In der Backwarenindustrie spielen thermische Konservierungs- und Lagerungsverfahren eine zentrale Rolle für die Produktionsplanung und die Logistiksteuerung. Doch während Kühl- und Frostprozesse einerseits die erforderliche Flexibilität für eine geglättete Fertigung und Distribution ermöglichen, belasten hohe Energieaufwände sowohl die Betriebskosten als auch die betriebliche Umweltbilanz. Mit weit entwickelten Effizienzsystemen liefert die Energietechnik adäquate Lösungen für eine ökonomisch wie ökologisch nachhaltige Versorgung. Wie diese intelligent geplant und umgesetzt werden können, zeigt das KWKK-Konzept am neuen Produktionsstandort des Teiglingherstellers Steinofen-Meister GmbH.

Dezentrale Energiesysteme

Kältekonzepte bilden das Sicherungsnetz für eine auslastungsoptimierte Teiglingproduktion und eine zeitlich wie räumlich flexible Warenverteilung. Gleichzeitig zählen Kühl- und Frostanlagen zu den größten Energieabnehmern in der Backwarenfertigung. Der höchste Kostenanteil entfällt dabei auf den elektrischen Strom, der in konventionellen Kälteerzeugungsprozessen insbesondere für den Betrieb von Kompressionskältemaschinen (KKM) benötigt wird. Dezentrale Energiesysteme, die eine autonome Produktion von Strom, Wärme und Kälte ermöglichen, erweisen sich vor diesem Hintergrund als wirksam kostensenkend. Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) zeigt auf, wie sich durch die geschlossene Dreifachnutzung der eingesetzten Primärenergie der reale Energieverbrauch deutlich reduzieren lässt und zugleich CO₂-Emissionen eingespart werden können.

Anlagen-Verbund der KWKK

KWKK-Technologien erweitern die Funktionsweise der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), indem der im KWK-Prozess produzierte Strom sowie die anfallende Abwärme für einen nachgelagerten thermodynamischen Vorgang nutzbar gemacht werden. Die zentralen Komponenten eines KWKK-Systems bilden das Blockheizkraftwerk (BHKW) sowie eine daran angeschlossene Absorptionskältemaschine (AKM). Der Energieumwandlungskreislauf beginnt mit der Erzeugung mechanischer Energie durch einen erdgasbetriebenen Verbrennungsmotor und der unmittelbaren Umwandlung in elektrischen Strom. Dieser Strom lässt sich im zweiten Schritt für den Betrieb der gekoppelten AKM einsetzen und kann darüber hinaus weitere zugeschaltete Kälteaggregate versorgen – häufig etwa Kompressionskältemaschinen, die zur weiteren Temperaturabsenkung (Frosten), als Redundanzsysteme oder bei Spitzlast-Aufkommen zugeschaltet werden.

Die im Verbrennungsprozess entstandene Abwärme wird in die AKM eingespeist und dort in einem ein- oder zweistufigen Absorber in Prozesskälte umgewandelt. Bei einem zweistufigen Verfahren kann auf Basis des natürlichen Kältemittels Ammoniak zunächst ein Temperaturniveau von – 10 °C erzielt werden, welches sich durch Kopplung an eine KKM weiter auf bis zu – 32 °C absenken lässt. Auf diese Weise schafft das KWKK-System die thermisch-energetischen Voraussetzungen für unterschiedliche Einsatzbereiche und Anwendungen – von der Kühllagerung bis zur Schockfrostung.

Der Nutzungsgrad einer KWKK-Anlage ist aufgrund der dreifachen Nutzung ihrer zugeführten Primärenergie besonders hoch. Entsprechend reduziert sich sowohl die benötigte Brennstoffzufuhr als auch die Emission von klimaschädlichem CO₂.

Effizienzgewinn in der TK-Produktion

Als wirtschaftliche und zugleich nachhaltige Effizienzlösung zeigt die KWKK-Technologie speziell energieintensiven Betrieben der Lebensmittelindustrie weitreichende Einsparpotentiale auf. Zu der wachsenden Zahl von Unternehmen, die sich im Zuge komplexer werdender Marktanforderungen und steigenden Kostendrucks für eine KWKK-Investition entschieden, zählt der mecklenburgische Teiglinghersteller Steinofen-Meister GmbH. Im September 2016 ging das Unternehmen an seinem neu erschlossenen Standort in Waren an der Müritz in Produktion.

Bis zu 30 t Frisch- und Tiefkühlbackwaren laufen heute täglich über die Fertigungslinien der norddeutschen Hightech-Niederlassung. Das hier produzierte Warenportfolio umfasst überwiegend Backgut in (zusatzfreier) Clean-Label- bzw. Bio-Qualität und spiegelt eine klar umweltorientierte Positionierung, die auch im Energiemanagement des Unternehmens fest verankert ist. Da der Betrieb des Fertigungsparks, der Frostanlagen und der Kühllagerungsräume mit einem dauerhaft sehr hohen Bedarf an elektrischer und thermischer Energie einhergeht, sind auch die mittels KWKK-Technologie generierten Einsparungen als entsprechend relevant einzustufen. Um diese jedoch effektiv erschließen zu können, muss die Grundvoraussetzung einer optimalen Auslegung des energetischen Versorgungssystems – von der Erzeugung, über die Verteilung bis hin zur Abnahme – erfüllt sein.

Alles aus einer Hand von Eco Energy Therm

Die Planung und Umsetzung der gekoppelten BHKW-AKM-Lösung für die Steinofen-Meister GmbH erfolgte in Zusammenarbeit mit dem branchenspezialisierten Generalunternehmer Eco Energy Therm (Hannover). Das erfahrene Ingenieurbüro führte eine grundlegende Wirtschaftlichkeitsberechnung durch, entwickelte unter verschärften Bedingungen eines infrastrukturfreien Standorts das Anlagenkonzept, koordinierte die Abstimmung mit dem regionalen Netzbetreiber und übernahm als BAFA-gelisteter Sachverständiger für Sorptionsanlagen zudem die Berechtigungsprüfungen und Antragsverfahren für infrage kommende Fördermittel. Unter anderem werden bei Vorliegen aller erforderlichen Voraussetzungen bis zu 25% (maximal 100.000 €) der Kosten für die Absorptionskältemaschine einer KWKK-Anlage gefördert. Darüber hinaus schaffen die Bundesländer Investitionsanreize durch entsprechende Förderprogramme; in Mecklenburg-Vorpommern etwa gemäß Klimaschutzförderrichtlinie zur Unterstützung des Aktionsplans Klimaschutz.

Flexibel dank Containerlösungen

KWKK-Systeme, wie sie Eco Energy Therm realisiert, erlauben eine freie Wahl der Integrationsform in eine bestehende oder noch zu planende energetische Infrastruktur etwa als eingehauste Systeme oder – so im Falle des Müritzer Betriebs – in bereits vorkonfektionierter, modularer Containerbauweise. Containerlösungen bieten neben kurzen Bauzeiten und einer platzsparenden sowie ortsungebundenen Aufstellung insbesondere den Vorteil flexibler Ausbauoffenheit. So können bspw. bei erhöhtem Leistungsbedarf der Produktion zukünftig weitere Module angeschlossen werden. Baurechtliche Genehmigungen sind dafür in der Regel nicht erforderlich.

Jährliche Kostensenkung von 40%

Die für den neuen Standort der Steinofen-Meister GmbH konzeptionierte KWKK-Anlage ermöglicht mit 8.300 Betriebsstunden eine kontinuierliche, ganzjährige Auslastung des Blockheizkraftwerks bei einem Nutzungsgrad von 97%. Rund 60% seines Verbrauchsstroms kann das Unternehmen damit strommarktunabhängig selbst produzieren. Unter Berücksichtigung dieser Bezugswerte ist ihm Vergleich zu konventionellen Energiesystemen eine jährliche Kostensenkung von 40% sowie eine Amortisationszeit der Anlange von weniger als drei Jahren anzunehmen.

Insbesondere fügt sich die positive CO₂-Bilanz in die strategische Ausrichtung des Unternehmens: Mit 3.200 t eingespartem CO₂ pro Jahr setzt der Teiglinghersteller ein wichtiges Zeichen für eine umweltentlastende Produktion und verstärkte Nachhaltigkeit in der Backwarenindustrie.