Innerbetriebliche Nutzung von Abwärme

Die betriebsinterne Abwärmenutzung ist ideal, denn die Distanz zwischen der Wärmequelle und dem Wärmenutzer spielt eine große Rolle hinsichtlich der Effizienz.

 

Besonders naheliegend ist es, Abwärme direkt wieder in den gleichen Prozess einzuspeisen. Siehe dazu Abwärmenutzung im Prozess. Für Abwärme, die nicht im gleichen Prozess verwendet werden kann, gibt es häufig Nutzungsmöglichkeiten bei anderen Wärmesenken des Betriebes oder durch eine Umwandlung in andere, Energieformen.

Potenziale nutzen

Bei der Abwärmenutzung auf hohem Temperaturniveau handelt es sich in der Regel um eine Einspeisung in branchen- und produktionsspezifische Prozesse, die individuell identifiziert werden müssen. Darüber hinaus gibt es typische Niedertemperatur-Wämesenken, die branchenübergreifend zu finden sind. Häufig lassen sich mit Wärmerückgewinnungssystemen Energieeffizienzpotenziale zur Nutzung der Prozessabwärme im Niedertemperaturbereich erschließen. Typischerweise sind dies die Raum- bzw. Hallenheizung, die Lüftung und die Frischwasservorwärmung.

 

Für eine energetisch und wirtschaftlich optimale Verwertung ist es anzustreben, die Abwärme auf einem möglichst hohen Temperaturniveau zu nutzen oder diese in andere energetisch hochwertige Nutzenergien umzuwandeln. So stellt eine Nutzung von Abgasen mit über 500 °C zur Erwärmung von Warmwasser eine effiziente Energienutzung mit hohen Nutzungsgraden dar. Energetisch vorteilhafter ist hier jedoch  beispielsweise eine Abwärme nutzende Stromerzeugung mit Hilfe einer ORC-Anlage dar, deren Abwärme geringerer Temperatur dann immer noch zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Hier spricht man auch von Nutzungskaskaden.

Wärmesenken erschließen

Ist eine direkte Nutzung der Abwärme nicht möglich, sollte eine betriebsinterne Verwendung der Abwärme auf einem möglichst hohen Temperaturniveau in anderen Prozessen oder zur Raumheizung bzw. Warmwasserbereitung angestrebt werden. Um Abwärme einzuspeisen, können zusätzliche Wärmeübertrager in bestehende Kreisläufe eingebunden werden. Ein neuer Wärmeübertrager zur Abwärmenutzung muss daher nicht mit dem Produkt in Kontakt kommen, und produktführende Anlagenteile müssen nicht verändert werden. Auf diese Weise wird das Risiko eines Eingriffs in den Produktionsprozess ausgeschlossen. Die Prozessverfügbarkeit steigt sogar, da der vorhandene Wärmeübertrager erhalten bleibt und Reserve und Spitzenlastnachheizer fungiert.  Da der neue Wärmeübertrager nicht mit aufwendigen Reinigungsverfahren gereinigt werden muss, kann hier ein preisgünstiger Wärmeübertrager - wie ein gelöteter Plattenwärmeübertrager - zum Einsatz kommen. 

Erhöhung des Temperaturniveaus

Abwärme kann mittels Nacherhitzung auf ein höheres Temperaturniveau gehoben werden, etwa wenn eine direkte Nutzung nicht möglich ist. Hierzu werden dem Wärmeübertrager der Abwärme zusätzliche Wärmeübertrager oder Heizregister nachgeschaltet. Insbesondere, wenn die erforderliche Temperaturdifferenz nur gering ist, kann sich der Einsatz von Kompressions- oder Sorptionswärmepumpen besonders eignen. In der Industrie kommen dazu besonders leistungsfähige Industrie- und Prozesswärmepumpen zum Einsatz. 

Abwärme transportieren

Die Distanz zwischen der Wärmequelle und dem Wärmenutzer spielt eine große Rolle hinsichtlich der Effizienz. Lange Transportwege der Wärmeträgermedien erhöhen den Transportaufwand und damit die Investitions- und Betriebskosten (Rohrleitungen, Kanäle, Pumpen) und führen zu Wärmeverlusten. Welche Distanz noch wirtschaftlich überbrückt werden kann, muss im Einzelfall geprüft werden und hängt davon ab, welche Wärmemenge übertragen werden soll, wie hoch die Investitionen für die restliche Wärmenutzungsanlage und der spezifische Preis des substituierten Brennstoffes sind. 

Abwärme speichern

Bei diskontinuierlichen Prozessen ist es für eine effiziente Abwärmenutzung erforderlich, einen ausreichend dimensionierten Wärmespeicher einzuplanen, um eine zeitlich Entkopplung der Wärmeübertragung zu ermöglichen.

 

Die Speicherung von Niedertemperaturwärme erfolgt in der Regel in Pufferspeichern. Dies sind gut isolierte Behälter sind aus Stahl oder Kunststoff, die direkt oder indirekt über Wärmeübertrager thermisch be- und entladen werden. Pufferspeicher werden in unterschiedlichsten Größen und Formen angeboten und können damit den verschiedenen örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Teilweise lassen sich auch bereits im Unternehmen bestehende Behälter als Pufferspeichern nutzen. Sonderformen für Pufferspeicher sind Kälte- oder Dampfspeicher.

 

Der Einsatz von Pufferspeichern ermöglicht auch die Kombination einer Abwärmenutzung mit weiteren Optimierungsmaßnahmen. So kann der verbleibende Wärmebedarf leichter mit erneuerbaren Energien oder der Abwärme aus einem KWK-Prozess gespeist werden. 

Umwandlung von Abwärme

Auch wenn eine direkte Einspeisung der Abwärme nicht möglich ist, kann es wirtschaftlich attraktiv sein, diese zu einer anderen verwertbaren Energieform umzuwandeln: Durch eine Temperaturerhöhung oder durch Umwandlung in Kälte siehe Abwärmenutzung zur Kühlung oder in elektrische Energie siehe Verstromung von Abwärme

Förderhinweis

Im Rahmen des Förderprogramms „Förderung hocheffizienter Querschnittstechnologien“ können Maßnahmen zur Abwärmenutzung gefördert werden. Die Antragsstellung erfolgt über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Anträge zur Förderung von Abwärmenutzungsmaßnahmen können ebenfalls bei der KfW (KfW-Energieeffizienzprogramm Abwärme) und im Rahmen des Förderprogramms KIT (Energieeffiziente und klimaschonende Produktionsprozesse) gestellt werden.

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