Recycled Energy Development (RED) Rochester, der Energieversorger, der die Infrastruktur für Heizung, Kühlung und Stromerzeugung für den Eastman Business Park besitzt und betreibt, muss enorme energetische Herausforderungen bewältigen. Der Eastman Business Park in Rochester, New York, liegt drei Meilen vom Ontariosee entfernt und ist ein riesiges Innovationszentrum, das sich aus dem 1.200 Hektar großen Produktionsgelände für Fotofilme von Eastman Kodak entwickelt hat. Heute beherbergt der Campus mehr als 100 Unternehmen auf 16 Millionen Quadratmetern, was einer Fläche von 277 Fußballfeldern entspricht. Die Mieter verbrauchen große Mengen an Strom und zahlreiche Versorgungsleistungen, einschließlich Kaltwasser für Komfort und Prozesskühlung.
Für die Prozess- und Komfortkühlung auf dem Südcampus des Eastman Business Park setzte RED Rochester mehrere dampfturbinenbetriebene Zentrifugalkühlmaschinen ein – zwei für den Hauptbetrieb und eine als Reserve -, um 43°F kaltes Wasser zu liefern. RED Rochester ist jedoch stets daran interessiert, die Energiekosten zu senken und die CO2-Bilanz zu verbessern. Als es an der Zeit war, die Reservekältemaschine mit Dampfturbine zu ersetzen, interessierte sich RED Rochester für den Vorschlag, eine elektrische Kältemaschine von Smardt einzusetzen. Schätzungen ergaben, dass die Effizienz eines Smardt Zentrifugalkühlers mit magnetgelagerten Danfoss Turbocor®-Kompressoren die Gasrechnung um 650.000 Dollar pro Jahr senken und die CO2-Emissionen um mehr als 23.300 Tonnen reduzieren könnte – ein enormer wirtschaftlicher und ökologischer Vorteil.
Warum ein einzelner großer Kühler sinnvoll ist
RED Rochester ist im Besitz von Ironclad Energy Partners und betreibt seine 120 Megawatt (MW) Leistung als „Microgrid“ – ein System miteinander verbundener Lasten und dezentraler Ressourcen, die „innerhalb des Zauns“ des Eastman Business Park zusammengefasst sind. Obwohl RED Rochester in das Versorgungsgebiet von Rochester Gas and Electric (RG&E) eingebettet ist, trifft RED Rochester seine Entscheidungen über den Betrieb des Versorgungsunternehmens in Echtzeit unabhängig. Es kann Strom importieren oder exportieren und die Dampf- und Stromproduktion erhöhen oder verringern, um so zuverlässig und wettbewerbsfähig wie möglich zu arbeiten. RG&E versorgt RED Rochester mit Erdgas für den Betrieb seines Drei-Generationen-Kraftwerks. RG&E bietet außerdem Rabatte an, wenn Kunden Technologien zur Senkung des Verbrauchs einsetzen können. RED Rochester untersuchte eifrig die neue Smardt-Kältemaschine, die versprach, die gasbefeuerte Infrastruktur effektiver zu nutzen, um elektrische Kältemittelkompressoren anstelle von dampfturbinengetriebenen Kompressoren zu betreiben.
„Es ist fast 20 Jahre her, dass im Eastman Business Park eine neue elektrische Kältemaschine gekauft und installiert wurde“, sagte Craig Avalone, Energiemanager bei RED Rochester. „In der Vergangenheit wäre die Standardauswahl für eine neue elektrische Kältemaschine eine Zentrifugalkältemaschine für den industriellen Einsatz mit einem einzigen ölgeschmierten Kompressor gewesen. Da wir uns jedoch auf Energieeffizienz und Zuverlässigkeit konzentrieren, haben wir die Vorteile ölfreier elektrischer Kältemaschinen mit magnetgelagerten Zentrifugalkompressoren untersucht.“
Rob VanSkiver, Vertriebsingenieur bei H&V Equipment Sales in Rochester und Umgebung, war beeindruckt von den Untersuchungen, die das Avalone Ingenieursteam durchgeführt hat.
„Sie untersuchten magnetgelagerte Zentrifugalkühlmaschinen im Allgemeinen, aber auch die spezifischen Vorteile einer Smardt-Kühlmaschine mit mehreren Verdichtern“, sagte er. „RED Rochester war auch bereit, eine einzelne Kältemaschine mit 2.000 Tonnen Kälteleistung (TR) gegenüber dem ursprünglichen Entwurf mit mehreren Kältemaschinen zu verwenden. Die endgültige Wahl fiel auf eine magnetgelagerte Kältemaschine der V-Klasse von Smardt, die mit dem Kältemittel R-134a arbeitet und fünf magnetgelagerte Danfoss Turbocor VTT-Kompressoren mit Danfoss Frequenzumrichtern einsetzt.“
Diese Lösung steht im Gegensatz zum ursprünglichen Arbeitsumfang, der zwei magnetgelagerte 1.000-TR-Zentrifugalkühlmaschinen vorsah. Nach reiflicher Überlegung kam das Team von Avalone zu dem Schluss, dass die Verwendung eines einzigen 2.000-TR-Kühlers viele Vorteile bietet. Eine einzige große Kältemaschine würde die Kosten für den Aufbau und die Montage der Kältemaschine im Geräteraum im zweiten Stock sowie die Kosten für zusätzliche Pumpen, Rohrleitungen, Isolierung, elektrische Anschlüsse, Instrumentierung und Steuerung drastisch reduzieren. Die Entscheidung für ein ölfreies Design würde auch die Probleme mit der Installation und Wartung eines Ölschmiersystems beseitigen.
„Die einzige Maschine mit einer Kapazität von 2.000 TR in einer ölfreien Ausführung war damals die wassergekühlte Kältemaschine der V-Klasse von Smardt“, sagte VanSkiver. „Um diese Leistung zu erbringen, werden fünf Danfoss Turbocor VTT-Kompressoren eingesetzt, jeder mit einer Nennleistung von 400 TR [2.000 TR insgesamt].“
Die mehreren Kompressoren sind in einer zuverlässigen modularen Konfiguration angeordnet. Kein einziger Kompressorausfall kann die Kältemaschine zum Stillstand bringen. Die Modularität erhöht auch die Flexibilität, da die Kompressoren wie mehrere Maschinen betrieben werden können. Wenn die Last sinkt, schalten die Kompressoren ab, um die Kapazität auf 10% der Volllast zu reduzieren. Wenn die Last steigt, schalten sich zusätzliche Verdichter ein. Wenn alle Danfoss Turbocor VTT-Verdichter bei Volllast in Verbindung mit dem Smardt-Economizer und kälteren Verflüssigerwassertemperaturen als vorgesehen laufen, kann die Kältemaschine eine Leistung von bis zu 2.300 TR erbringen – 300 TR über der Nennleistung. Der große Leistungsbereich ermöglicht es, das Einschalten von weniger effizienten dampfturbinenbetriebenen Kältemaschinen zu verschieben, da die zusätzliche Last bei kühlem Wetter von der elektrischen Kältemaschine bewältigt werden kann. Die Smardt Kältemaschine der V-Klasse ist außerdem mit Danfoss-Kugelventilen, Schaugläsern, Magnetventilen, KVS-Ventilen mit elektronischer Ansaugmodulation und ICM-Motorventilen ausgestattet, um die Leistung zu verbessern.
Betrieb mit variabler Geschwindigkeit für variables Wetter
Das Wetter in Rochester, New York, ist sehr wechselhaft. Die Nähe zum Ontariosee bringt eine wechselnde Mischung aus Feuchtigkeit, Regen, Schnee, Frost und Tauwetter mit sich. Bei kälterem Wetter arbeiten die Kältemaschinen unter Teillastbedingungen, während sie im Sommer unter Volllast arbeiten.
Die alten Dampfturbinen-Kaltwassersätze waren nicht für große Lastschwankungen ausgelegt und zeigten im Teillastbereich eine schlechte Leistung. Oft war eine Fehlbelastung durch einen Heißgas-Bypass erforderlich, um die Kapazität angemessen zu reduzieren. Das liegt daran, dass die alten Kältemaschinen überdimensioniert waren und verschiedene effizienzraubende Techniken einsetzten, um einen ausreichenden Kältemittel- und Ölfluss zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu verwendet der Danfoss Turbocor VTT Verdichter Magnetlager, die sich in einem Magnetfeld drehen. Es gibt keine mechanischen Lager, die geschmiert werden müssen. Herkömmliche Kaltwassersätze mit einem einzigen ölgeschmierten Verdichter verfügen über eine begrenzte Methode zur Leistungsregelung bei niedrigem Kältemitteldurchfluss (dem „Pumpbereich“) und bei hohem Durchfluss (dem „Drosselbereich“). Kaltwassersätze mit mehreren Danfoss Turbocor VTT-Verdichtern mit Danfoss Frequenzumrichtern können die Kapazität weiter reduzieren, indem sie die Anzahl der Verdichter reduzieren, die in Betrieb sind, um eine herausragende Teillast-Effizienz zu ermöglichen und gleichzeitig zuverlässig zu arbeiten.
Die innovative Danfoss IntraFlow™ Technologie verbessert die Drehzahl- und Leistungsregelung des Danfoss Turbocor VTT Verdichters. IntraFlow erweitert den Betriebsbereich, ohne dass Eintrittsleitschaufeln, Diffusoren mit variabler Geometrie und ein Heißgas-Bypass erforderlich sind, wie sie bei herkömmlichen Kältemaschinen zur Leistungsreduzierung und Stabilisierung benötigt werden.
“Die Last des Eastman Business Park ist recht dynamisch”, sagte VanSkiver. “Die Möglichkeit, diese Anlage über einen breiten Lastbereich effizient zu betreiben, gibt RED Rochester die Flexibilität, die Kompressoren nach Bedarf ein- und auszuschalten und Voll- und Teillasten effektiv zu bewältigen. Die Smardt-Kältemaschine fährt hoch, um die Primärlast zu bewältigen, bis eine Dampfturbinen-Kältemaschine in Betrieb genommen wird, um diese Last zu übernehmen. Dann fährt sie herunter, um die Teillast weitaus effizienter zu bewältigen, als es eine der Dampfturbinenkühlmaschinen könnte. Schließlich wurden Danfoss-Antriebe mit variabler Drehzahl für die neuen Kaltwasser- und Kondensatorwasserpumpen eingesetzt, um die Gesamtleistung des Systems zu verbessern.
Dank der Danfoss Turbocor-Verdichter kann die Smardt-Kältemaschine kalte Wetterbedingungen nutzen, um bei extrem niedrigen Kondensatorwassertemperaturen von 45°F zu arbeiten. Unter diesen Bedingungen kann sie einen Wirkungsgrad von nur 0,15 kW/TR und eine Leistungszahl (COP) von bis zu 25 erreichen.
Wirtschaftliche und ökologische Vorteile
„Unsere Entscheidung für einen großen magnetgelagerten Kühler wurde durch die Energieeinsparungen, die geringeren Kapitalkosten und die Rabatte gerechtfertigt“, so Avalone. „Die Investition hat sich in weniger als zwei Jahren amortisiert. Der Smardt-Kühler bietet uns ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis, weil er eine hervorragende Kapazität, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Voll- und Teillastleistung aufweist.“
RED Rochester schätzt die Fähigkeit der Lösung, die Rentabilität zu steigern und gleichzeitig den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren, da sie die Umwelt respektiert. Seit die Kältemaschine im Frühjahr 2019 vollständig in Betrieb genommen wurde, rechnet Avalone zu Recht mit einem Rückgang des jährlichen Erdgasverbrauchs um 200 Millionen Kubikfuß.
Das bedeutet eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 23.300 Tonnen – das entspricht der Einsparung von 2.000 Autos auf der Straße.
Ursprünglich veröffentlicht in esmagazine.com
