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ALUMINIUMSTRANGPRESSINDUSTRIE
Installation einer GBE zur Erwärmung
auf Grundtemperatur wird sich in
weniger als drei Jahren amortisieren.
Unter der Prämisse, dass es zur
Verbesserung der Energiekosten- und
CO 2 -Bilanz weiteres Optimierungspotenzial
bei der GBE gibt, stellt die
kombinierte Erwärmungsanlage für
den Produktionslinientyp „Losgröße
gegen 1“ die bestverfügbare Handlungsalternative
dar.
In der kombinierten Erwärmungsanlage
kann der Mischtyp aus „Losgröße
gegen 1“ und „Losgröße gegen
∞“ ebenfalls optimal dargestellt werden,
indem die Enderwärmung bei
„Losgröße gegen ∞“ im gasbeheizten
Anlagenteil erfolgt und der induktiv
beheizte Anlagenteil abgeschaltet
wird.
Optimierung der Energiekosten-
und CO 2 -Bilanz bei der GBE
Um weitere Einsparungen zu erzielen,
sind beim Anlagentyp GBE prinzipiell
zwei praktikable zusätzliche
Maßnahmen als Stand der Technik
bekannt:
Alternative 1: Reduzierung des Gasverbrauchs
durch die Nachrüstung
einer λ-Regelung
In den einzelnen Heizzonen der GBE
werden ein spezieller Gas-/Luft-
Mischer, eine Pilotdüse mit integrierter
λ-Sonde und ein Linearstellglied
zur Feinregelung der Brenngasmenge
nachgerüstet. Durch die λ-Regelung
werden die Einflüsse auf Verbrennung
und Abgasqualität ausgeglichen,
wie sie durch Schwankungen des
Luftdrucks, der Luftfeuchte und der
Lufttemperatur auftreten. Ebenso lassen
sich Schwankungen in der Brenngasqualität
ausregeln. Dadurch wird
die Anlage jederzeit mit derselben
Leistung und Abgasqualität betrie-
ben. Die
Nachrüstung
einer
λ-Regelung
spart in der
Basisversion
ohne
neue Brenner
fünf bis
sechs Prozent
des
vorherigen Gasverbrauches ein. Wird
die Anlage zusätzlich mit speziellen
Brennern ausgerüstet, sind höhere
Einsparungen von bis zu zehn Prozent
möglich.
Die Wirtschaftlichkeit der Nachrüstung
einer λ-Regelung in der Basisversion
kann mittels einer Zahlungsreihe
unter Anwendung der Endwertmethode
dargestellt werden. Hierbei
werden die Salden der erwarteten
Ein- und Auszahlungen mit einem
festzulegenden Kalkulationszinssatz
auf den Endzeitpunkt der Investition
aufgezinst; die Amortisationsdauer ist
erreicht, wenn das berechnete Endkapital
ein positives Vorzeichen hat.
Anlagentyp IBE GBE/IBE
spez. Gasverbrauch 0 175 kWh/t
spez. Stromverbrauch ca. 215 kWh/t ca. 48 kWh/t
CO 2-Emission durch Gasverbrauch 0 t 525 t
CO 2-Emission durch Stromverbrauch 1.935 t 432 t
Kosten Emissionsberechtigungen 7.350 €
Energiekosten Beheizung 415.500 € 218.925 €
Betriebskosten Beheizung 415.500 € 225.850 €
Tab. 3: Energiekosten- und CO 2-Bilanz für „Produktionslinientyp Losgröße
gegen 1“ (15.000 t/a)
Beispiel
Kalkulationszinssatz: 5% p. a.
Investition λ-Regelung: 35.000 €
Einsparung Bezugskosten Erdgas:
15.000 t/a × 0,05 × 215 kWh/t ×
0,045 €/kWh = 7.256 € p. a.
Einsparung CO 2 -Emissionsberechtigungen:
452 €.
Abb. 4 zeigt für das gewählte Beispiel
eine Amortisationsdauer von etwas
mehr als fünf Jahren. Die Amortisationsdauer
verkürzt sich mit steigendem
Durchsatz, steigenden Gaspreisen
und steigenden Kosten für die
Emissionsberechtigungen.
Alternative 2: Reduzierung des Stromverbrauchs
durch einen
nachgeschalteten
ORC-Prozess
Mit der Anwendung
des ORC-Prozesses
kann Wärmeenergie,
die im Abgas enthalten
ist, in Strom umgewandelt
werden. Es
ist im ersten Schritt
zu untersuchen, ob
die im Abgas der GBE
enthaltene Wärmeenergie ausreicht,
um einen ORC-Prozess einzusetzen.
Im zweiten Schritt erfolgt die Betrachtung,
ob diese Einsparung wirtschaftlich
realisiert werden kann.
Das für den ORC-Prozess benötigte
Abgas kann sinnvoll hinter der
Vorwärmkammer der GBE abgezogen
werden. Hier stehen bei 60 Prozent
Anlagenwirkungsgrad noch circa 85
kWh/t Al Wärmeenergie bei Abgastemperaturen
oberhalb der benötigten
500 °C zur Verfügung. Um hieraus die
benötigten 7 kWh/t Al elektrisch zu erzeugen,
muss der Wirkungsgrad des
ORC-Prozesses größer als 8,2 Prozent
sein. Kleine ORC-Anlagen mit circa
60 kW erreichen Wirkungsgrade von
circa 20 Prozent. Das heißt, dass über
die benötigten 7 kWh/t hinaus weitere
10 kWh/t erzeugter elektrischer
Strom zur Verfügung steht, der anderen
Prozessen zugeführt bzw. eingespeist
werden kann.
Die Wirtschaftlichkeit der Nachschaltung
eines ORC-Prozess ergibt
sich analog der Berechnung für die
λ-Regelung, wobei für den erzeugten
Strom gegenüber den Bezugskosten
eine erzielbare höhere Einspeisevergütung
von circa 4 ct/kWh berücksichtigt
wird:
Beispiel
Kalkulationszinssatz: 5% p. a.
Investition ORC-Prozess mit 60
kWh: 200.000 €. Betriebs- und
Wartungskosten ORC-Prozess:
12.000 € p. a. Eingespeister elektrischer
Strom: 17 kWh/t.
Einspeisevergütung: 0,18 €/kWh
Abb. 5 zeigt, dass sich für die Nachschaltung
eines ORC-Prozess ab
Jahrestonnagen > 18.000 akzeptable
Amortisationsdauern darstellen lassen,
wenn 17 kWh elektrischer Strom
Abb. 4: Amortisationszeit der λ-Regelung in Abhängigkeit
des Durchsatzes
24 ALUMINIUM · 4/2010