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Lebensmittelhersteller Wernsing: Wärmerückgewinnung aus Druckluftstation senkt Erdgasverbrauch

2010-06-22

Per Kühlwasser zum aktiven Klimaschutz
 
Wernsing Feinkost benötigt Prozesswärme rund um die Uhr. Ein Teil des Bedarfs gewinnt das Unternehmen neuerdings aus der Verdichtungswärme der Druckluftstation. Der Lebensmittelhersteller macht sich auf diese Weise rund 350 kW Heizleistung nutzbar und senkt seinen Erdgasverbrauch entsprechend. Außerdem gelangt weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre.

Atlas Copco Germany - Wernsing Sibbel
Essen/Addrup-Essen, Mai 2010 – In Addrup-Essen nahe Cloppenburg hat die Wernsing Feinkost GmbH ihren Stammsitz, und zwar am Kartoffelweg. Die Adresse ist Programm: Hier wird eine Vielzahl von Lebensmitteln für den Handel und die Gastronomie hergestellt, unter anderem: Pommes frites. Für deren Herstellung benötigt Wernsing neben Kartoffeln vor allem Energie. Hartwig Sibbel, zuständig für das Umwelt- und Energiemanagement, ist deswegen immer auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, den Verbrauch zu reduzieren, um die Kosten zu senken und das Klima zu schützen. Auf den weitläufigen Hallendächern ist bereits Photovoltaik installiert, und bei der Vielzahl organischer Abfälle lohnt sich auch der Betrieb einer Biogasanlage.
 
„Da Druckluft ein wertvoller Energieträger ist, nahmen wir natürlich auch die Kompressoren unter die Lupe“, berichtet Sibbel. Neben der Produktion sind insbesondere Förder- und Verpackungstechnik auf diese Sekundärenergie angewiesen – und zwar rund um die Uhr, da überwiegend in drei Schichten gearbeitet wird. Der Gedanke dahinter: Bei der Verdichtung der Luft wird – den Gesetzen der Thermodynamik folgend – vor allem Wärme erzeugt, die Kompressoren müssen stetig gekühlt werden. „Diese Wärme wollten wir in unserem Kesselhaus nutzen, um Weichwasser zur Dampferzeugung vorzuerwärmen“, fährt der Energiespezialist fort, „denn dort können wir sie als Prozesswärme das ganze Jahr über einsetzen.“ Um die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung auszuloten, wandte man sich an die Essener Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH.

Auf Basis einer exakten Messung des Druckluftverbrauchs schlug Atlas Copco eine Druckluftstation mit zwei wassergekühlten, ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren der Typen ZR 250 VSD und ZR 160 vor, mit einer Leistung von 250 beziehungsweise 160 kW. Wasserkühlung und Wärmerückgewinnung passen ideal zusammen, da das bis zu 90 °C heiße Kühlwasser die Kompressionsenergie sehr einfach über einen Wärmetauscher an den Heizkreislauf abführen kann, der im nahen Kesselhaus das Weichwasser erwärmt. Weil die beiden großen Kompressoren bei Wernsing sehr gut ausgelastet sind, steht eine Heizleistung von bis zu 350 kW zur Verfügung – das entspricht immerhin 80 bis 85 % der eingesetzten elektrischen Leistung. Die zurückgewonnene Energie reduziert den Erdgasverbrauch des Lebensmittelproduzenten. Gleichzeitig dient dies dem Klimaschutz, da weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. „Der Aufwand für die Wärmerückgewinnung war nicht groß“, freut sich Hartwig Sibbel. Die neuen Kompressoren fanden nahe dem Kesselhaus Platz. „So genügte im Wesentlichen ein separater Wärmetauscher – das war’s.“

Um den Installationsaufwand zu senken, bietet Atlas Copco die Kompressoren der ZR-Baureihe übrigens auch mit integriertem Wärmerückgewinnungssystem an. Damit kann der Anwender unter besonders günstigen Einsatzbedingungen sogar mehr als 100 % der aufgewendeten elektrischen Energie in Form von Wärme zurückgewinnen. Denn bei hohen Temperaturen und einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit lässt sich mit Hilfe des integrierten Wärmerückgewinnungssystems auch die Kondensations-Energie des in der Luft enthaltenen Wassers gewinnen – was erklärt, warum eine Menge von mehr als 100 % der vom Kompressor aufgenommenen Energie als Wärme genutzt werden kann. Das heiße Kühlwasser lässt sich auch für Heizzwecke gut verwenden, etwa für das Erwärmen von Duschwasser oder die Hallenheizung. Die Nutzung als Prozesswärme – wie bei Wernsing – ist dem aber vorzuziehen, da sie ganzjährig erfolgen kann.

Bis zu 90 °C heißes Kühlwasser steht bereit

Atlas Copco Germany- Wernsing Station
Auf Basis einer exakten Messung des Druckluftverbrauchs schlug Atlas Copco eine Druckluftstation mit zwei wassergekühlten, ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren der Typen ZR 250 VSD und ZR 160 vor, mit einer Leistung von 250 beziehungsweise 160 kW. Wasserkühlung und Wärmerückgewinnung passen ideal zusammen, da das bis zu 90 °C heiße Kühlwasser die Kompressionsenergie sehr einfach über einen Wärmetauscher an den Heizkreislauf abführen kann, der im nahen Kesselhaus das Weichwasser erwärmt. Weil die beiden großen Kompressoren bei Wernsing sehr gut ausgelastet sind, steht eine Heizleistung von bis zu 350 kW zur Verfügung – das entspricht immerhin 80 bis 85 % der eingesetzten elektrischen Leistung. Die zurückgewonnene Energie reduziert den Erdgasverbrauch des Lebensmittelproduzenten. Gleichzeitig dient dies dem Klimaschutz, da weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. „Der Aufwand für die Wärmerückgewinnung war nicht groß“, freut sich Hartwig Sibbel. Die neuen Kompressoren fanden nahe dem Kesselhaus Platz. „So genügte im Wesentlichen ein separater Wärmetauscher – das war’s.“

Um den Installationsaufwand zu senken, bietet Atlas Copco die Kompressoren der ZR-Baureihe übrigens auch mit integriertem Wärmerückgewinnungssystem an. Damit kann der Anwender unter besonders günstigen Einsatzbedingungen sogar mehr als 100 % der aufgewendeten elektrischen Energie in Form von Wärme zurückgewinnen. Denn bei hohen Temperaturen und einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit lässt sich mit Hilfe des integrierten Wärmerückgewinnungssystems auch die Kondensations-Energie des in der Luft enthaltenen Wassers gewinnen – was erklärt, warum eine Menge von mehr als 100 % der vom Kompressor aufgenommenen Energie als Wärme genutzt werden kann. Das heiße Kühlwasser lässt sich auch für Heizzwecke gut verwenden, etwa für das Erwärmen von Duschwasser oder die Hallenheizung. Die Nutzung als Prozesswärme – wie bei Wernsing – ist dem aber vorzuziehen, da sie ganzjährig erfolgen kann.

Übergeordnete Regelung optimiert Drucklufterzeugung

Atlas Copco Germany - Wernsing Sibbel Station
Um die Effizienz der Drucklufterzeugung zu steigern, installierte Wernsing das Energiesparsystem ES 2000 von Atlas Copco. Diese übergeordnete Regelung steuert mehrere Kompressoren mit fester und variabler Drehzahl (VSD – Variable Speed Drive) zusammen so, dass jeder einzelne möglichst optimal läuft. „Allein die Drehzahlregelung des ZR 250 VSD reduzierte den Energieverbrauch im Vergleich zu früher um etwa 15 Prozent“, sagt Hartwig Sibbel. Doch das ES-System kann noch mehr. Liegt der Druckluftverbrauch bei Wernsing über dem maximalen Volumenstrom der beiden ZR-Kompressoren, schaltet das ES 2000 von den vier älteren, noch vorhandenen Kompressoren einen ebenfalls drehzahlgeregelten zu. Dann laufen parallel zwei VSD-Maschinen – jeweils möglichst nahe an ihrem jeweiligen optimalen Betriebspunkt – unterstützt vom konstant arbeitenden ZR 160. Trotzdem bleiben die Druckschwankungen minimal, selbst bei dem schwankenden Verbrauch. Erlaubt sind 0,2 bar Abweichung nach oben oder unten; meist liegt der Druck aber viel näher an den gewünschten 7 bar.
Auch bei der Peripherie griff Wernsing auf das Angebot der Essener zurück: So stellen Adsorptionstrockner der MD-Baureihe sicher, dass stets ein Drucktaupunkt von -30 °C erreicht wird. „Einige Leitungen verlaufen nicht nur im Freien, sondern auch in Kühlbereichen“, erläutert der Umwelt- und Energiemanager. „Umso wichtiger ist der Drucktaupunkt, damit nicht im Druckluftsystem Wasser kondensiert und Ventile und Zylinder gefährdet.“ Mit den MD-Trocknern erreiche man im Mittel -40 °C und liege so auf der sicheren Seite. Die ebenfalls wassergekühlten Trommeltrockner nutzen übrigens die heiße Druckluft zur Regeneration des Trockenmittels, benötigen also keine zusätzliche Energie. Und da die Trommel rotiert, kommen die MDs gegenüber konventionellen Adsorptionstrocknern mit nur rund 5 % der herkömmlichen Menge an Trockenmittel aus.
Klar ist für Wernsing auch, dass die benötigte Druckluft nur von ölfrei verdichtenden Kompressoren erzeugt werden kann. „Wir produzieren Lebensmittel und wollen von vornherein jegliche Gefahr einer Kontamination mit Öl ausschließen“, sagt Hartwig Sibbel abschließend. Und auf die vier alten, ebenfalls ölfrei verdichten Kompressoren wollten die Wernsing-Techniker auch nicht verzichten. Der Grund: Sollte einer der beiden Kompressoren ausfallen, darf dies die Produktion nicht stilllegen. „Von Zeit zu Zeit schalten wir daher abwechselnd einen der vier älteren Kompressoren ein – und können so im Falle des Falles auf diese Stand-by-Maschinen ausweichen.“ Zusätzlich stellt ein Wartungsvertrag mit Atlas Copco sicher, dass dieser Fall besser gar nicht auftritt oder schnellstmöglich die Reparatur erfolgt. Und seit der Inbetriebnahme im Januar 2007 läuft die komplette Anlage zur Drucklufterzeugung störungsfrei.
Zur Wernsing Feinkost GmbH: