Energieeffizienz : Wie Bilfinger die Wärmenutzung in der Industrie optimieren will

Energie ist Geld – ihre effiziente Verwendung ist für Industrieunternehmen daher obligatorisch. Tatsächlich werden die vorhandenen Energieströme in Industrieanlagen aber nur selten so genutzt, dass der Bedarf an externer Energiezufuhr und -abfuhr minimiert werden kann. Dabei sind unabhängig von der Branche in fast allen Anlagen deutliche Einsparungen möglich. Der Schlüssel, um ungenutzte Potenziale zu erkennen, liegt in der sogenannten Pinch-Analyse. Das Konzept ermöglicht eine Auswertung der Energieströme sowie die anschließende Optimierung des Wärmeflusses. Ein besonders effizientes Pinch-Analyseverfahren hat die Bilfinger Bohr- und Rohrtechnik GmbH, ein Unternehmen der Bilfinger SE, in Kooperation mit der Technischen Universität Wien entwickelt.

Ziel der Pinch-Analyse ist die optimale Wärmeverschalung zwischen Prozessströmen und in weiterer Folge die Reduktion von externem Wärme- oder Kältebedarf. Die damit verbundene Einsparung fossiler Brennstoffe führt zusätzlich zur Reduktion der CO2-Emissionen. Im Rahmen des Verfahrens werden Anlagen und deren verfahrenstechnische Prozesse thermisch analysiert. Das Ergebnis ist ein vollständiger Überblick, der zur internen Wärmeintegration der Einzel- und Gesamtprozesse einer Anlage benötigt wird. Nach der Bestandsaufnahme wird im Zuge einer Detailanalyse der ideale Anlagenzustand, also die optimale Wärmeverschalung zwischen Prozessströmen, systematisch dargestellt. Von diesem Optimalzustand ausgehend entwickelt Bilfinger anschließend ein sinnvolles Umsetzungskonzept. Dort werden neben den verfahrenstechnischen Rahmenbedingungen auch die zu erwartenden Investitions- und Betriebskosten sowie sicherheitstechnische und betriebliche Einschränkungen der jeweiligen Anlage berücksichtigt. Das Konzept beschreibt außerdem Bedingungen, durch die Optimierungen im Energiehaushalt der Anlage möglich werden und eine optimale Verknüpfung der unterschiedlichen vorhandenen Wärmequellen und -senken erreicht werden kann. Die praktische Umsetzung der Energieeinsparungen erfolgt oftmals durch einfache Sofortmaßnahmen, durch Umschaltungen der bestehenden Wärmetauscher oder den Einsatz neuer Modelle. Aber auch neuere Technologien wie Hochtemperaturwärmepumpen, Wärmespeicher oder Rauchgaskondensatoren können damit optimal in die Anlage integriert werden.

Die Pinch-Analyse ist sowohl für kleinere Einzelanlagen als auch für große Produktionsstandorte geeignet. Die höchsten Einsparpotenziale werden in Anlagen mit zahlreichen Wärmequellen und -senken erzielt. Je nach Anlagengröße und -alter dauert die Analyse zwischen wenigen Tagen bei kleinen Industriebetrieben und mehreren Monaten bei großen, komplexen Anlagen. Zu Einschränkungen oder Störungen des Betriebsuni Produktionsablaufs kommt es dabei nicht. Ein Großteil der erforderlichen Informationen lässt sich aus Betriebsaufzeichnungen gewinnen. Die fehlenden Daten werden im Lauf der Analyse durch Messungen vor Ort und mit thermodynamischen Berechnungen ermittelt.

„Insbesondere bei Altanlagen ohne Energiemanagementsystems zeigt eine Pinch-Analyse die ungenutzten Einsparpotenziale auf. Darauf basierend können nach Umsetzung effizienzsteigender Maßnahmen die Betriebskosten reduziert werden“, erläutert Christian Strondl, Geschäftsführer von Bilfinger. „Ein weiterer Mehrwert zeigt sich in Bezug auf die Planung von Neuanlagen an vorhandenen Betriebsstandorten. Diese lassen sich mithilfe der Analyse thermisch gesehen besser in bestehende Gesamtanlagenkonzepte integrieren.“ Dank ihrer langjährigen Erfahrung im Anlagenbau und der Systemintegration können die Experten der Bilfinger Bohr- und Rohrtechnik die Investitionskosten für eine thermische Optimierung der Anlage rasch abschätzen und kalkulieren. Dadurch kann frühzeitig eine Auswahl zwischen wirtschaftlich interessanten und unrentablen Maßnahmen getroffen werden.

Entwickelt wurde das von Bilfinger angewandte Analysenerfahren in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien. Durch die enge Verbindung zur Forschung kann Bilfinger Potenziale aus der Theorie schneller in die Praxis einfließen lassen – zum Vorteil der Kunden. Um die Analyse optimal abzubilden, hat Bilfinger gemeinsam mit der Hochschule auch eine Pinch-Analyse-Software entwickelt: Das Programm erlaubt die Erstellung von Composite-Kurven für heiße und kalte Stoffströme und nutzt für die mathematischen Berechnungen ein nichtlineares Optimierungsmodell. Die Auswirkungen geplanter Veränderungen auf die Energiebilanz einer Industrieanlage lassen sich somit schnell und einfach vorausplanen.