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Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Dr.-Ing. Thomas Berrenberg WSP GmbH Aachen, Germany www.wsp-aachen.de Möglichkeiten und Grenzen der.

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1 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Dr.-Ing. Thomas Berrenberg WSP GmbH Aachen, Germany Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienz- steigerung von Thermoprozessanlagen

2 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Inhalt Randbedingungen Einfache Maßnahmen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Nutzung der Abgaswärme Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Resumee Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienz- steigerung von Thermoprozessanlagen

3 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Der Energiemix – Umweltaspekt und Kosten Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Randbedingungen Annahme für alle folgenden Beispiele: Strom: 0,10 /kWh 0,5 kg CO2 /kWh Gas: 0,05 /kWh 0,2 kg CO2 /kWh Gas

4 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Die Kapitalwertmethode stellt eine Investition in Anlagentechnik und deren Nutzen ins Verhältnis zu Anlage der gleichen Summe am Kapitalmarkt zu einem bestimmten Zins Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Randbedingungen es gehen ein: Unternehmenssteursatz Annahme in Beispielen: 28 % Kalkulationszins für Geldanlage6 % Energiekostensteigerung2,5 %/Jahr siehe auch:Investitionsbewertung bei der Modernisierung von Thermoprozess- anlagen, Gaswärme International Heft 6/2008; P.Klatecki Wartungskosten2 % der Innvestitionsk. / Jahr Finanzierung aus Eigenkapital und teilweise oder ganz über Kredit Eigenkapital Annuität

5 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Wärmeisolierung verbessern Isolierwandaufbau konventionell Keramik- und Mineralfaser Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen Ofenraum 1000°C Umgebung 25°C Ofenraum 1000°C Umgebung 25°C Isolierwandaufbau optimiert + mikroporöse Dämmung

6 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Wärmeisolierung verbessern Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen

7 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen weitere: Verwendung von EFF1 anstelle von EFF2 Motoren Amortisation 1 – 2 Jahre Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen Wahl der Schutzgasatmosphäre, hoher Wasserstoffgehalt siehe Vortrag Schutzgasanwendungen in der Ofentechnik Reduktion von Strömungsverlusten in Hochkonvektions- kühlungen P = p t x V ! Energierekuperation in Feuerungsanlagen Rekuperativbrenner, Regenerativbrenner,….

8 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen bad news 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Wärme geht nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur ! Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Thermoprozessanlage Gut vorher (kalt) Gut nachher (kalt) x MW Heiz-Energie x MW Abwärme Abgas Kühlwasser Halle = good news 30% bis 40% lassen sich zur Gutvorwärmung nutzen !

9 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Metallbänder Bandtemperatur °C: Zonentemp.°C:

10 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung

11 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Kammerofen mit regenerativer Abkühlwärmenutzung

12 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung

13 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Haubenofenanlage

14 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung

15 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Abgaswärme 1. Zur Strom-Erzeugung mittes ORC-Prozess ( Organic Rankine Cycle) Abgas Strom Investitionskosten: ca ,-/kW el ca 500°C kW th 50 kW el Wirtschaftlichkeits- abschätzung (einfach): Betrieb:7.000 h/a El.Leistung: 50 kW 350MWh el. /a Ersparnis Stromkosten: ,-/a Investitionskosten: ,-/a

16 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Abgaswärme 2. zur Gutkühlung Absorptions-Kältemaschine (AKM) Mit der Energie aus dem Verbrennungsabgas (ca.500°C) wird das Kühlwasser aus dem Primärkreislauf rückgekühlt auf ca.6-8°C. Die Abwärme wird über einen Kühlturm abgegeben. Wirtschaftlichkeitsabschätzung (einfach): Thermoprozessanlage Heizleistung:1 MW Abgas:500°C / 2,2 kg/s AKM Kühlleistung:1 MW Kaltwasser:6-8°C el.Anschlussleistung: 50 kW zum Vergleich Kaltwassersatz el. el.Leistung: 200 kW Betrieb:5.000 h/a Ersparnis Stromk.:75.000,-/a Investitionskosten: ,-/a Investitionskosten: ca. 200,-/kW th

17 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Abgaswärme 3. Zur Beheizung von Entfettungen, Beizen oder zur Brauchwassererwärmung Abgas wird gekühlt und damit wird Brauchwasser erwärmt: Bsp. für typische Wärmerück- gewinnungsanlage: Abgas650°C 165°C kW Brauchwasser 70°C 90°C Investitionskosten ca. 50,- bis 70,-/kW th Wirtschaftlichkeits- abschätzung (einfach): Betrieb:2.500 h/a Heizleistung: 500 kW 1,25 GWh th /a Ersparnis Gaskosten: ,-/a Investitionskosten: ,-/a das ist ok!

18 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Was ist Kraft-Wärme-Kopplung? mittels Wärmekraftmaschine wird mechanische Energie erzeugt und mittels Geneator in Strom umgewandelt Restliche Energie ist Abwärme, die in der Thermoprozess- anlage genutzt wird Primärenergie fossiler Brennstoff mit realen Maschinen werden Wirkungsgrade von ca.15-50% erzielt Carnot: Leitgedanke: Wenn Prozesswärme benötigt wird, soll geprüft werden, ob ein Teil der Primärenergie betriebswirtschaftlich sinnvoll in Strom umgewandelt werden kann

19 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel BHKW Blockheizkraftwerk Prozesswärme 60-70°C Beheizung von z.B Entfettung oder Beize zu bedenken: je höher die Vorlauftemperatur desto kürzer die Wartungsintervalle Thermoprozess- Anlage redundante Beheizung erforderlich, wenn Dauerbetrieb gefordert Investitionskosten ca /kWh thermisch

20 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel Mikrogasturbine Verdichter Bypass Brenn- kammer Turbine Generator Rekuperator Rollenherdofenanlage für Al-Coils max. Glühtemperatur 450°C Abgas mit max. 650°C 1-Wellen-Maschine

21 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung

22 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen Mikrogasturbine zu bedenken: Lebensdauer ca h dann Generalüberholung Investitionskosten > /kWh thermisch nicht auf Beheizung von Thermoprozessanlgen optimiert wenig Hersteller Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung

23 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen es gibt viele technische Möglichkeiten manche Maßnahmen werden betriebswirtschaftlich erst sinnvoll, wenn: Investitionskosten sinken, z.B. weil die notwendigen System durch höhere Stückzahlen günstiger werden oder Energiekosten steigen Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Resumee

24 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen WSP GmbH und ITP GmbH An der Glashütte Aachen Germany


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