Aktualne informacje na temat stanu miejskiego planowania zaopatrzenia w ciepło w Niemczech
Prawie połowa wszystkich władz lokalnych w Niemczech jest już zaangażowana lub jest w trakcie opracowywania miejskiego planu zaopatrzenia w ciepło (KWP). Ponad 500 władz lokalnych zakończyło już opracowywanie KWP(1). Istnieje wyraźna dysproporcja między dużymi miastami (gminami liczącymi ponad 100 000 mieszkańców) a średnimi i przede wszystkim małymi gminami (wykres 1).
Po sfinalizowaniu i opublikowaniu lub zatwierdzeniu planu ciepłowniczego przez radę miasta lub gminy, rozpoczynają się faktyczne prace związane z konkretnym wdrożeniem zidentyfikowanych środków. Oznacza to, że po opracowaniu miejskiego planu ciepłowniczego rozpoczyna się projektowanie sieci ciepłowniczych i ich realizacja. Obszary sieci ciepłowniczej (priorytetowe) są identyfikowane w planach ciepłowniczych. Mogą to być duże lokalne lub miejskie (pod)sieci lub mniejsze klastry na poziomie dzielnicy.
Faktem jest, że istnieje wiele nowych sieci ciepłowniczych i będzie ich jeszcze więcej. Rodzi to pytanie: kto zaprojektuje te sieci? Jakie są konkretne wyzwania? Czy dostępne są odpowiednie narzędzia projektowe?
Przyjrzyjmy się, co to właściwie oznacza. W ramach KWP zwykle sporządzana jest wstępna, zwykle jeszcze bardzo zgrubna, koncepcja sieci, w tym orientacyjne obliczenia sieci w oparciu o określone wymagania dotyczące ogrzewania i uwzględniające rozwój popytu w związku z ewentualną renowacją budynków. Koncepcje dostaw uwzględniają regionalnie opłacalne ekonomicznie odnawialne źródła energii, w tym potencjał nieuniknionego ciepła odpadowego. Uzyskane wyniki stanowią zasadniczo podstawę dla kolejnych projektów sieci(3). Kolejne kroki są następujące: Przygotowanie studium wykonalności, np. dotowanego przez Federalny Fundusz Efektywnych Sieci Ciepłowniczych (BEW), z fazami obsługi 1-4 zgodnie z HOAI (= moduł 1 BEW)(4). Prace te są prowadzone przez biura inżynieryjne i projektowe, inżynierów zakładów komunalnych i wykonawców oraz są szeroko wspierane przez producentów systemów, takich jak REHAU(5). W trakcie tych prac sieć ciepłownicza nabiera coraz większego kształtu, konkretne wyzwania i możliwa złożoność stają się wyraźnie widoczne. Wyniki badania stanowią następnie podstawę do podejmowania decyzji, tak aby - jeśli wyniki są pozytywne i decyzja zostanie podjęta przez osoby odpowiedzialne - można było rozpocząć wdrażanie. W oparciu o obecny system finansowania BEW, oznacza to złożenie wniosku o Moduł 2 i rozpoczęcie projektu budowlanego (faza serwisowa 5).
Konkretne wyzwania w projektowaniu sieci ciepłowniczych
(Wstępne) oszacowanie kosztów jest już wymagane jako część procesu opracowywania koncepcji. Wiąże się to z oceną czynników mających znaczący wpływ na koszty. Koncentrując się na materiale i przetwarzaniu, pojawia się pytanie, czy i w jakim stopniu można zastosować systemy rur z płaszczem z tworzywa sztucznego (KMR) ze stalowymi rurami przewodowymi lub systemy rur polimerowych (PMR) z rurami przewodowymi PE-Xa, ewentualnie również w połączeniu. Faktem jest, że wykorzystanie PMR staje się coraz bardziej interesujące dla wielu zakładów komunalnych jako budowniczych nowych sieci, ponieważ te rozwiązania systemowe są szybkie i łatwe w planowaniu i instalacji, przy znacznym potencjale oszczędności kosztów nawet o jedną trzecią(6). Oczywiste jest również, że złożoność projektów znacznie wzrasta. Jednym z przykładów jest rozważenie lub integracja kilku systemów zaopatrzenia w ciepło opartych na lokalnych źródłach energii odnawialnej zidentyfikowanych w ramach KWP. Ponadto, aby zapewnić zrównoważony rozwój, należy wziąć pod uwagę plany rozbudowy i późniejszą integrację ekologicznych elektrociepłowni. Oraz: rozwój i projektowanie projektów staje się coraz bardziej dynamiczne. Elastyczność jest zatem wymagana, aby móc reagować w ukierunkowany sposób na częste krótkoterminowe zmiany warunków brzegowych w procesie planowania. Jednym z przykładów jest wybór lokalizacji źródeł ciepła. Jeśli lokalizacje zostaną zmienione podczas procesu projektowania, zwykle oznacza to całkowite przeliczenie hydrauliki sieci z odpowiednim wpływem na koszty. Często niedoceniany aspekt: zabezpieczenie ram budżetowych poprzez precyzję, szczegółowość i przejrzystość projektu. Wiąże się to z wykonalnością budowy sieci poprzez integrację bibliotek komponentów w celu uniknięcia problemów podczas późniejszego wdrażania. Elastyczność PMR może wnieść tu znaczący wkład w odniesieniu do projektowania i budowy nowych sieci dla istniejących budynków. Na przykład w przypadku nieprzewidzianych sytuacji związanych z budową podziemną, można szybko znaleźć rozwiązanie i uniknąć wzrostu kosztów lub przynajmniej ograniczyć je do absolutnego minimum.
Rysunek 1 przedstawia przykładowy projekt sieci ciepłowniczej z uproszczoną reprezentacją sytuacji rozgałęzienia, która jest obecnie bardzo powszechna. Poziom szczegółowości jest ograniczony do podstawowej trasy z odgałęzieniami (węzłami) i przyłączami domowymi. Pod względem wykonalności projekt ten jest jednak nadal niewystarczający. Dla zaznaczonej sekcji sieci "Detal A", Rys. 2 pokazuje, jak, biorąc pod uwagę zastosowanie PMR z odpowiednimi komponentami (w tym przejście z dwóch pojedynczych rur do podwójnej rury za pomocą tak zwanej rury Y), może wyglądać gotowa do wdrożenia reprezentacja. Wydajne oprogramowanie projektowe powinno w przyszłości zbliżyć się jak najbardziej do tego poziomu szczegółowości.
Oczywiście nacisk kładziony jest również na precyzyjną hydraulikę sieci. Maksymalna wydajność jest "koniecznością", należy unikać przewymiarowania i niepotrzebnych ("ukrytych") rezerw, aby zapewnić ekonomiczną pracę sieci w dłuższej perspektywie. Obejmuje to między innymi obliczanie współczynników różnorodności dla każdego odcinka trasy rurociągu, a w konsekwencji minimalizowanie rozmiaru rur na podstawie efektu tłumienia współczynnika różnorodności.
Ponadto musi istnieć możliwość szybkiej i łatwej analizy scenariuszy dostaw i rozbudowy sieci pod kątem ich wpływu na projekt. Na przykład konieczne jest przeanalizowanie, co się stanie, jeśli nastąpi zamknięcie pierścienia lub zazębienie sieci. Jaki ma to wpływ na bezpieczeństwo dostaw w kontekście integracji kilku dystrybutorów ciepła? Równie ważne są obliczenia dotyczące zmienionego współczynnika połączeń w odniesieniu do wymiarowania rur, które mają sens ekonomiczny w perspektywie długoterminowej. Wysokości geodezyjne również odgrywają decydującą rolę w wymiarowaniu takich sieci i mają wpływ na obliczanie maksymalnych ciśnień.
Rozwiązania programowe do projektowania sieci - status quo i perspektywy
Istnieje już wiele rozwiązań programowych do projektowania sieci ciepłowniczych. W ostatnich latach opracowano nowe narzędzia, szczególnie w kontekście KWP, które szybko zapewniają dobre wyniki, zwłaszcza we wczesnej fazie projektu. Rozwiązania te są jednak mniej lub bardziej ograniczone i często nie nadają się do przetwarzania aż do etapu budowy. W tym kontekście, nowe rozwiązanie cyfrowe jest obecnie opracowywane w ramach współpracy między LINEAR i REHAU, w oparciu o dziesięciolecia doświadczeń w projektowaniu sieci ciepłowniczych. Rozwiązanie to bazuje na uznanej platformie systemowej AutoCAD. Dzięki wdrożeniu kompleksowego i bardzo wydajnego nowego modułu projektowego i obliczeniowego, użytkownicy otrzymają ROZWIĄZANIE do projektowania zrównoważonych sieci ciepłowniczych. Zakres zastosowań obejmuje wszystkie istotne obszary:
- Koncepcje sąsiedztwa dla nowych i istniejących budynków
- Większe sieci ciepłownicze w gminach i miastach
- Od pierwszego projektu do gotowości do instalacji
- Rozbudowa i rozszerzenia sieci
Wybór funkcji:
- Obliczanie sieci pierścieniowych i kratowych
- Uwzględnienie wielu centrów energetycznych lub ciepłowniczych, w tym automatyczne przeliczanie w przypadku zmiany jednej lub więcej lokalizacji
- Uwzględnianie wysokości geodezyjnych w sieci
- Wszechstronna biblioteka komponentów
Sieci ciepłownicze, jak pokazano na rysunku 3, mogą być w przyszłości profesjonalnie przetwarzane aż do etapu budowy. Nowe rozwiązanie będzie dostępne od początku 2026 roku i znacząco przyczyni się do przyspieszenia projektowania sieci ciepłowniczych. Zainteresowani mają możliwość obejrzenia pierwszego podglądu na targach HEATEXPO w dniach 25-27 listopada w Dortmundzie na stoisku REHAU 4.D52. My, zespół LINEAR i REHAU, z niecierpliwością czekamy na Państwa udział i wizytę. Czy chcieliby Państwo skorzystać z ekskluzywnej prezentacji na HEATEXPO? Wystarczy umówić się z nami na spotkanie:
Kontakt
Astrid Welss
astrid.welss@~@rehau.com
O autorze:
Dipl.-Ing. (FH) Olaf Kruse
Senior Product Engineer
& Project Manager Local Heating
REHAU Industries SE & Co KG, Erlangen
Kontakt:
REHAU Industries SE & Co KG
Ytterbium 4
91058 Erlangen
Telefon: +49 9131 92-5346
Email: Olaf.Kruse@rehau.com
gebaeudetechnik.rehau.de
Olaf Kruse pracuje w branży dostaw energii od 1995 roku, początkowo w zakresie doradztwa i projektowania, specjalizując się w systemach geotermalnych. W 2004 roku przeniósł się do przemysłu, dołączając do specjalisty w dziedzinie polimerów REHAU, gdzie był odpowiedzialny za rozwój produktów w zakresie systemów solarnych i systemów podgrzewania wody pitnej. Od 2013 roku wnosi swoje bogate doświadczenie jako inżynier produktu i kierownik projektu do projektów ciepłowniczych w całych Niemczech.