durch fossilfreie Hochtemperatur-Prozesswärme
mit Industrie-Großwärmepumpen im Leistungsbereich bis über 20 Megawatt
Unser Energy Upcycling System mit höchster Energieeffizienz
für fossilfrei erzeugten Dampf bis 250°C
spart bis zu 80% Strom gegenüber elektrischer Dampf- und Wärmeerzeugung
Aus Abwärme wird gesättigter Dampf bis 250°C (40 bar). Die Lübbers HT-H2O-WP®-Technologie erreicht Leistungsziffern bis über 5. Im Vergleich zu direkter elektrischer Beheizung spart das bis zu 80% Strom. Die Lübbers HT-H2O-WP® ist bis zu 5-mal effizienter als ein elektrischer Dampfkessel.
Mehr Informationen zur Funktionsweise
Die Lübbers HT-H2O-WP® (Patent angemeldet) basiert auf einem sehr vielseitigen Kreisprozess mit dem völlig unschädlichen und klimaneutralen Kreisprozessfluid Wasser (R718). Mit der Lübbers HT-H2O-WP® wird Abwärme von zum Beispiel 60 °C zu gesättigtem Prozessdampf bis 250°C (40 bar) aufgewertet, je nach Bedarf. Unterschiedliche Abwärmequellen können miteinander kombiniert werden. Hierfür eignen sich beispielsweise Abwärmeströme von Kälteanlagen, Trocknungsanlagen, Verdampfern, Druckluftverdichtern oder ähnlichen Prozessen.
Die variabel konfigurierbare Lübbers HT-H2O-WP® ist in sehr weiten Einsatzgrenzen für Dampftemperaturen über 100°C bis 250°C und Heizleistungen über 1 bis 50 MW skalierbar. Vor allem die Integrationsfähigkeit in eine vorhandene Dampfnetz-Infrastruktur vereinfacht die Modernisierung für unterschiedlichsten Arten von dampfbeheizten Verbrauchern. Es können sowohl Dampfspeicher als auch Dampfkessel im Tandembetrieb mit der Lübbers HT-H2O-WP® verbunden werden.
Durch die neuartige Kombination von bewährten, hocheffizienten Komponenten werden sehr hohe Leistungsziffern von über 70% des Carnot-COP erreicht. Durch die mehrstufige Verdichtung können unterschiedliche Dampfdrücke gleichzeitig bereitgestellt werden. Die Gesamteffizienz erhöht sich dadurch und der Primärenergieeinsatz kann je nach erforderlichem Temperaturhub um bis zu 80% gegenüber einem elektrischen Dampfkessel reduziert werden.
Beispiel: Trockner mit Lübbers HT-H2O-WP®
Im Beispiel wird in einem herkömmlichen Sprühtrockner mit einem spezifischen Primärenergie-Einsatz von etwa 2 MWh/Tonne Wasserverdampfung nachträglich eine Lübbers HT-H2O-WP® integriert. Dadurch kann der spezifische Primärenergie-Einsatz auf bis zu 0,51 MWh/Tonne Wasserverdampfung reduziert werden und der Trocknungsprozess hat dann bereits ZERO CO2 EMISSIONS.
Beispiel: Trockner mit WKK-System
Mehr Informationen zur Funktionsweise
Das Lübbers WKK-System basiert auf CO2-Wärmepumpen. Der von Lübbers optimierte Wärmepumpenprozess erzeugt gleichzeitig Heißwassertemperaturen bis zu 130°C und Eiswassertemperaturen von etwa 0°C. Mit dem Heißwasser können Prozesse bis auf etwa 125°C erhitzt werden. Das parallel erzeugte Warmwasser wird beispielsweise zur Vorwärmung des Prozesses genutzt.
Je nach den Anforderungen des angeschlossenen Kühlprozesses kann das kalte Eiswasser als Kühlmedium genutzt werden. Dadurch können auch vorhandene Eiswasser-Anlagen ganz oder teilweise ersetzt werden.
Mit dem Lübbers WKK-System werden Wärmeerzeugung und Kälteerzeugung optimal in die angeschlossenen Prozessanlagen integriert. Durch die hohe Effizienz des Lübbers WKK-Systems können pro Megawatt elektr. Leistungsaufnahme gleichzeitig über 3 MW Prozesswärme und über 2 MW Prozesskälte erzeugt werden.
Durch die Integration des Lübbers WKK-Systems in einen herkömmlichen Sprühtrockner kann der spezifische Primärenergie-Einsatz auf etwa 0,7 MWh statt wie zuvor bis zu 3 MWh pro Tonne Wasserverdampfung reduziert werden. Für den Trocknungsprozess kann dadurch der Verbrauch von fossilen Energieträgern (wie Erdgas und Öl) insgesamt bis zu 65% reduziert werden.
Heißwasser bis 130°C und Eiswasser bei gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf. Mit Speichern ist sogar zeitliches Entkoppeln möglich. Bestandseiswasseranlagen können so ersetzt oder substituiert werden. Eine Reduzierung von Ammoniakeinsatz ist dadurch möglich.
Lübbers begleitet Sie bei Ihrer Energietransformation
mit einer fundierten Beratung, Prozessintegration, Planung, Lieferung und Installation.
Lübbers begleitet Sie bei Ihrer Energietransformation mit einer fundierten Beratung, Prozessintegration,
Planung, Lieferung und Installation.
Die Molkerei Ammerland eG installiert am größten milchverarbeitenden Standort in Norddeutschland einen neuen Lübbers Sprühtrockner mit einem Lübbers WKK-System.
Durch das Lübbers WKK-System wird der spezifische Gasverbrauch des Trockners zukünftig um etwa zwei Drittel gegenüber dem Stand der Technik reduziert und eine Senkung der CO2-Emissionen des Standortes um über 6.000 Jahrestonnen erreicht.
Die Molkerei Ammerland eG installiert am größten milchverarbeitenden Standort in Norddeutschland einen neuen Lübbers Sprühtrockner mit einem Lübbers WKK-System.
Durch das Lübbers WKK-System wird der spezifische Gasverbrauch des Trockners zukünftig um etwa zwei Drittel gegenüber dem Stand der Technik reduziert und eine Senkung der CO2-Emissionen des Standortes um über 6.000 Jahrestonnen erreicht.
Lübbers Anlagen- und Umwelttechnik GmbH
Am Fliegerhorst 19
99947 Bad Langensalza
www.luebbersgroup.com
Was ist eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe ist eine Maschine mit einem stofflich geschlossenen Kältemittel-Kreislauf mit einem Wärmeübertrager auf der Kältemittel-Niederdruckseite, einer Kältemittel-Verdichtung von Niederdruck auf Hochdruck, einem Wärmeübertrager auf der Kältemittel-Hochdruckseite und einem Drosselventil zwischen der Kältemittel-Hochdruck- und Niederdruckseite. Hierzu finden sich viele Darstellungen im Internet.
Über den – vom elektrisch angetriebenen Verdichter in Gang gesetzten – Kältemittel-Kreislauf kann die Wärmepumpe niederwertige Wärme, beispielsweise Abwärme mit niedriger Temperatur, auf ein höheres Temperaturniveau aufwerten, indem flüssiges Kältemittel im Niederdruck-Wärmeübertrager durch die Abwärme erwärmt und verdampft wird, dieser Dampf durch den Verdichter auf den Hochdruck verdichtet wird und sich dabei auf ein höherwertiges Temperaturniveau erhitzt, und dann im Wärmeübertrager der Hochdruckseite abgekühlt oder kondensiert wird, wobei Wärme vom Kältemittel als höherwertige Wärme an einen Prozess abgegeben wird.
Wodurch entsteht die Effizienz einer Wärmepumpe?
Die für die Kältemittel-Verdichtung benötigte elektrische Energie ist nur einen Bruchteil derjenigen Energiemenge, welche im Wärmeübertrager der Hochdruckseite als höherwertige Wärme abgegeben werden kann. Das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung zu aufgewendeter elektrischer Leistung wird als Leistungsziffer COP (Coefficient of Performance) bezeichnet. Die Beheizung mit einer Wärmepumpe mit einer Leistungsziffer COP 5 benötigt also nur 1/COP = 20 % der elektrischen Leistung einer gleichwertigen elektrischen Beheizung und spart dadurch 80 % Strom.
Dabei setzt sich die abgegebene höherwertige Wärme (100 %) anteilig zusammen aus der elektrischen Energie für die Kältemittel-Verdichtung (bei COP 5 also 20 %) und der durch Verdichtung aufgewerteten niederwertigen Wärme (bei COP 5 also 80 %). Würde die gleiche Menge höherwertiger Wärme stattdessen nur aus elektrischer Beheizung erzeugt werden, wäre der Verbrauch an elektrischer Energie um den Faktor des COP höher (bei COP 5 also 5 x 20 % = 100 %). Je mehr die abgegebene Wärme durch Verdichtung aufgewertet wurde, desto geringer ist die Effizienz der Wärmepumpe, weil der Anteil an elektrischer Energie für die Verdichtung steigt.
Was ist eine Hochtemperatur-Wärmepumpe?
Nur wenn die Wärmeabgabe einer Wärmepumpe im sogenannten hohen Temperaturbereich erfolgt, also oberhalb 200 °C, handelt es sich um eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Leider wird fälschlicherweise der Begriff „Hochtemperatur-Wärmepumpe“ (HT-WP) häufig bereits im niedrigen Temperaturbereich unter 100 °C und mittleren Temperaturbereich 100-200 °C verwendet. Die Lübbers HT-H2O-WP® zur Erzeugung von Prozesswärme bis 250 °C ist eine echte Hochtemperatur-Wärmepumpe und wird zur industriellen Hocheffizienz-Dampferzeugung bis 40 bar Sattdampf eingesetzt.
Was ist eine Hochtemperatur-Industriewärmepumpe?
Der Begriff Industriewärmepumpe (auch häufig Großwärmepumpe genannt) ist nicht eindeutig definiert und wird in den Medien vereinfachend für nahezu jede Wärmepumpe verwendet, die leistungsstärker ist als eine Wärmepumpe zur Wohnraumbeheizung in Einfamilienhäusern. Während die zahlenmäßig meisten Wärmepumpen für Gebäudebeheizung im Bereich bis 20 kW gebaut werden, gehen die Prozesswärmeleistungen von Industriewärmepumpen in den ein- bis dreistelligen MW-Bereich.
Die Lübbers HT-H2O-WP® zur industriellen Hocheffizienz-Dampferzeugung bis 250 °C (40 bar) ist eine echte Hochtemperatur-Industriewärmepumpe. Nach unserer Auffassung wird eine Industriewärmepumpe nur zur Prozesswärmeerzeugung in Industrieprozessen eingesetzt, wobei Abwärme aus Industrieprozessen genutzt wird, die ansonsten nicht mehr wirtschaftlich nutzbar wäre, und diese Abwärme zu hochwertiger Prozesswärme aufgewertet wird, die wiederum Prozesswärme aus anderer Erzeugung substituiert, beispielsweise die Verbrennung fossiler Energieträger.
Welche Temperatur erreicht eine Hochtemperatur-Industriewärmepumpe?
Die Lübbers HT-H2O-WP® kann Prozesswärme bis 250 °C erzeugen. Die Europäische Kommission hat festgelegt, dass Prozesswärme-Temperaturen zwischen 200-300 °C als hoher Temperaturbereich gelten, zwischen 100-200 °C als mittlerer Temperaturbereich und unterhalb 100°C als niedriger Temperaturbereich.
In den 1970er-Jahren wurde der Begriff Wärmepumpe in der Gesellschaft etabliert und zu der Zeit erreichten Wärmepumpen in der Regel Wärmeabgabe-Temperaturen um 50 °C, was zur Wohnraumbeheizung ausreicht. Als verbesserte Technologien dann Wärmeabgabe-Temperaturen über 80 °C erreichten, was auch zur Brauchwasser-Erhitzung ausreicht, wurde der Begriff Hochtemperatur-Wärmepumpe geprägt. Selbst heute kursieren fälschlicherweise Begriffe wie „Höchsttemperatur-Wärmepumpen“ bereits für Vorlauftemperaturen bis 130 °C, was jedoch nicht mit der EU-Definition übereinstimmt.
Höhere Temperaturen waren nur für die Industrie von Nutzen, jedoch waren Industriewärmepumpen in den vergangenen Jahrzehnten aufgrund billiger fossiler Energien nicht weit verbreitet. Erst mit der aktuellen Energietransformation aus Klimaschutzgründen wurden Wärmepumpen für mittlere Temperaturen bis 200 °C und hohe Temperaturen über 200 °C interessant.
Was sind die Vorteile einer Hochtemperatur-Industriewärmepumpe?
Ein großer Vorteil liegt natürlich in der Energieeffizienz und der Reduzierung des Primärenergie-Einsatzes. Während Hochtemperatur-Prozesswärme herkömmlich über Verbrennung fossiler Energieträger oder direkte elektrische Beheizung erzeugt wurde, kann eine Hochtemperatur-Wärmepumpe den Primärenergie-Einsatz um einen hohen zweistelligen Prozentsatz reduzieren, teilweise um über 80 %. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der Substitution fossiler Energieträger bei der Prozesswärme-Erzeugung bis auf hohe Temperaturen. Dadurch können viele Prozesse jetzt vollständig fossilfrei beheizt werden.
Wie kann die Effizienz von Hochtemperatur-Wärmepumpen verglichen werden?
Zur Erläuterung kann folgende Analogie verwendet werden:
Für den Effizienz-Vergleich von Wärmepumpen wird häufig deren Leistungsziffer (COP = Coefficient of Performance) herangezogen. Der COP wird als Quotient aus abgegebener Wärmeleistung zur Antriebsleistung berechnet. Aber eine Wärmepumpe ist niemals ein alleinstehender Prozess, sondern muss allein für ihre Funktion immer in Wärmequellen und Wärmesenken eingebunden werden. Daher ist die Beurteilung einer Wärmepumpe ausschließlich anhand des COP nicht hilfreich, da sich der COP lediglich auf den Wärmepumpen-Kreisprozess bezieht. Für eine neutrale Vergleichbarkeit unterschiedlicher Prozesse mit oder ohne integrierte Wärmepumpe muss die Bilanzgrenze über den Wärmepumpen-COP hinaus gezogen werden, indem der Primärenergie-Einsatz (PEE) des Gesamtsystems auf den Prozess-Nutzen bezogen wird.
Deutlich wird dieses am Beispiel eines Sprühtrockners. Der Nutzen eines Sprühtrockners ist die Wasserverdampfung im Trocknungsprozess, dessen Beheizung der Trocknungsluft durch einen gewissen Primärenergie-Einsatz erfolgt. Als Kenngröße für einen neutralen Effizienz-Vergleich unterschiedlicher Sprühtrockner-Systeme dienen also der spezifische Primärenergie-Einsatz, der als Quotient aus Primärenergie-Einsatz zur Wasserverdampfung in MWh/t berechnet wird. Diese Kenngröße liegt beispielsweise in der Lebensmittelindustrie für herkömmliche Sprühtrockner nach dem Stand der Technik – also ohne Wärmepumpentechnologie – häufig im Bereich von 1,2-3,0 MWh Primärenergie-Einsatz pro Tonne verdampften Wassers. Anhand dieser Kenngröße lassen sich dann unterschiedlichste Trockner-Systeme hinsichtlich der Energie-Effizienz vergleichen.
Wo wird eine Lübbers Hochtemperatur-Industriewärmepumpe eingesetzt?
Die Lübbers HT-H2O-WP® ist eine Hochtemperatur-Industriewärmepumpe und wird zur industriellen Dampferzeugung bis 250 °C/40 bar eingesetzt. Zu den Industrieprozessen können jegliche Arten von stationären Dampf-Verbrauchern gezählt werden.
Die variabel konfigurierbare Lübbers HT-H2O-WP® ist in sehr weiten Einsatzgrenzen für Temperaturen von 100 °C bis 250 °C und Heizleistungen im ein- bis zweistelligen MW-Bereich skalierbar und kann sowohl an vorhandene Dampf-Wärmeübertrager angeschlossen als auch in eine vorhandene Dampfnetz-Infrastruktur integriert werden, was Retrofit-Installationen für die unterschiedlichsten Arten von dampfbeheizten Verbraucher erheblich vereinfacht. Es können sowohl Dampfspeicher als auch Dampfkessel im Tandembetrieb mit der Lübbers HT-H2O-WP® verbunden werden.
Wann lohnt sich eine Hochtemperatur-Industriewärmepumpe?
Eine Lübbers HT-H2O-WP® lohnt sich sofort,
Lübbers Anlagen- und Umwelttechnik GmbH
Am Fliegerhorst 19
99947 Bad Langensalza
www.luebbersgroup.com
Bernd Feuerriegel
