Integration von Wärmepumpen in industrielle Produktionssysteme : Potenziale und Instrumente zur Potenzialerschließung

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, die Einsatzmöglichkeiten der Wärmepumpentechnik in der Industrie in Deutschland zu analysieren und Planungsinstrumente für die Integration von Wärmepumpen in industrielle Produktionssysteme zu entwickeln. Das zur Erreichung dieses Ziels gewählte Vorgehen gliedert sich in drei Schritte. Zunächst wird der Entwicklungsstand der Wärmepumpentechnik im Hinblick auf die Erfordernisse industrieller Anwendungen analysiert und mittels Nutzwertanalyse bewertet. Im nächsten Schritt wird, aufbauend auf den erlangten Erkenntnissen und einer Auswertung von umgesetzten Anwendungsfällen, im Austausch mit Wärmepumpenherstellern und Anlagenplanern ein Integrationsverfahren für Wärmepumpen in industrielle Produktionssysteme entwickelt. Die rechenintensiven Teile dieses Verfahrens werden zudem in einem Software-Tool implementiert. Zur energiewirtschaftlichen Einordnung der Rolle der Wärmepumpentechnik in der Industrie wird im dritten Schritt eine Potenzialanalyse durchgeführt. Im Ergebnis dieser Arbeit ist festzustellen, dass die verfügbare Wärmepumpentechnik technisch dazu in der Lage ist, 23,3 % des industriellen Nutzwärmebedarfs in der Industrie in Deutschland zu decken. Bei zusätzlicher Berücksichtigung ökonomischer Rahmenbedingungen verbleibt ein Wärmeerzeugungspotenzial von 3,4 % des industriellen Nutzwärmebedarfs. Zudem zeigt sich, dass die Anwendung der Wärmepumpentechnik in der Industrie zu signifikanten Einsparungen der Energiebezugsmenge und der CO2-Emissionen führt. Die im Rahmen der Arbeit erarbeitete Integrationsmethode für industrielle Wärmepumpen dient der Vereinfachung des Planungsprozesses und der Reduktion der im Vergleich zu anderen Wärmeerzeugungstechnologien hohen Transaktionskosten. Somit werden die Wissens- und in gewissem Umfang auch die ökonomischen Hemmnisse für die industrielle Wärmepumpenanwendung adressiert. Zudem konnten in der Analyse des Stands der Wärmepumpentechnik neue Wärmepumpentypen identifiziert werden, die aufgrund ihrer technischen Eigenschaften besonders für industrielle Anwendungen geeignet sind. Auf Basis dieser Erkenntnisse ist mit einer zunächst zaghaften aber nachhaltig anhaltenden Diffusion der Wärmepumpentechnik in der industriellen Wärmeerzeugung zu rechnen.