Abbildung 1: Exemplarische Energiebilanz einer Ammoniak-Wasser Absorptionskältemaschine
11 2020 | moproweb.de 35
zu werden, wird für ein bedarfsgerechtes
Konzept der jährliche, wöchentliche und
tägliche Energieverbrauch ermittelt. Für
den Teil der Kälteerzeugung hat sich gezeigt,
dass eine Kombination aus AKM für
die Grundlast und Kompressionsmaschine
(KKM) für die Spitzenlast vorteilhaft ist.
Wirtschaftliche Analysen beurteilen die ökonomische
Machbarkeit. Dabei wirken zahlreiche
Faktoren insbesondere auf den Teil der
Eigenstromerzeugung, die in der Vergangenheit
durch unklare Gesetzgebungen und
politische Positionen und Interessen immer
wieder für Verwirrung sorgten. Die rechtlichen
Rahmenbedingungen sind vielfältig
und reichen vom Genehmigungsrecht, über
steuerliche Aspekte bis hin zum KWK-Gesetz
(KWKG), dem Energiewirtschaftsgesetz, dem
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und
dem Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz
(EEWärmeG). Gegenwärtig sind entsprechende
Gesetzgebungen insbesondere in Bezug
auf die EEG-Umlage für Eigenstromversorgungsanlagen
in Kraft getreten, die für die
notwendige Klarheit sorgen, um planbare
Voraussetzungen für Investoren zu schaffen.
Unterstützt mit Fördermitteln, z. B. des
BAFA 4 können hocheffiziente nachhaltige
KWKK Anlagen zu einer rationellen und effizienten
Energieversorgung beitragen. Dort
wo Unternehmen ihr Betriebskapital vorrangig
in die eigene Wertschöpfung investieren,
bieten sich Contracting Modelle an.
Erfahrungsgemäß werden solche Anlagen
nach der Abschreibungsperiode von durchschnittlich
zehn Jahren an das nutzende Unternehmen
übergeben.
Absorptions-
kältetechnologien
In der Praxis haben sich zwei Absorptionskältetechnologien
durchgesetzt, die beide ein
natürliches Kältemittel nutzen. Eine nutzt
Wasser (R718) als Kältemittel und Lithiumbromid
als Sorptionsmittel für Kühltemperaturen
bis ca. + 5 °C. Die andere verwendet
Ammoniak (R717) als Kältemittel und Wasser
als Sorptionsmittel für Kühltemperaturen
unterhalb von + 5 °C bis – 60 °C. Für tiefere
Temperaturen sind höhere Antriebstemperaturen
notwendig. Die Verwendung
von BHKW-Abwärme bei Temperaturen
zwischen + 85 °C und + 100 °C beschränkt
die physikalisch erreichbare Kühltemperatur
auf ca. – 10 °C. Der Kälteleistungsbereich
für beide Technologien reicht von wenigen
Kilowatt bis in den Megawatt-Bereich.
In diesem Beispiel werden 1.000 kW Wärme
und 400 kW Kälte zugeführt. Die Summe
von 1.400 kW muss gemäß einer ausgeglichenen
Energiebilanz abgeführt werden.
Niedertemperaturheizungen stellen ein
mögliches Nutzungspotential für diese abzuführende
Wärmeenergie dar. In der Praxis
wird sie selten genutzt und mit Rückkühlwerken
an die Umgebung abgeführt, wie
das Schema in Abbildung 2 zeigt. Hier wird
der Absorptionskältemaschine 1.000 kW
Wärmeenergie bei + 95 °C / + 78 °C vom
BHKW und 400 kW Kälteenergie bei – 2 °C
/ – 7 °C von den Kälteverbrauchern zugeführt,
erkennbar an den abnehmenden
Temperaturen. Zur Aufrechterhaltung des
Prozesses muss die Summe von 1.400 kW
mit Hilfe eines Rückkühlträgermediums
bei + 26 °C / + 31 °C abgeführt werden.
Der Wirkungsgrad der Umwandlung von
Wärme- in Kälteenergie COP (Coefficient
of Performance = Nutzen/Aufwand = Kälte/
Wärme = 400/100 = 0,4) wird durch
die Temperaturen der drei hydraulischen
Kreisläufe bestimmt. Mit Antriebstemperaturen
unter + 100 °C bewegt er sich bei
Ammoniak-Wasser Absorptionskälteanlagen
zwischen COP = 0,6 und 0,3 bei Kältetemperaturen
zwischen + 5 °C und – 10 °C.
Bei Anlagen auf Basis von Wasser-Lithiumbromid
variiert der Wirkungsgrad zwischen
COP = 0,9 und 0,7 bei Kältetemperaturen
zwischen + 20 °C und + 6 °C. Neben den
Temperaturen des Wärme- und Kälteträgers
wird der Wirkungsgrad auch durch die
Temperaturen des Rückkühlträgermediums
beeinflusst.
BHKW
als Führungsgröße
Bei der Planung einer KWKK Anlage kommt
es vor allem auf die Auslegung der Hauptkomponenten
an: dem Blockheizkraftwerk,
der Absorptionskältemaschine und dem
Rückkühlwerk. Oftmals ist das BHKW die
maßgebende Führungsgröße für die Leistung
der Gesamtanlage. Der wirtschaftliche
Nutzen entsteht u. a. dadurch, dass
ein Teil der in einem Unternehmen benötigten
elektrischen Energie kostengünstiger
vor Ort erzeugt, als vom Energieversorger
eingekauft werden kann. Die von
der Absorptionskältemaschine produzierte
Kälteleistung ersetzt zudem einen Teil
der ansonsten mit elektrischer Energie erzeugten
Kälte. Dadurch reduzieren sich der
Verbrauch an elektrischer Arbeit (kWh) und
die erforderliche Leistung (kW) und ggfs.
der Leistungspreis des Standortes. Wird
eine vorhandene Kompressionskälteanlage
entlastet, reduziert sich auch die Last der
vorhandenen Kältemittelverflüssiger, so
dass ganz nebenbei durch die niedrigeren
Kondensationsdrücke eine merkbare Stei
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