Konzept und Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung in einem Testzentrum

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Persönliche Motivation und Kontext der Arbeit

2 Bestandsaufnahme

2.1 Beschreibung der Anlagen und Charakterisierung der Enthalpieströme

2.1.1 Versuchsstände

2.1.2 Rückkühlsystem (RKS)

2.1.3 Heizungssystem

2.1.4 Luftkonditioniermodul (LKM)

2.1.5 Vorgesehene Erweiterungen der Anlagen

2.2 Externe Wärmenutzung

2.2.1 Einspeisung in ein Nah- oder Fernwärmenetz

2.2.2 Mobile Wärmenutzung

2.2.3 Zusammenfassung zur externen Wärmenutzung

2.3 Passfähigkeit von Wärmequellen und -senken zueinander

2.3.1 Vergleich von Wärmemengen und Temperaturniveaus

2.3.2 Zeitliche Übereinstimmung von Wärmeangebot und -nachfrage

2.4 Bebaubare Flächen

3 Stand der Technik - Technologien der Abwärmenutzung

3.1 Verbrennungsluftvorwärmung

3.2 Wärmeversorgung betriebseigener Gebäude

3.2.1 Wärmeträgermedien

3.2.2 Wärmeübertrager (WÜ)

3.2.3 Wärmepumpen

3.2.4 Wärmespeicher

3.3 Kälteversorgung

3.3.1 Absorptionskältemaschinen (AKM)

3.3.2 Adsorptionskältemaschinen

3.3.3 Weitere Komponenten für Konzepte der Kälteversorgung

3.4 Bereitstellung von Elektroenergie

3.4.1 Der Dampfturbinen-Prozess

3.4.2 Der Organic Rankine Cycle (ORC)-Prozess

3.5 Weitere Erfahrungen durch Best Practices

4 Konzeptionierung

4.1 Konzeptbausteine (KB)

4.2 Ausgewählte Konzepte

4.2.1 Basiskonzept (KB1)

4.2.2 Heiz-Kühl-Konzept (KB1 + KB2)

4.2.3 Erweitertes Heizkonzept (KB1 + KB3)

4.2.4 Maximalkonzept (KB1 + KB2 + KB3)

4.2.5 Basiskonzept PlusA und PlusK

5 Energiewirtschaftliche Bewertung

5.1 Grobdimensionierung und energetische Bewertung

5.1.1 Basiskonzept

5.1.2 Heiz-Kühl-Konzept

5.1.3 Erweitertes Heizkonzept und Maximalkonzept

5.1.4 Basiskonzept Plus

5.2 Wirtschaftliche Bewertung

5.2.1 Methodik der Bewertung

5.2.2 Energiepreise und Kalkulationszinssatz

5.2.3 Bewertung Basiskonzept

5.2.4 Bewertung Heiz-Kühl-Konzept

5.2.5 Förderung

6 Zusammenfassung und Ausblick

6.1 Diskussion der Methoden und Ergebnisse

6.2 Weitere Empfehlungen für die Fortsetzung des Projektes

6.3 Hinweise für zusätzliche Energieeinsparungen und Anschlussarbeiten

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Abwärmenutzung am Turbolader Test Center (TTC) der Firma Kompressorenbau Bannewitz GmbH (KBB). Ziel ist es, ein technisch sowie energetisch sinnvolles Konzept zu erarbeiten, welches den Energiebedarf für Heizung und Kühlung durch die Nutzung der anfallenden Abwärme aus Testprozessen und Kühlsystemen deckt, um den Energiebezug nachhaltig zu senken.

• Identifikation und Charakterisierung betriebsinterner Wärmequellen und -senken
• Technische Analyse und Dimensionierung von Komponenten zur Wärmeübertragung und -speicherung
• Entwicklung verschiedener Konzepte zur Prozessintegration (Heizung, Kühlung, Elektroenergie)
• Wirtschaftlichkeitsanalyse unter Berücksichtigung von Investitionskosten, Förderungen und Amortisationszeiten

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung führt in das Unternehmen KBB und das TTC ein, erläutert die Problematik ungenutzter Abwärme und formuliert das Ziel, effiziente Konzepte zur energetischen Bewertung und Nutzung dieser Wärmepotenziale zu entwickeln.

2 Bestandsaufnahme: Dieses Kapitel liefert eine detaillierte Analyse der bestehenden Anlagen, insbesondere der Abgase und Kühlmittelströme, sowie eine erste Prüfung externer Wärmenutzungsmöglichkeiten und der Bebaubarkeit vor Ort.

3 Stand der Technik - Technologien der Abwärmenutzung: Hier werden verfügbare Technologien zur Abwärmenutzung wie Verbrennungsluftvorwärmung, Wärmeversorgung, Kälteerzeugung und Elektroenergieerzeugung vorgestellt und auf ihre Eignung für den Einsatz bei KBB bewertet.

4 Konzeptionierung: Auf Basis der vorangegangenen Untersuchungen werden verschiedene Konzeptbausteine entwickelt und zu schlüssigen Gesamtsystemen für die Wärme- und Kälteversorgung kombiniert.

5 Energiewirtschaftliche Bewertung: In diesem Kapitel erfolgt eine detaillierte technische Dimensionierung der gewählten Konzepte sowie deren wirtschaftliche Analyse, um Aussagen über Amortisation und Rentabilität der Investitionen treffen zu können.

6 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen, bewertet die untersuchten Konzepte kritisch und gibt Empfehlungen für eine mögliche Projektrealisierung sowie für zukünftige Arbeiten.

Schlüsselwörter

Abwärmenutzung, Kompressorenbau, Abgasturbolader, Wärmequellen, Wärmesenken, Prozessintegration, energetische Bewertung, Wirtschaftlichkeit, Wärmespeicher, Wärmeübertrager, Kälteversorgung, Amortisation, Energieeinsparung, Thermöl, Abgas-Sammler.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Konzeptionierung einer wirtschaftlich sinnvollen Abwärmenutzung in einem Testzentrum für Turbolader, um ungenutzte Energiepotenziale für betriebsinterne Zwecke zu erschließen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Schwerpunkte liegen auf der Analyse der thermischen Lasten des Turbolader Test Centers, der Auswahl geeigneter Anlagentechnologien zur Wärmerückgewinnung sowie der energetischen und ökonomischen Bewertung daraus resultierender Konzepte.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das primäre Ziel ist es, technisch umsetzbare Konzepte zur Nutzung der Prozessabwärme zu erstellen und diese hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit zu prüfen, um eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Investitionen zu liefern.

Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?

Es wurde eine Kombination aus Bestandsaufnahme der Prozessdaten, Literaturrecherche zu Anlagentechnologien, systematischer Konzeptionierung, energetischer Simulation und einer dynamischen wirtschaftlichen Bewertung nach dem Kapitalwertverfahren angewandt.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Im Hauptteil werden die Wärmequellen und -senken charakterisiert, der Stand der Technik für Abwärmetechnologien recherchiert, spezifische Konzeptbausteine entwickelt und diese in einer groben Dimensionierung energetisch und wirtschaftlich bewertet.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind u.a. Abwärmenutzung, Prozessintegration, energetische Bewertung, Wirtschaftlichkeit, Wärmespeicher und Abgas-Sammler.

Warum ist die Abwärmenutzung am TTC technisch anspruchsvoll?

Die Nutzung ist aufgrund stark schwankender Wärmemengen und -leistungen sowie einer diskontinuierlichen Betriebsweise der Versuchsstände komplex, was eine Zwischenspeicherung der Wärme erforderlich macht.

Zu welchem Ergebnis kommt der Autor bezüglich des Basiskonzepts?

Der Autor bewertet das Basiskonzept (Heizungsunterstützung durch Abgaswärme) als sinnvoll, betont jedoch, dass die Wirtschaftlichkeit stark vom Gaspreis, der gewählten Speichergröße und möglichen Förderungen abhängt.