Wärmepumpen, die industrielle Abwärme durch die Verwendung erneuerbaren Stroms rückgewinnen, stellen einen elementaren technischen Hebel zur Dekarbonisierung des industriellen Wärmesektors dar. Ungünstige
Strom-zu-Gaspreis-Verhältnisse, unzureichende Planungsinstrumente und mangelndes Bewusstsein für sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten bei Ingenieuren und Entscheidungsträgern in Beratung, Planung, Politik und Unternehmen hemmen gegenwärtig die stärkere Marktdurchdringung. In dieser Arbeit sensibilisiert ein intuitiv bedienbares, zweidimensionales Bewertungsnomogramm für die wirtschaftliche und ökologische Vorteilhaftigkeit von marktverfügbaren Wärmepumpen gegenüber herkömmlichen Gaskesseln. Die innovative ’Heat-Pump-Bridge-Analysis’ berücksichtigt
prozessspezifische Restriktionen und gleicht zur Identifikation des technisch-ökonomischen Potenzials Prozessanforderungen mit der Effizienz und den Einsatzgrenzen marktverfügbarer Wärmepumpen ab.
Zur statistischen Quantifizierung von Auslegungsgrößen hinsichtlich Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit werden erstmals probabilistische Zeitreihen erzeugt und ausgewertet. Ein neuartiges, viergliedriges Nomogramm versetzt Entscheidungsträger in die Lage flexibel unternehmensspezifisch variierende Rahmenbedingungen bei der bidirektionalen
Bewertung dieses Potenzials einzubeziehen. Durch steigende CO2-Preise und sinkende Emissionsfaktoren im Rahmen
der Energiewende ist ein Anstieg des wirtschaftlich-kritischen Temperaturhubs von gegenwärtig 32 K auf über 60 K in 2050 zu erwarten.
Aktualisiert: 2021-07-15
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Die Trocknung von Molkereiprodukten gehört zu den energieintensivsten Prozessen der Nahrungs- und Getränkemittelindustrie. Eine Möglichkeit zur Reduktion von energiebedingten Emissionen bietet die Substitution der Beheizung mit Dampf durch Abwärme, Wärmepumpe und der Kraft-Wärme-Kopplung. Die hierzu notwendige Umstellung von Dampf auf eine Versorgungsstruktur mit Niedertemperaturwärme – unterhalb von 100 °C – benötigt die passenden Abnehmer.
Diese Arbeit untersucht mit Hilfe der Pinch-Methodik und Simulationsmodellen den Produktionsprozess von Molkenpulver auf dessen Eignung zur Nutzung von Niedertemperaturwärme. Die technischen Lösungen zur Einbindung und Rückgewinnung von Niedertemperaturwärme sowie der prozessinternen Wärmerückgewinnung werden zunächst für jeden Prozess einzeln aufgezeigt. Im Anschluss folgt die Betrachtung des gesamten Produktionsprozesses unter Einbeziehung verschiedener Konzepte zur Optimierung der Wärmerückgewinnung und der Wärmeversorgung. Die Szenarioanalyse zeigt die Auswirkungen der verschiedenen Konzepte auf den Energiebedarf, die Treibhausgasemissionen und die Wirtschaftlichkeit.
Aktualisiert: 2021-10-19
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Bei der Herstellung von Milchprodukten entfällt circa 75 Prozent des Endenergiebedarfs auf die Prozesswärmebereitstellung. Diese wird in vielen Fällen mittels getrennter Erzeugung durch einen hohen Anteil an Erdgas und einem kleinen Anteil an Strom bereitgestellt. Bei der Verbrennung von Erdgas in Kesseln wie auch bei der Kühlung mittels Kompressionskältemaschinen entstehen hohe Energieverluste an die Umgebung. Anhand des Zwiebelschalenmodells, der Pinch Analyse und der dynamischen Simulationsberechnung zeigt die vorliegende Arbeit, wie der Prozessenergiebedarf und die innerbetriebliche Energieversorgung zu optimieren sind. Durch das Konzept der Wärme-Kälte-Kopplung mittels Wärmepumpe kann der Endenergiebedarf maßgeblich gesenkt und der Endenergiemix von Erdgas zu Strom verschoben werden. Dies verbessert die Integrationsmöglichkeiten von erneuerbaren Energien, erhöht die Energieeffizienz und reduziert die Energiekosten sowie die Treibhausgasemissionen nachhaltig.
Aktualisiert: 2020-06-05
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