Fernwärme-Elektrokessel wieder im Trend

Feb 13, 2024

Aufgrund der drohenden globalen Erwärmung sowie der internationalen Verpflichtungen im Rahmen des Pariser Klimaabkommens stehen Kommunen und Regionen, die Fernwärme in Europa und Nordamerika nutzen, vor der Aufgabe, ihren ökologischen Fußabdruck in Rekordzeit deutlich zu reduzieren. Mit Fernwärme erhalten Städte oder große Gebiete in der Regel Wärme und Warmwasser, die mit größeren Skaleneffekten als einzelne Heizsysteme an Gewerbe-, Wohn- oder öffentliche Gebäude verteilt werden.

Als Reaktion darauf einigte sich die 27 Staaten umfassende Europäische Union (EU) im vergangenen Jahr darauf, die Treibhausgasemissionen bis 2030 im Vergleich zu 1990 um 55 % zu senken. Laut einem aktuellen Bericht, der den Energiesektor der EU seit 2015 verfolgt, übertrafen erneuerbare Energien im vergangenen Jahr die fossilen Brennstoffe (38 % bis 37 %), was darauf hindeutet, dass Kommunen, die auf Fernwärme angewiesen sind, bereits von oft ineffizienten, veralteten Geräten, die überschüssigen Kohlenstoff produzieren, abkehren Emissionen.

Sogar die USA, die kürzlich dem Pariser Abkommen wieder beigetreten sind, haben sich für amerikanische Unternehmen das Ziel gesetzt, bis 2035 einen kohlenstofffreien Energiesektor und bis 2050 eine Netto-Null-Wirtschaft zu erreichen.

Während das Interesse der Regionen, Fernwärme in Elektrokesseln zu nutzen, im letzten Jahrhundert zu- und abgenommen hat, ist sie plötzlich wieder im Trend. Ganz gleich, ob es darum geht, ESG-Ziele (Environmental Social and Governance) zu erfüllen, behördliche Auflagen zu erfüllen oder staatliche Fördermittel und Anreize zu nutzen – immer mehr Kommunen installieren neue oder nachgerüstete Hochspannungs-Elektrodenkessel, die kompakt, wirtschaftlich und emissionsfrei sind .

Dies ist teilweise auf technologische Fortschritte bei der Konstruktion von Elektrokesseln zurückzuführen, die die Leistung der Kessel steigern. Beim Einsatz für Fernwärme werden elektrisch betriebene Alternativen mit Sicherheit ein entscheidender Teil des Puzzles sein, um zukünftige Ziele zur Emissionsreduzierung zu erreichen.

Bei Fernwärme emittieren mit Erdgas betriebene Kessel und Öfen neben den berüchtigten Treibhausgasen Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) auch gefährliche Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Lachgas (N2O). B. flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Schwefeldioxid (SO2) und Feinstaub (PM).

Viele Anlagentechniker, die mit Gaskesseln vertraut sind, glauben jedoch fälschlicherweise, dass Elektrokessel nicht mit der Leistung herkömmlicher Anlagen zur Verbrennung fossiler Brennstoffe mithalten können. Aufgrund der erheblichen Fortschritte in der Elektrokesseltechnologie ist dies jedoch bei weitem nicht der Fall. Heutzutage kann diese Technologie die Kapazität großer Gas- oder Ölkessel erreichen.

Elektrokessel nutzen die Leit- und Widerstandseigenschaften von Wasser, um elektrischen Strom zu transportieren und Dampf zu erzeugen. Ein Wechselstrom fließt von einer Elektrode einer Phase zur Erde und nutzt dabei das Wasser als Leiter. Da Chemikalien im Wasser für Leitfähigkeit sorgen, erzeugt der Stromfluss Wärme direkt im Wasser selbst. Je mehr Strom (Ampere) fließt, desto mehr Wärme (BTU) wird erzeugt und desto mehr Dampf wird erzeugt. Entscheidend ist, dass fast 100 % der elektrischen Energie ohne Schornstein- oder Wärmeübertragungsverluste in Wärme umgewandelt werden.

Beispielsweise sind die Elektroden des CEJS-Hochspannungs-Elektroden-Dampfkessels von Acme vertikal um die Innenseite des Druckbehälters montiert. Dadurch kann das Gerät maximale Dampfmengen auf minimaler Stellfläche erzeugen, mit einer Kesselkapazität von 6 MW bis 52 MW.

Der Kessel arbeitet mit den vorhandenen Versorgungsspannungen von 4,16 bis 25 KV mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99,9 % und kann bis zu 170.000 Pfund Dampf pro Stunde erzeugen. Mit Druckstufen von 105 psig bis 500 psig sind die Kessel nach ASME Abschnitt 1 ausgelegt und am Standort des Kessels zertifizierte, registrierte Druckbehälter.

Laut Presser wird die Elektrokesseltechnologie für die Fernwärme im privaten und gewerblichen Bereich eingesetzt, deren Nachfrage insbesondere in städtischen Zentren steigt. Bei der Fernwärme wird über ein isoliertes Rohrsystem verteilte Wärme an zentraler Stelle erzeugt und zur hocheffizienten, schadstoffarmen Raum- und Warmwasserbereitung genutzt. Für Zentralheizungsanwendungen liefert die Elektrokesseltechnologie trotz ihrer kompakten Größe ausreichend Leistung. Derzeit wird über diesen Ansatz nachgedacht, um mehrere 50-MW-Dampfkessel im Zentrum von Manhattan zu installieren.

Typischerweise werden Modernisierungen der Fernwärme aufgrund hoher Heizkosten eingeleitet, die für Kunden unerschwinglich sind, häufig aufgrund teurer fossiler Brennstoffe oder eines veralteten Systems, das ersetzt werden muss. Solche Modernisierungen werden zunehmend angestrebt, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren.

Die Modernisierungen umfassen häufig die Nachrüstung oder den Austausch von Kesseln (der Wärmequelle) durch sauberere, effizientere elektrische Alternativen sowie des Wärmeverteilungsnetzes (Rohre/Wärmetauscherstationen).

„Elektrokessel benötigen keinen Bediener, denn wenn etwas schief geht, löst der Unterbrecher aus und verhindert so eine weitere Eskalation des Problems“, sagt Presser. Auch bei Elektrokesseln erfolgt die Energiezufuhr und -regelung präzise und nahezu unmittelbar. Zudem sind die Elektrogeräte außergewöhnlich leise.

Da die EU und die USA beschließen, ihre Treibhausgase drastisch zu reduzieren, um den Klimawandel zu bekämpfen, wird die Dringlichkeit für Gebiete, die Fernwärme nutzen, um ihre CO2-Emissionen auf ähnliche Weise zu reduzieren, nur noch zunehmen. In diesem Kampf um den Schutz der Umwelt, bevor das globale Klima einen unumkehrbaren Wendepunkt erreicht, müssen Kommunen, Landes- und Bundesregierung sowie die Wirtschaft ihren Beitrag leisten. Glücklicherweise kann eine fortschrittliche, emissionsfreie Elektrokesseltechnologie ein leicht umsetzbarer Teil der Lösung sein.

Inhalt von ACME Engineering.

Möchten Sie weitere Neuigkeiten und Informationen aus der HVAC-Branche? Treten Sie The NEWS noch heute auf Facebook, Twitter und LinkedIn bei!