Wärmerückgewinnungs-Analyse / Pinch-Analyse

"Das Ziel ist es, einen Prozess mit dem erforderlichen Durchsatz und der erforderlichen Produktqualität
mit einem Minimum an Energie- und CO2-Emissionen zu betreiben."

Bei der Pinch-Analyse wird das Gesamtsystem (Prozesse, Produktionsanlagen und Energieversorgung) anlagenübergreifend und systematisch untersucht und die energetisch ideale Kombination von Prozessschritten mit Wärmebedarf und Wärmeabgabe ermittelt. Danach wird ein technisch machbares und wirtschaftlich optimiertes Anlagendesign zur Wärmerückgewinnung erstellt.

In der Industrie wird oft mehr als die Hälfte der Energie für Heiz- und Kühlprozesse verwendet. Es ist daher wichtig, diese Prozesse anlagenübergreifend zu analysieren und hinsichtlich Energieverbrauch, (CO2-)Emissionen sowie Investitions- und Betriebskosten zu optimieren.

Klassische Energieoptimierungsansätze konzentrieren sich auf die Verbesserung einzelner Apparate oder Infrastruktureinrichtungen. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass eine insgesamt größere Steigerung der Energieeffizienz in der Regel durch eine optimale Verknüpfung der Energieströme im Gesamtsystem erreicht werden kann.

Mit den empfohlenen Massnahmen einer Pinch-Analyse kann der thermische Energiebedarf und entsprechend auch die CO2-Emissionen von Industrieprozessen um 10% bis 40% und mehr reduziert werden. Die Amortisationszeit beträgt in der Regel ein bis vier Jahre.

Die Pinch-Analyse ist auch ein wertvolles Hilfsmittel bei der Planung und Erweiterung neuer Systeme/Anlagen und Prozesse, um bereits bei der Planung das optimale Energierückgewinnungspotential zu erschliessen und Fehlinvestionen zu vemeiden:
"First Time Right!"

Hauptmerkmale

Energieeinsparungen von 10-40%.
Signifikante CO2-Reduktion
Amortisation von 1-4 Jahren
Starker ROI, positiver NPV

Composite Curves Pinch-Analyse — Beispielhafte heiße und kalte "Composite-Kurven" (CC). Die Verschiebung der kalten CC nach links reduziert die dTmin, erhöht das Wärmerückgewinnungs-Potenzial (HR Pot.) und reduziert den Bedarf an zugeführten kaltem und heißem Energiequellen (CU bzw. HU)

Wann macht eine Pinch-analyse sinn?

Produktionsanlagen mit thermischen Verfahren (kontinuierlich oder diskontinuierlich)
Optimierung bestehender Prozesse oder bei der Planung von Neuanlagen und Nachrüstungen
Heiz- und Kühlprozesse auf verschiedenen Temperaturniveaus
Jährliche thermische Energiekosten über ca. 200'000 EUR

Welche fragen werden Beantwortet?

Wie groß ist der tatsächlich notwendige Energiebedarf, wenn ein vollständig energieoptimierter Prozess gegeben wäre?
Wo liegt das wirtschaftliche Optimum hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten?
Wie kann dieser optimale Zustand erreicht werden?
Welche Energieversorgung ist für das Gesamtsystem (Dampfkessel, Wärmepumpe, Blockheizkraftwerk, etc.) optimal?
Ist die vorhandene Energieversorgung optimal in das System integriert?

Ergebnisse einer Pinch-analyse

Informationen über das absolute Energie- und CO2-Einsparpotenzial
Optimale und "realistische" Maßnahmen zur optimierten Wärmerückgewinnung und Energieversorgung
"Richtige" Integration von Wärmepumpen, BHWK etc. in industrielle Prozesse
Massnahmenkatalog mit technisch/ökonomischer Bewertung (Kosten, Nutzen, Amortisation)
Strategische Planung der Umsetzung von Maßnahmen

Wie Läuft die Erarbeitung einer pinch-analyse ab?

Datenextraktion
Prozessanalyse, Energie- und Massenbilanzen
Energieflussdiagramm und P&ID zeichnen
Energiestromtabelle aller relevanten Energieströme erstellen

Prozessbedingungen hinterfragen
Prozessanforderungen definieren
Umfang der Pinch-Analyse definieren
Pinch-Analyse durchführen
Energieströmen mit der Pinch-Software modellieren
"Composite Curves" erstellen
Energie- und Kostenziele definieren "Targeting"
Wärmetauscher-Netzwerk erstellen
Liste von Massnahmen mit ökonomischen Indikatoren erstellen

Technische und wirtschaftliche Machbarkeit der Maßnahmen überprüfen
(Iterative Anpassung des Wärmetauschernetzwerks)
Zur Umsetzung empfohlene Maßnahmenpakete inkl. Priorisierung

"Grobe" Pinch Analyse (Grobanalyse)

Im Rahmen einer Grobanalyse werden die Hauptenergieverbraucher identifiziert und das Energieeinsparpotential sowie das Reduktionspotential der CO2-Emissionen grob abgeschätzt. Abwärmequellen werden aufgelistet und Ansätze zur Energierückgewinnung entwickelt. Als Ergebnis werden Empfehlungen für das weitere Vorgehen ausgearbeitet: z.B. ob eine detaillierte Pinch-Analyse sinnvoll wäre oder ob die vorgeschlagenen Wärmerückgewinnungssysteme direkt weiter umgesetzt werden sollen.

Hauptmerkmale

Kennenlernen des Gesamtsystems/der Prozesse
Grobe Abschätzung des Energiesparpotenzials
Ansätze zur Steigerung der Energieeffizienz
Nächste Schritte definiert:
- Detailliertere Pinch-Analyse erforderlich?
- Oder mit der Implementierung der Wärmerückgewinnungssysteme fortfahren

Energy flow diagram — Beispielhaftes Energieflussdiagramm eines Unternehmens. Links das Energieangebot pro Energieträger/Kraftstoff, rechts die Verbraucher und ihr Anteil am Energieverbrauch. (Quelle: ifu.com / 24.08.2020)

wann macht eine grobanalyse sinn?

Produktionsanlagen mit thermischen Verfahren (kontinuierlich oder diskontinuierlich)
Planung von Neuanlagen und Nachrüstung
Heiz- und Kühlprozesse auf verschiedenen Temperaturniveaus
Jährliche thermische Energiekosten über etwa 200'000 EUR

WELCHE FRAGEN WERDEN BEANTWORTET?

Wie groß ist der ungefähre Energiebedarf des Systems/Prozesses?
Wie viel Energie kann ungefähr eingespart werden?
Ist eine weitere detaillierte Pinch-Analyse angebracht?

ERGEBNISSE EINER GrobANALYSE

Effizienzsteigerung und CO2-Reduktionspotenzial
Potenzial für wirtschaftliche Maßnahmen
Grundlage für langfristige Planung (Aktionsplan)
Frühzeitige Identifizierung von Möglichkeiten, öffentliche finanzielle Unterstützung (für Energie- und/oder CO2-Reduktionsmaßnahmen) zu erhalten

"Copy-Paste" Pinch-Analyse

Sie haben bereits eine Pinch-Analyse an einer bestehenden Anlage erstellt und möchten die Ergebnisse nun auf eine ähnliche Anlage anwenden? Dann passt unsere pragmatische Copy-Paste-Lösung perfekt:

Studieren der bestehenden Pinch-Analyse und der empfohlenen Massnahmen
Datenextraktion der relevanten Prozessabläufe der neuen Anlage
Maßnahmen an die Prozessabläufe der neuen Anlage anpassen
Prüfen der technischen Machbarkeit
Neuberechnen der Energie- und CO2-Einsparungen sowie der wirtschaftlichen Kennzahlen (Payback, NPV, ROI)

Unsere WEITEREn UNTERSTÜTZUNGsmöglichkeiten

Engineering des gesamten Wärmerückgewinnungssystems
Herstellung und Lieferung des kompletten Wärmerückgewinnungssystems

Pinch-Analyse: systematisch, anlagenübergreifend, energieoptimal, wissenschaftlich, softwaregestützt, praxisorientiert