Die Karmeliten Brauerei Karl Sturm GmbH & Co. KG wurde 1367 gegründet und ist seit 1879 in Familienbesitz. Das Unternehmen stellt diverse alkoholische und nichtalkoholische Bierspezialitäten, Biermischgetränke sowie alkoholfreie Getränke her. Mit dem Vorhaben soll ein innovatives, mehrere Maßnahmen umfassendes Energiekonzept realisiert werden, um nahezu vollständig auf Primärenergie aus nicht erneuerbaren Energien zu verzichten. Eine mit Klärgas betriebene Mikrogasturbine soll zum Einsatz kommen, um Strom und Wärme zu erzeugen. Solarenergie soll für Prozessschritte mit hohen Heiztemperaturen genutzt werden. Dafür kommt die Fresnel-Kollektoranlagentechnik zum Einsatz, mit der sich wesentlich höhere Temperaturen erreichen lassen als mit konventionellen Solarkollektoren. Mit einer Absorptionskälteanlage soll die aus der Solarthermie gewonnene Prozesswärme in Prozesskälte umgewandelt werden. Für den typischen Produktionsrhythmus der Brauerei (Montag bis Freitag) ist es notwendig, die gewonnene Solarenergie von Freitag bis Sonntag zwischen zu speichern. Geplant ist ein Hochtemperaturspeicher (140°C/180°C) und ein Niedrigtemperaturspeicher (95°C). Darüber hinaus soll bereits verwendete Prozesswärme aus den Verdampfungs- und Kühlprozessen zurückgewonnen und für die Flaschenreinigung, Brauwassererwärmung sowie die Raumheizung erneut eingesetzt werden. Mit dem Vorhaben können jährlich ca. 1,4 Millionen Kilowattstunden Primärenergie eingespart werden. Im Vergleich zur bestehenden Anlage entspricht dies einem Minderungspotenzial von mehr als 30 Prozent. Die damit verbundene Verringerung des CO2-Ausstoßes beträgt ca. 900 Tonnen pro Jahr (Minderung um 99,5 Prozent).
Viele Anwendungspotentiale für Absorptionswärmepump-Anlagen bleiben ungenützt:
Aufgrund der Eigenschaft, die Kombination verschiedener Technologien und Systeme sowie Anwendungen (Heizen, Lüften, Kühlen) zu unterstützen oder überhaupt erst zu ermöglichen, kommt thermisch angetriebenen Absorptionskältemaschinen wie auch Absorptionswärmepumpen - verallgemeinert als Absorptionswärmepump-Anlagen bezeichnet - besondere Bedeutung bei der Steigerung der Effizienz des Energiesystems sowie Erhöhung des Anteiles erneuerbarer Energien zu. Aufgrund von Schwächen der aktuell in Absorptionswärmepump-Anlagen eingesetzten Regelungen können viele potentielle mögliche Anwendungen (z.B. die Bereitstellung von Prozesswärme/-kälte, die Einbindung in Fernwärme- oder -kältenetze über die Grundlast hinaus) aktuell nicht bzw. unzureichend realisiert werden, da die jeweiligen Anforderungen an das (dynamische) Betriebsverhalten nicht erfüllt werden können. Zusätzlich führt das Fehlen von systematischen Ansätzen zur Regelung der Anlagen zu erhöhtem Aufwand im Zuge der Konzeptionierung und Inbetriebnahme.
Steigerung der Effizienz, Zuverlässigkeit und Effektivität bestehender Anwendungen und Schaffung zusätzlicher Anwendungsmöglichkeiten durch Entwicklung einer Methode zur modellbasierten Regelung für Absorptionswärmepump-Anlagen.
Aus diesem Grund adressiert dieses Projekt das übergeordnete Ziel, die Regelung von Absorptionswärmepump-Anlagen soweit zu verbessern, dass sie in der Lage sind, die komplexen, verkoppelten und zum Teil nichtlinearen Zusammenhänge der verschiedenen Teilprozesse und Prozessgrößen, alle internen und externen Stellgrößen sowie auch die Schwankungen der externen Störgrößen (z.B. Temperaturschwankungen der eintretenden, externen Stoffströme) explizit zu berücksichtigen und soweit möglich zu kompensieren. Dazu soll eine Methode zur modellbasierten Regelung von Absorptionswärmepump-Anlagen entwickelt werden, die für beide gängigen Arbeitsstoffpaare (Ammoniak/Wasser bzw. Wasser/Lithiumbromid) geeignet ist und aufgrund ihres systematischen und modularen Ansatzes eine breite Basis für spezifische Weiterentwicklung der Regelung sowohl für die Anwendung als Kältemaschine als auch als Wärmepumpe darstellt. Schlussendlich soll durch die neue Regelung die bereitgestellte Nutz-Kälte bzw. -Wärme deutlich genauer an die Anforderungen herangeführt werden und zusätzlich dazu das Temperaturniveau auf dem diese Nutzenergie bereitgestellt wird, sehr genau auf dem geforderten liegen. Das würde in einem vergrößerten Einsatzbereich von Absorptionswärmepump-Anlagen resultieren und die Zuverlässigkeit, durch eine geringere Anzahl an Störabschaltungen, sowie die Effizienz erhöhen. (Text gekürzt)
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das Nationalpark Zentrum Multimar Wattforum ist mit durchschnittlich ca. 200.000 Besuchern pro Jahr (davon ca. 35.000 Schülerinnen und Schüler) die tragende Säule in der Informations- und Bildungsarbeit im Nationalpark Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer. Unter den Rahmenbedingungen einer Bildung für Nachhaltigkeit (BNE) wurde auf der Grundlage eines Entwicklungskonzeptes für das Informationszentrum im Jahr 1994 ein dreistufiger Ausbauplan entwickelt: Nach der Eröffnung im Jahr 1999 mit dem Themenschwerpunkt Nationalpark Wattenmeer erfolgte im Jahr 2003 eine erste bauliche Erweiterung (2. Bauabschnitt) mit den Themenschwerpunkt Wale, Watt und Welt-Meere. Im Jahr 2006 wurde eine zweite bauliche Erweiterung (3. Bauabschnitt) mit den drei Themen-Schwerpunkten Wasserrahmenrichtlinie, Fischerei und Lebensraum Nordsee/ Nordatlantik geplant und im Jahr 2009 umgesetzt. Teil der Planungen war eine erhebliche Erweiterung der vorhandenen Aquarienanlage von ca. 150.000 l Seewasser auf mehr als 550.000 l Seewasser und 50.000 l Süßwasser. Daraus ergaben sich neue Anforderungen an die Kühl- und Reinigungstechnik, insbesondere an den Energiebedarf. Teil der baulichen Erweiterung im 3. Bauabschnitt ist ein auf den hohen Energiebedarf in der Aquarienanlage abgestimmtes Konzept zur Senkung der Energiekosten und zur CO2 Emission.
Mit diesem Projekt soll als inhaltliche Erweiterung der oben beschriebenen Ausstellungsinhalte ein nachhaltiges Energiekonzept in Teilen baulich umgesetzt und in einer gesonderten Ausstellung präsentiert werden. Besucher des Multimar Wattforum sollen so angeregt werden, sich am Beispiel der Lösungen im Multimar Wattforum mit Fragen der Energiegewinnung und -nutzung zu beschäftigen, mögliche Rückschlüsse auf den eigenen Umgang mit Energie zu ziehen und Anregungen für Änderungen im eigenen Lebensumfeld zu finden.
Fazit: Es wurde deutlich, dass im speziellen Fall die Nutzung der Geothermie zur Kühlung der Aquarien nicht geeignet ist, Energie zu sparen. Die Umstellung der Kälteerzeugung von einer strombasierten Kompressionskältemaschine auf eine Mischung aus Freier Kühlung im Winter und Absorberkühlung über ein Blockheizkraftwerk im Sommer ist ein Erfolg. Eine energetisch günstige Belüftung des Multimar Wattforum über eine natürliche Lüftung ist erfolgreich umgesetzt worden. Es hat sich aber auch gezeigt, dass sich aufgrund der fehlenden Erfahrungen bei der Planung und hoher Kosten bei der Umsetzung solche Lösungen aktuell nur bedingt betriebswirtschaftlich darstellen lassen.
Die Zielstellung des Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung eines kostengünstigen und energieeffizienten Systems zur sommerlichen Raumkühlung unter Einbeziehung regenerativer Energiequellen. Die aus früheren theoretischen Untersuchungen resultierenden Erkenntnisse sollen dabei einer praktischen Nutzung zugeführt werden. Mit dem verfolgten Ansatz soll die Raumkühlung über eine konventionelle Heizungsanlage erfolgen. Die Kältebereitstellung erfolgt vorzugsweise über ein Gasmotor-BHKW oder eine Brennstoffzelle, deren Abwärme im Sommer mittels Ab- oder Adsorptionskältemaschine oder einer Wärmepumpe zur Kältebereitstellung genutzt wird. Auch Fernwärme aus einem Heizkraftwerk kann auf diese Weise im Sommer genutzt werden. Die passive Kühlung (ohne Kompressor) mithilfe einer Sole-Wasser-Wärmepumpe (Wärmequelle/-senke Erdreich/Grundwasser) stellt eine besonders günstige Möglichkeit dar. Für die Bearbeitung des Forschungsvorhabens werden 5 Pilot- bzw. Feldtestanlagen betrachtet. Die Arbeiten gliedern sich grundsätzlich in eine Vorbereitungs- und in zwei sich abwechselnde Mess- und Bewertungsphasen. - Phase 1: Vorbereitung und Inbetriebnahme Die bestehenden Heizungsanlagen der Untersuchungsobjekte müssen zunächst für den Kühlfall erweitert und mit Messtechnik ausgestattet werden. - Phase 2: Erste Messphase Der Bearbeitungszeitraum umfasst die gesamte Kühlperiode. - Phase 3: Erste Bewertungs- und Optimierungsphase Im Bearbeitungszeitraum erfolgt die detaillierte Bewertung der Messergebnisse, insbesondere unter Berücksichtigung des aus den vorangegangenen theoretischen und praktischen Untersuchungen resultierenden Erkenntnisstandes. - Phase 4: Finale Messphase Die Arbeiten der finalen Messphase orientieren sich an denen der ersten Messphase unter Berücksichtigung der bis dahin vorliegenden Erfahrungen und Erkenntnisse. - Phase 5: Finale Bewertungsphase Innerhalb der finalen Bewertungsphase wird eine zusammenfassende Darstellung zum Forschungsvorhaben entwickelt.