Transcript Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen

Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Dr.-Ing. Thomas Berrenberg
WSP GmbH
Aachen, Germany
www.wsp-aachen.de
Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen
Möglichkeiten und Grenzen der Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Inhalt
• Randbedingungen
• Einfache Maßnahmen
• Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
• Nutzung der Abgaswärme
• Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung
• Resumee
Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen
Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Randbedingungen
Der Energiemix – Umweltaspekt und Kosten
Annahme für alle folgenden Beispiele:
Strom:
0,10 €/kWh
0,5 kgCO2/kWh
Gas:
0,05 €/kWh
0,2 kgCO2/kWh Gas
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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:
Annahme in Beispielen:
• Unternehmenssteursatz
28 %
• Kalkulationszins für Geldanlage
• Wartungskosten
6%
2 % der Innvestitionsk. / Jahr
• Energiekostensteigerung
2,5 %/Jahr
• Finanzierung aus Eigenkapital
und teilweise oder ganz über
Kredit
Eigenkapital
siehe auch:
Annuität
Investitionsbewertung bei der Modernisierung von ThermoprozessReferent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg,
WSP GmbH Aachen
anlagen,
Gaswärme International Heft 6/2008; P.Klatecki
Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Einfache Maßnahmen
Wärmeisolierung verbessern
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Umgebung 25°C
Isolierwandaufbau optimiert
+ mikroporöse Dämmung
Ofenraum 1000°C
Umgebung 25°C
Ofenraum 1000°C
Isolierwandaufbau konventionell
Keramik- und Mineralfaser
Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Einfache Maßnahmen
Wärmeisolierung verbessern
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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”
• Energierekuperation in Feuerungsanlagen
Rekuperativbrenner, Regenerativbrenner,….
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
x MW
Heiz-Energie
Gut
vorher
(kalt)
=
 Abgas
x MW
 Kühlwasser
Abwärme  Halle
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 !
“good news”
30% bis 40% lassen sich zur Gutvorwärmung nutzen !
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Metallbänder
Zonentemp.°C: 210 280 350
Bandtemperatur °C:
20
Referent: Dr.-Ing. Thomas Berrenberg, WSP GmbH Aachen
700
200
370
600
300 230
550 500 430
45
150
Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
Kammerofen mit regenerativer Abkühlwärmenutzung
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
Haubenofenanlage
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Energie aus der Gutkühlung
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Abgaswärme
1. Zur Strom-Erzeugung mittes ORC-Prozess
(Organic Rankine Cycle)
Strom
50 kWel
Wirtschaftlichkeitsabschätzung (einfach):
Abgas
Betrieb:
7.000 h/a
El.Leistung:
50 kW
350MWhel./a
ca 500°C
300-400 kWth
Investitionskosten:
ca. 5.000,-€/kWel
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Ersparnis Stromkosten:
35.000,-€/a
Investitionskosten:
250.000,-€/a
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Nutzung der Abgaswärme
Wirtschaftlichkeitsabschätzung
2. zur Gutkühlung
Absorptions-Kältemaschine (AKM) (einfach):
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.
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
Investitionskosten:
ca. 200,-€/kWth
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Betrieb:
Ersparnis Stromk.:
Investitionskosten:
5.000 h/a
75.000,-€/a
200.000,-€/a
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 Wärmerückgewinnungsanlage:
Abgas
650°C
Wirtschaftlichkeitsabschätzung (einfach):
165°C
Betrieb:
2.500 h/a
Heizleistung: 500 kW
500 - 600 kW
Brauchwasser
70°C
90°C
Investitionskosten ca. 50,- bis 70,-€/kWth
1,25 GWhth/a
Ersparnis Gaskosten:
62.500,-€/a
Investitionskosten:
35.000,-€/a
das ist ok!
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung
Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?
mit realen Maschinen
werden Wirkungsgrade
von ca.15-50% erzielt
Carnot:
Primärenergie fossiler
Brennstoff
mittels Wärmekraftmaschine
wird mechanische Energie
erzeugt und mittels Geneator
in Strom umgewandelt
Restliche Energie
ist Abwärme, die in
der Thermoprozessanlage genutzt wird
Leitgedanke:
Wenn Prozesswärme benötigt wird, soll geprüft werden, ob ein Teil der
Primärenergie betriebswirtschaftlich sinnvoll in Strom umgewandelt
werden kann
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Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung
Beispiel BHKW Blockheizkraftwerk
Prozesswärme
60-70°C
ThermoprozessAnlage
Beheizung
von z.B
Entfettung
oder Beize
zu bedenken:
• je höher die
Vorlauftemperatur
desto kürzer die
Wartungsintervalle
• redundante Beheizung
erforderlich, wenn
Dauerbetrieb gefordert
• Investitionskosten
ca. 500-700 €/kWhthermisch
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Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung
Beispiel Mikrogasturbine
Rollenherdofenanlage für Al-Coils
1-Wellen-Maschine
max. Glühtemperatur 450°C
Abgas mit max. 650°C
Rekuperator
Brennkammer
Bypass
Generator
Verdichter
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Turbine
Energieeffizienzsteigerung von Thermoprozessanlagen
Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung
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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
• wenig Hersteller
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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
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WSP GmbH
und
ITP GmbH
An der Glashütte 10
52074 Aachen
Germany
www.wsp-aachen.de
www.itp-aachen.de
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