Abwärmepotenziale richtig erschließen

Die Unternehmen der Industrie verursachen rund 30 % des deutschen Endenergieverbrauchs. Insbesondere die Wärmeenergie spielt hier eine zentrale Rolle, denn sie wird für viele industrielle Prozesse benötigt. Doch zugeführt ist nicht gleich verbraucht! Vielmehr wird ein Großteil dieser Wärme als Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Eine Energiequelle, die Unternehmen heute für sich erschließen können.

Die Nutzung industrieller Abwärme birgt herausragende Energieeffizienzpotenziale für Unternehmen in Deutschland. Die dena schätzt das Potenzial auf rund 125 Terawattstunden (TWh) im Prozesstemperaturbereich ab 60°C – das entspricht Energiekosten in Höhe von ca. 5 Milliarden Euro. Allein Prozesswärme, mit einem Anteil von 57 % am industriellen Gesamtendenergieverbrauch mit Abstand das energieintensivste Anwendungsfeld, weist Einsparpotenziale von häufig 30 % auf. Diese können über Energieeffizienzmaßnahmen der Abwärmenutzung erschlossen werden. Da bei fast jedem thermischen oder mechanischen Prozess Wärme entsteht, ist die tatsächliche Bandbreite möglicher Abwärmequellen groß. Sie reicht von Produktionsanlagen und Motoren über Prozesswärme und Abwässer, bei denen Abwärme entsteht, bis hin zu Druckluft-, Kühl- und Klimaanlagen. Die Abwärme ist dabei in der Regel an bestimmte Trägermedien wie Wasser oder Luft gebunden oder wird diffus über die Oberfläche einer Abwärmequelle abgegeben. Sollen diese Wärmeverluste zukünftig vermieden werden, empfielt sich ein systematisches Vorgehen mit den folgenden fünf Schritten:

Erster Schritt: Energieverbrauch und Wärmebedarf feststellen

Eine energetische Analyse der einzelnen Anlagen und Prozesse im Unternehmen generiert die notwendigen Energieverbrauchsdaten und gibt Auskunft über den tatsächlichen Wärmebedarf. In der Analyse werden alle Energieverbräuche erfasst und charakterisiert sowie die energieverbrauchsrelevanten Prozesse bewertet. Im Ergebnis wird definiert, welche Abwärme im Betrieb vermeidbar ist, wo nicht vermeidbare Abwärme anfällt und an welchen Stellen diese zur Deckung des Energiebedarfs eingesetzt werden kann.

Während große Unternehmen für die Analyse oft auf eigene Mitarbeiter zurückgreifen können, wie zum Beispiel Energiebeauftragte etc., kann es insbesondere für kleinere und mittlere Unternhemen empfehlenswert sein, externe Fachleute wie Energieberater hinzuzuziehen.

TIP

Die Beratung durch zugelassene Energieberater unterstützt die Bundesregierung mit finanziellen Zuschüssen. Prüfen Sie, ob Sie Fördermittel für die Beratung in Anspruch nehmen können.

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Zweiter Schritt: Vermeidbare Abwärme auch vermeiden

Bevor sich das Unternehmen mit der tatsächlichen Nutzung von Abwärme auseinandersetzt, sollte geprüft werden, welche anfallenden Wärmemengen von vornherein vermieden werden können. Grund hierfür ist, dass Abwärmemengen in der Praxis immer nur unvollständig genutzt werden können und so Energieverluste zu verzeichnen sind. Dem kann man vorbeugen, indem der Energiebedarf der zugrundeliegenden Prozesse von vornherein richtig ausgelegt ist, so dass die entsprechende Energiemenge vollständig ein gespart werden kann. Der Grundsatz lautet deshalb: Erst vermeiden, dann nutzen! Typische Stellschrauben für eine Abwärmevermeidung sind:

Die Dimensionierung

Ist der zugrunde liegende Prozess richtig dimensioniert oder sind unnötige Überkapazitäten vorhanden? Können unnötige Aufheiz- oder Abkühlphasen vermieden werden?

Die Steuerung

Wird die Anlage oder der Prozess richtig gesteuert? Sind ineffiziente Betriebspunkte oder Leerläufe vorhanden und vermeidbar?

Das Temperaturniveau

Ist das derzeit gewählte Temperaturniveau tatsächlich erforderlich? Oder kann der Prozess auch bei niedrigeren Temperaturen gefahren werden?

Die Dämmung

Kann eine bessere Dämmung die Wärmeverluste der Anlage verringern und die Abwärmemenge reduzieren? Ist eine größere Dämmschichtdicke ebenfalls wirtschaftlich?

Die Wartung

Wird die Anlage ausreichend gewartet?

Dritter Schritt: Nicht vermeidbare Abwärme-Quellen

Nach der erfolgreichen Minimierung der Abwärmemenge liegt der Fokus möglicher Maßnahmen auf den nicht vermeidbaren Abwärmequellen im Betrieb. Typische Abwärmequellen sind bespielsweise Maschinen und Produktionsanlagen, Kompressoren, Kälteanlagen, Lüftungsanlagen. Diese sollten eindeutig identifiziert und umfassend untersucht werden, um jeder einzelnen Abwärmequelle entsprechende Kenngrößen zuordnen zu können. Die wichtigen Kenngrößen sind:

Temperaturniveau

Abwärme fällt in unterschiedlichen Temperaturbereichen an. So reicht die Bandbreite von der Abluft raumtechnischer Anlagen mit 20°C bis 40°C bis hin zu Abgasen aus Verbrennungs- und Wärmeprozessen mit Temperaturen bis zu 600°C.

Für eine optimale Nutzung muss das Temperaturniveau der Abwärmequelle zur entsprechenden Nutzung passen. Sollte dies nicht der Fall sein, kann ggf. durch Zumischen von Dampf, Nacherhitzung oder Wärmepumpen das Temperaturniveau verändert werden – allerdings erfordert dies zusätzlichen technologischen Aufwand der in der Regel vermieden werden sollte.

Verfügbare Energiemengen

Identifizierte Energiemengen, die für eine Abwärmenutzung bereit gestellt werden können.

Trägermedien der verfügbarer Abwärme

Die folgenden Medien sind Trägermedien für industrielle Abwärme: Abgase, Abluft, Brüden, Dämpfe, Kühlwasser, Kühlöl oder Prozesswasser.

Zeitliche Verfügbarkeit

Nicht alle Abwärmemengen stehen rund um die Uhr zur Verfügung. Deshalb sollte bekannt sein, ob sie kontinuierlich oder schwankend zur Verfügung stehen, saisonal sowie die Anzahl der Vollaststunden pro Jahr.

Leistung

Die Leistung, die eine Wärmequelle an die Umgebung abgibt, wird als thermische Leistung bezeichnet.

Lage

Es muss genügend Bauraum für die Installation der notwendigen Technik zur Verfügung stehen. Gegebenenfalls sind auch Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb zusätzlicher Anlagen einzuholen.

Für die erfolgreiche Reintegration industrieller Abwärme stehen Unternehmen eine große Bandbreite moderner Technologien zur Verfügung. Die typischsten Arten der Abwärmenutzung sowie die ihr zugrunde liegende Technologie werden in weiteren Artikeln [ Link ]dargestellt.

Vierter Schritt: Abwärmesenken untersuchen

Im nächsten Schritt werden verfügbare Abwärmesenken im Betrieb identifiziert, untersucht und ebenfalls kategorisiert. So kann abgeschätzt werden, welche Abwärmesenke zu welcher Abwärmequelle zugeordnet werden kann. Folgende Kenngrößen sollten für Abwärmesenken ermittelt werden:

Temperaturniveau

Abwärme fällt in unterschiedlichen Temperaturbereichen an. So reicht die Bandbreite von der Abluft raumtechnischer Anlagen mit 20 °C bis 40 °C bis hin zu Abgasen aus Verbrennungs- und Wärmeprozessenmit Temperaturen bis zu 600 °C.

Benötigte Energiemengen

Die verfügbare Energiemenge der Abwärmequelle sollte mindestens gleich groß oder größer sein als der Energiebedarf der Abwärmesenke. Andernfalls müsste ein zusätzliches Wärmeerzeugungssystem vorgehalten werden.

Trägermedien der benötigten Wärme

Die folgenden Medien sind Trägermedien für industrielle Abwärme: Abgase, Abluft, Brüden, Dämpfe, Kühlwasser, Kühlöl oder Prozesswasser. 

Zeitliche Bedarfe

Gleichzeitiges Auftreten von Wärmebereitstellung und -bedarf vereinfacht die Abwärmenutzung. Andernfalls sind Wärmespeicher als Puffer sowie Reservekapazitäten für die Wärmeabnahme und –bereitstellung erforderlich. Eine Nutzungsvariante mit Speicherung von Abwärme sollte in diesen Fällen auf ihre Wirtschaftlichkeit geprüft werden.

Eine lange Betriebsdauer im Jahresverlauf wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzungsanlage aus.

Leistung

Die Leistung, die eine Wärmequelle an die Umgebung abgibt, wird als thermische Leistung bezeichnet.

Lage

Es muss genügend Bauraum für die Installation der notwendigen Technik zur Verfügung stehen. Gegebenenfalls sind auch Genehmigungen für die Errichtung und den Betrieb zusätzlicher Anlagen einzuholen.

Für die erfolgreiche Reintegration industrieller Abwärme stehen Unternehmen eine große Bandbreite moderner Technologien zur Verfügung. Die typischsten Arten der Abwärmenutzung sowie die ihr zugrunde liegende Technologie werden in weiteren Artikeln [ Link ]dargestellt.

Fördermittel nutzen

Für Unternehmen, die Energieeffizienzmaßnahmen umsetzen möchten, die der Vermeidung und Nutzung von industrieeller Abwärme dienen, hat die Bundesregierung beträchtliche finanzielle Unterstützung bereit gestellt. Mit unterschiedlichen Förderschwerpunkten stehen gleich drei Förderprogramme der BAFA, KfW und KIT bereit. Allein über die Förderrichtlinie "Abwärmevermeidung und Abwärmenutzung in gewerblichen Unternehmen" stehen bis 2020 von 600 Mio. Euro zur Verfügung. Erziehlt werden sollen dadurch ebenfalls bis 2020 Emissionsminderungen für die deutschen Klimaschutzziele von mindestens 1 Mio. t CO2.

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