Пилотный проект от компании Petting
SHT уже рассказывал о решении Rendemix некоторое время назад. Спустя примерно десять лет стоит взглянуть на опыт, полученный в результате его использования. Тогда пивоварня Schönram в Петтинге (Верхняя Бавария) оптимизировала всю гидравлическую интеграцию отдельных станций с помощью технологии многопортовых смесительных клапанов Rendemix, которые с минимальными затратами энергии регулируют температуру варочного и сырого потока пива и направляют его в отдельные производственные узлы.
Реконструкция внутренней логистики пивоварни стала третьим этапом общей реконструкции. Она началась много лет назад с использования природного газа вместо мазута, когда пивоварня проложила газопровод от внеплощадочной сети до комплекса зданий. Затем теплоснабжение было полностью переведено на утилизацию тепла от отдельных установок промежуточного производства, и, наконец, в 2015 году компания Lorenz Mayer поручила специалистам оптимизировать гидравлические контуры.
Потребности в энергии и затраты
Гидравлическая оптимизация и цены на топливо: Сколько стоит природный газ? Оптовые продавцы обычно делят свое предложение на три тарифа: Бытовые клиенты с годовым потреблением менее 100 000 кВт/ч, коммерческие клиенты (коммерческий газ) свыше 100 000 кВт/ч до примерно 1,5 млн кВт/ч и промышленный газ для клиентов с закупками выше коммерческого уровня. Эти лимиты не являются фиксированными и допускают отклонения. Третья группа не является принципиально энергоемкими промышленными компаниями в контексте обязательного ценообразования на CO2 для этих производителей. Производители считаются энергоемкими, если закупки нефти или газа составляют более 15 процентов валовой добавленной стоимости (фарфоровая и стекольная промышленность, бумажная промышленность, химическая промышленность, металлургическая промышленность, нефтяная промышленность). Валовая добавленная стоимость - это добавленная стоимость или доход, полученный на предприятии в результате переработки (закупленных) промежуточных продуктов. По определению, государство предоставляет энергоемким компаниям определенный объем выбросов, например, в виде бесплатных сертификатов, но за выбросы сверх этого объема взимается налог на выбросы CO2. Это призвано стимулировать компании к тому, чтобы сделать свои производственные процессы менее энергоемкими.
Главные герои реконструкции гидравлики (справа налево): Владелец пивоварни Альфред Оберлиндобер, строитель завода Лоренц Майер, Саша Унтеррайнер.
Отработанное тепло поступает в накопительный бак высотой 10 м и объемом 85 000 литров. В задней части резервуара имеется шесть патрубков, через которые поставщики отработанного тепла подают тепло разной температуры. Система управления позволяет, так сказать, установить курс в зависимости от спроса или количества и, например, заполнить соединение для 40-градусной воды 50-градусной, если того требует ситуация.
Большинство пивоваренных заводов используют промышленный газ, поскольку сбраживание 100 000 гектолитров и более в год возможно только при больших затратах электроэнергии и топлива. Это дорого. Даже (пока) без налога на выбросы CO2 меры по оптимизации окупаются. За последние семь лет цена на газ для промышленных потребителей в Германии удвоилась с 2,7 цента за 1 кВт/ч до 5,44 цента (Schönram Brewery 2024/2025), а к июлю 2022 года выросла в четыре раза. Расходы на газ в расчете на 1 евро оборота в среднем по всем видам продукции выросли примерно с 4,1 цента до 16,2 цента. Иными словами, на природный газ приходилось около 16 процентов отпускной цены (что было заметно на кассе в супермаркетах). Несмотря на то, что с начала 2023 года оптовые тарифы снова нормализуются до уровня ниже 30 евро/МВт-ч, такое предприятие, как частная пивоварня Landbrauerei Schönram в Петтинге, Верхняя Бавария, в двух шагах от австрийской границы, которая ежегодно производит 120 000 гектолитров пива Schönramer Hell, Pils, Dunkel и Weiße, может достичь этого объема только при закупке 3,5 млн кВт-ч энергии. В зависимости от ситуации с ценами на рынке электроэнергии и газа это составляет до 200 000 евро в год. Экономия в 10 процентов, например, только за счет оптимизации гидравлики в технологической цепочке, уже позволяет сэкономить 20 000 евро. И так каждый год. Через десять лет "прибыль" уже составляет 200 000 евро, причем без какого-либо дополнительного вмешательства. Проектировщик и инженер завода Schönram Лоренц Майер, владелец одноименной компании HVAC в Петтинге, использовал подобные цифры, чтобы убедить руководство компании во главе с владельцами Альфредом Оберлиндобером и Сашей Унтеррайнером модернизировать сеть транспортировки жидкостей для технологического процесса в 2015 году. Сегодня, с августа 2024 года, доказательством тому служат счета за электроэнергию. Хотя Саша Унтеррайнер не хочет приписывать более чем 10-процентный успех исключительно новой гидравлике с принципом многоходового смешивания Rendemix от компании Baunach из Хюккельховена, поскольку некоторые устаревшие компоненты, такие как насосы с низким КПД, также были заменены, а в связи с капитальным ремонтом гидравлики были проведены дополнительные мероприятия, оптимизация маршрутизации жидкостей, безусловно, является самым большим вкладом.
Мощность паровых котлов, работающих на природном газе, составляет 1 МВт каждый.
Вихревой трубчатый теплообменник (Spirax Sarco) для создания максимальной температуры в буферной емкости. Вихревые трубки, встроенные в трубный пучок, обеспечивают высокую степень распространения. Самая высокая температура обеспечивается паром из системы регенерации конденсата.
Поток 1 и поток 2 идут от буферного цилиндра на протяжении всей операции. Поток 1 для температур до 80 °C используется нерегулярно. Поток 2 обеспечивает низкую температуру примерно 50-55 °C.
Лучше, чем вручную
Компания SHT уже представляла процесс Rendemix в предыдущих выпусках, но 10-летний опыт Pettinger Bierkocher с процессом Hückelhoven побудил их еще раз взглянуть на установку на месте и, возможно, получить подтверждение того, что для снижения нагрузки на окружающую среду не всегда нужны масштабные и дорогостоящие мероприятия по реконструкции с переходом на возобновляемые источники энергии. И что гидравлическая балансировка, требуемая GEG и директивами KfW по субсидированию, может быть основана на готовом продукте, который одновременно упрощает и превосходит по эффективности любые ручные попытки адаптировать точные потоки энергии. Ключевое слово exact: Хорошо известно, что эффективность ведет к достаточности, к частичному отказу от нее. Это уже приносит значительную пользу для защиты климата. Поэтому мы должны начать с этого, если по каким-то причинам не удастся реализовать большое решение. Истоки Rendemix лежат в последовательном соединении контура высокой и низкой температуры. Например, в системе напольного отопления на первом этаже в качестве потока используется обратный поток от радиаторов в детской комнате и спальне на втором этаже, в результате чего в принципе нагревается и циркулирует в два раза меньше воды. Из-за разных объемов воды внизу и наверху дома большинство строителей систем переходили и продолжают переходить на два контура, что, помимо прочего, приводит к повышенному потреблению энергии. Разработчик запатентованного в то время процесса, Ханс-Георг Баунах, изучал электротехнику в TH Aachen, поэтому знает толк в токах. Где-то в конце тысячелетия он перевел вольты и амперы в гидравлические размеры и единицы измерения, соединил свою идею более мощной гидравлики с компонентами технологии управления и создал интеллектуальный многопортовый смесительный клапан.
Компания Schönram переходит на современные генераторы сжатого воздуха (на переднем плане). Они производят около 3 кубометров воздуха в минуту. Винтовые компрессоры подают воздух в зону стерильности, производят технологический воздух для автоматизации, для переключения клапанов и т. д.
Принцип Baunach - на рисунке смесители без корпуса - предназначен для достижения стратификации с высокой дельтой T между холодным и горячим в накопительной емкости и поддержания высокой температуры как можно дольше за счет предпочтительного использования объема воды из центра буферной емкости и введения высококачественной горячей энергии только по капле, так сказать.
Повторный нагрев сведен к минимуму
Одноконтурное решение экономит значительное количество энергии. Но это еще не все. Многоходовой смеситель позволяет стабильно распределять содержимое буферной емкости в зависимости от температуры: холодная зона внизу, теплая зона в центре и горячая зона вверху. Если, например, теплой температуры достаточно для выполнения желаемого требования, то верхняя горячая зона не нужна. Если же, напротив, необходимо получить доступ к горячей зоне, то вместо холодной добавляется теплая. Это означает, что теплый обратный поток от одного потребителя всегда используется для подачи холодного обратного потока ко второму потребителю. Этот теплый обратный поток от первого потребителя больше не оказывается в центре буфера, а в виде нагретого обратного потока от второго потребителя - на дне резервуара, так что стратификация не нарушается. Это остается стабильным, и накопленная ценная энергия в значительной степени сохраняется. И, таким образом, в баллоне образуется большая дельта Т. Теплогенератор приходится повторно нагревать гораздо реже.
В своей предыдущей презентации Ханс-Георг Баунах объяснил преимущество поддержания высокого уровня распределения на простом примере: "Представьте, что у вас есть хорошо стратифицированный накопительный бак с горячей водой температурой 80 °C в верхней части и холодной водой температурой 30 °C в нижней. Если вы полностью перемешаете их, то везде будет 55 °C. Вы не потеряли тепло, но стратификация была разрушена. Теплогенератор должен включиться. Не потому, что баллон пуст, а потому, что горячей воды больше нет. Если котел должен запуститься, хотя баллон не пуст, буфер не сможет выполнить одну из своих задач - защитить теплогенератор от слишком частых запусков и остановок. Как правило, это приводит к повышенному износу и увеличению потерь при запуске, а значит, к бесполезной трате энергии". С другой стороны, идея Rendemix заключается в следующем: Он сохраняет высокие сорта. Без изменения температуры загрузки это увеличивает мощность котла в режиме динамической загрузки и разгрузки на 160 процентов, как было установлено в ходе испытаний Университетом прикладных наук Бибераха.
Долгосрочное испытание в Университете прикладных наук Бибераха: зарядка и разрядка буфера по двухзонному принципу. При двухзонном режиме работы емкость хранилища увеличивается на 160 %, и котел приходится нагревать гораздо реже.
Эффективность системы вместо эффективности котла
Главный распределитель с многоходовым смесителем
Лоренц Мейер осознал все преимущества принципа Баунаха в Шенраме. Он прочитал о нем много лет назад в журнале SHT, изучил его более подробно, опробовал технологию и с тех пор не изменяет ей. Он практически больше не обрабатывает заказы без этого многоходового блока. "Я утверждаю, что если я оборудую двухквартирные дома станциями Baunach и буферными накопительными емкостями, это приводит к экономии энергии от 30 до более процентов. Конечно, все до и после станции Baunach должно быть правильно, вплоть до интеграции труб в буферную емкость, которая очень часто бывает неправильной или неэффективной. Цилиндр - самое важное звено в системе отопления. Производители котлов обещают вам КПД в 92 и 93 процента. Это мало что значит, если система не оптимизирована. Я уверен, что многие, даже большинство отопительных систем достигают максимальной эффективности в 75 процентов, не более. Отчасти это объясняется тем, что в накопительном баке поддерживается высокая температура, и генератор энергии вынужден постоянно реагировать и перегреваться". Для некоторых коллег и для конечного потребителя генератор энергии - это собственно система отопления. Что неверно. Клиентам внушают, что эффективность их инвестиций составляет 92 и 93 процента. "Однако у них нет никаких показателей для оценки эффективности. Они соглашаются с этим утверждением и не знают, что их теплоснабжение может быть как минимум на 20 процентов экономичнее. Такова реальность". Во многих случаях речь идет о продаже, о том, чтобы заработать деньги. Они опасаются, что не получат контракт из-за чуть более дорогого смесителя Baunach. "Коллеги считают, что им трудно продвигать эффективность на рынке. Ситуация такова: Когда я объясняю принцип работы на совещании или в разговоре, они приходят в полный восторг. Когда же их просят установить его, их беспокоит дополнительная стоимость. Они боятся потерять контракт и отменить повышение эффективности, отказавшись от правильной технологии между генератором энергии, буферным накопителем и потребителем энергии. Используя принцип Rendemix, они окажутся в совершенно другой лиге, когда дело дойдет до экономии энергии".
Сравнение количества циклов между двухзонной и обычной эксплуатацией
Поток пива
Солод, полученный из ячменя или пшеницы (пророщенное зерно), измельчают, дробят и помещают в заторный аппарат вместе с водой. Обычно она вмещает несколько тысяч
литров. Мастер-пивовар нагревает это сусло. Во время этого процесса ферменты превращают крахмал из солодовых зерен в солодовый сахар. Следующий шаг - кипячение сусла и хмеля в течение нескольких часов в куполообразном сусловарочном котле, также известном как варочный котел. В это время хмель, вьющееся растение, выделяет свои горькие вещества и придает пиву характерный горький вкус. Затем партия пива отправляется в бродильную камеру. В Landbrauerei Schrönam брожение происходит в течение десяти дней в открытых емкостях. При добавлении дрожжей сахар превращается в спирт и CO2. Наконец, пивоварня Schönram хранит сырое пиво в горизонтальных емкостях. Горизонтальные - потому что напротив них происходят нужные реакции, связанные с особыми условиями давления в брюхе горизонтальных резервуаров. Окончательное брожение в этих резервуарах сопровождается фильтрацией для удаления дрожжей и иногда вредных веществ. После фильтрации пиво остается на относительно короткое время в вертикальных танках под давлением (три на фото) с начальным давлением около 1,5 бар. Оттуда оно разливается в бутылки или кеги.
Влияние через оптовую торговлю
Петтингер убежден, что оптовая торговля также оказывает влияние на эту историю. Они управляют своими специалистами-установщиками, снабжают их материалами, иногда планами и проектами". Баунах не на трассе. Заказчик должен был бы по собственной инициативе сказать: "Стоп, мне не нужен материал, мне нужна смесительная станция, я установлю ее по собственному плану". Но мало кто идет на такой шаг". На пивоваренном заводе Rendemix подключен практически ко всем контурам отопления и к каждому резервуару для низких и высоких температур. Главный резервуар для хранения технической воды вмещает 85 000 литров. Он стоит на высоте десяти метров в одном из цехов и собирает энергию из самых разных источников: от теплогенератора, от теплообменников для рекуперации тепла от технологических процессов, от обратного потока из отопительных контуров, технологического тепла от производства пара, отработанного тепла от производства сжатого воздуха. Тепло конденсации от холодильных систем для охлаждения пива также поступает в большой контейнер. "Наша пивоварня старается не тратить впустую ни одного киловатт-часа. Мы установили большое количество теплообменников для рекуперации. Раньше мы сбрасывали часть тепла через крышу. Сегодня мы этого больше не делаем. Все тепло остается в процессе", - говорит Саша Унтеррайнер. Также нет ни одного гидравлического сепаратора, который бы смешивал и обесценивал эксергию с анергией". Группы потребителей исходят из низких потерь давления в трубах. Кроме того, в буферной емкости под действием горячей и холодной воды создается небольшая тепловая плавучесть. Мы используем эту плавучесть, чтобы вода почти добровольно поступала к группам потребителей. Нам не нужен однопоточный насос".
Schönramer производит 120 000 гектолитров в год.
Низкая температура, где это возможно
Система охлаждения пива и полуфабрикатов аммиаком имеет мощность отходящего тепла от 80 до 220 кВт и температуру потока от 33 до 39 °C. Это делает ее низкотемпературным генератором. Это делает ее низкотемпературным генератором, поэтому многие потребители в комплексе зданий рассчитаны на низкие температуры. Отсюда полы с подогревом, радиаторы увеличенного размера, лучистые потолочные панели и активация бетонного ядра. Конечно, требуются и высокие температуры. Например, 65 °C для бытовой горячей воды температурой 60 °C. За это также отвечает смеситель Baunach. Вода температурой 85 °C, хранящаяся в буферном резервуаре на вершине купола, поступает из котельной. Она обеспечивает температуру около 90 °C, а воздушные компрессоры - между 50 и 55 °C. Штефан Унтеррайнер, ответственный за эксплуатацию, еще раз подчеркивает: "Отходы от наших поставок в объеме около 3,5 млн кВт/ч, то есть от рекуперации тепла, используются для полного снабжения потребителей отопительной воды в комплексе зданий. А также для приготовления горячей воды". 20 лет назад в эксплуатации находилось множество мазутных котлов. Благодаря их устранению, модернизации технологических процессов и теплоснабжения за несколько лет до гидравлической оптимизации и собственному газопроводу частная пивоварня 1780 года регулярно попадает в пятерку лучших в энергетическом сравнении на национальном уровне. Это сравнение относится к эффективности производства. Необходимо знать, сколько энергии расходуется на приготовление одного гектолитра пива. На производство 100 000 гектолитров уходит 50 кВт/ч тепла и 15 кВт/ч электроэнергии. Поскольку компания Schönram расширяется, то, имея 120 000 гектолитров, теперь она перешла в диапазон от 100 000 до 500 000 гектолитров. Но компании все еще трудно занять лидирующие позиции. "Просто потому, что конкуренты, например, с объемом 400 000 гектолитров могут позволить себе более современное оборудование", - признает Саша Унтеррайнер. Тем не менее, компания намерена что-то предпринять и в следующем году использовать, помимо прочего, тепловые насосы. Конечно, тепловые насосы, системы контроля температуры бетонного ядра и системы подогрева полов должны быть гидравлически сбалансированы - и для Lorenz Mayer это само собой разумеется, ведь здесь используется принцип многопортового смесителя.
Скачать техническую статью в формате PDF
