Steigende Energiepreise, anspruchsvolle CO2-Ziele und nicht zuletzt die öffentliche Wahrnehmung des Unternehmens bewegen viele Betriebe dazu, sich dem Thema Energie verstärkt zu widmen. Die effiziente Nutzung anfallender Abwärme ist dabei ein wichtiger Ansatzpunkt. Zwar wird Abwärme bereits heute in vielen Betrieben verwendet, die vorhandenen Potenziale werden dabei aber meist nicht ausgeschöpft. Das Steinbeis-Transferzentrum Angewandte Thermodynamik, Energie- und Verbrennungstechnik (ATEV) berät Kunden bei der optimierten Abwärmenutzung.
Thermische Energie lässt sich auf verschiedene Weise speichern. In „sensiblen“ Speichern wird das Speichermaterial, wie Wasser oder Feststoffe, aufgeheizt. In thermochemischen Speichern dagegen wird hochporöses Speichermaterial bei der Beladung getrocknet. Beide Verfahren sind jedoch für mobile Anwendungen, also den Transport eines Speicherbehälters zum Wärmeabnehmer, nicht sonderlich geeignet. Hier sind Latentwärmespeicher von Vorteil. Bei ihnen wird der größte Teil der in der Abwärme enthaltenen thermischen Energie bei konstanter Temperatur gespeichert, in dem sich festes Material verflüssigt. Bei der Entladung gibt es die Wärme ab, in dem es sich wieder verfestigt. Abgestimmt auf das Temperaturniveau der Abwärmequelle lassen sich verschiedene Speichermaterialien wie Paraffine, Salze, Salzhydrate oder Fettsäuren einsetzen.
Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit der meisten eingesetzten Materialien relativ gering. Um Wärmeleistungen möglichst effizient und kostengünstig realisieren zu können, ist eine systemangepasste Gestaltung der Wärmeübertragung beim Be- und Entladen eines Latentwärmespeichers entscheidend. Die Auslegung auf den konkreten Fall steigert die Wirtschaftlichkeit dieser Art des Wärmetransports auch in Konkurrenz zu Nah- oder Fernwärmenetzen. Sie hängt nicht nur vom räumlichen Abstand zwischen dem Wärmeanbieter und -abnehmer sondern auch von der Geschwindigkeit der Be- und Entladung ab. Das Bayreuther Steinbeis-Transferzentrum ATEV berät Interessenten bei der wirtschaftlichen Analyse dieses Konzepts, führt Wärmeanbieter und Wärmeabnehmer zusammen und entwickelt technisch verbesserte Speicherverfahren.
Sind in akzeptabler Entfernung zum Ort der Abwärmequelle keine geeigneten Abnehmer vorhanden, bietet sich eine Stromerzeugung mit Hilfe des Organic Rankine Cycle (ORC) an. Der so erzeugte Strom kann für den Eigenverbrauch verwendet oder in das Versorgungsnetz eingespeist werden. Im Grundsatz gleicht der ORC-Prozess dem klassischen Rankine-Prozess, mit dem heutige Dampfkraftwerke arbeiten. Diese lassen sich jedoch nicht sinnvoll herunterskalieren, um aus Abwärme bei niedrigerer Temperatur und kleineren Mengen effizient Strom zu erzeugen. An Stelle von Wasser werden hierfür wesentlich besser organische Substanzen eingesetzt. Bereits die Auswahl eines passenden Fluids bietet schon Optimierungspotenzial. Die Steinbeis-Experten suchen aus mehr als 1000 Stoffen den bestgeeigneten heraus. Nicht nur die erzielbare Stromausbeute sondern auch Eigenschaften wie etwa Giftigkeit, Entflammbarkeit oder chemische Stabilität sind für einen sicheren und wartungsarmen Betrieb von Bedeutung. Außerdem steigert der Einsatz von Stoffgemischen den Wirkungsgrad, verschiedene Varianten an Anlagenverschaltungen eröffnen weitere Verbesserungsmöglichkeiten.
Sowohl mobile Latentwärmespeicher wie auch die Stromerzeugung mittels ORC-Anlagen tragen zur Erhöhung der Energieeffizienz bei. Optimierte Konzepte sind dabei nicht „von der Stange“ zu haben; sie müssen vielmehr auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten werden. Die Bayreuther Steinbeis-Mitarbeiter sind dabei kompetente Ansprechpartner.
Professor Dr.-Ing. Dieter Brüggemann
Steinbeis-Transferzentrum Angewandte Thermodynamik, Energie- und Verbrennungstechnik (ATEV)
(Bayreuth)
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