Die Pinch-Methode als Schlüssel zu mehr Energieeffizienz

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Hochschule Luzern Technik & Architektur Energiesysteme & Verfahrenstechnik

... klassische prozessinterne Wärmerückgewinnungen und beinhalteten hohe Einsparungen. Bei einem Payback von maximal vier Jahren pro Maßnahme konnten zusätzlich zu den bereits geplanten Wärmerückgewinnungen Einsparungen von rund 3600 Meagawattstunden respektive rund 210 000 Schweizer Franken pro Jahr realisiert werden. Die Wärmerückgewinnung konnte daher von den ursprünglich geplanten 14,2 auf 17,8 Gigawattstunden erhöht werden. Damit wurden unter Berücksichtigung aller realisierten Energieoptimierungsmaßnahmen bei Investitionskosten von etwa 2,4 Millionen Schweizer Franken über eine Million Schweizer Franken Energiekosten pro Jahr eingespart, was einem Gesamtpayback von 2,5 Jahren entspricht. Einem Wert, der absolut vertretbar ist, zumal bei Vertragsverhandlungen bei Neuanlagen üblicherweise Preiszugeständnisse der Lieferanten erreicht werden können. Die Einsparungen wirkten sich eins zu eins auf den Erdgasverbrauch aus, der um etwa 1,77 Millionen Kubikmeter pro Jahr verringert wurde. Auf diese Weise konnten die umgesetzten Maßnahmen einen CO₂-Ausstoß von rund 3500 Tonnen pro Jahr verhindern.

Ein früher Analysezeitpunkt bringt Vorteile

Die Pinch-Analyse erfolgte in diesem Beispiel bereits während des Preengineerings. Dieser frühe Zeitpunkt in der Projektplanung bringt einige Vorteile mit sich: Das Unternehmen konnte einerseits auf die laufenden Planungen noch Einfluss nehmen und die vorgeschlagenen Maßnahmen ohne große Umplanungen übernehmen, andererseits waren gleichzeitig schon viele (Prozess-) Daten bekannt, was die Berechnungen auf eine solide Grundlage stellte. Der Zeitdruck und die laufenden Änderungen des Pflichtenheftes der Anlagen machten eine enge Zusammenarbeit und einen reibungslosen Informationsaustausch mit dem Kunden und vor allem dem Anlagenbauer nötig. Diese Anwendung ist ein Parade-Beispiel aus dem Fundus von Erfahrungen mit der Pinch-Analyse, die in den wichtigsten Branchen der Schweizer Industrie gesammelt wurden.

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PinCH – eine Software für mehr Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit

Die Hochschule Luzern – Technik & Architektur hat mit der Unterstützung des Bundesamtes für Energie BFE und in Zusammenarbeit mit einem Expertenteam (u.a. Helbling Beratung + Bauplanung) die anwenderfreundliche Software PinCH für die praktische Durchführung von Pinch-Analysen entwickelt. Die Software ermöglicht eine rasche Einarbeitung in die Methode sowie eine zielgerichtete und kostengünstige Durchführung von Pinch-Analysen in der Industrie.

PinCH verfügt über eine Vielzahl von praktischen Features. Neben der Analyse von kontinuierlichen Prozessen können auch Batch-Prozesse untersucht werden. Die Kopplung mehrerer Teilprozesse (Prozess-Management) ermöglicht umfassende technisch-ökonomische Varianten-Studien.

Zahlreiche Funktionalitäten erlauben die rasche Änderung von Prozessdaten und die Untersuchung von unterschiedlichen Szenarien (Szenario-Management), damit die bestmöglichen Verbesserungsmassnahmen eruiert werden können. Neben einer Ist-Zustandsanalyse von Prozessen und Wärmeübertrager-Netzwerken analysiert PinCH auch Szenarien mit eingebauten Wärmepumpen, Blockheizkraftwerken oder Brüdenverdichtern. Stoffdaten für Kältemittel, Wasser, Wasserdampf und feuchte Luft vereinfachen den Nutzern die Dateneingabe und die Berechnungen der Zustände von Stoffströmen. Spezielle Design Support Tools sind beim Erstellen von Wärmeübertrager-Netzwerken wichtige Hilfsmittel, damit das optimale Anlagendesign schnell ersichtlich wird. Zur Optimierung von Energieversorgungssystemen sind in PinCH praktische Instrumente vorhanden. Die Software PinCH verfügt über eine flexible Software-Architektur, die schnell reagiert: Daten und Charts werden in Echtzeit aktualisiert und zukünftige Erweiterungen sind problemlos möglich.

Mit Unterstützung des Bundesamtes für Energie BFE und der Energie-Agentur der Wirtschaft EnAW ist derzeit die Weiterentwicklung von PinCH zur Version 1.5 in vollem Gange. Mit dieser Version stehen zusätzliche praktische Funktionalitäten und optimierte grafische Darstellungen zur Verfügung. PinCH 1.5 ist ab Herbst 2011 erhältlich. In einer weiteren Entwicklungsphase (PinCH 2.0) wird die Software mit umfangreichen Funktionalitäten für die Analyse von „Multiple Base Cases“ (unterschiedliche Betriebsfälle) und Batch-Prozessen erweitert.

Auf www.pinch-analyse.ch können Unternehmen zur Evaluation der Software eine Trial-Version beziehen und sich laufend über den Stand der Entwicklungen sowie die umfassenden Dienstleistungen informieren. Zu diesen Dienstleistungen zählt die Unterstützung von Ingenieurbüros und Industrieunternehmen bei der Durchführung von Pinch-Analysen und beim Umgang mit der Software. Zudem werden praxisorientierte Kurse im Bereich Prozessintegration/Pinch-Analysen sowie massgeschneiderte Firmenkurse und Beratungen angeboten.

(Autor: Prof. Dr. Beat Wellig, Leiter Kompetenzzentrum Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Kontakt beat.wellig@hslu.ch)

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Pinch-Offensive der Schweiz

Die Software PinCH ist ein wichtiges Element der „Pinch-Offensive“ des Schweizerischen Bundesamtes für Energie BFE und wurde deshalb entsprechend finanziell unterstützt. Die Offensive ist eine wichtige flankierende Massnahme zur Steigerung der Energieeffizienz und Senkung der CO₂-Emissionen in der Schweizer Industrie. Helbling Beratung + Bauplanung und die Hochschule Luzern – Technik & Architektur sind dabei als Schlüsselpartner in der Weiterentwicklung, Umsetzung und Qualitätssicherung dieses Bundesprogramms involviert. Das Ziel der „Pinch-Offensive“ ist, unentdecktes wirtschaftliches Energieeinsparpotenzial in Produktionsbetrieben systematisch zu identifizieren und in konkrete Maßnahmen zu überführen. Deshalb fördert das BFE im Rahmen von EnergieSchweiz Aktivitäten in Produktionsbetrieben und bei Pinch-Dienstleistern. Für Produktionsbetriebe beeinhaltet die Förderung Grobanalysen zur Abklärung des Sparpotenzials und Eignung für Pinch-Analysen sowie Pinch-Analysen. Pinch-Dienstleister können finanzielle Unterstützung für den Aufbau eines Aus- und Weiterbildungsangebots, die Weiterentwicklung der Pinch-Methode und Ing.-Werkzeuge sowie Qualitätssicherung und Coaching bei Pinch-Projekten erhalten. (Autor: Martin Stettler, Bereichsleiter Prozess- und Betriebsoptimierung Industrie und Dienstleistungen (PBO) beim Bundesamt für Energie BFE)

Literatur

[1] Dr. Brunner & Partner AG, Helbling Beratung + Bauplanung AG, Zürich, Konvekta AG, Bundesamt für Energie, Prozessintegration mit der Pinch-Methode, Handbuch zum BFE-Einführungskurs, Auflage 2006, BFE

* Der Autor ist Leiter Bereich Energie und Anlagen der Helbling Beratung + Bauplanung AG.

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