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30. November 2016 Autor: Rolf Grupp (Bearbeiter)

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Gekoppelte Strom-, Dampf- und Kälteerzeugung in der Lebensmittelbranche

Die Kombination eines Erdgas-Blockheizkraftwerks mit einem Abhitzedampfkessel und einer Ammoniak/Wasser-Absorptionskälteanlage ist für viele Unternehmen in der Lebensmittelbranche eine technisch und wirtschaftlich interessante Lösung.

In der Lebensmittelbranche werden, anders als z. B. im Maschinenbau, verschiedene Energieformen benötigt: Strom (zum Antrieb von Maschinen und zur Beleuchtung), Dampf (zum Heizen, Sterilisieren und Kochen), Kälte (im Produktionsprozess, um die Ware zu kühlen oder zu lagern) und Druckluft (zum Steuern und Regeln von Ventilen).
Der vom Endkunden zu zahlende Strompreis ist in Deutschland in den letzten Jahren auf Grund der gestiegenen Netzentgelder, Steuern und der EEG-Umlage stark gestiegen. Aus diesem Grund ist die Eigenstromerzeugung inzwischen für viele Unternehmen eine interessante Alternative zum Netzbezug.

Für die Eigenstromerzeugung im industriellen Maßstab stehen im Wesentlichen Erdgas-Blockheizkraftwerke und Erdgas-Gasturbinen zur Verfügung. Im kleineren Maßstab sind auch regenerative Energien nutzbar, wofür die Primärenergien jedoch oft lokal nicht in einer ausreichenden Quantität zur Verfügung stehen: Blockheizkraftwerke mit Biogas, Bioerdgas, Biomasse, Holzgas.

Unabhängig von der Art der Primärenergie und der Technik, wird bei allen Varianten neben Strom auch Wärme erzeugt. Diese Wärme muss sinnvoll genutzt werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu realisieren. In Blockheizkraftwerken wandelt sich die Primärenergie grob in folgende Energieströme:

  • 40 % Strom
  • 20 % Abgaswärme (Abgastemperatur ca. 450 °C; Abkühlung auf ca. 120 °C)
  • 20 % Motorkühlwärme (Ein- und Austrittstemperatur des Kühlwassers ca. 78/90 °C)
  • 10 % Gemischkühlwärme (Ein- und Austrittstemperatur des Kühlwassers ca. 40/45 °C)
  • 10 % Verlust- und Strahlungswärme

Zumindest die Abgaswärme und die Motorkühlwärme sollten zu einem Großteil der Betriebsstunden vollständig genutzt werden. Hierdurch erreicht man einen Nutzungsgrad (Summe aller Nutzenergieströme/Primärenergiestrom) von ca. 80 %. Wenn zusätzlich noch die Gemischkühlwärme, z. B. zur Wasservorwärmung, genutzt werden kann, ist ein energetischer Nutzungsgrad von 90 % möglich. Hieraus ergibt sich der wesentliche ökologische Vorteil der dezentralen Energieversorgung im Vergleich zu Großkraftwerken, bei denen die Abwärme in der Regel ungenutzt bleibt.

Gasturbinen haben im Vergleich zu BHKWs einen geringeren elektrischen Wirkungsgrad von lediglich ca. 33 %. Dafür steckt nahezu die komplette Abwärme im heißen Abgasstrom, weshalb ein größerer Anteil der Nutzwärme bei einer hohen Temperatur, z. B. zur Dampferzeugung, genutzt werden kann. Wirtschaftlich interessant sind Gasturbinen daher hauptsächlich dann, wenn kein Wärmeverbraucher für Nutztemperaturen von ca. 90 °C zur Verfügung steht. In der Lebensmittelindustrie ist genau das oft der Fall. Es wird zwar Wärme benötigt, aber in der Regel mit höheren Temperaturen in Form von Dampf. Für den wirtschaftlichen Betrieb eines Blockheizkraftwerks müsste jedoch auch die Motorkühlwärme genutzt werden.

Statt eines Wärmebedarfs bei Temperaturen von um die 90 °C besteht jedoch oft ein Bedarf an Kälte. In solchen Fällen ist der Einsatz einer Ammoniak/Wasser-Absorptionskälteanlage interessant. Diese Art der Absorptionskälteanlagen können mit der Motorkühlwärme und der restlichen Abgaswärme, die nicht zur Dampferzeugung genutzt werden kann, angetrieben werden. Sie können bei diesen Heiztemperaturen Kälte bis ca. -10 °C bereitstellen. Der Strombedarf solcher Absorptionskälteanlagen liegt bei lediglich 3 bis 5 % der Kälteleistung.

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Artikelnummer: cci51987

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