Mehr Effizienz durch eine energetisch optimierte Vakuumerzeugung

Große Papiermaschine in einer Halle
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Bei der Entwässerung von Zellstoff für die Papierherstellung wird das Papier über Walzen geführt, welche von Dampf erwärmt und zur Beschleunigung der Entwässerung zusätzlich mit Vakuum beaufschlagt werden. Der für diesen Prozess erforderliche Unterdruck an der Walze ist u. a. abhängig von der Papiersorte, dem Flächengewicht sowie der Produktionsgeschwindigkeit und wird häufig von Wasserringpumpen erzeugt. Diese weisen jedoch in der Praxis verschiedene Nachteile auf und sind beispielsweise nur eingeschränkt regelbar, sodass der Druck häufig über ein Bypassventil gesteuert werden muss. Dies hat zur Folge, dass der Stromverbrauch im Teillastbetrieb kaum oder gar nicht sinkt.
Zusätzlich benötigen die Pumpen beträchtliche Wassermengen zur Abdichtung des Innenraums. Über das abdichtende Wasser im Pumpeninnenraum wird zudem der Großteil der entstehenden Wärme auf ein Temperaturniveau abgekühlt, welches für eine Abwärmenutzung in der Regel zu niedrig ist.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Der Einsatz eines drehzahlregelbaren Turbogebläses führt aus verschiedenen Gründen zu einer Energieeinsparung. Zum einen handelt es sich um ein im Vergleich zu alternativen Bauarten sehr effizientes Verdichtungsprinzip. Des Weiteren kann die Vakuumerzeugung dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden, was immer dann zu einer Energieeinsparung führt, wenn die Papiermaschine nicht in Volllast betrieben wird.
Darüber hinaus wird kein Wasser zur Abdichtung benötigt. Dadurch wird nicht nur Wasser sondern auch Energie eingespart, die für den Transport, die Aufbereitung und ggf. auch Kühlung des Wassers eingesetzt werden müsste. Zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten und Energieeffizienzpotenziale ergeben sich aus einer möglichen Wärmerückgewinnung aus der durch die Verdichtung erhitzten Luft.

Projektidee

In einer Papierfabrik werden mehrere Wasserringpumpen mit einer Anschlussleistung von ca. 650 kW betrieben. Die aktuell eingesetzten Vakuumpumpen verursachen einen Stromverbrauch von rund 3.500 MWh pro Jahr und sollen durch eine zentrale Vakuumerzeugung mittels eines drehzahlregelbaren Turbogebläses ersetzt werden. Hierdurch kann die elektrische Leistungsaufnahme um rund 230 kW reduziert werden.

Kosten für die Umsetzung:

  • Investitionskosten für die Turbovakuumpumpe von rund 490.000 €,
  • Investitionsnebenkosten (für Planung, Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von ca. 80.000 €und damit in
  • Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 570.000 €.

Von diesen Kosten können bei STEP up! maximal 30 %, d.h. max. 171.000 €, gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Summe hängt letztlich davon ab, ob es sich bei der Maßnahme um eine vorgezogene Ersatzinvestition, eine Zusatzinvestition oder eine Erneuerungsinvestition handelt. Ausführliche Hinweise zu den Investitionstypen finden sich im Merkblatt „Allgemeine Hinweise zur Antragstellung in STEP up!“, welches unter “Teilnehmen“ und „Ausschreibungsrunden“ auf der STEP up!-Webseite abrufbar ist.

Grundlegende Kriterien für eine Förderung durch STEP up! sind, dass eine Maßnahme sich erst nach mehr als drei Jahren amortisiert und der sogenannte „Kosten-Nutzen-Wert“ von maximal 0,10 €/kWh nicht überschritten wird.

Durch die in der vorliegenden Projektidee eingesetzten hocheffizienten Vakuumpumpen können jährlich 1.700 MWh eingespart werden. Bei einer Lebensdauer von zehn Jahren ergibt sich somit eine Stromeinsparung von 17.000 MWh. Bei einem Strompreis von 0,09 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach knapp vier Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach etwa zweieinhalb Jahren.

Der Kosten-Nutzen-Wert der Maßnahme ergibt sich aus dem Quotienten der beantragten Fördersumme (Kosten) und der Stromeinsparung über die gesamte Nutzungsdauer der Technik (Nutzen). In der Projektidee liegt der Kosten-Nutzen-Wert bei 0,01 €/kWh und damit unterhalb des bei STEP up! zugelassenen Grenzwertes von 0,1 €/kWh.