Prozessabwärme - mehr als ein Abfallprodukt?

Im spannenden Bereich der Entwicklung, Planung und Umsetzung von thermischen Verbünden, ist die Frage nach der optimalen Abwärmenutzung immer wieder im Fokus. Sie ist oftmals integraler Bestandteil des Systems und in Fachkreisen gerne Auslöser für interessante Diskussionen.

Aus Prozessen, Dienstleistungsbetrieben oder Rechenzentren resultiert in der Regel Abwärme. Diese sollte aus energetischer Sicht auf möglichst tiefem Temperaturniveau abgeführt werden, und dies unter minimalem Einsatz von Exergie. Dabei haben Betriebs- und Versorgungssicherheit oft oberste Priorität. Für den Betreiber eines thermischen Netzes stellt sich oftmals die Frage, ob die entstehende Abwärme sinnvoll genutzt, eingebunden oder gespeichert werden kann oder effektiv eine Kältebereitstellung erfordert. Entscheidend hierfür ist die Wahl der Systemgrenzen sowie Randbedingungen und Anforderungen an die Systeme, insbesondere auf der Abnehmerseite.

«Es stellt sich oft die Frage, ob es sich um Abwärme als «Abfallprodukt» oder um Kältebedarf handelt, und ob diese Abwärme sinnvoll genutzt werden kann oder rückgekühlt werden muss.»

Haeusermann Marc
Bereichsleiter HLKS

Nicht das Angebot entscheidet, ob Abwärme wertvoll ist, sondern die Nachfrageseite.

Der Gedanke, dass sämtliche Abwärme genutzt werden soll ist im Ansatz gut, jedoch energetisch und technisch nicht per-se sinnvoll. Es ist zudem der erforderliche Exergieeintrag zu berücksichtigen, um Abwärme nutzbar zu machen. Es gilt somit, die «Wertigkeit» von Abwärme zu beurteilen und dabei verschiedene Parameter (intern) wie auch Randbedingungen (extern) zu berücksichtigen. Zu den internen Parametern gehören jene, welche vom Abwärme-Lieferanten beeinflusst bzw. vorgegeben werden, wie z.B. das Temperaturniveau, Lastprofile und zeitabhängige Faktoren wie die Verfügbarkeit.Die externen Randbedingungen beschreiben die Bedarfsseite. Hier sind ebenfalls Temperaturniveaus und Lastprofile entscheidend, aber auch mögliche thermische Speichereigenschaften wie z.B. Erdspeicher oder Anergie-/Niedertemperaturnetze zur Verlagerung spielen eine wichtige Rolle. Das Problem ist, dass die Parameter von Abwärmelieferant und Bedarfsseite häufig nicht optimal aufeinander abgestimmt werden können und so die Abwärmenutzung eingeschränkt bis nicht möglich wird.

«Auf die Idee, in der Wüstenstadt Las Vegas sämtliche anfallende Abwärme aus der Kühlung zu speichern oder gar zu verkaufen, kommt schliesslich auch niemand.»

Haeusermann Marc
Bereichsleiter HLKS

Energiekreisläufe sind vor Ort zu schliessen

Entscheidend für einen Wärmeverbund ist die Tatsache, ob Abwärme direkt oder indirekt, über thermische Speicher zu einem beliebigen Zeitpunkt, sinnvoll genutzt werden kann. Auf der Lieferantenseite ist entscheidend, wie hoch der zusätzliche Energieaufwand und somit die Rückkühlkosten für die Abfuhr der Abwärme sind. Bei entsprechendem Bedarfsprofil kann es allenfalls auch Sinn machen, Abwärme dezentral zu veredeln und so Nutzwärme in ein Fernwärmenetz einzuspeisen. Aus Sicht des Abnehmers darf durch die Aufnahme von Abwärme kein Rückkühlproblem entstehen. Im Extremfall, wenn diese Abwärme nicht genutzt oder gespeichert werden kann, muss die Wärme unter Einsatz von Exergie abgeführt werden. Dies mit entsprechenden Kostenfolgen für den Betreiber des Versorgernetzes und entgegen dem Grundsatz, Energiekreisläufe vor Ort zu schliessen.

Elastisches Preismodell als Lösung des Problems?

Für die Beantwortung eingangs gestellter Frage sind also Angebot und Nachfrage entscheidend. Dies sowohl für ökonomische Erfolgsfaktoren, insbesondere aber auch bei energetischer Betrachtungsweise. Als mögliche Lösung daraus resultiert der Ansatz eines elastischen Preismodells für die Abnahme von Abwärme, mit welchem auf die saisonale Veränderung eingegangen werden kann. So kann es sein, dass im Winter für die Abwärme bezahlt wird, in einer Übergangszeit Abwärme ohne Kostenfolge ausgetauscht wird und im Sommer eine Kältelieferung vergütet werden muss.

Eine allgemein gültige Lösung oder pauschale Antwort auf diese im Detail komplexe Fragestellung gibt es aus heutiger Sicht nicht. Jeder Fall muss individuell und gesamtheitlich betrachtet und beurteilt werden, dabei unterstützen wir Sie gerne. Bei Fragen zu Ihrem Projekt oder Anregungen zum Thema wenden Sie sich gerne direkt an Marc Häusermann.