Donnerstag ist Techniktag. Heute geht es um die schon vor mehr als 40 Jahren entwickelte Pinch-Analyse. Angesichts zunehmenden Drucks, die industrielle Prozesswärmeerzeugung durch Wärmerückgewinnung und Wärmepumpen zu dekarbonisieren, gewinnt diese an Bedeutung. In einem Fachbeitrag werden die vier Schritte der Pinch-Analyse als Planungswerkzeug für die optimale Wärmenutzung erläutert.
Die Dekarbonisierung industrieller Prozesswärmeerzeugung ist eine der zentralen Herausforderungen der Energiewende. Gerade im Temperaturbereich bis 200 °C dominieren aber noch immer fossile Energieträger. Je nach Branche werden laut einer aktuellen Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe, im Auftrag der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB), Berlin, etwa 70 bis 80 % der Prozesswärme durch Erdgas oder andere fossile Brennstoffe bereitgestellt.
Gleichzeitig fallen bei der Prozesswärmeerzeugung erhebliche Mengen an Abwärme an. Gemäß der ersten verpflichtenden Meldefrist von Abwärme auf der Plattform für Abwärme der Bundesstelle für Energieeffizienz (BfEE) im Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), Eschborn, werden in der deutschen Industrie jährlich über 171 TWh Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt. Für die Abfuhr dieser Wärme wird zusätzlich elektrische Energie für Kühlanlagen, Rückkühler oder Kältemaschinen eingesetzt. Es entsteht somit eine doppelte Ineffizienz: Fossile Energieträger decken Prozessbedarfe, während zeitgleich nutzbare Wärme unter Einsatz von Strom weggekühlt wird. In der systematischen Erschließung von Abwärmenutzungspotenzialen – insbesondere durch Wärmerückgewinnung und Wärmepumpen – liegt daher erhebliches Dekarbonisierungspotenzial.
Eine Methode, die dieses Potenzial ganzheitlich identifiziert, quantifiziert und in belastbare Zielwerte für den Planungsprozess überführt, ist die Pinch-Analyse. Diese liefert thermodynamische Benchmarks für minimalen Heiz- und Kühlbedarf sowie für das maximal realisierbare Wärmerückgewinnungspotenzial. Die Missachtung der Pinch-Prinzipien kann hingegen zu erhöhtem Energieverbrauch, Überdimensionierung von Anlagen und negativen Wechselwirkungen im Gesamtsystem führen.
Die Pinch-Analyse lässt sich im Wesentlichen in vier Schritte gliedern:
- Prozessmodellierung
- Zielwertbestimmung
- Wärmeübertragernetzwerkgestaltung
- Optimierung der Energieversorgung.
Eine Ausführliche Erläuterung findet sich inklusive Fallstudie unter cci324787 in cci Wissensportal.
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