Nachhaltigkeit Elektroheizsysteme zur Dekarbonisierung

Ein Gastbeitrag von Dennis Long

Betreibt man Prozessheizungssysteme mit Elektrizität, fördert das die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Dieser Beitrag zeigt, wie Herstellern die Umstellung auf Elektroheizsysteme gelingt und warum dies eher früher als später geschehen sollte.

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Ein nicht unerheblicher Teil der industriellen Treibhausgasemissionen weltweit geht auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe für den Energie- und Heizbedarf zurück, doch hier gibt es großes Einsparpotenzial.
Ein nicht unerheblicher Teil der industriellen Treibhausgasemissionen weltweit geht auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe für den Energie- und Heizbedarf zurück, doch hier gibt es großes Einsparpotenzial.
(Bild: Watlow)

In der Prozessheizungstechnik vollzieht sich ein Wandel. Der Druck, alle industriellen Prozesse zu elektrifizieren, nimmt zu. Elektrische Heizsysteme können eine effektive, umweltfreundlichere Lösung bieten. Eine der bedeutendsten Entwicklungen bei der Elektrifizierung der Prozessheizung sind zuverlässige Systeme, die im mittleren Spannungsbereich arbeiten.

Einstellungen wandeln sich

Ein Großteil der globalen Treibhausgas-Emissionen aus industriellen Quellen entsteht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe für den Energie- und Heizbedarf. Nach Schätzungen der US Energy Information Administration verbraucht der Industriesektor jährlich etwa 24 Billiarden British Thermal Units Wärme – etwa ein Drittel der landesweiten Energieversorgung der USA. Prozessheizungsanwendungen allein machen 36 Prozent des gesamten Energieverbrauchs im Fertigungssektor aus. Infolgedessen steigt der Druck zu handeln.

Nun beschleunigen Unternehmen in der gesamten Industrie die Dekarbonisierung ihrer Geschäftstätigkeit. Watlow fand in einer Umfrage heraus, dass über 90 Prozent der Befragten in der Gas- und Ölindustrie bereits eine langfristige Strategie für einen nachhaltig kohlenstoffarmen Standortstatus entwickelt haben oder dabei sind, sie zu entwickeln.

Die Elektrifizierung der Heiztechnik

Die Elektrifizierung der Prozessheizung ist eine Schlüsselstrategie zur Bewältigung der Klimaprobleme im Zusammenhang mit Öl und Gas. Elektrische Heizsysteme können nämlich auch über erneuerbare Energiequellen betrieben werden. Elektrische Wärmetauscher sind in Öl- und Gasanwendungen zwar nichts Neues, sie wurden in der Vergangenheit aber nur in Anlagen unter einem Megawatt (MW) eingesetzt.

Es besteht jedoch ein wachsendes Potenzial, elektrische Heizanlagen für Anwendungen einzusetzen, die mehr als 1 MW, aber weniger als 15 MW benötigen. Das umspannt mehrere Bereiche, darunter die Öl- und Gasproduktion, aber auch die Produktion erneuerbarer Brennstoffe, die Ammoniakproduktion und das Recycling von Kohlenstoff.

Ein Heizsystem für den mittleren Spannungsbereich, also für Anwendungen mit einem Bedarf zwischen einem und 15 Megawatt.
Ein Heizsystem für den mittleren Spannungsbereich, also für Anwendungen mit einem Bedarf zwischen einem und 15 Megawatt.
(Bild: Watlow)

Elektrische Heizsysteme und Wärmetauscher bieten weitere Vorteile, wie etwa eine geringere thermische Trägheit, einen sichereren Betrieb, eine gleichmäßigere Wärmeverteilung und einen geringeren Platzbedarf.

Kann Elektrizität den Ansprüchen gerecht werden?

Beim Erreichen der Prozessheizungsparameter ist nicht die Heizmethode am wichtigsten, sondern der Wärmefluss der Heizfläche. Elektrische Heizsysteme können mit gasgefeuerten Heizanlagen vergleichbare Betriebstemperaturen sicher erreichen – bei besserer Gleichförmigkeit und Kontrolle.

Watlow stellt seit fast einem Jahrhundert elektrische Industrieheizungen her und hat kürzlich seine integrierte Regel- und Heizungslösung Powersafe für den mittleren Spannungsbereich vorgestellt.

Das System integriert einen elektrischen Wärmetauscher, eine Prozesssteuerung und ein Energieversorgungssystem sowie eine isolierte Niederspannungskonsole mit eigener Mensch-Maschine-Schnittstelle und speicherprogrammierbarer Steuerung. Es umfasst auch eine flexible Kombination aus einem gesteuerten Silizium-Gleichrichter und Schützschaltungen bis zu 20 MW, die Leistung bei mehr als 99 Prozent liefert, was die Gesamtgröße und das Gewicht reduziert.

Darüber hinaus steigen die Anforderungen an die Wattleistung von elektrischen Thermoanlagen, was Mittelspannungslösungen attraktiver macht, da sie die Gesamtkosten der Installation unnötiger Kabel und Transformatoren senken. Des Weiteren bietet das System zusätzliche Sicherheitsvorteile, wie hochschnelle Schutzrelais und Leistungsschalter zum schnellen Abschalten sowie Schutzfunktionen während des Betriebs.

Das trägt zur Dekarbonisierung vieler Branchen bei, denen sich in der Vergangenheit die größten Herausforderungen bei der Emissionskontrolle stellten. Eine Mittelspannungslösung hilft dabei, den Übergang von Brennstoff zur Elektrizität so reibungslos wie möglich zu gestalten.

* Dennis Long ist leitender Systemdesigner für den Geschäftsbereich Energie- und Umwelttechnologien bei der Watlow GmbH in 76709 Kronau, Germany@watlow.com, Tel. +49 7253 9400 0

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