Effiziente Mikro-Dampfturbine für Schwarzwaldmilch

Die steigenden Energie- und Rohstoffpreise spürt insbesondere die Lebensmittelindustrie, da die Produktion generell energieintensiv ist. Wie die Effizienz erhöht werden kann, zeigt die Molkerei „Schwarzwaldmilch“ aus dem baden-württembergischen Offenburg. Sie nutzt in ihrem Trockenwerk in Offenburg unter anderem eine vom Fraunhofer-Institut Umsicht und der Turbonik GmbH entwickelte Mikro-Dampfturbine zur Kraft-Wärme-Kopplung und erschließt so bisher ungenutzte energetische Potenziale im Produktionsprozess.

Schwarzwaldmilch hat außerdem vor knapp zwei Jahren die gesamte Energiezentrale in Offenburg erneuern lasen. Die Anlage umgesetzt hat die Badenova-Tochter „WÄRMEPLUS“. Es wurde eine neue Dampfkessel-Anlage in Verbindung mit einer Dampfturbine installiert. Die Dampfkessel-Anlage erzeugt Dampf aus zwei mit Erdgas betriebenen Hochdruckdampfkesseln. Dazu wird das Speisewasser entsalzt und thermisch entgast, dann auf 160 Grad Celsius erhitzt.

Durch ihre Konstruktion passt sich die Anlage dem Energie- und Dampfverbrauch der Produktion kontinuierlich an. „Dadurch werden erhebliche Mengen an Brennstoff und Strom eingespart und Stillstandsverluste gemindert“, erklärt Badenova Wärmeplus.

Der Vorteil von Dampfwärme verglichen mit Heißwasser liegt in den deutlich höheren Temperaturen und Wärmekapazitäten. Bei gleicher Masse und Temperatur ist die im Dampf enthaltene Wärmemenge mehr als sechsmal so groß als bei Wasser. Durch eine intensive Nutzung der Restwärme der heißen Abgase der Dampfkesselanlage zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers und des nachzuspeisenden Zusatzwasser kann die Anlage einen Wirkungsgrad von 97 % erreichen.
 
Der Einbau einer zusätzlichen Mikro-Dampfturbine verbessert die Effizienz nochmals. „Die Sprühtrocknung erfordert den Einsatz von Heizdampf“, erläutert Wilhelm Althaus vom Fraunhofer Umsicht. „Die Turbine übernehme in der Produktionsanlage die Dampfentspannung anstelle einer Drosselung durch ein Ventil. „So erzeugt sie zusätzlich sehr effizient Strom in Kraft-Wärme-Kopplung, der im Produktionsbetrieb entsprechenden Strombezug verdrängt“, sagt Althaus. Die Turbine reduzieet so den Druck und erzeuge elektrischen Strom von 120 kW für den Eigenbedarf im Werk.

Nach Auskunft des Fraunhofer-Instituts ermöglichen Mikro-Dampfturbinen dampfnutzenden Betrieben eine wirtschaftliche und hocheffiziente Stromerzeugung insbesondere auch bei kleinen Dampfmengen. „Mit bis zu 40 % weniger Brennstoffeinsatz als bei vergleichbaren Turbinen lassen sich bei einer elektrischen Leistung von bis zu 300 kW eine Strommenge von bis zu 2,4 GWh pro Jahr erzeugen und brennstoffabhängig über 600 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr einsparen“, so eine Beispielrechnung der Forschenden. Dabei seien die Turbinen zugleich so klein, dass sie auf die Stellfläche einer Euro-Palette passen würden. Dies erleichtere die Integration in Bestandsanlagen.

Die Mikro-Dampfturbinen von Turbonik und Fraunhofer Umsicht setzen auf Wasser als Schmiermittel in ihren Lagern und sind damit vollständig ölfrei. Auf diese Weise könne es nicht zu Verunreinigungen im Dampf kommen. Dieser Verzicht auf Öl im System sei nicht nur hinsichtlich der Dampfqualität von Bedeutung, sondern beinhalte auch erhebliche ökologische und wirtschaftliche Vorteile, weil Ölwechsel und -kontrollen sowie die entsprechenden Kosten entfallen. „Wir haben positive Erfahrungen mit der Technologie gemacht und denken bereits über weitere Einsatzmöglichkeiten im Unternehmen nach“, sagt Stefan Voigt, Leiter der Zentralen Projektplanung bei Schwarzwaldmilch.

Die Molkerei geht aber noch einen Schritt weiter. An ihrem Standort in Freiburg will das Unternehmen die Abwärme aus den Produktionsprozessen für das lokale Wärmenetz verfügbar machen. Partner ist wieder die Badenova-Tochter Wärmeplus. Die Heizzentrale soll bis zu 3,75 MW industrieller Abwärme in das Wärmeverbundnetz einspeisen. Das schafft auch betriebsintern Vorteile. Die Molkerei baut zugleich eine Prozesskälte- und Prozessdampfversorgung in Verbindung mit der vorhandenen Eiswasseranlage und dem Abwasserkreislauf auf. Dabei sorgen zusätzliche Wärmepumpen dafür, die Rückkühlwärme des Kälteprozesses und die dem Abwasser entzogene Wärme auf bis zu 85 Grad Celsius zu steigern. Somit kann die Bevölkerung die Molkerei-Abwärme nutzen.

Die Schwarzwaldmilch-Gruppe mit Standorten in Freiburg und Offenburg und mehr als 400 Beschäftigten ist genossenschaftlich getragen und nimmt die Milch von etwa 1.000 Bauernhöfen ab.