Pinch-Analyse Energieintensive Unternehmen können mit Pinch-Analysen Energiebedarf und Kosten senken

Steigende Energiepreise, Lenkungsabgaben und ökologische Gesichtspunkte drängen die Prozessindustrie zunehmend dazu, ihren Energiebedarf zu reduzieren. Der Schlüssel: Prozessintegration mit der Pinch-Analyse. Eine Software, die Gesamtprozesse unter die Lupe nimmt, hilft dabei, das Optimierungspotenzial voll auszuschöpfen.

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Die verfahrenstechnische Industrie unterliegt heute vielfältigen Anforderungen: Prozesse sollen nicht nur maximal wirtschaftlich sein, sondern auch möglichst wenig Energie und Ressourcen verbrauchen und geringe Emissionen erzeugen. Deshalb müssen besonders Unternehmen energieintensiver Branchen die Energieeffizienz erhöhen, wenn sie ihre Wettbewerbsfähigkeit erhalten wollen. Klassische Methoden der Energieoptimierung verbessern meist nur die Wirkungsgrade einzelner Apparate wie Kolonnen oder Reaktoren durch rein technische Maßnahmen, was oft kostspielig ist. Meist ist jedoch die Effizienzsteigerung größer, wenn Energieströme im Gesamtprozess optimal verknüpft werden. Genau hier setzt die Prozessintegration an: Der Pinch-Analyse, einem wichtigen Werkzeug der Prozessintegration, liegt ein systemorientierter und integraler Ansatz zugrunde, der das beste Anlagendesign und den wirtschaftlich optimalen Energieeinsatz bestimmt.

Einen beträchtlichen Anteil der Energiekosten verursacht in vielen Prozessen die thermische Energie zum Aufheizen und Abkühlen von Stoffströmen, sodass prozessinterne Wärmerückgewinnung für eine Steigerung der Energieeffizienz der Dreh- und Angelpunkt ist. Da Prozesse neben der Wärmeleistung meistens auch ein bestimmtes Temperaturniveau erfordern, lässt sich Abwärme aus anderen Quellen nur dann nutzen, wenn ihr Temperaturniveau höher ist.

In einer Pinch-Analyse werden die thermischen Energieströme systematisch erfasst und zu zwei charakteristischen „Verbundkurven“ zusammengefasst: der warmen Verbundkurve (entspricht abzukühlenden Strömen bzw. Wärmeangebot) und der kalten Verbundkurve (aufzuheizende Ströme bzw. Wärmebedarf). Unter dem Motto „Targets before Design“ ermittelt die Pinch-Analyse in einem ersten Schritt unter der Bedingung minimaler jährlicher Gesamtkosten zunächst Zielwerte für die prozessinterne Wärmerückgewinnung, die externe Heiz- und Kühlleistung sowie für die Investitions- und Energiekosten. Erst dann folgt der Entwurf des optimalen Anlagendesigns.

Vereinfacht ausgedrückt beantwortet eine Pinch-Analyse folgende Fragen:

• Wie groß ist der minimal notwendige Energiebedarf, wenn ein vollständig optimierter Prozess vorliegen würde?

• Wie kann dieser Optimalzustand erreicht werden?

• Wo liegt das wirtschaftliche Optimum für die Investitions- und Energiekosten?

Methoden wie Branchenkennziffern oder Zeitreihen haben lediglich relative Aussagekraft, während eine Pinch-Analyse den absoluten energetischen Optimierungsgrad eines Prozesses ermittelt und anhand des Vergleichs mit dem Ist-Zustand verdeutlicht, wie weit der Prozess noch vom Optimalzustand entfernt ist. Aus den Ergebnissen lassen sich geeignete Maßnahmen zur prozessinternen Wärmerückgewinnung und verbesserten Energieversorgung ableiten.

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