Cool bleiben – Adsorptionskälteanlage in Kombination mit Kraft-Wärme-Kopplung

Die Walter AG fertigt Präzisionswerkzeuge für die Zerspanungsbearbeitung und bietet digitale Lösungen und Dienstleistungen entlang der Prozesskette an. Das Unternehmen ist nach ISO 14001, 9001, 45001 und 50001 zertifiziert, weshalb ein fortwährender Verbesserungsprozess gelebt wird. Folglich sind Verbesserungen im Bereich Umwelt, Energie, Qualität und Soziales ein großes Anliegen des Unternehmens. Eingesetzte Technologien sollen sich positiv auf den Energieverbrauch, die Umwelt und die Arbeitsbedingungen auswirken.

Für hohe Präzision müssen konstante Bedingungen vorliegen. Daher ist für Produktionen die Hallenversorgung mit Kälte notwendig. Bisher wurde die Kälte am Standort durch eine Kompressionskältemaschine bereitgestellt, die zukünftig jedoch stillgelegt werden soll. Zudem ist ein mit Erdgas betriebenes Kraft-Wärme-Kopplungs-Konzept (KWK) vorhanden. In einer KWK-Anlage entsteht neben Strom auch Wärme. Diese kann in Prozessen eingesetzt werden, wodurch der eingesetzte Brennstoff effizienter genutzt wird. Im Winter wird die KWK-Wärme für das Beheizen der Halle und der Büroräume genutzt. Im Sommer konnte die KWK-Wärme bis dato jedoch nicht genutzt werden, weshalb die KWK-Anlage in den Sommermonaten kaum betrieben wurde.

Walter setzte sich daher das Ziel, die bestehende Kälteanlage zu entlasten und zu ergänzen sowie die KWK-Wärme auch im Sommer zu nutzen. Hierfür wurde in drei neue Adsorptionskälteanlagen investiert und diese an die KWK-Anlage angeschlossen. Adsorptionskälteanlagen können Kälte aus Wärme generieren, wobei auch Wärme mit relativ niedrigen Temperaturen ähnlich dem Heizungsbetrieb eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht eine Nutzung der KWK-Wärme und eine höhere Auslastung der Anlage.

Die Grundversorgung der Nutzflächen mit Kälte kann von den neuen Adsorptionskältemaschinen gedeckt werden. Bedarfsspitzen werden aktuell noch von der Kompressionskältemaschine abgefedert. Ein kontinuierliches Monitoring dient dazu, die Verbrauchs- und Bedarfsdaten aufeinander abzustimmen. Um die Kompressionskältemaschine perspektivisch gänzlich stillzulegen, wird derzeit eine Erweiterung der Kälte- bzw. Wärmespeicherkapazitäten evaluiert.

Bei der Umsetzung der Maßnahme arbeitete die Walter AG eng mit der InvenSor GmbH zusammen. Die drei neuen Adsorptionskälteanlagen wurden am Standort in Reihe zu den bestehenden Kälteanlagen geschaltet und zusätzlich an das bestehende KWK-Konzept angeschlossen. Bereits im Vorfeld wurde der Kältebedarf mittels einer temperaturgesteuerten Anpassung von Lüftung und Kühlung angeglichen. Im Ergebnis erfolgt die Stromerzeugung nun mit einem Wirkungsgrad von über 30 % und für die KWK-Anlage konnte ein Gesamtnutzungsgrad von über 93 % realisiert werden. Das bedeutet, dass durch die Maßnahme eine höhere Energiemenge pro Kubikmeter eingesetztem Erdgas gewonnen wird. Aufgrund der höheren Auslastung der KWK-Anlage durch die Adsorptionskältemaschinen erhöht sich auch der Anteil des selbsterzeugten Stroms vor Ort.

Vor der Integration der Adsorptionskältemaschinen in den Kälteverbund betrug der jährliche Strombedarf der Kälteanlagen 600 MWh. Durch die Umsetzung der Maßnahme kann eine jährliche Reduktion des Strombedarfs der Kälteanlagen von 30 % erzielt werden. Das entspricht einer Einsparung von 180 MWh, wodurch pro Jahr 104 t CO2-Emissionen vermieden werden.

Die Evaluierung des Projekts ist noch nicht ganz abgeschlossen, nichtsdestotrotz sind bereits erste positive Erkenntnisse sichtbar. So steht die Maßnahme beispielhaft für die vorteilhafte Verwendung von KWK-Wärme in der Kälteerzeugung. Damit einher gehen eine höhere Auslastung der KWK-Anlage und eine effizientere Nutzung des eingesetzten Brennstoffs. Die Umsetzung der Maßnahme wurde vor allem durch eine detaillierte Planung im Vorfeld erleichtert. Zukünftig soll weiter auf den vollständigen Ersatz der Kompressionskälteanlage hingearbeitet werden. Darüber hinaus können die Maßnahmen auch an weiteren Produktionsstandorten der Walter AG weltweit umgesetzt werden, abhängig davon, inwieweit Abwärme am jeweiligen Standort verfügbar ist.

Im Jahr 1919 von Richard Walter in Düsseldorf gegründet und seit 1925 in Tübingen, Baden-Württemberg ansässig, ist Walter heute einer der weltweit führenden Hersteller von Präzisionswerkzeugen für die Metallbearbeitung. Mit international rund 3.300 Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen betreut das Unternehmen Kunden in über 80 Ländern der Erde. Zu den Kunden von Walter gehören namhafte Unternehmen aus dem allgemeinen Anlagen- und Maschinenbau, der Automobil- und Energieindustrie sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie. Dabei überzeugt das traditionsreiche Unternehmen nicht nur mit innovativen Werkzeugen, sondern auch als Anbieter von maßgeschneiderten Lösungen für die Komplettbearbeitung von Bauteilen – und als Prozesspartner für effiziente digitale Lösungen.