ENERGIEEFFIZIENZ & NACHHALTIGKEIT



 Präzise Regelung für Strom aus Prozessgasen 

Gleitschieberventile steigern Effizienz 

Auf kleinstem Raum erzeugt diese Anlage je nach Laufzeit bis zu 175 MWh/a. Die Amortisationszeit der Installation beträgt dann weniger als drei Jahre. Einschließlich aller Wartungskosten, könnten in 10 Jahren über 270.000 € eingespart werden. Quelle: Schubert & Salzer Control Systems GmbH

In vielen Druckreduzierstationen, Abdampfleitungen und Kondensationsanlagen bleibt ein erheblicher Teil der Energie ungenutzt. Mit dem System Energify stellt CFT eine robuste Lösung vor, die bereits geringe Druckdifferenzen wirtschaftlich in elektrische Energie umwandelt. Auf diese Weise lassen sich Stromkosten reduzieren und CO₂-Emissionen senken. Die Leistungsregelung erfolgt präzise über Gleitschieberventile von Schubert & Salzer.

Durch die Entspannung von Dampf oder Gas in einem Drehkolbenexpander (1) wird mechanische Energie erzeugt und diese mithilfe eines Asynchrongenerators (2) zu Strom umgewandelt. Ein Gleitschieberventil (3) von Schubert & Salzer steuert die Expanderleistung. Quelle: CFT GmbH

Das Energierückgewinnungssystem arbeitet im Bypass, um einen unterbrechungsfreien Prozessablauf sicherzustellen. Dampf oder ein beliebiges Gas expandiert in einem Drehkolben-Expander von einem höheren auf ein niedrigeres Druckniveau und erzeugt dabei mechanische Energie. Eine Welle überträgt diese Energie auf einen Asynchrongenerator, der elektrische Leistung bereitstellt und in das Niederspannungsnetz einspeist. In der Entwicklungsphase bereitete die exakte Regelung der Expanderleistung Schwierigkeiten: Ein ursprünglich eingesetztes Sitzkegel-Stellventil reagierte träge auf wechselnde Prozessanforderungen und konnte den gewünschten Ausgangsdruck für das gasförmige Medium nicht zuverlässig bereitstellen. Erst der Einsatz von Gleitschieberventilen löste dieses Problem und verbesserte die Regelgüte.

Die Gleitschieberventile basieren konstruktiv auf zwei aufeinander gleitenden Dichtscheiben. Dadurch beträgt der maximale Hub zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung lediglich sechs bis neun Millimeter, und es sind nur geringe Stellkräfte erforderlich. Dies ermöglicht eine sehr agile und präzise Regelung des Ausgangsdrucks. In dem Energierückgewinnungssystem ersetzten die Gleitschieberventile zudem ein vorgeschaltetes Schnellschlussventil, da sie innerhalb von Millisekunden schließen und damit auch die sicherheitsrelevante Abschaltfunktion übernehmen. Die Anlagenkomplexität sinkt, die Bauform bleibt kompakt. Ein weiterer praktischer Vorteil zeigt sich beim Gewicht: Ein Gleitschieberventil in Nennweite 80 Millimeter wiegt etwa 15 Kilogramm, während die zuvor eingesetzten beiden Sitzkegelventile zusammen rund 170 Kilogramm erreichten, was insbesondere bei wiederkehrenden Instandhaltungsarbeiten von Bedeutung ist.

Quelle: CFT GmbH

Die Wirtschaftlichkeit des Systems lässt sich an einer Demonstrationsanlage in einer Molkerei im Münsterland auf der 8-bar-Dampfschiene illustrieren. Bei einem Eingangsdruck von 8 bar Überdruck, einem Ausgangsdruck von 5 bar Überdruck und einer durchschnittlichen Dampfmenge von 2 Tonnen pro Stunde erzeugt die Anlage eine elektrische Leistung von 27 Kilowatt. Bei etwa 6.500 Betriebsstunden pro Jahr ergibt sich eine Stromproduktion von rund 175 Megawattstunden jährlich; die Amortisationszeit liegt unter drei Jahren. Über einen Zeitraum von zehn Jahren lassen sich einschließlich Wartungskosten mehr als 270.000 Euro einsparen. In einer weiteren Beispielrechnung erreicht eine Anlage mit 300 Kilowatt Leistung und 8.500 Betriebsstunden pro Jahr etwa 2.550 Megawattstunden Stromproduktion auf einer Fläche von 40 Quadratmetern. Um dieselbe Energiemenge mit Photovoltaik zu erzeugen, wäre bei einer Jahresauslastung von 1.000 Stunden eine Fläche von rund 13.500 Quadratmetern erforderlich. Neben Dampf kommen als Betriebsmedien grundsätzlich nahezu alle Gase in Betracht, zum Beispiel Stickstoff, Kokereigas, Erdgas oder Wasserstoff, was das Einsatzpotenzial in der Industrie deutlich erweitert.

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