Einleitung

Um die Energiewende erfolgreich zu gestalten, muss in Zukunft der Anteil der fossilen Energieträger am deutschen Energiemix immer geringer werden. Der fossile Energiebedarf kann dabei bis zu einem gewissen Grad durch die Steigerung der Energieeffizienz reduziert werden. Darüber hinaus wird eine klimaneutrale Produktion nur über eine komplette Prozessumstellung oder einen Energieträgerwechsel erreicht werden. Besteht die Möglichkeit, Strom anstelle der fossilen Energieträger einzusetzen, ergibt sich in Zukunft eine erhebliche CO₂-Einsparung, da der Anteil von erneuerbaren Energien im Stromnetz immer weiter steigen wird. Hier gilt es Anwendungsfälle zu finden, die den zur Verfügung stehenden Strom möglichst effizient einsetzten und dabei fossile Energieträger aus dem Energiemix verdrängen.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

In vielen Branchen wird Wärme für Prozesse oder zu Heizzwecken auf einem moderaten Temperaturniveau (60 °C bis 90 °C) benötigt. Dieser Wärmebedarf wird oftmals von fossilen Energieträgern gedeckt, vor allem mittels Erdgas. Häufig besteht gleichzeitig an anderer Stelle im Produktionsprozess ein Kältebedarf. Die im Kälteprozess abzuführende Wärme bewegt sich jedoch häufig auf einem geringen Temperaturniveau (30 °C bis 50 °C) und wird daher üblicherweise ungenutzt an die Umwelt abgegeben. Anstatt nun die Kälte über z. B. einen Kaltwassersatz und die Wärme über einen Brennstoffkessel parallel zu erzeugen, können die Funktionen - Heizen und Kühlen - mittels einer Wärmepumpe kombiniert und zugleich deutlich effizienter bereitgestellt werden. Dadurch kann nicht nur bisher ungenutzte Abwärme mit einem relativ geringen Mehraufwand auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und somit für z. B. für Heizungszwecke nutzbar gemacht, sondern gleichzeitig über die Wärme-Kälte-Kopplung Kühlenergie für Anlagen und Prozesse bereitgestellt werden. Zugleich kann so durch den Einsatz einer strombetriebenen Wärmepumpe in vielen Fällen ein fossiler Energieträger verdrängt und sehr effizient durch Strom ersetzt werden.

Projektidee

In einer Schokoladenfabrik werden jährlich etwa 900 MWh Kälte auf einem Temperaturniveau von 10 °C zur Kühlung der Walzen benötigt. Dabei wird das Kühlwasser auf etwa 20 °C erwärmt. Die Kälteleistung wird im Ist-Zustand mit Hilfe einer Kompressionskälteanlage zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig werden pro Jahr für das Conchieren der Schokolade etwa 2.100 MWh Wärme auf einem Temperaturniveau von 80 °C benötigt. Im Ist-Zustand wird die benötigte Wärmeleistung durch einen Heißwasser-Gaskessel erzeugt. Zukünftig soll der Prozess der Kühlung sowie der Erwärmung mit Hilfe einer Wärmepumpe kombiniert werden. So kann mittels der Wärmepumpe der Energieverbrauch für die Kälte- und Heißwasserbereitstellung reduziert werden. Durch den Energiebedarf der Wärmepumpe erhöht sich zwar insgesamt der Stromverbrauch um 240 MWh, der Gasverbrauch kann jedoch signifikant um 1.750 MWh gesenkt werden.

Kosten für die Umsetzung:

• Investitionskosten für Wärmepumpe, Wärmeübertrager, Rohrleitungen, Dämmung und Anschluss an das bestehende Wärme- bzw. Kältenetz von rund 225.000 €
• Investitionsnebenkosten (für Planung, Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von etwa 25.000 €
• und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 250.000 €

Von diesen Kosten können im Förderwettbewerb Energieeffizienz bis zu 50 Prozent gefördert werden. Zudem kann die Maßnahme auch mit weiteren Efizienzmaßnahmen (z. B. Optimierung der Kühlgeometrie der Walzen für eine effiziente Kühlung oder die Verbesserung der Isolierung der Conchiermaschine) kombiniert werden und somit die Antragstellung für die Förderung über nur einen Antrag (Einsparkonzept) erfolgen. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Kosten hängt letztlich davon ab, welchen Anteil an den Gesamtinvestitionskosten die effizienzbezogenen Kosten (Investitionsmehrkosten und -nebenkosten) aufweisen.

Ausführliche Hinweise zur Berechnung der Investitionsmehrkosten finden sich im Merkblatt "Allgemeine Hinweise zur Antragstellung", welches unter "Mitmachen" und "Antragsstellung" auf den Webseiten des Förderwettbewerbs Energieeffizienz abrufbar ist.

Grundlegendes Kriterium für die Zulassung zum Förderwettbewerb Energieeffizienz ist, dass die Amortisationszeit des Projektes, berechnet aus den effizienzbezogenen Investitionskosten und der Summe der eingesparten Energiekosten, mindestens vier Jahre beträgt.

Durch Einsatz der Wärmepumpe können jährlich 1.750 MWh Erdgas bzw. 352 t CO₂ eingespart werden bei einem Mehrverbrauch von 240 MWh Strom bzw.-beziehungsweise 102 t CO₂. Bei einem Erdgaspreis von 30 €/MWh und einem Strompreis von 100 €/MWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach 8,8 Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach 4,4 Jahren.

Das zentrale Kriterium für die Förderentscheidung im Förderwettbewerb Energieeffizienz ist die je Fördereuro erreichte CO₂-Einsparung pro Jahr (Fördereffizienz). Diese liegt im beschriebenen Projekt bei der maximal möglichen Fördersumme von 125.000 € (50 Prozent Förderquote) und einer erwarteten Einsparung von 249 t CO₂ pro Jahr bei etwa 502 € pro t CO₂ und Jahr.