B.Eng. Sür Hessam
Datum des Kolloquiums: 26. Juni 2013
Die steigenden Energiepreise und die Endlichkeit der fossilen Energieträger sowie der andauernde Klimawandel erfordern zwangsläufig einen sparsame-ren, effizienten Umgang der Verbraucher mit Energie.
Die lebensmittelverarbeitende Industrie gehört zu den energieintensivsten Sektoren Deutschlands und deswegen beeinflussen die steigenden Energie-preise diesen Industriezweig besonders.
Ziel dieser Bachelorarbeit war die Erarbeitung eines inner- und überbetrieblichen Gesamtenergiekonzepts für die Privatmolkerei Molkerei Naarmann, um die Energiebereitstellungskosten zu senken. Dabei sollte insbesondere die Abwärmequelle Seekühlwasser der Molkerei, die bislang in einen See eingelei-tet wird, genutzt werden.
Nach dem ersten Betriebsrundgang in der Privatmolkerei Naarmann, wurden mehreren Abwärmequellen festgestellt.
Anschließend wurde an den ermittelten Abwärmequellen Messungen vorge-nommen und deren Wärmerückgewinnungsleistungen errechnet.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden folgende inner- und überbetrieblichen Wärme beziehungsweise Energie-Konzepte betrachtet:
Innerbetriebliche Energiekonzepte
Variante 1: Blockheizkraftwerk
Variante 2: Blockheizkraftwerk mit elektrischer Wärmepumpe
Überbetriebliche Energiekonzepte
Variante 1: Heizzentrale: Blockheizkraftwerk, elektrische Wärmepumpe und Spitzenlastkessel mit Nahwärmenetz
Variante 2: Heizzentrale: Blockheizkraftwerk, erdgasbetriebene Wärmepumpe und Spitzenlastkessel mit Nahwärmenetz
Variante 3: Nahwärmenetz der Gemeinde und Zukauf von Wärmeenergie der Privatmolkerei Naarmann
Basierend auf den aktuellen Verbrauchsdaten der Privatmolkerei Naarmann, wurden die zwei innerbetrieblichen Szenarien bezüglich ihrer energetischen und ökonomischen Effizienz betrachtet. Bei der Betrachtung der Szenarien stellte sich heraus, dass beide Szenarien wirtschaftlich realisiert werden kön-nen. Die Amortisationszeiten liegen jeweils unterhalb einer Dauer von zwei Jahren.
Durch die Umsetzung der Variante 1 und der Wärmerückgewinnung aus den Abwärmequellen, kann der Kohlenstoffdioxid-Ausstoß der Privatmolkerei Naarmann um 2.411 t pro Jahr gesenkt werden.
Durch die Realisierung eines überbetrieblichen Gesamtenergiekonzepts mit einer Vergrößerung der Anzahl der Energienutzer und -verbraucher ergeben sich häufig Synergien, Verbrauchs- und Kostenvorteile. Für die betrachtete Gesamtsituation der Privatmolkerei Naarmann und der Gemeinde Neuenkirchen wurden drei verschiedene Szenarien kalkuliert.
Alle betrachteten Varianten erfordern den Aufbau eines Nahwärmenetzes, die nötigen Investitionskosten stellen den vorherrschenden Faktor in der Amortisationsrechnung dar. Die einzige überbetrieblich ausgelegte Variante, welche wirtschaftlich sinnvoll umgesetzt werden kann, stellt Variante 3 dar.
Dieses Ergebnis zeigt, dass sich bei der Energiebereitstellung von Unternehmen mit großem elektrischen und thermischen Energiebedarf durch die An-wendung von zeitgemäßen Technologien wie Blockheizkraftwerken und Hochtemperatur-Wärmepumpen erhebliche Kosteneinsparungen realisieren lassen.
Durch die Betrachtung des Gesamtumfeldes solcher Unternehmen, wie im vorliegenden Fall der Gemeinde Neuenkirchen, kann durch die Wahl eines geeigneten Gesamtkonzepts weitere Kosteneinsparungen erzielt werden. Durch diese Konzepte lassen sich nicht nur Kosten sparen, sondern es kann auch der Primärenergiebedarf erheblich reduziert werden, wodurch die Kohlenstoffdioxid (CO2)-Bilanz verbessert wird.
Hier zeigt sich, dass die Kombination von aktivem Umweltschutz und wirtschaftliche sowie kostenoptimierte Produktion möglich ist.
Für die Wärmeproduktion mit Hilfe einer Windkraftanlage liegen drei Möglichkeiten zu Grunde: mechanische (durch Reibung), chemische (power to gas) und elektrische. Auf dem Markt konnte sich bisher nur die Wärmeerzeugung mit dem Umweg über Elektrizität durchsetzen. Diese Methode zeichnet sich durch mehrere Vorteile gegenüber mechanischer und chemischer Wärmeerzeugung aus. Durch einen verlustarmen Transport des elektrischen Stroms ist eine räumliche Trennung der Windkraftanlage und des Wärmespeichers mög-lich. Die überschüssige Energie kann anderweitig genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden. Bei dieser Methode kann auf viele bereits auf dem Markt verfügbare Systeme zurückgegriffen werden. Eine Umwandlung der elektri-schen Energie in Wärme kann mit einen guten Wirkungsgrad durch eine Strom- oder eine elektrische Infrarotheizung erfolgen. Eine Wärmepumpe kann ebenfalls optimal mit dem elektrischen Strom aus Windenergie angetrie-ben und zur Wärmeversorgung eingesetzt werden. Eine Nachrüstung der elektrischen Heizgeräte in das bestehende Heizungssystem eines Gartenbaubetriebes ist ohne großen Aufwand realisierbar.
Bei der wirtschaftlichen Betrachtung elektrischer Wärmeerzeugung hat sich herausgestellt, dass trotz höherer Erträge aus dem Gartenanbau der Gesamt-ertrag aus der Wärmeproduktion unter dem Einkaufspreis für Strom liegt. Die Nutzung der elektrischen Energie zur Deckung des Stromeigenbedarfs ist, aus ökonomischer Sicht, deutlich sinnvoller. Die Verwendung der elektrischen Energie zur Wärmeerzeugung kann nur dann lukrativ sein, wenn der Eigenbedarf an elektrischer Energie gedeckt ist und der Strom sonst in das öffentliche Netz eingespeist werden müsste. Durch die Wärmeproduktion kann ein ökonomischer Nutzen gezogen werden, wenn der Ertrag aus der Wärmeerzeugung über dem EEG-Vergütungssatz liegt. Im Falle eines ökologischen Gartenbaubetriebs kann dieses zutreffend sein. Aktuell liegt der Wärmepreis in der Regel unter der EEG-Vergütung. Die Entwicklung deutet allerdings da-rauf hin, dass sich dieser Zustand in naher Zukunft ändern wird.