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09 | 2018

Special Strom- und

Special Strom- und Wärmeerzeugung Bild 2 Prinzipdiagramm einer zweistufigen Verdichtung mit Zwischenenthitzung (Kondensateinspritzung). Beim Projekt in Terneuzen kommt ein mehrstufiger Zentrifugalkompressor (Integrally Geared Centrifugal Compressor) zum Einsatz (Bild 3). Energetische Auswertung Der Coefficient of Performance (COP) wird verwendet, um die Effizienz von MVR zu charakterisieren. Der COP ist ein einfach zu verwendender Indikator für die Energieeffizienz von Kältemaschinen, Wärmepumpen und (auch) MVR. Der COP zeigt das Verhältnis zwischen der rückgewonnenen Wärmeleistung und der zugeführten elektrischen Kompressorleistung. Energetisch und wirtschaftlich attraktive Anwendungen haben einen COP von mindestens 2 oder höher. Praktische Anwendungen von MVR zeigen, dass COP von 10 und mehr möglich sind. Der Wirkungsgrad der Bild 3 Explosionszeichnung eines mehrstufigen Zentrifugalverdichters. Kompression und eine direkte Zwischenkühlung sind entscheidend für den COP. Der COP des Pilotprojektes bei DOW in Terneuzen liegt bei 5,89. Eine gute energetische Effizienz kann erreicht werden durch: > Auslegung des Verdichters auf die kundenspezifischen Prozessdaten, > Kondensateinspritzung nach jeder Kompressionsstufe. MVR schneidet im energetischen Vergleich zu anderen Techniken sehr gut ab. Für Power-to-Heat (PtH)-Anlagen, das heißt elektrischer Dampfkessel, ist der COP beispielsweise 1: 1 kW elektrische Energie liefert auch 1 kW thermische Energie. Bei Kompressionswärmepumpen wird im günstigsten Fall ein COP von 5 erreicht, wobei zu beachten ist, dass Wärmepumpen im Dampfbereich kaum im Handel erhältlich sind. Wirtschaftliche Auswertung MVR ist immer maßgeschneidert. Die Rentabilität der Investition der MVR hängt unter anderem von den folgenden Faktoren ab: > Maßstab (Kapazität in t/h; von 100 kg/h bis mehr als 100 t/h), > Dampfpreis (wird oft durch den Erdgaspreis bestimmt), > Druckverhältnis, > Wert des Restdampfes, > Elektrizitätspreis. Aus verschieden Studien und Machbarkeitsüberprüfungen ergibt sich, dass MVR wirtschaftlich sehr robust für die Wiederverwendung von Abdampf ist. Bei einem Verhältnis zwischen Strom- und Gaspreis von 3 : 1 in Kombination mit einem optimierten COP ist MVR immer (sehr) profitabel. Die einfache Amortisationszeit liegt grob zwischen einem und fünf Jahren. Für industrielle Anwendungen bedeutet dies, dass MVR relativ unempfindlich gegenüber dem Strompreis ist und der Erdgaspreis für die Anwendung von MVR ausschlaggebend ist. Mit MVR gewinnt die Industrie eine Alternative, um Dampf auf verschiedene Weisen zu erzeugen: MVR ergänzt die traditionelle Methode über Kessel und/oder Kraft-Wärme-Kopplung. Vorteile von MVR MVR bietet sowohl energetisch als auch wirtschaftlich attraktive Vorteile in Verbindung mit einem geringen technischen und finanziellen Risikoprofil. MVR ist daher vor allem für Unternehmen mit einem Überschuss an Niederdruckdampf attraktiv. Diese Vorteile sind: > Die Amortisationszeiten liegen zwischen einem und fünf Jahren, > MVR verringert die Energieverschwendung, > die Energieeffizienz wird verbessert und der Energieverbrauch sinkt, > Wiederherstellung der Dampfbilanz kann auf flexible Weise erfolgen, > verfügbare Kapazitäten reichen von 100 kg/h bis zu 100 t/h pro Einheit, > mehrere Einheiten können zur Kapazitätserweiterung und/oder Flexibilität parallel geschaltet werden, > aktive Kontrolle des Kraft-Wärme-Ver- 8 BWK Bd. 70 (2018) Nr. 9

Strom- und Wärmeerzeugung Special Pilotanlage von DOW in Terneuzen Kapazität Eintritt Austritt Wellenleistung Elektromotor Kompressor-Spezifikationen Planung 12 t Dampf pro Stunde 170 °C und 3 bar(g) 266 °C und 12,5 bar(g) 1 350 kW • Kühlung mit demineralisiertem Wasser für die erste Stufe und zwischen der ersten und zweiten Stufe der Verdichtung • Radialverdichter mit zwei Kompressionsstufen • Eintrittsleitapparat zur Regelung • Hersteller: Atlas Copco Energas GmbH, Köln • Machbarkeitsstudie: 2016 • Detail Engineering: 2017/2018 • Bestellung Kompressor: Q4/2017 • Lieferung Kompressor: Q4/2018 • Inbetriebnahme: Q2/2019 • Kontinuierliches Bewertungs- und Messprogramm: 2019 bis 2020 Tabelle Technische Daten der Pilotanlage von Dow Benelux B. V. in Terneuzen, Niederlande. Bilder: Atlas Copco Bild 4 MVR-Anlage in Süditalien mit einem dreistufigen Dampf - verdichter (GT040T3K1). hältnisses einer Kraft-Wärme-Kopplungs (KWK)-Anlage, was zu einem besseren wirtschaftlichen Betrieb führt, > flexible Reaktionsmöglichkeiten auf einen volatilen Strommarkt, > reduzierte Abhängigkeit vom Erdgaspreis, > Einsatz von bewährter Technologie. Pilotanlage bei Dow in Terneuzen Dow Benelux in Terneuzen realisiert momentan eine Pilotanlage zur Abdampfaufbereitung (Tabelle). Diese Anlage soll gleichzeitig als Demonstrationsprojekt genutzt werden. Bei Bestätigung des erwarteten wirtschaftlichen Erfolgs des Projektes soll das Konzept ebenfalls in weiteren Anlagen in Spanien und den USA umgesetzt werden. Dazu Kees Biesheuvel, Technologieinnovationsmanager bei Dow Benelux: „In der chemischen Industrie wird Dampf als Energieträger für Antriebs- und Heizzwecken in großem Maße eingesetzt. Dow in Terneuzen ist keine Ausnahme. Deshalb sieht Dow definitiv Möglichkeiten für diese Technik. Durch die Berücksichtigung von Wartbarkeit, Zuverlässigkeit und Flexibilität beim Entwurf kann eine zuverlässige Anwendung erreicht werden. Insbesondere bei Kapazitätserweiterungen in Verbindung mit eingeschränkter Verfügbarkeit von Versorgungskapazität kann MVR eine Lösung bieten.“ Fazit MVR ist eine relativ unbekannte aber bewährte Technologie mit der auf sehr wirtschaftlicher Weise Energie eingespart werden kann, und gleichzeitig die Wärmeversorgung teilweise elektrifiziert wird. Überdies, gibt MVR die Möglichkeit die Wärmeversorgung zu flexibilisieren. Diese Technologie kann auch in anderen Industriezweigen wie zum Beispiel dem Metallsektor, der Petrochemie und Chemie, dem Lebensmittelsektor und in der Molkerei angewendet werden. In Bild 4 wird ein anderes Beispiel dargestellt. Es handelt sich um eine vergleichbare Anlage für Energie - rückgewinnung aus Abdampf (22 500 m 3 /h; Eintritt 6,5 bar(g), Austritt 17 bar(g), Antrieb rund 6 MW (el.). BWK Bd. 70 (2018) Nr. 9 9

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