Dr.-Ing. Thomas Berrenberg Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienz-steigerung von Thermoprozessanlagen Dr.-Ing. Thomas Berrenberg WSP GmbH Aachen, Germany I‘am very pleased to talk about modelling of ReX and its benefit for real-time control of the continuous strip annealing process www.wsp-aachen.de Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienz-steigerung von Thermoprozessanlagen Inhalt Randbedingungen Einfache Maßnahmen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Nutzung der Abgaswärme Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Resumee I‘am going to start the presentation with some comments on the short time annealing process followed by an overview of methods for predictive material modelling After some remarks concerning ReX, I will explain the first model and demonstrate the benefits at some typical examples from production praxis The improved model 2 is optimized to the special ReX-behaviour of Cu during short time annealing Finally a short summary and discussion Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Randbedingungen Der Energiemix – Umweltaspekt und Kosten Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Randbedingungen Der Energiemix – Umweltaspekt und Kosten maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Annahme für alle folgenden Beispiele: Strom: 0,10 €/kWh 0,5 kgCO2/kWh Gas: 0,05 €/kWh 0,2 kgCO2/kWh Gas Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Randbedingungen Die Kapitalwertmethode Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Randbedingungen Die Kapitalwertmethode stellt eine Investition in Anlagentechnik und deren Nutzen ins Verhältnis zu Anlage der gleichen Summe am Kapitalmarkt zu einem bestimmten Zins es gehen ein: Unternehmenssteursatz Annahme in Beispielen: 28 % Kalkulationszins für Geldanlage 6 % Wartungskosten 2 % der Innvestitionsk. / Jahr Energiekostensteigerung 2,5 %/Jahr maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Finanzierung aus Eigenkapital und teilweise oder ganz über Kredit Eigenkapital Annuität siehe auch: Investitionsbewertung bei der Modernisierung von Thermoprozess-anlagen, Gaswärme International Heft 6/2008; P.Klatecki Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Einfache Maßnahmen Wärmeisolierung verbessern Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen Wärmeisolierung verbessern Isolierwandaufbau konventionell Keramik- und Mineralfaser Isolierwandaufbau optimiert + mikroporöse Dämmung Ofenraum 1000°C Umgebung 25°C Ofenraum 1000°C Umgebung 25°C maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Einfache Maßnahmen Wärmeisolierung verbessern Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen Wärmeisolierung verbessern maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Einfache Maßnahmen weitere: Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Einfache Maßnahmen weitere: Verwendung von EFF1 anstelle von EFF2 Motoren Amortisation 1 – 2 Jahre Reduktion von Strömungsverlusten in Hochkonvektions-kühlungen P = Dpt x V ! Wahl der Schutzgasatmosphäre, hoher Wasserstoffgehalt siehe Vortrag “Schutzgasanwendungen in der Ofentechnik” maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Energierekuperation in Feuerungsanlagen Rekuperativbrenner, Regenerativbrenner,…. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Abgas Kühlwasser Halle x MW Heiz-Energie x MW Abwärme = Gut vorher (kalt) Gut nachher (kalt) Thermoprozessanlage “bad news” 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Wärme geht nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur ! maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. “good news” 30% bis 40% lassen sich zur Gutvorwärmung nutzen ! Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Metallbänder Zonentemp.°C: 210 280 350 700 370 300 230 45 maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Bandtemperatur °C: 20 200 600 550 500 430 150 Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Kammerofen mit regenerativer Abkühlwärmenutzung maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Haubenofenanlage maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Energie aus der Gutkühlung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Energie aus der Gutkühlung maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Abgaswärme Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Abgaswärme 1. Zur Strom-Erzeugung mittes ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle) Strom 50 kWel Wirtschaftlichkeits-abschätzung (einfach): Betrieb: 7.000 h/a El.Leistung: 50 kW 350MWhel./a Ersparnis Stromkosten: 35.000,-€/a Investitionskosten: 250.000,-€/a Abgas ca 500°C 300-400 kWth maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Investitionskosten: ca. 5.000,-€/kWel Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Abgaswärme Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Abgaswärme 2. zur Gutkühlung Absorptions-Kältemaschine (AKM) 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: 200.000,-€/a 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. maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Investitionskosten: ca. 200,-€/kWth Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Abgaswärme 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: Abgas 650°C 165°C 500 - 600 kW Brauchwasser 70°C 90°C Investitionskosten ca. 50,- bis 70,-€/kWth Wirtschaftlichkeits-abschätzung (einfach): Betrieb: 2.500 h/a Heizleistung: 500 kW 1,25 GWhth/a Ersparnis Gaskosten: 62.500,-€/a Investitionskosten: 35.000,-€/a maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. das ist ok! Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung 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 mit realen Maschinen werden Wirkungsgrade von ca.15-50% erzielt Carnot: Restliche Energie ist Abwärme, die in der Thermoprozess-anlage genutzt wird Primärenergie fossiler Brennstoff maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Leitgedanke: Wenn Prozesswärme benötigt wird, soll geprüft werden, ob ein Teil der Primärenergie betriebswirtschaftlich sinnvoll in Strom umgewandelt werden kann Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel BHKW Blockheizkraftwerk Prozesswärme 60-70°C zu bedenken: je höher die Vorlauftemperatur desto kürzer die Wartungsintervalle Thermoprozess-Anlage Beheizung von z.B Entfettung oder Beize redundante Beheizung erforderlich, wenn Dauerbetrieb gefordert maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Investitionskosten ca. 500-700 €/kWhthermisch Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Beispiel Mikrogasturbine Rollenherdofenanlage für Al-Coils max. Glühtemperatur 450°C 1-Wellen-Maschine Abgas mit max. 650°C Rekuperator Brenn-kammer Bypass Generator maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Verdichter Turbine Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Mikrogasturbine zu bedenken: Lebensdauer ca. 30.000h dann Generalüberholung Investitionskosten > 1.000 €/kWhthermisch nicht auf Beheizung von Thermoprozessanlgen optimiert maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. wenig Hersteller Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

Resumee es gibt viele technische Möglichkeiten Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen Resumee 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 maybe like those of the oracle of Delphi and some have turned out to be more reliable, for example Jule Vernes predicitons of the travel to the moon. Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen

www.wsp-aachen.de www.itp-aachen.de WSP GmbH und ITP GmbH An der Glashütte 10 52074 Aachen Germany www.wsp-aachen.de www.itp-aachen.de Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen