TGA Kältetechnik

TGA Ausgabe 09-2013
Referenzprojekt Carrier

KWKK für teilautarke Energieversorgung

Abb. 1 Die Absorptionskältemaschine setzt die thermische BHKW-Leistung in Kälte um, wenn diese nicht für Heizzwecke genutzt werden soll. (Quelle: Carrier )
Abb. 1 Die Absorptionskältemaschine setzt die thermische BHKW-Leistung in Kälte um, wenn diese nicht für Heizzwecke genutzt werden soll.

Die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) ist besonders prädestiniert, wenn ein kontinuierlicher hoher Strombedarf direkt mit einem entsprechenden Kälte­bedarf verbunden ist. Das in einem Metallbearbeitungsunternehmen realisierte KWKK-Vorzeigeprojekt spart 80000 Euro/a an Energiekosten und macht das ­Unternehmen von steigenden Stromkosten unabhängiger.

Der Innovations- und Klimaschutzpreis der deutschen Gaswirtschaft, der von der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE) vergeben wird, ging im November 2012 in der Kategorie „Planung“ an die Projekt-Plan GmbH, Berlin. Prämiert wurde ein Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung(KWKK)-Projekt mit eingebundener Absorptionskältemaschine Abb. 1. „Ausschlaggebend für die Auszeichnung ist, dass die mit dem BHKW erzeugte Wärme zum Antrieb der Absorptionskältemaschine genutzt wird, welche die Kühlung der Maschinen sicherstellt“, heißt es in der Pressemitteilung der ASUE. Das ausgezeichnete Projekt spart rund 80000 Euro/a an Energiekosten und senkt den Berechnungen nach den CO2-Ausstoß um 275 t/a.

Von der Kühlung mit Erdsonden…

Auftraggeber war ein Unternehmen, das als Spezialist ein breites Dienstleistungsspektrum von der Drahterosion über HSC-Fräsen bis zu Lohnvermessungen aller Art in vollklimatisierten Räumen anbietet. Gearbeitet wird mit einem modernen, ständig erweiterten Maschinenpark im 3-Schichtbetrieb. Ein fester Wochenenddienst garantiert den Maschineneinsatz rund um die Uhr. Im letzten Jahr nahm man die Erweiterung des Maschinenparks und den damit steigenden Bedarf an Prozesskühlung zum Anlass, das Energiekonzept auf eine teilautarke Versorgung umzustellen.

Viele der Metallbearbeitungsmaschinen haben eine hohe Wärmeentwicklung und müssen durchgehend gekühlt werden, um die geforderte Präzision der Werkstücke zu erreichen. Zur Kühlung diente bisher ein Erdsondenfeld mit 25 Erdsonden (jeweils 100 m tief). Da deren Leistung jedoch für die geplante Erweiterung des Maschinenparks nicht ausreichte, wurde gleich das gesamte Energiekonzept überdacht: Das neue Konzept sollte nicht nur die Kühlung des gesamten Maschinenparks gewährleisten, sondern auch zur Senkung der Energiekosten beitragen.

…zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Das Konstruktions- und Planungsbüro für ­Anlagentechnik und Energieversorgungskonzepte Projekt-Plan schlug ein KWKK-System vor, um die Abwärme eines Blockheizkraftwerks (BHKW) Abb. 2 mithilfe einer Absorptionskältemaschine zur Kälteerzeugung zu nutzen. So wurde, in enger Zusammenarbeit mit dem BHKW-Spezialisten Abrotec Energietechnik GmbH, Magdeburg, und dem Ingenieur. büro Willmann (Ausführungsplanung), Brandenburg an der Havel, ein Konzept entwickelt und umgesetzt, das ein BHKW von 100 kW elektrischer und 138 kW thermischer Leistung mit einer Absorptionskältemaschine (Carrier, Typ 16LJ2) koppelt.

Die federführende Bauausführung einschließlich der Einbindung der vorhandenen 25 Erdsonden oblag Abrotec Energietechnik. Das Unternehmen ist seit mehr als zehn Jahren auf BHKW-Anlagen spezialisiert und hat seine Kompetenzen in den letzten Jahren auf die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung erweitert. Damit hat der Kunde den Vorteil, von der KWKK-Konzeption und Planung über Finanzierung, Einbindung und Installation sowie die Beantragung von Fördermitteln bis hin zu Wartung und Service nur einen Ansprechpartner für sein Projekt zu haben.

Die Absorptionskältemaschine stellt kostengünstig die Kälteversorgung der Maschinen sicher. Durch die Neukonzeption des Kühlsystems kann das nun weniger beanspruchte Erdsondenfeld auskühlen und bei Bedarf zur Hallenklimatisierung, als Back-up-System bei Ausfall- oder Wartungszeiten des BHKWs bzw. der Kältemaschine und als Kältespeicher genutzt werden. Der mit dem BHKW erzeugte Strom wird direkt im Unternehmen verwendet. Die bei der Stromerzeugung anfallende Abwärme steht für die Kälteerzeugung zur Verfügung. Die Rückkühlung des Absorptionskältekreislaufs erfolgt durch einen Nasskühlturm Abb. 3. Über einen Heizwasserpufferspeicher Abb. 4 können Leistungsspitzen bei der Heizung und Trinkwassererwärmung zur besseren BHKW-Auslastung kompensiert werden.

Die Absorptionskältemaschine

Die eingesetzte Kompakt-Absorptionskältemaschine 16LJ bietet Carrier in drei Größen mit Nennkälteleistungen von 90 bis 176 kW an. Die einstufigen Aggregate sind für Kühlanwendungen gedacht, bei denen Abwärme aus industriellen Prozessen, solare Wärme oder (BHKW-)Abwärme aus der Stromerzeugung zur Verfügung steht. Wie ihre großen Verwandten weisen die „kleinen“ Absorber in punkto Klimaschutz einen mehrfachen Vorteil auf: Sie arbeiten mit Wasser als Kältemittel (kein Ozonabbaupoten­zial), ihr geringer Stromverbrauch verringert die CO2-Emissionen und es können regenerative Wärmepotenziale oder BHKW-Abwärme sinnvoll genutzt werden. In dem ausgezeichneten Projekt erhöht die Kopplung auch die BHKW-Laufzeit und verkürzt die Amortisationszeit der Anlage.

Entgasungssystem mit Palladiumzelle

Die 16LJ-Absorptionskältemaschinen sind mit Hochleistungswärmeübertragern ausgestattet. Kleine Rotationspumpen übernehmen den mechanischen Antrieb. Sie gewährleisten einen leisen und vibrationsarmen Betrieb. Moderne Schutzvorrichtungen sorgen für Sicherheit. Dazu gehört auch ein Entgasungssystem mit Palladiumzelle. Für Absorptionskältemaschinen gibt es derzeit zwei Stoffpaarungen auf dem Markt, Wasser und Lithium-Bromid sowie Wasser und Ammoniak.

Die neuen Carrier-Absorber arbeiten mit Wasser/Lithium-Bromid, dazu erfolgt die Kälteerzeugung im technischen Vakuum. Beim ­Betrieb werden kleine Mengen an Wasserstoff generiert, die das Vakuum herabsetzen würden, wenn man sie nicht aus dem Kreislauf entfernt. Das Entgasungssystem mit Palladiumzelle übernimmt dies automatisch und reduziert damit die Wartungserfordernisse auf ein Minimum. Um Wärmeverluste zu minimieren, sind die Maschinen warm- und kaltwasserseitig isoliert und mit einem Gehäuse versehen. Die Regelung beinhaltet ein Eigendiagnose-System, das die Betriebsbedingungen überwacht und dem Betreiber auch vorausschau­ende Informationen bietet. DR

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Inhaltsübersicht

  1. Teil: KWKK für teilautarke Energieversorgung
  2. Teil: Kontakt zum Anbieter
  • Abb. 2 Die mit dem erdgasbetriebenen Block­heizkraftwerk erzeugte elektrische Energie wird zum Betrieb der Metallbearbeitungsmaschinen verwendet, die thermische Energie wird für den Betrieb von Heizung und Absorptionskälte­maschine zur Kälteerzeugung für die Maschinenkühlung verwendet.
  • Abb. 3 Ein Nasskühlturm stellt Kühlwasser mit niederer Temperatur für die Absorptions­kältemaschine zur Verfügung und sichert so den wirtschaftlichen Betrieb der Anlage.
  • Abb. 4 Über einen Heizwasserpufferspeicher können Leistungsspitzen bei der Heizung und Trinkwassererwärmung zur besseren BHKW-Auslastung kompensiert werden.
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