Integration von Wärmepumpen zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung

Schlosser, Florian

dc.date.accessioned	2021-04-26T10:03:10Z
dc.date.available	2021-04-26T10:03:10Z
dc.date.issued	2021
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202103023389
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/12737
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2020
dc.language.iso	ger
dc.publisher	kassel university press
dc.rights	Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/	*
dc.subject	Wärmepumpe	ger
dc.subject	industrielle Sektorkopplung	ger
dc.subject	Dekarbonisierung	ger
dc.subject	Pinch-Analyse	ger
dc.subject	Prozessintegration	ger
dc.subject	Machbarkeitsabschätzung	ger
dc.subject.ddc	620
dc.title	Integration von Wärmepumpen zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung	ger
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Wärmepumpen, die industrielle Abwärme durch die Verwendung erneuerbaren Stroms rückgewinnen, stellen einen elementaren technischen Hebel zur Dekarbonisierung des industriellen Wärmesektors dar. Ungünstige Strom-zu-Gaspreisverhältnisse, unzureichende Planungsinstrumente und mangelndes Bewusstsein für sinnvolle Anwendungs- möglichkeiten bei Ingenieuren und Entscheidungsträgern in Planung, Beratung, Politik und Unternehmen hemmen die Marktdurchdringung. Um diese Hemmnisse zu überwinden, entwickelte diese Arbeit zahlreiche geeignete Einzelmethoden (weiter) und reduzierte sie, zur Anwendung sowohl für die Vorplanungsphase als auch für die technisch-ökonomische Detail-planungsphase, in ihrer Komplexität. Das in der Vorplanungsphase als Orientierungshilfe nutzbare technisch-ökonomische Potenzial wurde für die Best-Practice-Beispiele Trocknung, Raumluftheizung, beheizte Prozessbäder und Betriebswassererwärmung ermittelt. Basierend auf realitätsnahen COPRegressionsmodellen marktverfügbarer Wärmepumpen wurde zudem ein grafisches, intuitiv bedienbares, zweidimensionales Bewertungsnomogramm konzipiert, das für die wirtschaftliche und ökologische Vorteilhaftigkeit von Wärmepumpen gegenüber herkömmlichen Gaskesseln sensibilisiert. Die idealisierte grafische Darstellung der Großverbundkurve erweiternd entstand in dieser Arbeit die neuartige ’Heat-Pump-Bridge-Analysis’, welche die Ermittlung des technischökonomischen Potenzials unter Berücksichtigung von prozess- technischen und wirtschaftlichen Restriktionen ermöglicht. Die Methode strebt die Erhöhung der Wärmerückgewinnungsrate an und gleicht zur Auswahl und Integration von Wärmepumpen die Prozessanforderungen mit der Effizienz und den Einsatzgrenzen marktverfügbarer Wärmepumpen ab. Zur statistischen Quanti-fizierung von Auslegungsgrößen hinsichtlich Versorgungssicherheit und Wirt-schaftlichkeit wurde zudem eine Methode zur Erzeugung und Auswertung probabilistischer Zeitreihen vorgestellt. Um Wirtschaftlichkeit und Risiko von Investitionsoptionen in der Detail-planungsphase zu bewerten, wurde ein viergliedriges Nomogramm entwickelt, mit welchem Entscheidungsträger in die Lage versetzt werden, flexibel unternehmens-spezifisch variierende Rahmenbedingungen in die Gesamtbewertung einfließen zu lassen. Unter gegenwärtigen Rahmenbedingungen liegt der wirtschaftliche Grenzwert bei einem Temperaturhub von 32 K. Im Zuge der Energiewende sind durch steigende CO2-Preise und sinkende Emissionsfaktoren in 2050 über 60 K zu erwarten, was den wirtschaftlichen Anteil des identifizierten technischen Potenzial massiv steigern würde.	ger
dcterms.abstract	Heat pumps, which recover industrial waste heat using renewable electricity, represent an essential technological lever for decarbonising the industrial process heat sector. Unfavourable electricity-to-gas price ratios, poor existing planning instruments and a lack of awareness of meaningful application possibilities among engineers and decision-makers in consulting, planning, politics and companies impede further market penetration. To overcome these obstacles, this thesis developed several methods with minimum complexity for application in the practical planning process. For this purpose, techno-economic potential for the best practice examples of drying, space heating, process bath heating and process water heating was determined and can be used as a scoping aid. Based on performance regression models of market-available heat pumps, an intuitive, two-dimensional assessment nomogram was designed to raise awareness of the economic and ecological feasibilities of heat pumps compared to conventional gas boilers. In addition to the idealised graphical representation of the Grand Composite Curve, this thesis presents the novel 'Heat Pump Bridge Analysis' enabling the deter-mination of the techno-economic potential under consideration of technical and economic restrictions. The method aims to increase the heat recovery rate and compares the process requirements with the efficiency and application limits of market-available heat pumps to select and integrate heat pumps during a process retrofit project. For the statistical quantification of design robustness and economic efficiency, a method for the generation and evaluation of probabilistic time series was also presented. For investment options that were assessed as economically advantageous and technically suitable, this work presented a four-part nomogram, which enables decision-makers to flexibly incorporate company-specific constraints and targets in the overall assessment of economic efficiency and risk. Under current conditions, the economic break-even is at a temperature lift of 32 K. In the course of energy system transformation, rising CO2 prices and falling emission factors are expected to result in over 60 K in 2050, which would massively increase the economic share of the identified technical potential.	eng
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Schlosser, Florian
dcterms.extent	XXI, 158, XXIII-CIX Seiten
dcterms.isPartOf	Produktion & Energie ;; Band 25	ger
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen
dc.contributor.referee	Hesselbach, Jens (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Jordan, Ulrike (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-0942-5
dc.subject.swd	Energiemanagement	ger
dc.subject.swd	Energieversorgung	ger
dc.subject.swd	Wärme	ger
dc.subject.swd	Wärmepumpe	ger
dc.subject.swd	Integration	ger
dc.type.version	publishedVersion
dcterms.source.series	Produktion & Energie	ger
dcterms.source.volume	Band 25	ger
kup.iskup	true
kup.price	29,00
kup.series	Produktion & Energie	ger
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin	ger
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen
kup.binding	Softcover
kup.size	DIN A5
ubks.epflicht	true