Laval joacă un rol esențial în acest proces.

Eficiență maximă de transfer termic într-un spațiu redus

Principala provocare la începutul procesului ambițios de planificare – pe lângă capacitatea necesară de transfer termic – a fost spațiul limitat disponibil în instalația existentă. Cu o capacitate de răcire instalată de 45 megawați (MW), sistemele de răcire prin absorbție și compresie răcesc apa pentru rețeaua de răcire urbană până la 6°C – non-stop, 365 de zile pe an. Pentru a valorifica la maximum căldura reziduală, pompa de căldură de mari dimensiuni a trebuit să fie asamblată din componente de bază compacte și cu eficiență ridicată. Siemens Energy a acordat o atenție deosebită compresorului, precum și selecției schimbătoarelor de căldură cu plăci.

“Colaborăm cu Alfa Laval în domeniul transferului de energie de mult timp și am luat legătura din timp pentru a găsi împreună o soluție personalizată pentru proiectul pilot Qwark³”, spune Thorsten Fippel, manager de proiect la Siemens Energy.

Datorită condițiilor de spațiu și constrângerilor de inginerie de proces, schimbătoarele de căldură de tip shell-and-tube nu au fost o opțiune. A devenit rapid evident că vom alege schimbătoarele de căldură cu plăci compacte Alfa Laval, care au doar o treime din volumul de construcție și sunt, de asemenea, mai ușor de instalat datorită greutății reduse.

Fără compromisuri în ceea ce privește siguranța și performanța

Designul compact al schimbătoarelor de căldură cu plăci înseamnă, de asemenea, că încărcătura de agent frigorific este cu aproximativ 80% mai mică decât la alte tehnologii. Acest lucru nu doar minimizează riscurile asociate cu un agent frigorific de siguranță neinflamabil și netoxic, precum R1233zd(E) folosit la Berlin, ci aduce și avantaje semnificative de cost la achiziție și operare.

Pentru evaporare, partenerii de proiect au ales un schimbător de căldură cu plăci semi-sudate MA30W din gama Alfa Laval Industrial Line. Acesta permite o diferență de temperatură foarte mică între agentul frigorific și sursa de căldură – o condiție esențială pentru obținerea unui COP ridicat. În plus, modelul s-a remarcat prin costuri de operare extrem de reduse, datorită eficienței energetice ridicate și intervalelor extinse de mentenanță.

Pentru condensare și subrăcire, au fost instalate patru schimbătoare de căldură cu plăci brazate Alfa Laval CBH410 în pompa de căldură de mari dimensiuni. Aceste schimbătoare sunt disponibile în versiunea de înaltă presiune, până la 28 bar. Datorită designului fără garnituri, unitățile brazate nu necesită mentenanță și sunt deosebit de fiabile și durabile în aplicațiile la temperaturi ridicate.

În proiectare, am colaborat îndeaproape cu echipa Alfa Laval și ne-am putut baza oricând pe expertiza lor vastă în transferul de căldură și pe experiența lor practică. Acum putem privi cu încredere spre viitor. Schimbătoarele de căldură cu plăci Alfa Laval necesită mentenanță și service minime datorită designului lor bine gândit. Iar rețeaua noastră de încălzire centralizată devine tot mai independentă de creșterea prețurilor la gaz și CO₂.

își amintește Ersan Topcu, responsabil de proiect din partea BEW.

Un cartier pe drumul către emisii net-zero

De la punerea în funcțiune cu succes a pompei de căldură de înaltă temperatură în 2024, schimbătoarele de căldură cu plăci Alfa Laval transformă căldura reziduală de la centrul de răcire din Potsdamer Platz în energie termică prietenoasă cu mediul – aproximativ 55 GWh pe an, cu o capacitate termică maximă de 9 MW. Această energie este introdusă direct în rețeaua de încălzire centralizată, asigurând apă caldă pentru 30.000 de gospodării vara și încălzind 3.000 de apartamente iarna. Temperaturile de livrare variază între 85°C și 117°C, în funcție de necesar.

Toată energia electrică necesară pentru comprimarea agentului frigorific provine din surse regenerabile. Astfel, Qwark³ este unul dintre primele proiecte în care o pompă de căldură industrială de înaltă temperatură valorifică la scară largă căldura reziduală pentru un sistem de încălzire centralizată. Pompa de căldură preia căldura reziduală care, altfel, ar fi disipată de sistemele de răcire, economisind astfel energie.

Se reduce disiparea de căldură în mediul înconjurător cu aproximativ 36 GWh pe an – aproape jumătate din cantitatea anterioară de căldură pierdută. Aceasta înseamnă economii anuale de 6.500 de tone de emisii de CO₂, iar necesarul de apă dulce pentru turnurile de răcire scade cu 120.000 de metri cubi. Proiectul pilot nu doar că a conectat inteligent răcirea și încălzirea, ci a ridicat eficiența generală a sistemului la un nou nivel prin selecția tehnologică personalizată