In unzähligen Produktionsprozessen besteht ein enormer Bedarf an Wärmeenergie: Im Jahr 2010 wurden laut Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie 1666 Petajoule Prozesswärme in der deutschen Industrie verbraucht. Dabei ist es gang und gäbe, sich der Energie nach dem Gebrauch zu entledigen. In vielen Fällen wird sogar für die Beseitigung von Energie Aufwand in Kauf genommen. So wird zum Beispiel beim Betrieb von Kühltürmen, Rückkühlern und Kühlmaschinen elektrische Energie aufgewendet, um thermische Energie zu entsorgen. Bei der Anschaffung von Werkzeugen, Geräten und Anlagen würde niemand auf die Idee kommen, sie bereits nach einmaligem Gebrauch wegzuwerfen. Diese Selbstverständlichkeit muss künftig auch im Umgang mit Energie Anwendung finden.
Der verschwenderische Umgang mit thermischer Energie liegt zum einen an den niedrigen Energiepreisen der Vergangenheit, zum anderen an der Erkenntnis, dass Wärme nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen kann (Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik).
Genau hier setzt diemit mehreren Innovationspreisen ausgezeichneteSimacovery-Technologie an. Wärmetauschersysteme, die eine möglichst große Wärmetauscherfläche und auf das jeweilige Arbeitsmedium angepasste Prägungen verwenden, übertragen die Abwärme auf ein spezielles Arbeitsmedium. Es wechselt seinen Aggregatszustand in diesem Prozess von der flüssigen zur gasförmigen Phase, wodurch es große Wärmemengen als Verdunstungsenthalpie aufnehmen kann.
Der entscheidende Schritt, um die Wärme wieder nutzbar zu machen, ist das Verdichten des Arbeitsmediums, das die Temperatur anhebt. Ein weiteres Wärmetauschersystem verflüssigt das Arbeitsmedium wieder. Die dabei freiwerdende Verflüssigungsenthalpie wird dem Produktionsprozess - auf einem höheren Temperaturniveau - in Form von Nutzwärme zurückgegeben. Das verflüssigte Arbeitsmedium steht dem Energiekreislauf erneut zur Verfügung. Dieser Prozess lässt sich kontinuierlich und beliebig oft wiederholen.
Sinnvoll nutzbare Wärmequellen sind Abwärmeströme bei einer Temperatur von 5 bis 50 °C. Je nach Wärmequelle kann Nutzwärme auf einem Temperaturniveau zwischen 50 und 108°C generiert werden. Um einen optimalen Wirkungsgrad sicherzustellen, stehen derzeit vier unterschiedliche Arbeitsmedien für maximale Vorlauftemperaturen von 78 °C, 88 °C, 93 °C und 108 °C zur Verfügung. Mit dieser Technologie lassen sich Wärmeströme von 10 kW bis zu mehreren Megawatt rückgewinnen.
Nutzbare Wärme aus der Ladeluftkühlung
Jede zusätzliche produzierte oder verkaufte Kilowattstunde an Wärme sowie elektrischer Energie verbessert den wirtschaftlichen Nutzen eines Blockheizkraftwerks. Bei vielen BHKWs lässt sich der Verbrennungsprozess im Motor mittels einer Ladeluftkühlung deutlich optimieren. Die zusätzliche Leistung wird im Generator in zusätzliche elektrische Energie umgewandelt.
Um die Ladeluft zu kühlen, wird in der Regel ein Rückkühler eingesetzt, dessen Leistung von der Außentemperatur abhängt. Dieser „vernichtet“ die Wärme, in dem er sie an die Umwelt ungenutzt abgibt. Dabei verbrauchen die Ventilatoren sowie die Ladepumpen im Glykolkreislauf zusätzlich elektrische Energie. Das Temperaturniveau des Kühlkreises bewegt sich je nach System zwischen 38 °C und 45 °C. Für eine unmittelbare Nutzung dieser Wärmemenge ist dieses Niveau in den meisten Fällen zu gering. Genau hier setzt die beschriebene Technologie an, indem sie die zuvor abgeführte Wärmemenge aufnimmt und auf ein nutzbares Niveau hebt. Dabei können Temperaturen von bis zu 108 °C erreicht werden. Kann die Energie vollständig genutzt werden, weil der Wärmebedarf ganzjährig größer ist als die wiedergewonnene Abwärmemenge, so entfällt der Rückkühler komplett.
BHKW-Abgase als Wärmequelle
Auch beim BHKW-Abgas lassen sich Wärmemengen nutzbar machen, die aufgrund des Temperaturniveaus zuvor nur teilweise oder gar nicht ausgeschöpft werden konnten. Aufgrund des Arbeitsniveaus von Simacovery wird zudem die Kondensationswärme des im Abgas befindlichen Wasserdampfes in großem Umfang genutzt.
Um die nutzbar gemachte Wärmemenge umfassend und vielseitig einzusetzen, bietet sich das Einspeisen in das Wärmeversorgungsnetz an. Auf diese Weise wird die Wärme bedarfsorientiert und zielgerichtet verwendet. Der Gesamtenergieaufwand und somit die Energiekosten sind niedriger; der spezifische CO 2-Ausstoß reduziert sich gleichermaßen.
Standardanlagen und angepasste Anlagen
Aufgrund der breiten Einsatzmöglichkeiten der Systeme sind diese in unterschiedlichen Leistungsstufen verfügbar. Standardanlagen decken den Leistungsbereich zwischen 10 und 500 kW ab. Bei größeren Leistungen wird die Anlage an den Bedarfsfall angepasst und somit der wirtschaftliche Nutzen maximiert. Bei den Anlagen mit mehreren Megawatt kommt ein modifiziertes Wärmetauscherkonzept zum Einsatz, um höchste Wirkungsgrade sicherzustellen. Eine integrierte Leistungsregelung reagiert auf schwankende Lasten. Eine SPS mit Touchpanel und Prozessvisualisierung dient der Steuerung, Protokollierung und Überwachung von Zuständen. Die Bedienung der Steuerung ist an Smartphones angelehnt. Durch das Zusammenschalten von Anlagen und die Verbindung der Steuerung lässt sich ein Master-Slave-Betrieb realisieren. Dieser Betriebsmodus lastet die einzelnen Anlagen annähernd gleich aus und realisiert einen redundanten Betrieb. Die Möglichkeit der Fernwartung erhöht die Anlagenverfügbarkeit zusätzlich. Schon bei der Entwicklung des Systems wurde darauf geachtet, dass die Anlagen auch bei Dauereinsatz von jährlich über 8700 Betriebsstunden mit geringem Wartungsaufwand zuverlässig arbeiten.
Typische Amortisationszeiten
Der Einsatz der Technologie spart sowohl Energie als auch Kosten. Je nach Anwendungsfall sind Amortisationszeiten von unter zwei Jahren keine Seltenheit, außer wenn die Anlage nicht ausschließlich zum Gebäudeheizen genutzt wird. In diesem Fall würden nur etwa 2000 Betriebsstunden auflaufen. Wird die Anlage jedoch zur Erzeugung von Prozesswärme genutzt und arbeitet etwa 6000 Betriebsstunden pro Jahr, so reduziert sich die Amortisationszeit von zum Beispiel vier auf 1,3Jahre. Bei mehr als 8000 Betriebsstunden jährlich sind Amortisationszeiten von unter einem Jahr realistisch.
Mit Hilfe eines Berechnungsprogramms lässt sich eine Amortisationsvorschau im Hinblick auf exakte anwendungsbedingte Betriebspunkte anfertigen.
