BlueMilk
Kaskadierte und flexible Nutzung von thermischer Energie in milchverarbeitenden Betrieben mit Schwerpunkt auf die Steigerung der Energieeffizienz von Reinigungssystemen
Projektkoordinator
Prof. Dr.-Ing. Uwe Holzhammer
Technische Hochschule Ingolstadt, Institut für neue Energie-Systeme, Ingolstadt
uwe.holzhammer@thi.de
Verbundpartner
Zott SE & Co. KG
Andechser Molkerei Scheitz GmbH
Lemmermeyer GmbH & Co. KG
AGO AG Energie+Anlagen
Projektbeschreibung in FISA
Ziel
Um die nationale CO2-Neutralität bis 2050 zu erreichen, gilt es Energie einzusparen und die Energienachfrage in Phasen mit geringen erneuerbaren Energien (EE)-Anteilen im Versorgungssystem niedrig zu halten. Dies kann durch eine Optimierung der Effizienz und Flexibilität entlang der gesamten energetischen Versorgungskette mittels Systemeffizienz (SE)-Maßnahmen entsprechend umgesetzt werden. Gesamtziel des Forschungsprojektes ist es die Unternehmen der milchverarbeitenden Industrie auf die Energiewende vorzubereiten, so dass sie gestärkt aus dem Veränderungsprozess hervorwachsen.
Ergebnisse
Die SE-Potentiale bestehen bei Molkereien im Wesentlichen in den Bereichen Kühlung, Reinigung und Prozesswärmeversorgung. Zur Realisierung kann auf die Optionen Kompressionskälte, Wärmepumpe und BHKW zurückgegriffen und deren optimales Zusammenspiel erarbeitet werden.
| Flexibilitätsoption | Sektorenkopplungsansatz | Potenzial bei den Molkereien |
|---|---|---|
| Kompressionskälteanlage | "Power2Cool" | Kälteerzeugung bei hohem EE-Anteil im allgemeinen Versorgungssystem und Ausnutzung der Speicherkapazitäten von Kühllagern |
| Wärmepumpe | "Power2Heat" | Temperaturniveau der ungenutzten Abwärme in Reinigungsanlagen bei hohem EE-Anteil im allgemeinen Versorgungssystem erhöhen |
| Blockheizkraftwerke (BHKW) | Intelligente Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) | Effiziente Erzeugung und intelligenter Einspeisung ins allgemeine Versorgungssystem bei niedrigem EE-Anteil unter Berücksichtigung des Prozesswärmebedarfs |
Eine flexibel betriebene Kompressionskälteanlage nutzt Strom in Zeiten von hohem EE-Anteilen im Versorgungssystem zur Kälteerzeugung im "Power2Cool"-Ansatz. Diese kann in Kühllagern unter Verringerung der unteren Kühltemperatur zwischengespeichert werden. Der Kältepuffer dient zur Überbrückung von EE-Flauten.
Das Potential für Wärmepumpen liegt u. a. in der Effizienzsteigerung von Reinigungsanlagen. Die Wärmepumpe bringt Wärmeströme auf ein höheres Temperaturniveau und macht somit Prozessabwärme nutzbar. Für den "Power2Heat"-Ansatz kann Strom mit hohem EE-Anteil aus dem Versorgungssystem genutzt werden.
BHKW können flexibel und intelligent bezogen auf die CO2-Minderung agieren. Durch diese Betriebsweise kann KWK Residualleistung und Prozesswärme bei geringer EE-Stromproduktion bereitstellen.
Abbildung 1: Beispiel für Energiebereitstellungskonzept (links) und systemeffizienten Fahrplan zur Energiebereitstellung mit einer KWK-Anlage (rechts)
Eine Simulation zur Energieversorgung eines mittelständischen Molkereibetriebes (siehe Abbildung 1) durch ein BHKW mit einem Gesamtjahresverbrauch von 15 GWh Wärme und 10 GWh Strom vergleicht die Szenarien der Eigenversorgung mit Strom und der flexiblen öffentlichen Stromeinspeisung. Die Energiekosten für die Eigenversorgung (Referenz: BHKW mit 1 MW elektrischer Leistung) belaufen sich auf ca. 1,3 Mio. Euro.
Für einen flexiblen Betrieb und Einspeisung ins öffentliche Netz und eine höhere Nutzung der zeitlich versetzt erzeugten Wärme sind Investitionen in Form erhöhter BHKW-Leistung und Wärmespeicher notwendig. Ein Konzept aus einem BHKW mit 3,3 MW elektrischer Leistung und einem Wärmespeicher mit 8 MWh Kapazität besitzt Energiekosten vergleichbar zur Referenz. Die zusätzlichen Investitionen machen einen flexiblen Betrieb unwirtschaftlicher ggü. der Eigenversorgung.
Nimmt man an, dass die zukünftigen Rahmenbedingungen stärker auf die Veränderung der Energiewende eingehen, kann sich ein flexibler BHKW-Betrieb als ökonomisch darstellen. Die Einführung einer CO2-Bepreisung, stärkere Strompreisschwankungen in Folge steigender EE-Strom-Anteile und verstärkte öffentliche Förderung der flexiblen Bereitstellung von Residualleistung sind Indikatoren für diese Entwicklung.
Um den Energiebedarf für Reinigungen niedrig zu halten, werden die Reinigungsmedien teilweise in die Tanks zurückgeleitet. Während der Reinigung gibt das Medium Wärme an die zu reinigende Anlage ab. Bei Spülen mit Frischwasser wird die Anlage stark abgekühlt und verursacht einen hohen Wärmeverlust.
Daraus leitet sich ab, dass Frischwasser erwärmt werden sollte, bevor es durch die zu reinigende Anlage geleitet wird. Dadurch wird die Abkühlung der zu reinigenden Anlage geringgehalten und verursacht eine geringere Abkühlung der Hochtemperatur-Medien. Die Erwärmung des Frischwassers kann mit einer Wärmepumpe geschehen, welche Abwärmeströme nutzt.
Verwertung
Die erarbeiteten Ergebnisse werden auf drei Expertenworkshops mit der Branche diskutiert. Ergänzend werden wissenschaftliche Beiträge zur Bewertung der Systemeffizienz von Technologien veröffentlicht. Die Arbeiten dienen dazu die Potentiale der Effizienzsteigerung, THG-Minderung und Kostensenkung für die Projektpartner zu erkennen und aufzuzeigen.
Broschüre: Poster BlueMilk
Dokumenttyp: PDF Dokumentgröße: 1 MB
Kaskadierte und flexible Nutzung von thermischer Energie in milchverarbeitenden Betrieben mit Schwerpunkt auf die Steigung der Energieeffizienz von Reinigungssystemen