Kombinierte Energieversorgung

Senkung der Betriebskosten speziell für die Industrie

In den vergangenen Jahren hat sich die kombinierte Energieversorgung aus Strom, Wärme und Kälte besonders in produzierenden Unternehmen als hoher ökonomischer Erfolgsfaktor bewiesen. Für diese Art der Kombination gibt es die kostensparende Adsorptionskältetechnik, mit der Anwendern ein ressourcenschonendes Energiepaket zur Verfügung gestellt werden kann.

Die InvenSor GmbH ist seit 2006 auf dem Kältemarkt mit der Entwicklung und Herstellung von Adsorptionskältemaschinen (AdKMs) tätig. An den Standorten Lutherstadt Wittenberg und Berlin werden die Anlagen für einen Leistungsbereich bis 300 kW gefertigt. Sie sind in vielen verschiedenen Bereichen der Industrie einsetzbar wie z.B. in der Kunststoffherstellung und -verarbeitung zur Kühlung der Werkzeuge, in der Oberflächenveredelung zur Kühlung der Galvanikbäder sowie in der spanenden Metallverarbeitung zur Kühlung der Materialien.

Anbieter kompakter Energiesysteme

In den vergangenen zehn Jahren hat sich das Unternehmen vom reinen Kälteanlagenhersteller zum Gesamt-Lösungsanbieter entwickelt und realisiert mittlerweile schlüsselfertige Gesamtlösungen im Kältebereich. Die Produktpalette erstreckt sich von Kältesystemen, über Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs(KWKK)-Systeme bis hin zu Containerlösungen.

Es gibt aktuell drei Anlagentypen, welche speziell für niedrige Antriebstemperaturen sehr gut geeignet sind. Dazu gehören die „LTC 10 e plus“ für einen Kältebereich bis 30 kW, die „LTC 30 e plus“ für bis zu 90 kW Leistung sowie die „LTC 90 e plus“ mit bis zu 300 kW Kälteleistung (Bild 1). Letztere ist seit 2016 auf dem Markt und wurde extra für den Industriesektor zur Abdeckung eines größeren Leistungsbereichs mit möglichst hoher Effizienz entwickelt. Diese Kältemaschine erreicht ein Energy Efficiency Ratio (EER) von 33. Der EER steht für das Verhältnis von nutzbarer Kälteleistung zur eingesetzten elektrischen Energie und somit für die eigentliche Kerngröße der stromsparenden thermisch angetriebenen Kühlung.

Die verschiedenen Kälteeinheiten lassen sich einfach parallel schalten und sind bei Anlieferung sofort funktionsfähig. Sie besitzen eine Hydraulikeinheit mit Hocheffizienzpumpen, um so alle Wasserkreisläufe für Antrieb, Kälteverteilung und Rückkühlung direkt anzuschließen. Bei Bedarf sind die AdKMs auch mit einer Freikühlfunktion ausgestattet, welche eine zusätzliche Energieeinsparung bewirkt. Bereits bei Außentemperaturen ab 15 °C kann direkt über die Außenluft gekühlt werden. Die bis dahin genutzte Abwärme zur Kühlung kann in diesem Zeitraum als Heizung im Unternehmen genutzt werden.

Für Firmen mit Platzmangel fertigt InvenSor schlüsselfertige Containerlösungen an. Ein großer Vorteil ist, dass der Container außerhalb des Gebäudes aufgestellt und demzufolge keine kostbare Produktionsfläche eingebüßt wird. Des Weiteren kann der Container samt Energiesystem bei Bedarf flexibel an einen anderen Standort platziert werden.

 

Wärme für Kälteerzeugung

Adsorptionskältemaschinen arbeiten nach dem Adsorptionsprozess. Als Antriebsquelle verwenden die Anlagen die überschüssige Abwärme, wie etwa von Blockheizkraftwerken (BHKWs) oder industriellen Prozessen mit Antriebstemperaturen zwischen 60 °C und 99 °C. Zur Kältebereitstellung wird in einem zyklischen Prozess das Kältemittel Wasser (R718) verdampft und am Adsorptionsmaterial adsorbiert. Zur Regeneration (Desorption) wird unter Wärmezufuhr das Kältemittel desorbiert und anschließend kondensiert. Adsorber und Kondensator werden an die Umgebung rückgekühlt (Bild 2).

Aus Sicht der Kälteanwendungen verhält sich die Maschine wie ein Kaltwassersatz. Die Kaltwassertemperaturen liegen je nach Spezifikation zwischen 8 °C und 18 °C. Im Inneren des Kälteerzeugers sind keine aktiv bewegten Komponenten erforderlich. Er muss nicht für Inspektions- oder Wartungszwecke geöffnet werden und wird daher bleibend dicht verschweißt.

Als Adsorptionsmaterial verwenden die AdKMs Silikagel, bei dem es sich um ein farbloses, amorphes Siliziumoxid (SiO2) handelt. Es ist ungiftig und umweltverträglich, ähnlich wie Glas oder Gestein. Mit einer sehr hohen inneren Oberfläche von bis zu 800 m²/g eignet es sich optimal für den Sorptionsprozess. Strom wird zur Kälteerzeugung nicht benötigt, wodurch die Anlagen einen massiven Beitrag bei der Einsparung von Primärenergie und CO2-Emissionen leisten. Hinzu kommt, dass durch die Reduzierung des Stromverbrauchs die jährlichen Energiekosten um bis zu 70 % verringert werden und folglich für eine Senkung der Betriebskosten sorgen.

F-Gase-Verordnung umgehen

Seit 01. Januar 2015 gilt die neue Verordnung (EU) Nr. 517/2014 über fluorierte Treibhausgase (F-Gase), auch bekannt als F-Gase-Verordnung. Im Phase-Down-Prinzip wird schrittweise die Verkaufsmenge teilhalogenierter Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) innerhalb der EU begrenzt. Betreiber müssen sich nun überlegen, wie sie in Zukunft weiterhin ihren Betrieb mit der benötigten Kühlung versorgen und welchen Einfluss steigende Kältemittelpreise auf die Betriebskosten haben.

Eine umweltschonende und kostengünstige Alternative ist es, Wasser als Kältemittel einzusetzen. Es ist natürlich und unbegrenzt verfügbar sowie nicht brennbar und verfügt zudem über ein CO2-Äquivalent von 0, wodurch die F-Gase-Verordnung voll erfüllt wird.

Die Adsorptionskältemaschinen von InvenSor arbeiten ausschließlich mit dem Kältemittel Wasser und können auch nach 2021 sicher und kostengünstig betrieben werden. Die AdKMs erfüllen somit alle systemrelevanten Sicherheitsregelungen in Bezug auf Wartung und Betrieb und entsprechen den Anforderungen der EU-Klimaziele. Schon 52 Liter Wasser reichen für die volle Kälteleistung aus. Dieses wird nicht verbraucht, sondern verbleibt im hermetisch dichten Vakuumbehälter für über 20 Jahre.

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Ein Blockheizkraftwerk, auch bekannt als KWK-Anlage, eignet sich hervorragend als Antriebsquelle für AdKMs. Die überschüssige Abwärme vom BHKW erzeugt die gewünschte Kühlung durch die Adsorptionskältemaschinen. Eine solche Kombination wird als Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs (KWKK)-System bezeichnet. Durch die Wärmenutzung zur Kältebereitung erhöht sich zum einen die Laufzeit des BHKW und zum anderen amortisieren sich die Kälteanlagen dank dieser Energiekopplung nach nur drei bis fünf Jahren im Vergleich zu herkömmlichen Kälteanlagen. In Verbindung mit einer Freikühlfunktion der AdKMs kann dazu das BHKW in den kalten Monaten als Gebäudeheizung eingesetzt werden. Betreibern ist es auf diese Weise möglich, ihren Energieverbrauch selbst zu steuern und simultan Strom, Wärme und Kälte für das gesamte Jahr zur Verfügung zu haben (Bild 3).

InvenSor bietet komplette Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs(KWKK)-Systeme an. Das bedeutet: Neben dem geeigneten Kältesystem kann auch das BHKW mitgeliefert und installiert werden. Derzeit befinden sich über 400 AdKMs von Invensor weltweit in Betrieb, wovon 70 % als KWKK-System im Einsatz sind.

Seit 2016 profitiert u.a. auch die Busch-Jaeger Elektro GmbH am Produktions­standort Bad Berleburg von einem KWKK-System und spart seither jährlich insgesamt 25 % an Energiekosten ein. Als Hersteller von Elek­troinstallationstechnik mit über 130 Jahren Marktbestehen und Teil der ABB-Gruppe achtet das Unternehmen genauestens auf den eigenen ökologischen Fußabdruck. Aus diesem Grund hat es sich erstmalig für sieben AdKMs mit einer Gesamtleistung von 174 kW Kälte entschieden. Die Anlagen wurden mitsamt Container geliefert und kühlen die rund 100 Spritzgussanlagen. Das bereits vorhandene BHKW versorgt die Kälteanlagen mit der benötigten Abwärme. So erreicht Busch-Jaeger CO2-Einsparungen von 381 t/a und sorgt so für eine langfristige nachhaltige Produktion, denn die AdKMs haben eine Nutzungsdauer von ca. 20 Jahren.

Förderfähig durch das BAfA

Adsorptionskälteanlagen sind für gewerbliche Unternehmen förderfähig, wodurch die Investitionskosten reduziert werden können. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAfA) stellt aktuell zur Anschaffung von Sorptionskälteanlagen zwei Förderprogramme zur Verfügung, in denen Zuschüsse bis max. 25 % der Investitionskosten bewilligt werden. Dabei ist die Fördersumme abhängig von der benötigten Kälteleistung. Infrage kommen dafür Leistungen zwischen 5 und 600 kW Kälte. Die InvenSor-Kältesysteme erfüllen all diese Vorgaben und können für eine Förderung vollständig berücksichtigt werden.

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