Pionierleistungen von heute für Energie von morgen

Pionierleistungen von heute für Energie von morgen
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Blick auf die Steuerungsschränke
30.04.2015 | Ende 2009 beschloss der Zürcher Stadtrat, die Energiezentrale Hardau für das gleichnamige Wohnquartier zu erneuern. Ziel war es, die bestehende Heizungsanlage für fossile Brennstoffe bei laufendem Betrieb durch eine neue, umweltfreundliche Energieerzeugungsanlage zu ersetzen. Leroy-Somer/Emerson Industrial Automation lieferte die Antriebstechnologie für die Wärmepumpenanlage.

Weil der bestehende, mit fossilen Brennstoffen betriebene Nahwärmeverbund mit eigenem Blockheizkraftwerk zunehmend unrentabler wurde und immer höhere Unterhaltskosten verschlang, entschloss sich die Stadt Zürich anstelle von grösseren Bestandsrevisionen eine komplett neue Heizungsanlage mit erneuerbaren Energien öffentlich auszuschreiben und zu evaluieren. Ziel war es unter anderem, einen umfassend nachhaltigen und ökologischen Einsatz von Ressourcen, Technologien und auch Kältemitteln zu erreichen. Man wollte weg vom bestehenden, synthetischen Kältemittel hin zu einem natürlichen Rohstoff, wie Ammoniak und die gesamte Energieerzeugung der neuen Anlage sollte so effizient wie möglich gestaltet werden. Bei einem umfangreichen Altbestand teils denkmalgeschützter und sanierungsbedürftiger Objekte, aber auch neu integrierter Minergiebauten, wie einer Sporthalle oder dem Schulhaus, war dies jedoch eine äusserst komplexe Aufgabenstellung. Die vorhandene Gebäudestruktur in der Hardau I und II (hier stehen die vier markanten Hochhäuser) liess auch keinen grossen Spielraum für platzintensive dezentrale Neuanlagen zu.
 
Zuschlag für Neubauprojekt mit umfangreichem Pflichtenheft
Die gesamthaft geforderte Heizleistung für den Neubau der Anlage betrug 9 MW und dazu kamen die 90 °C Vorlauftemperatur für das bestehende Heizungsnetz. Diese Auflagen des Neubauprojektes – dazu während des laufenden Betriebes den Ab- und Aufbau umzusetzen – waren weitere anspruchsvolle Bedingungen für das gesamte Grossprojekt.
ewz gewann schliesslich mit seiner nachhaltigen Konzeptidee Anfang 2011 die Ausschreibung. Das Unternehmen wurde hierbei nicht nur für die Planung und bauliche Umsetzung der Energiezentrale beauftragt, sondern ist auch für den Betrieb und Unterhalt der gesamten Anlage während 30 Jahren verantwortlich. Für Rainer Schellenberg und sein ewz Projektteam für Energie-Contracting war das eine Herausforderung: «Wir sind permanent auf der Suche nach effizienten Systemen. Es braucht eben Pioniere und Vorreiter, die sich dieser Themen kompetent annehmen.»
 
Neuland mit neuer Motorengeneration betreten
Beim aktuellen Projekt dient das Grundwasser mit rund 7500 l/min als Basis für die Wärmepumpe, die mit zwei Maschinen à 1.7 MW Leistung rund 80 % des jährlichen Wärmebedarfs der Hardau mit erneuerbaren Energien deckt. Durchschnittlich wird damit ein Anteil von 14.5 GWh/a der Gesamtwärme in den Nahwärmeverbund geliefert. Die Spitzenlasten können bei Bedarf mit fossiler Energie (Gas) abgedeckt werden. Als Antriebseinheit für die neuen wartungsarmen und effizienten Verdichter in “Mono Screw“-Technologie aus den USA wurden zwischen ewz und dem Vertragspartner Walter Wettstein AG die neuen Emerson-Permanentmagnet-motoren über Leroy-Somer evaluiert.
Für Rainer Schellenberg und sein Team wurde in dieser Leistungsklasse mit dieser neuen Motorgeneration Neuland betreten, obwohl man zunächst mit bekannten Asynchron-Motoren plante, die preislich tiefer lagen. Aber man wollte diesen neuen Weg mit den Permanentmagnet-Motoren bewusst seitens ewz gehen, um in der Effizienz der neuen Wärmepumpenanlage für die Zukunft gut gerüstet und ganz vorne zu sein. Schellenberg erklärt dazu: «Unsere Philosophie ist es, keine Wärmepumpe unter einer Leistungszahl von 3 zu realisieren. So musste natürlich gerade bei den geforderten hohen Vorlauftemperaturen von 90 °C die gesamte Anlage darauf konzipiert sein, die maximale Performance herauszuholen. Die Firma Walter Wettstein AG lieferte uns die theoretischen Vollastspiegel-Wert-Berechnungen mit allen Lastverhalten und übernahm dabei die Garantie – auch über die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit der neuen Antriebe. Auch wenn es noch nicht viele Praxisbeispiele bei dieser neuen, hoch performanten Motorengeneration gibt, haben wir uns dazu entschlossen, diese Technik einzusetzen, nachdem wir verschiedene Risikoberechnungen genau analysiert hatten.»
 
Zweistufige Verdichtung mit hocheffizienten Permanentmagnet-Motoren
Mit den eingesetzten “Mono Screw“-Verdichtern werden die Heiztemperaturen durch das verdichtete Ammoniak in einer ersten Stufe auf rund 46°C gebracht. Hier kommen Permanentmagnet-Motoren mit 315 kW Leistung zum Zug. Für die zweite Verdichterstufe, die das Ammoniak bis auf + 90 °C verdichtet, werden Permanentmagnet-Motoren mit 450 kW eingesetzt. Zum Ausschlag, dass Schellenberg und sein Team dem Permanentmagnet-Eigenantrieb den Vorzug gab, erzählt er: «Die Effizienz dieser Antriebe ist für unsere Zielerreichung der Wirkungsgraderhöhung wesentlich. Dazu ist für uns sichergestellt, dass innerhalb von ein bis zwei Tagen eine Antriebs-Komponente ab Lager verfügbar ist und wir haben auch kritische Ersatzteile abgesichert.». Das Risiko ist so für uns abschätzbar und wir hatten bis heute noch nie ein Problem mit diesen Motoren.»
 
Positive Zwischenbilanz mit effizientester Antriebstechnologie bestätigt
Die neue Anlage hat nun zwei Jahre hinter sich. Rainer Schellenberg: «Das erste Jahr diente sozusagen der Justierung der gesamten Anlage und der Optimierung der einzelnen Komponenten. Nach insgesamt zwei Jahren reibungslosen Betrieb der optimal eingestellten Anlage fühlen wir uns bestätigt, dass unsere Auswahl und Kalkulation des Systems richtig war und dass die erneuerbare Energie im Ist-Bestand eindeutig dokumentierbar ist.»
Die aktuelle Phase nennt Schellenberg und sein ewz-Team „EKBO-Phase“ (Erfolgskontrolle/Betriebsoptimierung) und auch unter den Augen der Auftraggeber läuft hier in der Hardau alles rund. Für die Zukunft ist ewz dabei, den Energieverbund zu erweitern und weiter zu verdichten. Die Zeichen für ewz Energiedienstleistungen stehen klar auf Wachstum: «Die Antriebskomponenten mit den neuen Permanentmagnet-Motoren waren die richtige Wahl. Unsere Erwartungen sind erfüllt und wir haben die zum heutigen Zeitpunkt effizienteste Antriebstechnologie beschafft und eingesetzt. Das ist so in der Schweiz sicher in der Grössenordnung eine Exklusivität.»

„Key Benefits/Short Facts“:
- Hoch performante, energieeffiziente Permanentmagnet-Motorantriebe
- Höchste, verfügbare Leistungsdichte
- 315 kW /450 kW-Permanentmagnet-Motoren mit Wettronic II-Steuerung
- Ersatzteil-Verfügbarkeit dank Lager Schweiz
 

 
Anwender:
ewz Energiedienstleistungen
Tramstrasse 35, 8050 Zürich
Tel. +41 (0)58 319 47 12
www.ewz.ch/energiecontracting
 
Projektpartner:
Walter Wettstein AG Kältetechnik
Mattenstrasse 11, 3073 Gümligen
Tel. +41 (0)31 952 62 62
www.wwag.ch
 
Lieferant-Vertriebspartner:
Emerson Industrial Automation
Lindächerstrasse 1, CH-5413 Birmenstorf
Tel. +41 (0)56 201 42 42, Fax +41 (0)56 201 42 43
www.emersonindustrial.com/automation
info.ch@emersonindustrial.com


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