KWKK - Kraft Wärme Kälte Kopplung

Realisierung

Da in vielen Industrieprozessen, Heiz- oder Blockheizkraftwerken ein oftmals hohes Maß an Abwärme ungenutzt bleibt, bieten diese eine wirtschaftlich und energetisch interessante Möglichkeit die Versorgung der Kältemaschine darzustellen.  Jedoch machen die oft niedrigen Abwärmetemperaturen, sowie die erforderlichen Kaltwassertemperaturen der Kälteversorgung einen reinen Einsatz von Absorptionskältetechnik technisch sehr aufwändig und in diesem Zusammenhang wirtschaftlich uninteressant.

Durch den Verbund von Kompressionskältemaschinen und Absorptionskältemaschinen in einer Kältemaschinen-Kaskade werden die Vorteile jeder Technik optimal ausgenutzt. So kann zum Beispiel ein Großteil der geforderten Kälteleistung durch die AKM bereitgestellt werden, wohingegen Spitzenlasten oder der Hub auf ein geringeres Temperaturniveau durch die KKM abgefangen werden, die darüber hinaus als Redundanz, für den Fall mangelnder Wärmeversorgung dient.

Die höheren Investitionskosten für die AKM werden durch die hohe Auslastung und die niedrigeren Betriebskosten relativiert.

Besonders die Konstellation, dass eine oftmals bereits vorhandene KKM in die Kältemaschinen-Kaskade eingebunden wird und somit auch weiterhin in ihrem vollen Leistungsumfang als Redundanz zur Verfügung steht, bietet eine gute Möglichkeit der Hemmschwelle entgegenzuwirken einen Kälteerzeugungsprozess umzustellen. Gerade wenn diese Umstellung mit einer Steigerung der Gesamtanlagenleistung oder der Anlagenverfügbarkeit einhergeht, kann auf diese Weise eine Marktdurchdringung von Absorptionskältetechnik erzielt werden.
In diesem speziellen Anwendungsfall wird eine Demonstrationsanlage in Form der beschriebenen Kaskade aufgebaut. Hierbei wird die bereits bestehende Kompressionskälteversorgung einer großen Liegenschaft, einem Hotelbetrieb, durch Absorptionskältetechnik ersetzt bzw. ergänzt.

Der ausgewählte Versorgungsfall stellt exakt die typisch, kritischen Anforderungen an eine Kälteversorgung dar. Zur Klimatisierung des Gebäudes sind Kaltwassertemperaturen von 6°C erforderlich. Die Klimatisierung des Hotelbetriebes muss prozesssicher auch in Leistungsspitzen wie z.B. im Sommer gewährleistet sein. Als Antriebsenergie der AKM wird die Abwärme eines durch Biogas betriebenen BHKWs genutzt, durch die auch die Wärmeversorgung des Hotelbetriebes während der Heizperiode unterstützt wird.

Wie auch in vielen anderen Prozessen steht hier Abwärme im Niedertemperaturbereich um ca. 90°C bereit. Diese Konstellation würde den  Betrieb einer reinen AKM unwirtschaftlich machen.

Die Kombination dieser beiden Faktoren bietet ein ideales Erprobungsfeld für die Kältemaschinen-Kaskade. Insbesondere die Situation, dass die durch das BHKW gelieferte Abwärme regelbar in Bezug auf Temperatur und Leistung ist, ermöglicht es gezielt Versuchsreihen zu fahren, bei denen verschiedenen Betriebszustände bis hin zu kompletten Leistungskollektiven  simuliert werden.

In diesem Zusammenhang wird mit der aufgebauten Demonstrationsanlage eine umfassende Versuchs- und Monitoringphase durchgeführt, die es ermöglicht die vielfältigen Betriebs- und Steuerungsstrategien so einzusetzen, dass ein Optimum hinsichtlich des energetischen und wirtschaftlichen Potentials erzielt wird. Bereits durchgeführte Simulationen zeigen ein hoch interessantes Einsparpotential der Kältemaschinen-Kaskade gegenüber der Kompressionskältetechnik und ein deutlich erweitertes Anwendungsgebiet gegenüber dem Einsatz reiner AKM.

Flussbild KWKK
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