Realisieren Sie Ihre Dekarbonisierung
5. Mai 2025
Die Dampferzeugung zählt in vielen Industriebetrieben zu den energieintensivsten Prozessen und ist häufig noch von fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder Kohle abhängig. Angesichts der ambitionierten Klimaschutzziele und steigender CO₂-Kosten gewinnt die Dekarbonisierung der Dampferzeugung immer mehr an Bedeutung. In diesem Kontext rückt die Elektrifizierung der Dampferzeugung in den Fokus – insbesondere die Kombination aus Elektrokesseln, thermischen Hochtemperaturspeichern und regenerativem Strom aus Photovoltaik-Freiflächenanlagen oder Windanlagen.
Problemstellung
Elektrokessel erzeugen Dampf durch elektrischen Widerstand oder Elektrodenheizung und bieten eine sehr flexible und emissionsfreie Alternative zu herkömmlichen Kesseln. Durch den Betrieb mit grünem Strom kann der CO₂-Ausstoß im Vergleich zu fossilen Kesseln nahezu auf null reduziert werden.
Diese Direktelektrische Dampferzeugung muss dabei in 2 unterschiedliche Technologien unterschieden werden, in den
- Elektrokessel oder auch Widerstandsheizung sowie den
- Elektrodenkessel
Welche Technik gewählt wird, hängt von vielen standort- und kundenspezifischen Faktoren wie Art der Prozessenergienutzung, Temperaturniveau, Leistung, Netzanschluss usw. ab.
Ein zentrales Element, um die Vorteile der Elektrifizierung optimal auszunutzen, ist die Integration eines Hochtemperaturspeichers. Dieser thermische Speicher ermöglicht die zeitliche Entkopplung von Strombezug und Pozessenergiebedarf. So kann der Elektrokessel dann betrieben werden, wenn erneuerbarer Strom im Überschuss verfügbar und günstiger ist, während der Dampfbetrieb kontinuierlich und bedarfsgerecht erfolgt.
Hier besteht die gesamte Anlage aus mehreren Komponenten, dem Elektrokessel, dem Hochtemperaturspeicher und einem Dampferzeuger sowie einem Wärmeträgermedium.
Über den Elektrokessel wird ein Wärmeträger wie Luft oder Thermoöl erhitzt. Dieser Wärmeträger kann direkt zur Dampferzeugung genutzt werden oder wird in einem Speicher wie Stahl, Keramik, Grafit o.ä. gespeichert. Aus dem Speicher kann im Weiteren die Energie zur Dampferzeugung genutzt werden.
Über dieses System kann der Strombezug zeitlich von der produktionsbedingten Dampferzeugung getrennt werden.
Wirtschaftliche Bewertung:
Kostenreduktion durch atypische Netznutzung und PV-Eigenversorgung
Die Wirtschaftlichkeit eines elektrischen Dampfsystems wird wesentlich durch den Strompreis bestimmt. Hier kommen drei wichtige Hebel zum Tragen:
- PV-Freiflächenanlage oder Windanlage als Eigenstromquelle:
Die Installation einer Photovoltaik-Freiflächenanlage oder Windanlage vor Ort bietet die Möglichkeit, einen Teil des Strombedarfs direkt und kostengünstig aus eigenem regenerativem Strom zu decken. Die Kombination aus PV-Strom und Hochtemperaturspeicher maximiert den Eigenverbrauch und minimiert den Zukauf von teurem Netzstrom. - Atypische Netznutzung:
Durch eine intelligente Steuerung und den Hochtemperaturspeicher kann der Elektrokessel gezielt zu Zeiten niedriger Netzbelastung betrieben werden. Dies ermöglicht die Nutzung vergünstigter Netzentgelte, da die Spitzenlast im Netz vermieden wird. Unternehmen können so bis zu 80 % der Netzentgelte einsparen – ein erheblicher Kostenvorteil. - Börsenpreisorientierter Stromeinkauf:
Duch die Nutzung des Speichers kann ergänzend oder alternativ in Zeiten hoher regenerativer Erzeugung Überschussstrom und damit günstiger Strom aus dem Netz zur kostengünstigen und nachhaltigen Dampferzeugung zu nutzen
Die Gesamtkosten der Dampferzeugung können so erheblich reduziert und gleichzeitig die CO₂-Emissionen signifikant gesenkt werden.
Vergleich zu Alternativen
Alternativen zur Dekarbonisierung der Dampf- und Prozessenergieerzeugung sind folgende Technogien:
Im Vergleich zu den vor genannten Alternativen bietet das Elektrokessel-System mit Speicher und PV-Anlage mehrere Vorteile:
Fazit
Die Kombination aus Elektrokessel, Hochtemperaturspeicher und PV-Freiflächenanlage oder Windanlagen stellt eine technisch ausgereifte und wirtschaftlich attraktive Lösung für die De-karbonisierung der Dampferzeugung dar. Insbesondere durch die Nutzung atypischer Netz-nutzung und Eigenstromproduktion können Industriebetriebe ihre Energiekosten signifikant senken und gleichzeitig einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten.
Für Unternehmen, die ihre Dampferzeugung nachhaltig gestalten wollen, empfiehlt sich eine detaillierte technische und wirtschaftliche Analyse, um die optimale Auslegung und Integration dieser Systeme zu gewährleisten.
Vorgehensweise
1.Im ersten Schritt wird der gesamte Energiebedarf nach den unterschiedlichen Ener-gieträgern ermittelt und analysiert bzw. der zeitliche Bedarf simuliert.
2.Sodann werden die Anforderungen an die „ideale“ Energieversorgung ermittelt und mit der IST-Situation verglichen. Aufbauend auf der Konzeption werden unterschiedliche Erzeugungsvarianten untersucht und technologisch und wirtschaftlich verglichen.
3. Im Weiteren wird die energiewirtschaftlichen Rahmensituation analysiert und Opti-mierungsalternativen diskutiert und in dem technischen und wirtschaftlichen Vergleich berücksichtigt
3.Die Alternativen werden anhand ermittelter Vergleichskennzahlen verglichen und dargestellt
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Andreas Reichel