Projekt 26766/01

Reduktion des Energieverbrauchs und der energiebedingten CO2-Emissionen bei der Herstellung von Malz durch den Einsatz einer Großwärmepumpe in Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk – Demonstrationsvorhaben

Projektdurchführung

Tivoli Malz GmbH
Reichsbahnstr. 99
22525 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Produktion von Braumalz ist ein energieintensiver Vorgang. Der größte Teil der eingesetzten Energie verlässt den Prozess in Form von mit Feuchtigkeit gesättigter Luft auf niedrigem Energieniveau. Das Kondensat ist korrosiv, weshalb die meisten Wärmetauschermaterialien nicht verwendet werden können. Zielsetzung des Projektes ist die Rückgewinnung eines erheblichen Teiles dieser Energie mit Hilfe einer Wärmepumpe, deutlich über das branchenübliche Maß hinaus. Parallel zu der Installation der Wärmepumpe wird ein BHKW zur Stromerzeugung installiert. Dieses stellt den von der Wärmepumpe benötigten Strom, sowie einen erheblichen Teil des für den Prozess benötigten Stromes her. Die Wärme des BHKW wird im Prozess genutzt. Die Maßnahme dient u. a. der Reduzierung der CO2-Emission.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Wärmerückgewinnung im Trocknungsprozess werden in Mälzereien üblicherweise Wärmetauscher eingesetzt. Im Rahmen des Projektes wird in den Abluftstrom der Trocknung zusätzlich ein Verdampferelement eingebracht. In den Ansaugstrom der Trocknung wird das Verflüssigerelement der Wärmepumpenanlage eingebracht. In Vorarbeiten wurden verschiedene Wärmetauschermaterialien getestet. Für den Einsatzzweck werden spezielle Wärmetauscher gefertigt. Das BHKW wird zusammen mit der Wärmepumpe in das Gesamtenergiekonzept der Mälzerei integriert. Der Primärenergiebedarf der Mälzerei wird durch die Wärmepumpe um etwa 25 % reduziert, die CO2-Einsparung beträgt über 6.000 t/a. Parallel dazu wird eine weitere Einsparung von CO2 durch die Eigenerzeugung von Strom erreicht.


Ergebnisse und Diskussion

Das Projekt wurde im Frühjahr 2010 realisiert. Bei der Realisierung kam es zu keinerlei zeitlichen Verzögerungen. Das Investitionsbudget wurde eingehalten. Es liegen mittlerweile Daten aus über einem Jahr Dauerbetrieb vor. Innerhalb eines Jahres lief das BHKW 8.152h und erzeugte während dieser Zeit 16.178 MWh Strom. Das Ergebnis entsprach damit der Prognose von 16.000 MWh/a. Aus den Jahresaufzeichnungen der Wärmepumpe errechnet sich eine durchschnittliche Heizzahl über den gesamten Zeitraum. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Betrachtung sämtliche Stillstandszeiten der Wärmepumpe nicht herausgerechnet wurden. Bei einer nur auf die Anlagenlaufzeit berechneten Heizzahl wäre diese höher. Die durch die Wärmepumpe dem Prozess zugeführte Wärme errechnet sich aus dem Jahresstromverbrauch der Wärmepumpe multipliziert mit der durchschnittlichen Heizzahl (COP). Diese betrug im Betrachtungsjahr (September 2010- August 2011) 6,3 woraus sich eine Gesamtwärme die dem Prozess zur Verfügung gestellt wurde von etwa 24.500 MWh/a ergibt. Subtrahiert man von dieser Summe die für den Betrieb der Wärmepumpe notwendige Strommenge (die dem Prozess auch als Wärme zugeführt wird), ergibt sich die der Fortluft entzogene und dem Prozess auf einem höheren Temperaturniveau wieder zur Verfügung gestellte (gepumpte) Wärmemenge von etwa 20.700 MWh/a. Die von der Wärmepumpe dem Betrieb zur Verfügung gestellte Wärme war mit 24.500 MWh/a, 3.500 MWh/a höher als angenommen, was an dem höher als erwarteten COP-Wert des gesamten Jahres liegt. Allerdings ist auch der Stromverbrauch der Anlage etwas höher. Insgesamt werden die Planzahlen aber übertroffen.

Bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Projektes gab es im ersten Jahr des Betriebes sowohl Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit verbesserten, als auch solche, die die Wirtschaftlichkeit verschlechterten. Dämpfend auf die Wirtschaftlichkeit wirkten sich die gegenüber den prognostizierten Energiepreisen deutlich gesunkenen Einkaufspreise für Gas und Strom. Diese gaben gegenüber der Prognose um etwa 20% nach. Positiv auf die Wirtschaftlichkeit wirkte sich vor allem die Erhöhung der EEG-Abgabe von etwa 2,0 auf 3,5 Cent/kWh aus, wodurch die Summe der vermiedenen EEG-Abgabe aufgrund der Eigenerzeugung von Strom deutlich anstieg. Weiterhin war der Aufwand für den noch zu kaufenden Strom geringer als prognostiziert, die erzielte KWK-Zulage aufgrund des hohen Vollaststundenanteils hoch und die Einspeisevergütung für ins Netz eingespeisten Strom ebenfalls höher als erwartet. In Summe wirken die Faktoren dahingehend ausgleichend, als dass sich verbessernde und verschlechternde Faktoren in etwa die Waage halten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde in mehreren Fachvorträgen einem breiten Publikum vorgestellte (Braugerstenseminar der VLB-Oktobertagung, DBMB-Veranstaltung). Es gab mehrere Betriebsbesichtigungen für interessierte Kältebauer und Branchenvertreter der Malzindustrie auch aus dem Ausland. Des Weiteren wurde eine Veröffentlichung für eine Fachzeitschrift geschrieben und in deutscher und englischer Sprache veröffentlicht (Brauwelt, Brauwelt international). Eine spanische Veröffentlichung folgt in Kürze. Darüber hinaus gab es zwei Fernsehberichte des Norddeutschen Rundfunks, in denen das Projekt vorgestellt wurde.


Fazit

Durch die Maßnahme konnte der Wärmeverbrauch der zur Globalmalt-Gruppe gehörenden Tivoli-Malz GmbH deutlich gesenkt werden. In Verbindung mit der Eigenerzeugung von Strom konnte der Strombe-zug der Mälzerei bei etwa identischem Gasverbrauch fast komplett durch Eigenerzeugung substituiert werden. Die jährliche Einsparung entspricht dem Jahresverbrauch von 3.000 Einfamilienhäusern. Die Förderung des Projektes hat die Realisierung dieses Projektes ermöglicht. Eine Umsetzung dieses Projektes ist prinzipiell auf die gesamte Malzindustrie übertragbar. Bei einzelnen Trocknungsanlagen ist die Wirtschaftlichkeit allerdings aufgrund der sehr viel geringeren Vollbenutzungsstunden fraglich.