Tri-Generation statt Co-Generation | YADOS Fachbeitrag Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
Tri-Generation statt Co-Generation - Neues Kopplungskonzept für Wärme, Strom und Zweifach-Kälte. Progressive Energietechnik und intelligente Versorgungskonzepte finden in Industrie und Gewerbe ein breites potentielles Einsatzfeld. Nach umfangreichen Forschungsarbeiten geht in Mittelsachsen nun erstmalig eine weiterentwickelte Hocheffizienzanlage zur parallelen Erzeugung von Wärme, Strom und (Tieftemperatur-) Kälte in Betrieb. Der Verbund von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Technologie (KWKK) und LNG-Kälterecycling zeigt bislang ungenutzte Chancen für eine umweltentlastende und ökonomisch solide Energieproduktion auf. Quelle: heizungsjournal 09-2018 (www.heizungsjournal.de)
Tri-Generation statt Co-Generation - Neues Kopplungskonzept für Wärme, Strom und Zweifach-Kälte.
Progressive Energietechnik und intelligente Versorgungskonzepte finden in Industrie und Gewerbe ein breites potentielles Einsatzfeld. Nach umfangreichen Forschungsarbeiten geht in Mittelsachsen nun erstmalig eine weiterentwickelte Hocheffizienzanlage zur parallelen Erzeugung von Wärme, Strom und (Tieftemperatur-) Kälte in Betrieb. Der Verbund von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Technologie (KWKK) und LNG-Kälterecycling zeigt bislang ungenutzte Chancen für eine umweltentlastende und ökonomisch solide Energieproduktion auf.
Quelle: heizungsjournal 09-2018 (www.heizungsjournal.de)
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Ausgabe 9 – September 2018 / S. 38 -41<br />
<strong>Fachbeitrag</strong> <strong>YADOS</strong> GmbH<br />
heizungsjournal<br />
Fachmagazin für technologieoffene Energiesysteme und Erneuerbare Energien<br />
Abgasmessung<br />
konsequent<br />
smart.<br />
DAS NEUE ABGASMESSGERÄT TESTO 300 MIT SMART-TOUCH-TECHNOLOGIE.
<strong>Kraft</strong>-<strong>Wärme</strong>-<strong>Kopplung</strong><br />
<strong>Tri</strong>-<strong>Generation</strong> <strong>statt</strong> <strong>Co</strong>-<strong>Generation</strong><br />
Neues <strong>Kopplung</strong>skonzept für <strong>Wärme</strong>, Strom und Zweifach-<strong>Kälte</strong><br />
Progressive Energietechnik und intelligente Versorgungskonzepte finden in Industrie und Gewerbe ein breites<br />
potentielles Einsatzfeld. Nach umfangreichen Forschungsarbeiten geht in Mittelsachsen nun erstmalig eine<br />
weiterentwickelte Hocheffizienzanlage zur parallelen Erzeugung von <strong>Wärme</strong>, Strom und (Tieftemperatur-)<strong>Kälte</strong><br />
in Betrieb. Der Verbund von <strong>Kraft</strong>-<strong>Wärme</strong>-<strong>Kälte</strong>-<strong>Kopplung</strong>s-Technologie (KWKK) und LNG-<strong>Kälte</strong>recycling zeigt<br />
bislang ungenutzte Chancen für eine umweltentlastende und ökonomisch solide Energieproduktion auf.<br />
1<br />
Die Niederlassung eines etablierten Tiefkühlkost-Vertriebs im<br />
sächsischen Döbeln zählt damit zu den aktuellen Innovationsstandorten<br />
im Bereich dezentrale Energieversorgung. Das Unternehmen<br />
ist der erste gewerbliche Abnehmer eines neu konzeptionierten<br />
Energieversorgungsystems, das die Effektivität<br />
des <strong>Kraft</strong>-<strong>Wärme</strong>-<strong>Kälte</strong>-<strong>Kopplung</strong>s-Prinzips (KWKK) und das<br />
besondere thermische Potential von Flüssigerdgas (LNG –<br />
Liquefied Natural Gas) in einem hocheffizienten Anlagenbetrieb<br />
zusammenführt.<br />
1 Außenansicht der Energiezentralen<br />
des Tiefkühlkost-Vertriebs<br />
im sächsischen Döbeln. Yados<br />
entwickelte und konfektionierte<br />
zwei identische Anlagen in einer<br />
flexibel erweiterbaren <strong>Co</strong>ntainer-<br />
Ausführung.<br />
38 heizungsjournal 9 2018
<strong>Kraft</strong>-<strong>Wärme</strong>-<strong>Kopplung</strong><br />
Entwickelt wurde das sogenannte „<strong>Tri</strong>generation-<br />
PLUS“-System mit dem Ziel, die künstliche <strong>Kälte</strong>erzeugung<br />
ökologisch wie wirtschaftlich neu auszurichten<br />
und dafür die bis dahin unerschlossene <strong>Kälte</strong>energiequelle<br />
LNG kommerziell nutzbar zu machen. In Zusammenarbeit<br />
mit Experten aus Wissenschaft und Industrie<br />
entwarf der <strong>Kälte</strong>technik-Spezialist Eco ice <strong>Kälte</strong><br />
GmbH das technologische Konzept, das auf Grundlage<br />
speziell gefertigter Systemkomponenten und einer<br />
intelligenten Regelungstechnik von Yados umgesetzt<br />
wurde. Bereits auf dem Prüfstand einer Prototyp-Anlage<br />
in Borna bestätigten sich Leistungsfähigkeit<br />
und Effizienzgrad des zweigliedrigen Technologie-<br />
Verbunds, der einen deutlich optimierten Primärenergieverbrauch<br />
und signifikant gesenkte CO 2 -Emissionswerte<br />
aufwies.<br />
Ob für die Raumklimatisierung, Lager- oder Prozesskühlung:<br />
Die Bereitstellung von <strong>Kälte</strong> zählt zu den teuersten<br />
und zugleich umweltbelastenden energetischen<br />
Verfahren in Industrie, Gewerbe und im Privatsektor.<br />
Vor diesem Hintergrund ist der Einsatz von Flüssigerdgas<br />
zur <strong>Kälte</strong>gewinnung in doppelter Weise effektiv, da<br />
das komprimierte und auf -162 °C abgekühlte LNG bei<br />
seiner Regasifizierung ein extrem hohes <strong>Kälte</strong>potential<br />
ganz nebenbei als thermisches Abfallprodukt freisetzt.<br />
Dieser Prozess erfolgt vollständig ohne Ausstoß von<br />
Kohlendioxid und benötigt keine zusätzliche Antriebsenergie.<br />
Eine Technologie „state of the art“<br />
Anwendungsbereiche, in welchen Erdgas als Primärbrennstoff<br />
genutzt werden kann und wo gleichzeitig<br />
ein Bedarf an <strong>Kälte</strong> vorliegt, bringen besonders günstige<br />
Voraussetzungen für eine LNG-basierte Versorgungslösung<br />
mit. Dabei eröffnen sich dem derzeit<br />
schnell wachsenden LNG-Markt aussichtsreiche Absatzfelder<br />
insbesondere in infrastrukturschwachen<br />
Gebieten mit fehlender Gasnetzanbindung. Speicherung,<br />
Umwandlung und Verteilung von Flüssigerdgas<br />
können hier – wie im Fall des mittelsächsischen<br />
Tiefkühlkost-Vertriebs – mittels einer Satellitenanlage<br />
direkt am Abnahmeort durchgeführt werden. Der dafür<br />
in Döbeln verbaute Außentank besteht aus einem<br />
60 m³ fassenden LNG-Isolierspeicher, in dem das Flüssigerdgas<br />
bei einer Temperatur von -149 °C mit 2,5 bar<br />
Kompressionsdruck lagert und sich im weiteren Verfahren<br />
durch Rückumwandlung in den gasförmigen Aggregatzustand<br />
nutzbar machen lässt. Dieser Vorgang<br />
erfolgt unter Einsatz einer hochentwickelten energietechnischen<br />
Komponente: einem patentierten <strong>Wärme</strong>übertrager<br />
mit Verdampfer, der das tiefkalte LNG durch<br />
<strong>Wärme</strong>zufuhr rückvergast und die dabei freigesetzte<br />
<strong>Kälte</strong> an ein Überträgermedium abgibt. Auf diese Weise<br />
können Temperaturen von -45 °C gezielt in die energetische<br />
Infrastruktur des Standortes eingespeist und<br />
dort an die gewählten Abnahmepunkte, etwa das Tiefkühlhaus,<br />
geleitet werden. Der Prozess des <strong>Kälte</strong>transports<br />
wiederholt sich im Zirkulationsprinzip: Das Übertragerfluid<br />
gelangt über den Rücklauf erneut in den<br />
<strong>Wärme</strong>übertrager, um wiederum <strong>Kälte</strong> aus dem Regasifizierungsprozess<br />
auf zunehmen bzw. <strong>Wärme</strong> abzugeben.<br />
Prozesswärme effektiv nutzen<br />
Anders als in bisher gängigen LNG-Anwendungen erfolgt<br />
die Regasifizierung im „<strong>Tri</strong>generationPLUS“-System<br />
nicht allein mit dem Ziel, <strong>Kraft</strong>stoff für zumeist<br />
konventionelle Verbrennungsverfahren zu gewinnen.<br />
Durch den funktionalen Zusammenschluss mit einer<br />
leistungsoptimierten KWKK-Anlage kann vielmehr<br />
das Effizienzpotential des Primärenergieträgers Erdgas<br />
heizungsjournal 9 2018 39
<strong>Kraft</strong>-<strong>Wärme</strong>-<strong>Kopplung</strong><br />
2<br />
3<br />
2 Die im <strong>Co</strong>ntainer verbauten Energiezentralen<br />
beinhalten jeweils ein BHKW-Modul, eine Absorptionskältemaschine,<br />
eine CO 2 -Verdichter-Kaskade<br />
(Tiefkühlkaskade) sowie die Leit- und Steuerungstechnik<br />
„YADO|LINK“, die zur Überwachung<br />
aller Systemprozesse – von der Erzeugung über die<br />
Verteilung bis zur Abnahme – eingesetzt werden<br />
kann.<br />
3 Hochgesicherte <strong>Kälte</strong>quelle: Der Spezialtank<br />
zur Lagerung von tiefkaltem LNG ist vakuumisoliert<br />
und verfügt über eine Doppelwandausführung.<br />
Auf diese Weise wird einem sogenannten „Boil-off“-<br />
Prozess vorgebeugt, bei dem bereits eine geringe<br />
<strong>Wärme</strong>zufuhr zur Verdampfung und damit zu<br />
einer unerwünschten Regasifizierung innerhalb<br />
des Tanks führt.<br />
maximal ausgeschöpft werden: durch vierfache Nutzung zur<br />
Produktion von <strong>Wärme</strong>, <strong>Kälte</strong> und Strom sowie zur <strong>Kälte</strong>rückgewinnung<br />
aus LNG.<br />
Das duale Energieerzeugungskonzept wird baulich in zwei<br />
zentralen technologischen Einheiten realisiert. Die LNG-<strong>Kälte</strong>recyclinganlage<br />
arbeitet im Verbund mit einer KWKK-Energiezentrale,<br />
die als Redundanzsystem in doppelter nahezu identischer<br />
Ausführung von Eco ice geplant und von Yados gefertigt wurde.<br />
Die funktionale Kernkomponente der Zentrale bildet ein<br />
50-kW el -Blockheizkraftwerk (BHKW), das zur Produktion von<br />
elektrischem Strom regasifiziertes LNG verbrennt und dabei<br />
eine Abwärmeleistung von 81 kW produziert. Diese Prozesswärme<br />
dient in einem weiteren Schritt als Antriebsenergie für<br />
eine Absorptionskältemaschine (AKM), die auf Basis eines Ammoniak-Wasser-<strong>Kälte</strong>mittels<br />
vollständig chemikalienfrei arbeitet.<br />
Mit einem Treibhaus- und Ozonabbaupotential von jeweils<br />
null (sprich: 0 GWP bzw. 0 ODP) stellt das Funktionsprinzip<br />
einer solchen Diffusions-AKM nicht nur eine wirtschaftlich,<br />
sondern auch ökologisch wirksame Alternative zur nach wie<br />
vor dominierenden, kostenintensiven Kompressionstechnik dar.<br />
Der Tiefkühlkost-Vertrieb kann den Einsatz von Kompressionskälte<br />
dadurch auf besondere Bedarfsfälle begrenzen, etwa zur<br />
Spitzlastabdeckung oder zur Ausfallsicherung. Der hierfür benötigte<br />
Strom wird dabei durch das BHKW bereitgestellt. Tem-<br />
40 heizungsjournal 9 2018
4<br />
4 Das vereinfachte Fließschema zeigt den funktionalen Komponentenverbund<br />
im KWKK-plus <strong>Kälte</strong>recycling-System. (Abbildungen: Yados GmbH/Eco ice <strong>Kälte</strong> GmbH)<br />
peraturen, die weit unter -6 °C liegen, generiert die Verbundanlage<br />
durch Zuschaltung einer Tiefkühlkaskade mit einem<br />
speziellen CO 2 -<strong>Kälte</strong>verdichter: Ihr thermischer Output liegt bei<br />
20,4 kW und sichert ein konstantes Frostniveau zwischen -28<br />
und -31 °C.<br />
Der Effizienzgrad des KWKK-Prozesses lässt sich durch Nutzung<br />
eines weiteren thermischen Abfallprodukts – der AKM-<br />
Abwärme – zusätzlich erhöhen. In der Energiezentrale wird die<br />
Außenluft für den BHKW-Betrieb durch diese Abwärme vortemperiert.<br />
Auf diese Weise können insbesondere bei niedrigen<br />
Außentemperaturen im Winter energetisch wertvolle Einsparungen<br />
erzielt werden. Darüber hinaus ist die Abwärme<br />
zwischen 20 und 30 °C sinnvoll für Abtaumaßnahmen oder<br />
auch zur Lagerbeheizung (hier: Trockenlager) einsetzbar.<br />
mie und Hotel gewerbe, Kunststoffindustrie, Chemieunternehmen<br />
und viele weitere sind prädestinierte Einsatzfelder für ein<br />
netzunabhängiges LNG-KWKK-System.<br />
Durch den energetisch neu aufgestellten Betrieb seines Tiefkühlhauses<br />
kann das Döbelner Unternehmen seinen Input von<br />
fossiler Primärenergie drastisch senken und erzielt eine Reduktion<br />
von rund 300 t Kohlendioxid im Jahr. 46 kg eingespartes<br />
CO 2 pro Kubikmeter LNG entfallen dabei allein auf das LNG-<br />
<strong>Kälte</strong>recycling. Mit einer deutlich optimierten Wirtschaftlichkeits-<br />
und Ökobilanz zeigt das gewerbliche Pionierprojekt also<br />
neue Wege in die nachhaltige und kosteneffiziente Energieversorgung<br />
auf – mit der Perspektive, sich in den kommenden Jahren<br />
als ein zentraler technologischer Hebel für den Klimaschutz<br />
zu etablieren.<br />
■<br />
Neue Perspektiven für ein breites Anwendungsfeld<br />
Mit „<strong>Tri</strong>generationPLUS“ verfügt der Tiefkühlkost-Vertriebsstandort<br />
aktuell über eine der fortschrittlichsten Lösungen für die<br />
kombinierte dezentrale <strong>Kälte</strong>erzeugung. Die erfolgreiche Umsetzung<br />
und Inbetriebnahme des Gesamtsystems besitzt eine<br />
Leuchtturmfunktion für Betriebe unterschiedlichster Branchenzugehörigkeit:<br />
Lebensmittelindustrie (Bäckereien, Fleischereien)<br />
und Landwirtschaft (Milchproduktion und -kühlung), Gastrono-<br />
© Heizungs-Journal Verlags-GmbH • Postfach 370 • D-71351 Winnenden • Tel. (0 71 95) 92 84-01 • www.heizungsjournal.de