Пілотний проект від Petting
Деякий час тому SHT вже повідомляв про рішення Rendemix. Через приблизно десять років варто поглянути на досвід, отриманий від його використання. На той час пивоварня Schönram у місті Петтінг у Верхній Баварії оптимізувала всю гідравлічну інтеграцію окремих станцій за допомогою технології багатопортових змішувальних клапанів Rendemix, які регулюють температуру потоків пива та сирого пива з мінімальним споживанням енергії та спрямовують їх на окремі виробничі агрегати.
Модернізація внутрішньої логістики пивоварні стала третім етапом загальної реконструкції. Це почалося багато років тому з переходу на природний газ замість мазуту, коли пивоварня проклала газопровід від зовнішньої мережі до комплексу будівель. Потім пивоварня повністю перевела опалення на рекуперацію відпрацьованого тепла з окремих установок проміжного виробництва. Нарешті, у 2015 році вона замовила експертну компанію Lorenz Mayer для оптимізації гідравлічних контурів.
Потреба в енергії та витрати на неї
Гідравлічна оптимізація та ціни на паливо: Скільки коштує природний газ? Оптовики зазвичай поділяють свою пропозицію на три тарифи: побутові споживачі з річним споживанням менше 100 000 кВт/год, комерційні споживачі (комерційний газ) понад 100 000 кВт/год до приблизно 1,5 млн кВт/год і промисловий газ для споживачів з обсягом споживання вище комерційного рівня. Ці ліміти не є фіксованими і допускають відхилення. Третя група - це принципово не енергоємні промислові компанії в контексті обов'язкового ціноутворення на викиди СО2 для цих виробників. Виробники вважаються енергоємними, якщо на закупівлю нафти або газу припадає понад 15% валової доданої вартості (порцелянова та скляна промисловість, папір, хімічна промисловість, частина металургійної промисловості, нафтопереробна промисловість). Валова додана вартість складається з доданої вартості або доходу, створеного в компанії в результаті переробки (придбаних) проміжних продуктів. За визначенням, держава надає енергоємним компаніям певний обсяг квот на викиди, наприклад, через безкоштовні сертифікати, але за викиди понад цей обсяг стягується податок на викиди CO2. Це має на меті стимулювати компанії робити свої виробничі процеси менш енергоємними.
Головні герої гідравлічної реконструкції (справа наліво): Власник пивоварні Альфред Оберліндобер, інженер заводу Лоренц Майєр, Саша Унтеррайнер.
Відпрацьоване тепло надходить до резервуару-накопичувача висотою 10 м і об'ємом 85 000 літрів. Ззаду бак має шість патрубків, через які подається відпрацьоване тепло з різною температурою. Система керування дає змогу встановлювати курс, так би мовити, залежно від попиту або кількості, і, наприклад, заповнювати патрубок для 40-градусної води 50-градусною, якщо цього вимагає ситуація.
Більшість пивоварень використовують промисловий газ, оскільки 100 000 гектарів і більше на рік можна зброджувати лише за умови високого споживання електроенергії та палива. Це дорого. Навіть (поки що) без податку на викиди CO2 заходи з оптимізації окупаються. За останні сім років ціна на газ для промислових споживачів у Німеччині подвоїлася з 2,7 цента за 1 кВт-год до нинішніх 5,44 цента (пивоварня Schönram 2024/2025), а до липня 2022 року зросла вчетверо. Витрати на газ на 1 євро обороту зросли в середньому для всіх продуктів з приблизно 4,1 цента до 16,2 цента. Іншими словами, природний газ становив близько 16% ціни продажу (що було помітно на касі в супермаркетах). Хоча з початку 2023 року оптові тарифи знову нормалізувалися до рівня нижче 30 євро/МВт-год, така компанія, як приватна пивоварня Landbrauerei Schönram у Петтінгу, Верхня Баварія, за два кроки від австрійського кордону, яка виробляє 120 000 гектолітрів сортів Schönramer Hell, Pils, Dunkel та Weiße щороку, може досягти такого обсягу лише за умови закупівлі 3,5 млн кВт-год енергії. Залежно від цінової ситуації на ринку електроенергії та газу, це становить до 200 000 євро на рік. Економія в 10 відсотків, наприклад, за рахунок оптимізації гідравліки в одному лише технологічному ланцюжку, вже економить 20 000 євро. І так щороку. Через десять років "прибуток" вже становить 200 000 євро без будь-яких подальших втручань. Планувальник та інженер-технолог компанії Schönram Лоренц Майєр, власник однойменної компанії HVAC у Петтінгу, використав такі цифри, щоб переконати команду менеджерів на чолі з власниками Альфредом Оберліндобером та Сашею Унтеррейнер у 2015 році модернізувати мережу транспортування рідини для технологічного процесу. Сьогодні, з серпня 2024 року, доказом є рахунок за електроенергію. Хоча Саша Унтеррайнер не хоче приписувати успіх, який становить понад 10 відсотків, виключно новій гідравліці з принципом багатоходового змішування Rendemix від компанії Baunach з Хюккельховена, оскільки в рамках капітального ремонту гідравліки були також замінені деякі застарілі компоненти, такі як насоси з низьким ККД, і проведені інші заходи, оптимізована маршрутизація рідин, безумовно, є найбільшим внеском.
Парові котли, що працюють на природному газі, мають потужність 1 МВт кожен.
Теплообмінник з вихровими трубками (Spirax Sarco) для створення максимальної температури в буферній ємності. Вихрові трубки, інтегровані в трубний пучок, забезпечують високий розкид. Найвищу температуру забезпечує пара з системи рекуперації конденсату.
Потік 1 і потік 2 витікають з буферного циліндра протягом всієї операції. Однак потік 1 для температур до 80 °C використовується нерегулярно. Потік 2 забезпечує низьку температуру приблизно від 50 до 55 °C.
Краще, ніж вручну
SHT вже представляв процес Rendemix у попередніх випусках, але 10-річний досвід компанії Pettinger Bierkocher з процесом Hückelhoven спонукав їх ще раз поглянути на установку на місці і, можливо, отримати підтвердження того, що для зменшення навантаження на навколишнє середовище не обов'язково проводити масштабні, дорогі заходи з реконструкції з переходом на відновлювані джерела енергії. І що гідравлічне балансування, яке вимагається GEG та правилами надання субсидій KfW, може базуватися на готовому продукті, який спрощує та перевершує будь-які ручні зусилля з адаптації точних енергетичних потоків з точки зору ефективності. Ключове слово "точний": добре відомо, що ефективність веде до достатності, до часткової відмови. Це вже приносить значну користь для захисту клімату. Тому ми повинні почати з цього, якщо з якихось причин велике рішення не може бути реалізоване. Витоки Rendemix лежать в послідовному з'єднанні високотемпературного і низькотемпературного контуру. Наприклад, тепла підлога на першому поверсі використовує в якості потоку зворотний потік від радіаторів у дитячій кімнаті та спальні на другому поверсі, в результаті чого в принципі нагрівається лише вдвічі менше води для опалення, яка повинна циркулювати. Через різні об'єми води внизу і нагорі будинку більшість виробників систем переходили і досі переходять на два контури, що, серед іншого, призводить до підвищеного споживання енергії. Тодішній розробник запатентованого процесу Ганс-Георг Баунах вивчав електротехніку в Аахенському технічному університеті, тож він знав дещо про струми. Десь на межі тисячоліть він перетворив вольти й ампер у гідравлічні величини та одиниці, зліпив і з'єднав свою ідею більш потужної гідравліки з компонентами технології керування, щоб створити інтелектуальний багатопортовий змішувальний клапан.
Schönram переходить на сучасні генератори стисненого повітря (на передньому плані). Пристрої виробляють близько 3 кубометрів на хвилину. Гвинтові компресори живлять стерильну зону, виробляють технологічне повітря для автоматизації, для перемикання клапанів тощо.
Принцип Баунаха - на фото змішувачі без корпусу - призначений для досягнення стратифікації з високою дельтою T між холодною і гарячою водою в накопичувальному резервуарі і підтримання високих температур якомога довше, переважно використовуючи кількість води з центру буферної ємності і впорскуючи високоякісну гарячу енергію, так би мовити, крапля за краплею.
Нагрівання зведено до мінімуму
Одноконтурне рішення економить значну кількість енергії. Але це ще не все. Багатоходовий змішувач дозволяє стабільно розподіляти вміст буферної ємності відповідно до температури, з холодною зоною внизу, теплою зоною в центрі і гарячою зоною вгорі. Якщо, наприклад, теплої зони достатньо для виконання необхідних вимог, верхня гаряча зона не потребує доступу. Якщо, з іншого боку, необхідно отримати доступ до гарячої зони, замість холодної додається тепла. Це означає, що теплий зворотний потік від одного споживача завжди використовується для подачі холодного зворотного потоку до другого споживача. Цей теплий зворотний потік від першого споживача потрапляє не в центр буфера, а як нагрітий зворотний потік від другого споживача на дно накопичувача, так що стратифікація не порушується. Це залишається стабільним, і накопичена цінна ексергія значною мірою зберігається. А отже, і велика дельта Т в циліндрі. Теплогенератору доводиться набагато рідше перегріватися.
У попередній презентації Ганс-Георг Баунах пояснив перевагу підтримання високого спреду на простому прикладі: "Уявіть, що у вас є добре стратифікований резервуар з гарячою водою при 80 °C вгорі і холодною при 30 °C внизу. Якщо ви повністю змішаєте їх, то матимете температуру 55 °C всюди. Ви не втратили жодної теплоти, але стратифікація була зруйнована. Теплогенератор має запрацювати. Не тому, що бак порожній, а тому, що більше немає гарячої води. Якщо котел повинен запуститися, хоча бак не порожній, буфер не зможе виконати одне зі своїх завдань - захистити теплогенератор від занадто частих запусків і зупинок. Звичними наслідками цього є високий знос і збільшення втрат при запуску, а отже, марна трата енергії". З іншого боку, ідея Rendemix полягає в наступному: Вона зберігає високі сорти. Не впливаючи на температуру завантаження, це збільшує потужність котла в режимі динамічного завантаження і розвантаження на 160 відсотків, як показало випробування, проведене Університетом прикладних наук Бібераха.
Довготривале випробування в Університеті прикладних наук Бібераха: зарядка та розрядка буферної ємності за двозонним принципом. Ємність буферної ємності збільшується на 160 відсотків при двозонному режимі роботи, а котел доводиться набагато рідше підігрівати.
Ефективність системи замість ефективності котла
Головний розподільник з багатоходовим змішувачем
Лоренц Мейєр усвідомив різні переваги принципу Баунаха в Шенрамі. Він прочитав про нього багато років тому в SHT, вивчив його більш детально, випробував технологію і з тих пір є її прихильником. Він практично не обробляє більше замовлень без цього багатостороннього блоку. "Я стверджую, що якщо обладнати двоквартирні будинки станціями Баунаха і буферними накопичувачами, то це призводить до економії електроенергії від 30 і більше відсотків. Звичайно, все, що знаходиться перед і після станції Баунах, має бути правильним, аж до інтеграції труб у буферний бак, яка дуже часто буває неправильною або неефективною. Буферна ємність є найважливішою ланкою в опалювальній системі. Виробники котлів обіцяють вам ефективність 92 і 93 відсотки. Для мене це мало що значить, якщо система не оптимізована. Я впевнений, що багато, навіть більшість опалювальних систем досягають максимальної ефективності системи на рівні 75%, і не більше. Частково це пов'язано з тим, що в накопичувальному баку змішуються високі температури, і генератор енергії змушений постійно реагувати і перегрівати". Для деяких колег і для кінцевого споживача генератор енергії - це власне система опалення. Це неправильно. Клієнтів переконують, що їхні інвестиції мають ефективність 92 і 93 відсотки. "Однак у них немає жодного показника для оцінки ефективності. Вони приймають твердження і не знають, що їхнє теплопостачання може бути щонайменше на 20 відсотків економічнішим. Така реальність". У багатьох випадках йдеться про те, щоб продати, заробити гроші. Вони переживають, що не отримають контракт через трохи дорожчий змішувач Baunach. "Колегам важко продавати ефективність. Ситуація така: Коли я пояснюю принцип на зустрічі або в розмові, вони в повному захваті. Але коли їх просять встановити його, їх турбують додаткові витрати. Вони бояться втратити контракт, тому скасовують підвищення ефективності і відмовляються від правильної технології між генератором енергії, буферним накопичувачем і споживачем енергії. З принципом Rendemix вони були б у зовсім іншій лізі, коли справа доходить до економії енергії".
Порівняння кількості циклів між двозонним і звичайним режимами роботи
Потік пива
Солод, отриманий з ячменю або пшениці (пророслого зерна), перемелюють, подрібнюють і поміщають у заторний апарат разом з водою. Зазвичай він вміщує кілька тисяч
літрів. Майстер-пивовар нагріває сусло. Під час цього процесу ферменти перетворюють крохмаль із зерен солоду на солодовий цукор. Наступним кроком є кип'ятіння сусла та хмелю протягом декількох годин у куполоподібному сусловарочному казані, також відомому як варильний котел. Саме тут хміль, витка рослина, вивільняє свої гіркі речовини і надає пиву характерного гіркого смаку. Потім сусло потрапляє до бродильного відділення. На пивоварні Landbrauerei Schrönam бродіння відбувається протягом десяти днів у відкритих ємностях. Додавання дріжджів перетворює цукор на спирт і CO2. Нарешті, пивоварня Шенрам зберігає сире пиво в горизонтальних контейнерах. Горизонтальних тому, що навпроти нього відбуваються певні бажані реакції, які пов'язані з особливими умовами тиску в нижній частині горизонтальних резервуарів для зберігання. Остаточне бродіння в цих резервуарах супроводжується фільтрацією для видалення дріжджів, а іноді і шкідливих речовин. Після фільтрації пиво залишається на відносно короткий час у вертикальних резервуарах під тиском (три на фото) з початковим тиском близько 1,5 бар. Звідти його розливають у пляшки або кеги.
Вплив через оптову торгівлю
Петтінгер переконаний, що оптова торгівля також має вплив на цю історію. "Вони керують своїми спеціалістами-монтажниками, забезпечують їх матеріалами, іноді планами та проектами. Баунах не стоїть на цьому шляху. Клієнт мав би з власної ініціативи сказати: "Стоп, мені не потрібен матеріал, мені потрібен мікшерний пульт, я встановлю його за власним планом". Але дуже мало хто заходить так далеко". На пивоварні Rendemix підключений практично до кожного опалювального контуру і до кожного резервуару для низьких і високих температур. Головний резервуар для зберігання технологічної води вміщує 85 000 літрів. Він стоїть на висоті десять метрів в одному з цехів і збирає енергію з різних джерел: від теплогенератора, від теплообмінників для рекуперації тепла з технологічних процесів, від зворотного потоку з опалювальних контурів, технологічне тепло від виробництва пари, відпрацьоване тепло від виробництва стисненого повітря. Тепло конденсації з холодильних систем для охолодження пива також надходить у великий контейнер. "Наша пивоварня намагається не втрачати жодної кіловат-години. Ми встановили велику кількість теплообмінників для рекуперації. Раніше ми випускали частину тепла через дах. Сьогодні ми цього більше не робимо. Все тепло залишається в процесі", - розповідає Саша Унтеррайнер. "Також немає жодного гідравлічного сепаратора, який би змішував і знецінював ексергію з анергією. Групи споживачів висувають свої вимоги, виходячи з низьких втрат тиску в трубах. Крім того, в буферному циліндрі створюється невелика теплова плавучість під дією гарячої та холодної води. Ми використовуємо цю плавучість, щоб вода майже добровільно текла до груп споживачів. Нам не потрібен жоден циркуляційний насос".
Schönramer виробляє 120 000 гектолітрів на рік.
Низька температура, де це можливо
Аміачна система охолодження пива та проміжних продуктів має потужність відпрацьованого тепла від 80 до 220 кВт і температуру потоку від 33 до 39 °C. Це робить її низькотемпературним генератором. Це робить її низькотемпературним генератором, тому багато споживачів у комплексі будівель розраховані на низькі температури. Звідси підлога з підігрівом, надвеликі радіатори, сяючі стельові панелі та активація бетонного ядра. Звичайно, високі температури також необхідні. Наприклад, 65 °C для гарячого водопостачання з температурою 60 °C. За це також відповідає змішувач Baunach. Температура 85 °C, що зберігається в буферному резервуарі у верхній частині купола, надходить з котельні. Це забезпечує температуру близько 90 °C, а повітряні компресори - від 50 до 55 °C. Штефан Унтеррайнер, відповідальний за експлуатацію, ще раз підкреслює: "Відходи від нашого постачання близько 3,5 млн кВт-год, тобто від рекуперації тепла, використовуються для повного забезпечення споживачів опалювальної води в комплексі будівель. А також для приготування гарячої води". 20 років тому в експлуатації було багато мазутних котлів. Усунувши їх, модернізувавши процеси та теплопостачання за кілька років до гідравлічної оптимізації та власного газопроводу, приватна пивоварня з 1780 року регулярно потрапляла в топ-5 в енергетичному порівнянні на національному рівні. Це порівняння стосується ефективності виробництва. Воно показує, скільки енергії витрачається на виробництво одного гектолітра пива. Для виробництва 100 000 гектолітрів використовується 50 кВт/год тепла та 15 кВт/год електроенергії. Оскільки Schönram розширюється, компанія зі 120 000 гектолітрів зараз перейшла до діапазону від 100 000 до 500 000 гектолітрів. Компанія все ще відчуває труднощі з досягненням лідируючих позицій. "Просто тому, що конкуренти з 400 000 гектолітрів, наприклад, можуть дозволити собі ще більш сучасну техніку", - визнає Саша Унтеррайнер. Тим не менш, компанія буде щось робити з цим і наступного року використовуватиме, серед іншого, теплові насоси. Звичайно, теплові насоси, системи контролю температури бетонного ядра і системи теплої підлоги також повинні бути гідравлічно збалансовані - і для Lorenz Mayer це само собою зрозуміло, використовуючи принцип багатопортового змішувача.
Завантажити технічну статтю у форматі PDF
