Kaltwasserspeicher für Schwachlastzeiten: Wie Zeitnutzungstarife Einsparungen ermöglichen
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Off-Peak-Kaltwasserspeichertank: Wie Time-of-Use-Tarife Einsparungen ermöglichen
Ein Kaltwasserspeicher für Schwachlastzeiten ermöglicht es einer Anlage, Kältemaschinen während günstiger Nachtstromtarife mit voller Leistung zu betreiben und die Nachmittagsspitze aus gespeicherter Kälte zu bedienen. Die Einsparung ergibt sich aus der Differenz zwischen Schwachlast- und Spitzentarifen sowie aus der Verringerung der angeschlossenen Kältemaschinenkapazität, wo der Tarif dies belohnt. Dimensionieren Sie den Speicher so, dass das Laden abgeschlossen ist, bevor der Tarif steigt, und behandeln Sie das nutzbare Volumen als 70 bis 90 Prozent des theoretischen Werts. Die Amortisationszeit folgt der Tarifspanne, nicht allein der Behältergröße.
Die Kühlung macht nach der IT-Last den größten Anteil der Stromrechnung aus und ist der Teil, der verschoben werden kann. Eine Kältemaschine muss nicht genau dann laufen, wenn die Wärme entsteht, wenn die Kälte früher erzeugt und gehalten wird. Das ist die Grundlage einer auf Kaltwasserspeicherung basierenden Thermalbatterie-Anordnung für Rechenzentren, und sie rentiert sich nur dort, wo der Versorger Strom nach Tageszeit bepreist.
Der Tarif entscheidet, ob der Fall vorliegt. Ein pauschaler Gewerbetarif gibt wenig Anlass zu speichern, denn drei Uhr morgens und sechs Uhr abends kosten dasselbe. Ein Zeitnutzungstarif mit einer großen Spanne zwischen Tal- und Spitzenlast macht Speicherung zu einem einfachen Arbitragegeschäft, und wo eine Leistungskomponente gilt, ist die Spitzenlast wichtiger als die Energie. So oder so ist die Antwort dieselbe: Kühlung im günstigen Fenster erzeugen und den teuren Zeitraum vom Speicher tragen lassen. Im Folgenden geht es um das Lesen eines Tarifs, den Lade- und Entladeplan, eine durchgerechnete Berechnung und die Grenzen dessen, wie viel Last verschoben werden kann.
Einen Tarif lesen, bevor irgendetwas dimensioniert wird
Auf den meisten Lieferverträgen erscheinen drei Entgelte, und jedes reagiert anders auf die Speicherung.
Entgelt | Was es misst | Auswirkung der Speicherung |
Energieentgelt | Kilowattstunden in jedem Zeitraum | Sinkt, wenn die Last in das Talzeitfenster verschoben wird |
Leistungspreis | Höchste anhaltende Kilowattzahl in einem Abrechnungsintervall | Sinkt, wenn die Kältemaschinenspitze durch den Speicher gekappt wird |
Blind- oder Leistungsfaktorpreis | kVA oder Leistungsfaktor bei Spitzenlast | Unbeeinflusst von Kältespeicherung |
Ein Tal-Fenster liegt normalerweise über Nacht und an Wochenenden; die Spitzenlast deckt üblicherweise den späten Nachmittag im Sommer ab. Die Differenz ist es, die den Tank bezahlt, und sie sollte aus dem Liefervertrag stammen und nicht aus einem veröffentlichten Durchschnitt. Eine Ratchet-Klausel kann eine Bereitschaftsleistung mit einem Bruchteil der höchsten monatlichen Spitze in Rechnung stellen, was den Wert des Clippings verändert, und einige Tarife wenden den höheren Satz nur an ausgewählten Tagen an, sodass eine Sommerwochen-Analyse sicherer ist als ein Jahresdurchschnitt.
Erstellung des Lade- und Entladeplans
Das Betriebsmuster ist überall gleich, nur die Zahlen unterscheiden sich.
1. Ladefenster. Kältemaschinen laufen bei oder nahe Volllast, während der Tarif niedrig ist, und erzeugen Kaltwasser mit 5 bis 7 °C für den Speicher. Die Anlagenleistung übersteigt den Bedarf, weil ein Teil in die thermische Masse geht.
2. Speicherphase. Nachdem das günstige Fenster geschlossen ist, drosseln die Kältemaschinen oder stoppen; Standverluste über einige Stunden betragen einen Bruchteil eines Grades.
3. Entladephase. Kälte wird an den Verbraucher abgegeben, die Rücklauftemperatur steigt auf 12 °C oder höher, und der Speicher versorgt den Raum, bis er sein Restniveau erreicht.
4. Nachfüllen. Das nächste Tal-Fenster füllt den Speicher vor der Spitze wieder auf, was den täglichen Ladebedarf festlegt.
Zwei Zahlen bestimmen die Dimensionierung. Die nutzbare Energie beträgt etwa 1,163 kWh pro Kubikmeter pro Kelvin, sodass ein größeres dT von 6 °C auf 13 °C mehr Kälte speichert als ein engerer Kreislauf ohne größeren Behälter. Die nutzbare Kapazität beträgt nur 70 bis 90 Prozent des theoretischen Werts, wenn Schichtung und Diffusorvermischung berücksichtigt werden.
Eine ausgearbeitete Einsparungsberechnung
Nehmen Sie eine durchschnittliche Kühllast von 2.000 kW, einen Schwachlasttarif von 40 und einen Spitzenlasttarif von 120 Währungseinheiten pro Megawattstunde, mit einer Leistungskomponente auf den höchsten 15-Minuten-Kilowattwert.
Zeitraum | Stunden | Anlagenbetrieb | Tarifband |
Schwachlast, 23:00 bis 07:00 | 8 | Kältemaschinen bei voller Leistung, Speicher wird gefüllt | Niedrig |
Morgenübergangszeit | 4 | Kältemaschinen im Lastfolgebetrieb | Mittel |
Spitzenlast, 11:00 bis 17:00 | 6 | Kältemaschinen aus oder leistungsreduziert, Speicher wird entladen | Hoch |
Abendübergangszeit | 5 | Anlage wechselt vom Speicher zur Last | Mittel |
5. Der tägliche Kühlenergiebedarf beträgt 2.000 kW über 23 Stunden, also 46.000 kWh.
6. Wird ein Teil davon während der Schwachlastzeit in den Speicher geladen, kommen je nach Kältemaschinen-Effizienz etwa 3.500 bis 4.500 kWh elektrischer Input hinzu.
7. Das verschobene Volumen wechselt vom Hochtarif zum Niedertarif. Bei einer Differenz von 80 Einheiten pro Megawattstunde spart der verschobene Verbrauch von 10.000 kWh 800 Einheiten pro Tag.
8. Wenn der Speicher die Anlagenspitze um 400 kW kappt, sinkt die Leistungskomponente für den Monat um diesen Betrag, was oft mit der Energieeinsparung vergleichbar ist.
9. Das erforderliche Volumen für 10.000 kWh bei nutzbarer dT von 7 K und nutzbarem Anteil von 0,8 beträgt 10.000 / (1,163 x 7 x 0,8) = 1.529 m3.
Diese Tageswerte summieren sich über ein Jahr, und dieselbe Berechnung für eine Sommerwoche liefert die Zahl, die einem Finanzausschuss präsentiert werden kann. Das Ergebnis richtet sich nach der Tarifdifferenz und den Spitzenstunden, nicht nach den Kosten des Tanks.
Was einen Kaltwasserspeicher für die Nutzung außerhalb der Spitzenlast begrenzt
Speicherveränderungen vergrößern die Anlage, anstatt sie zu entfernen, und es gelten fünf Obergrenzen.
10. Platz und strukturelle Last. Ein Speicher dieser Größe beansprucht eine Grundfläche, die ein Mehrfaches seines Wasserinhalts beträgt, sobald Isolierung, Zugang und Plattenbelastung berücksichtigt werden.
11. Betriebsstunden des Kältemaschinen. Der kontinuierliche Nachtbetrieb verkürzt das Intervall zwischen Überholungen.
12. Teillastwirkungsgrad. Eine Anlage, die für einen großen täglichen Lastwechsel ausgelegt ist, verbringt einen Teil ihrer Zeit bei niedriger Last, sodass die Spitzenreduzierung nicht kostenlos ist.
13. Länge des Ladefensters. Die Füllung muss abgeschlossen sein, bevor der Tarif steigt; wenn das Fenster kürzer als die Füllzeit ist, schließt sich der Fall nicht.
14. Ausfallreserve. Ein Tank, der nur zur Tarifverschiebung genutzt wird, hat keine Kälte mehr, wenn eine Kältemaschine ausfällt, daher behalten die meisten Ausführungen eine Restsschicht für diesen Fall bei.
Der letzte Punkt ist oft der Verhandlungspunkt: Ein Tank, der rein für den Tarif dimensioniert ist, kann kleiner sein als einer, der auch einen Kältemaschinenausfall abdeckt.
Technische Spezifikation
Position | Typischer Wert oder Option | Hinweis |
Nutzbare dT | 6 bis 13 °C oder 5 bis 7 °C bei einem engeren Kreislauf | Ein größeres dT reduziert das erforderliche Volumen |
Nutzbarer Anteil | 70 bis 90 Prozent | Berücksichtigt Schichtung und Durchmischung |
Ladesollwert | Kaltwasser 5 bis 7 °C | Entspricht der normalen Anlagenleistung |
Isolierung | Mineralwolle mit Aluminium- oder Farbstahlverkleidung | Begrenzt Bereitschaftsverluste während der Speicherung |
Druckklasse des Tanks | Atmosphärisch oder unter Druck | Legt Wandstärke und Düsendesign fest |
Projektbeispiel
Während unsere gelieferten Referenzprojekte im Wasser- und Abwassersektor große Trinkwasserspeicher umfassen, ist der TES-Umfang für Rechenzentren nach denselben Standards ausgelegt. Eine relevante Referenz ist eine Trinkwasserinstallation in Namibia.
Element | Detail |
Projekt | Namibia — Trinkwasserspeicherung |
Produkt | 01 GFS, glasverschmolzener Stahl-Bolzentank |
Kapazität | 44.900 m3 insgesamt über 4 Tanks |
Abmessungen | phi 41,26 m x 8,4 m, 4 Einheiten |
Fertigstellung | 2022-09 |
Dieser Behältertyp gibt die Grundfläche und die Geometrie der Kälteschicht vor, die ein Wärmespeicher benötigt, wobei ein Kaltwasserspeichertank für Schwachlastzeiten die Kälte während des größten Teils seiner Lebensdauer speichert, anstatt sie zu transportieren.
Center Enamel Engineering-Kompetenz
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) entwirft und fertigt seit 2008 verschraubte Lagertanks. Als erster Hersteller von glasverschmolzenen Stahltanks (GFS) in China verfügt das Unternehmen über nahezu 200 emailbezogene Patente, produziert jährlich etwa 300.000 emailbeschichtete Stahlplatten, hat mehr als 30.000 installierte Projekte abgeschlossen und liefert seine Tanks in über 100 Länder. Das neue 150.000 m² große Produktionsgelände wurde hinzugefügt, um die Produktionskapazität zu erhöhen, und einzelne Tanks werden bis zu 60.000 m³ geliefert. Die Fertigung erfolgt nach ISO 9001 und ISO 45001, mit Produktzertifizierungen einschließlich NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI und EUROCODE, und die Auslegung erfolgt in Anlehnung an AWWA D103-09, AWWA C550 und NFPA, wo die Anwendung dies erfordert.
Kapazität des Ladezeitfensters
· Das Laden außerhalb der Spitzenzeiten lohnt sich nur, wenn die Tarifdifferenz groß genug ist, um die zusätzliche Kältemaschinenlaufzeit und die Bereitschaftsverluste zu decken, sodass das Tankvolumen ebenso von der Tarifstruktur wie von der Kühllast abhängt.
· Ein größerer Speicher ermöglicht es dem Kühler, während des günstigen Zeitfensters mit voller Leistung zu laufen, anstatt zu takten, was das Betriebsmuster ist, das die Einsparung erzeugt.
· Unser Kapazitätsrahmen von Einzeltanks bis zu 60.000 m³ und Lieferungen wie das Namibia-Projekt mit 44.900 m³ sind der Spielraum, um eine ganze Schicht in einem Durchgang zu laden.
Häufig gestellte Fragen
F1: Lohnt sich ein Speicher bei einem konstanten Tarif?
A1: Selten allein aufgrund von Energiekosten. Der Fall benötigt normalerweise eine Leistungskomponente oder eine Spitze, die gekappt werden kann. Lesen Sie daher den Liefervertrag, bevor Sie sich auf den beworbenen Einheitspreis verlassen.
Q2: Wie viele Stunden Speicherkapazität sind typisch?
A2: Zwei bis acht Stunden bei voller Kühllast sind der übliche Bereich. Der Wert ergibt sich aus der Dauer der Spitze und daraus, wie viel der Spitze die Anlage dem Speicher überlässt.
Q3: Reduziert der Speicher die benötigte Kältemaschinengröße?
A3: Das kann sein, wenn der Bedarf pro Anlage gemessen wird und das Ladefenster dies unterstützt. Wenn der Bedarf für den gesamten Standort abgerechnet wird, kann die Kältemaschine weiterhin die volle Kapazität benötigen.
Q4: Was passiert mit der Effizienz, wenn Kältemaschinen über Nacht laufen?
A4: Kältemaschinen sind bei konstanter Volllast effizient, aber Teillaststunden und Pumpenergie gehören in die Berechnung, sonst wird die Einsparung überbewertet.
Q5: Kann ein Tank sowohl Tarifverschiebung als auch Ausfallreserve dienen?
A5: Ja. Die meisten Auslegungen behalten eine Restfüllung oberhalb des Niedrigstand-Alarms für einen Kältemaschinenausfall und füllen den Rest nach dem Tarifplan.
Q6: Wie lange hält ein Speicher Kälte ohne Nutzung?
A6: Mit Mineralwolledämmung und intakter Verkleidung verliert ein stehender Speicher einen Bruchteil eines Grades pro Stunde, was einen täglichen Zyklus praktikabel macht.
Ein Kaltwasserspeicher für Schwachlastzeiten amortisiert sich dort, wo die Differenz zwischen Tal- und Spitzenpreisen groß ist, und er amortisiert sich schneller, wenn eine Leistungsspitzengebühr eine niedrigere Anlagenspitze belohnt. Die Methode ist kurz: Energie in das günstige Zeitfenster verschieben, das Volumen aus nutzbarer dT und der Absenkung für die Schichtung dimensionieren und bestätigen, dass das Laden vor dem Tarifwechsel abgeschlossen ist. Die Zahlen saisonal neu berechnen, weil sich die Spanne zwischen Winter und Sommer verschiebt. Das Ergebnis, das es wert ist, in eine Designbesprechung mitgenommen zu werden, sind drei Zahlen: benötigte Kubikmeter, Stunden der Verschiebung, die die Tarifstruktur unterstützt, und die jährliche Einsparung bei aktuellen Preisen.
Sprechen Sie mit einem Ingenieur
Senden Sie Ihren Tarifplan mit den Schwachlast-, Mittel- und Spitzenlastfenstern, Ihrer Kühllastkurve und ob eine Leistungskomponente anfällt. Wir liefern das erforderliche Volumen, die Verschiebungsstunden, die jährliche Einsparberechnung und eine auf das Ladefenster ausgelegte Spezifikation.
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