Druckluft-Wärme-Kraftwerk

Energiekosten druckvoll reduzieren mit dem Druckluft-Wärme-Kraftwerk HWV 20.

Die Möglichkeit durch ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk mit gasmotorischem Antrieb erheblich Energiekosten einzusparen, führt in der Industrie leider noch ein Nischendasein. Dabei ergibt sich hier ein gewaltiges Einsparpotenzial bei gleichzeitiger Schonung unserer natürlichen Ressourcen.

Energiewerkstatt stellte die erste Maschine des Typs HWV 20, ein druckluftproduzierendes BHKW – inzwischen allgemein Druckluft-Wärme-Kraftwerk genannt – bereits im Rahmen der jährlichen Veranstaltung „Tag der offenen Tür 2015“ seinen Besuchern vor.

Auf der HMI 2016 wurde ein Jahr später die Serienmaschine des gleichen Typs ausgestellt.

Mittlerweile trägt der HWV 20 an vielen industriellen Standorten zur Energiekosteneinsparung und Ressourcenschonung bei. Die inzwischen gesammelten Erfahrungen unserer Referenzkunden geben dem Konzept Recht.

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Drucklufterzeugung konventionell

Teuer und ineffizient

Druckluft gilt bislang als eine der teuersten Energieformen. Dies hängt in erster Linie damit zusammen, dass die Druckluft in der Regel mittels elektrischer Energie erzeugt wird, welche vergleichsweise teuer ist.

Ein weiterer Nachteil der Drucklufterzeugung mittels elektrischer Kompressoren ist, dass physikalisch bedingt, ein Großteil der Energie in Wärme umgewandelt wird und nur ca. 10 % der Energie für Druckluft verwendet werden kann.

Die dabei entstehende Wärme wird meistens ungenutzt und damit uneffizient an die Umwelt abgegeben, sprich: es handelt sich um reine Energieverschwendung.

Moderne Kompressorsysteme mit Wärmerückgewinnungsfunkton können die Abwärme immerhin zum Teil nutzbar machen. Dies passiert jedoch nur auf einem geringeren Wärmeniveau, was die Nutzung als industrielle Prozesswärme in den meisten Fällen ausschließt.

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Druckluft + Kraft-Wärme-Kopplung

Eine sinnvolle Kombination

Um die hohen Kosten für die Drucklufterzeugung zu senken, werden in der Industrie oft Blockheizkraftwerke eingesetzt, um mittels eines Verbrennungsmotors durch Kraft-Wärme-Kopplung den Strom für die Kompressoren günstiger und effizienter zu erzeugen.

Diese grundsätzlich gute Idee führt jedoch auch zu Energieverlusten. Zum einen bei der Stromerzeugung durch das BHKW, zum anderen bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Druckluft.

Hinzu kommt, dass für den Strom über den Umweg stromproduzierendes BHKW auch ganz oder teilweise EEG-Umlage fällig wird.

Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelte Energiewerkstatt aus Hannover, als erster renommierter Hersteller von Blockheizkraftwerken, ein Konzept, welches die Nachteile des „Umweges“ über die Stromerzeugung kompensiert.

 

Im Druckluft-Wärme-Kraftwerk HWV 20 treibt ein gasbetriebener Verbrennungsmotor einen Verdichter direkt an. Durch die direkte Kopplung werden die Energieverluste deutlich reduziert und es entsteht ein hocheffizientes Produkt nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).

Der Einspareffekt entsteht im Wesentlichen dadurch, dass kein teurer Strom, sondern vergleichsweise kostengünstiges Gas zur Drucklufterzeugung eingesetzt wird und die entstehende Wärme sinnvoll genutzt werden kann.

Im Mittel liegt bei Industriekunden der Gaspreis bei etwa 3,5 ct/kWh während der Strompreis etwa 16 ct/kWh, also mehr als ein Vierfaches, beträgt. Somit entsteht bei den Betriebskosten ein Einsparpotential von bis zu 60 %, was insgesamt zu 40 % weniger Gesamtkosten für die Drucklufterzeugung führt (unter Berücksichtigung der Investitions- und Wartungskosten). Es ist davon auszugehen, dass dieser Einspareffekt sich in Zukunft noch verstärken wird, da mit Atom- und Kohleausstieg sehr wahrscheinlich mit steigenden Strompreisen zu rechnen ist.

Ein zusätzlicher Vorteil des HWV 20 gegenüber einem Elektrokompressor ist, dass die Wärmauskopplung aus dem Verbrennungsmotor ein deutlich höheres Temperaturniveau ermöglicht. Mit Heizungsvorlauftemperaturen bis zu 95 °C wird der Einsatz auch für die industrielle Prozesswärmeerzeugung interessant, beispielsweise für die Kunststoffformung oder zur Beheizung von galvanischen Bädern.

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Sinnvolle Integration …

…in Druckluftsysteme

Gemäß dem KWK-Prinzip ist auch der HWV 20 am wirtschaftlichsten, wenn eine möglichst hohe Auslastung sichergestellt wird.

Ab einer jährlichen Laufleistung von ca. 5.000 Betriebsstunden ist mit einer Amortisationszeit von deutlich unter 3 Jahren zu rechnen. Bedingung hierfür ist eine entsprechende Grundlast für Wärme und Druckluft.

Ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk ist somit eine Ideallösung für die Grundlasterzeugung, während Spitzenlasten und Redundanzen weiterhin durch konventionelle Kompressoren oder Heizkessel übernommen werden. In den meisten Betrieben können hierzu die bereits vorhandenen Geräte weiterverwendet werden. Der HWV 20 wird zusätzlich installiert (oder ersetzt eine in die Jahre gekommenen Elektrokompressor) und verbessert während des Betriebs die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der gesamten Drucklufterzeugung deutlich.

Positive Erfahrungen aus der Praxis

Als einer der ersten Anbieter auf dem Markt hat Energiewerkstatt gemeinsam mit Vertriebspartner Postberg + Co. aus Kassel bereits einige Kunden von dieser Technik überzeugen können.

Beispielsweise hat ein großer Automobilzulieferer aus Lippstadt ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk nun seit über zwei Jahren in Betrieb und spart damit nachweislich jährlich mindestens 20.000 € bei der Druckluftproduktion ein. Interessant ist das Produkt auch für Wärme- und Druckluftcontracting. Aufgrund der hervorragenden Wirtschaftlichkeit erschließen sich hier neue interessante Geschäftsfelder.

Ein großer Energiehändler aus Kassel setzt das DWKW beispielsweise seit fast drei Jahren als Teil eines Gesamtkonzeptes bei einem großen Verpackungshersteller ein, und erzielt damit eine deutlich bessere Wirtschaftlichkeit als bei einer konventionellen Erzeugerlösung.

Interessant ist die Technik auch für die Kälteerzeugung, sofern diese mit Ab- oder Adsorptionskältemaschinen gekoppelt wird. Auf diese Art betreibt ein Kunde aus der Elektronikbranche erfolgreich ein Druckluft-Wärme-Kraftwerk, um damit die erzeugte Wärme in Kälte umzuwandeln und so die Fertigungsstätten zu kühlen.

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Ökologisch sinnvoll

Nicht nur wirtschaftlich sondern auch ökologisch sinnvoll

Auch wenn es in Zeiten von wachsender Elektromobilität widersprüchlich erscheint, so ist die Lösung mit einem Verbrennungsmotor Druckluft zu erzeugen, auch eine umweltschonende Maßnahme. Ein Elektromotor ist sowohl im PKW als auch als Verdichterantrieb immer nur so umweltfreundlich, wie der Strom erzeugt wird, mit dem er betrieben wird.

Zurzeit enthält der deutsche Strommix noch zu über 40 Prozent Strom aus Kohlekraftwerken. Diese nutzen einen Großteil der eingesetzten Energie nicht effizient und sind somit für hohe CO2– und Schadstoffemissionen verantwortlich. Erdgas hingegen ist ein vergleichsweise sauberer Brennstoff, der kaum Schadstoffe wie z. B. Stickoxide oder Feinstaub produziert.

Weiterhin wird im HWV 20 die bei der Verbrennung entstehende Wärme nahezu vollständig genutzt, während sie in dem meisten stromerzeugenden Kohlenkraftwerken lediglich in Kühltürmen an die Umwelt abgegeben wird. Somit können die CO2-Emissionen für die Drucklufterzeugung durch den Einsatz eines Druckluft-Wärme-Kraftwerks um bis zu 60 % gesenkt werden.

Folglich ist die Technik nicht nur eine kostensenkende, sondern auch eine ökologisch sinnvolle Maßnahme.

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