Die Ausgangssituation.
Einer der größten Handkäsereien in Deutschland betreibt an seinem Standort ein familiengeführtes Unternehmen. Der Produktionsstandort wurde im Jahr 2009 um einen Anbau erweitert und die Produktionskapazität hat sich seit der Gründungszeit auf 60 Tonnen/Woche vervielfacht. Auf einem nahegelegenen Areal plant der Betreiber den Neubau einer Produktionsstätte sowie einer Verwaltung und mehrerer Wohnungen.
Aufgabenstellung & Herausforderungen.
Im Zuge des geplanten Neubaus wurde durch einen Fachplaner bereits eine Entwurfsplanung mit Funktionalbeschreibung durchgeführt. Aufgrund von Zweifeln an der Umsetzbarkeit wurde die B&S damit beauftragt, das bestehende Konzept (Planstand) mit Gaskessel, Block-Heiz-Kraftwerk (BHKW) und Absorptionskälte (AKM) hinsichtlich seiner Machbarkeit zu prüfen. Im weiteren Projektverlauf wurde zudem die Betrachtung eines Alternativ-Konzeptes notwendig.
Klärung aller relevanten Rahmenbedingungen zur Prozesstechnik mit dem Bauherrn und dem Anlagenbauer, einschließlich benötigter Wärmeleistung.
Ausarbeitung eines Prozessablaufplans mit den jeweiligen thermischen und elektrischen Leistungsbedarfen und Tageszeiten.
Synthetisierung der Daten und Erstellen von Strom- und Wärmelastgängen als Grundlage zur Simulation der Anlagentechnik.
Ausarbeitung und Gegenüberstellung dreier Konzepte: Gaskessel (Referenz), Gaskessel mit BHKW und AKM, BHKW mit Wärmepumpe (Puffer erforderlich).
Berücksichtigung möglicher Quellen zur Abwärmenutzung aus der Kältetechnik, Abwasser der Reinigung (CIP), Druckluft etc.
Vorläufige Potenzial-Simulation zur PV-Anlage zur Einbindung in die Simulationsergebnisse der Wärmeversorgung (Wärmepumpe, BHKW).
Hydraulische Berücksichtigung verschiedener Temperaturniveaus: Wohnungen und Lüftung (40/30 °C), Prozesstechnik (93/78 °C).
Der Lösungsansatz.
Als Baseline für die nachfolgenden Betrachtungen wurden im ersten Schritt die Prozessabläufe und Bedarfsenergieströme ermittelt und synthetische Lastgänge erstellt.
Gaskessel und BHKW mit AKM (Planstand):
Das bestehende Konzept des Planers wurde durch Simulationen hinsichtlich der Anlagenparameter konkretisiert und einem einfachen Gaskessel als Referenz gegenübergestellt, um den Kunden den möglichen Mehrwert zu beziffern.Konzeptvorschlag der B&S mit Wärmepumpe und BHKW:
Das Alternativkonzept nutzt eine Wärmepumpe zur Nutzbarmachung bestehender, unvermeidbarer Abwärmepotenziale. Zur Senkung des Strombedarfs wird sowohl eine PV-Anlage als auch ein BHKW installiert. Da das Abwärmepotenzial zwar kontinuierlich, aber nicht in ausreichender Leistung zur Verfügung steht, wurde ein 300 m³ großer Pufferspeicher vorgesehen. Aufgrund des Ein-Schicht-Betriebs kann die Wärme über Nacht gesammelt und tags mit hoher Leistung bereitgestellt werden.
Für beide Konzepte wurden belastbare Kostenrahmen erarbeitet und eine vollumfängliche Wirtschaftlichkeitsbetrachtung inkl. Ökologie, SWOT-Analyse und Sensitivitätsanalyse ausgearbeitet.
Die Umsetzung.
Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Planstandes und der Konzeptidee, wurde ein erster, vorläufiger Kostenrahmen beider Varianten erstellt.
Das Konzept „Pufferspeicher mit Wärmepumpe und BHKW“ überzeugt in den Punkten Wirtschaftlichkeit, Ökologie und Nachhaltigkeit. Bei dieser Konzept-Variante wird die Abwärme der Kälteanlage als Quelle genutzt (Kondensationsenergie). Um möglichst viel Abwärme nutzen zu können und um die Investitionskosten der Wärmepumpe in Grenzen zu halten, wird der Leistungsbedarf über einen großen Pufferspeicher reduziert. Der Puffer stellt einen Großteil der Leistung bereit und wird über Nacht wieder aufgeheizt. Aufgrund der geringen Einzelleistungen wird zur besseren Redundanz (Sicherheit) eine E-Patrone vorgesehen, die nur im Notfall zuschaltet. Da die Wärmepumpe Strom als Hilfsenergie benötigt, ist hier die Installation eines BHKWs sinnvoll. Dieses unterstützt zudem bei der Wärmebereitstellung, wodurch die Wärmepumpe wiederum kleiner gewählt werden kann.
Aufgrund der fundierten Konzeptionierung im Vorfeld konnte die Fachplanung der B&S nahtlos anknüpfen und die Maßnahmenumsetzung begleiten.
Die Ergebnisse.
Allgemeine Ergebnisse.
Wärmeleistungsbedarf: bis zu 2.500 kW
Wärmeenergiebedarf: ca. 3.500 MWh/a
Strombedarf ohne Konzept: ca. 2.000 MWh/a
Pufferspeicher mit Wärmepumpe und BHKW.
Amortisation des eigenen Konzepts gegenüber dem Planerentwurf ab der ersten Stunde, gegenüber dem investiv günstigen Referenz-Gaskessel bereits nach 4 Jahren.
Bereits in 2022 ca. 41% Anteil erneuerbarer Energien durch Abwärmenutzung (PV-Anlage und EE-Anteil Strom nicht berücksichtigt).
Weitere Vorteile gegenüber dem Ursprungskonzept (Planstand)
Nahezu gleiche Investitionskosten
Betriebskosteneinsparung: ca. 70 T€/a
Gesamteinsparung über 20 Jahre: ca. 1,4 Mio. €
Primärenergieeinsparung: ca. 2.160 MWh/a
Kohlendioxidemissionseinsparung: ca. 282 t/a
16 m hoher Pufferspeicher werbewirksam mit Firmenlackierung und Verkleidung im Außenbereich.
Gemeinsam in eine Energieeffiziente Zukunft.
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