Aus Abwärme wird Strom: Wie Orcan Energy Energierückgewinnung mit standardisierter Automatisierung skaliert

In der industriellen Fertigung wird Energieeffizienz häufig vor allem unter dem Aspekt der Verbrauchsreduzierung diskutiert. Eine andere Möglichkeit erhält deutlich weniger Aufmerksamkeit: die bessere Nutzung von Energie, die bereits verfügbar ist. In Branchen wie Holzverarbeitung und Lebensmittelproduktion oder in der Zement-, Metall- und Chemieindustrie entstehen im täglichen Betrieb große Mengen thermischer Energie. Ein Großteil dieser Wärme wird für den Produktionsprozess selbst benötigt. Dennoch bleibt ein erheblicher Anteil ungenutzt, da er nicht wirtschaftlich zurückgewonnen oder an anderer Stelle im Werk wiederverwendet werden kann.

Vor dieser Herausforderung stand auch der deutsche Parketthersteller HARO. Trocknungsprozesse erzeugen erhebliche Mengen thermischer Energie. Während ein Teil dieser Wärme intern genutzt werden kann, fällt bei geringerem Bedarf häufig überschüssige Wärme an, insbesondere in den wärmeren Monaten. Gleichzeitig haben steigende Energiepreise und der zunehmende Druck, nachhaltiger mit der Energie zu wirtschaften, die effiziente Nutzung vorhandener Ressourcen zu einer wichtigen Priorität gemacht.

HARO ist Deutschlands führender Parketthersteller und wurde 1950 von der Hamberger Flooring GmbH & Co. KG gegründet.

„In unserer Produktion ist Wärme eine essenzielle Ressource. Abhängig von den Betriebsbedingungen und der Jahreszeit können wir jedoch nicht immer die gesamte Wärme im Betriebsprozess nutzen. Deshalb waren wir auf der Suche nach einer Lösung, die es uns ermöglicht, die bereits in unserem Prozess verfügbare Energie besser zu nutzen, ohne die täglichen Abläufe komplexer zu gestalten“, sagt Michael Paringer, Technischer Geschäftsführer bei HARO.

Anstatt überschüssige Wärme als unvermeidbares Abfallprodukt zu betrachten, prüfte HARO die Möglichkeit, sie in eine zusätzliche Energiequelle umzuwandeln.

Michael Paringer, Technischer Geschäftsführer bei HARO.

Aus Abfall wird kontinuierlich verfügbare elektrische Energie

Die Antwort auf die Frage „Wie kann das funktionieren?“ kam von dem Münchner Clean-Tech-Unternehmen Orcan Energy und seinem ‚efficiency PACK-System‘. Die Technologie basiert auf Organic Rankine Cycle (ORC), einem Verfahren zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in elektrische Energie. Im Gegensatz zur konventionellen dampfbasierten Stromerzeugung können ORC-Systeme effizient mit Wärmequellen arbeiten, deren Temperatur für eine wirtschaftliche Energierückgewinnung sonst zu niedrig wäre.

Das efficiency PACK erfasst überschüssige Prozesswärme und nutzt sie zur direkten Stromerzeugung am Produktionsstandort. Da das System unabhängig vom eigentlichen Fertigungsprozess arbeitet, kann es in bestehende Anlagen integriert werden, ohne die Produktion zu beeinträchtigen. Für Anlagenbetreiber verändert dies die Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung grundlegend. Anstatt thermische Energie einfach an die Umgebung abzugeben, trägt die zurückgewonnene Energie direkt zur Stromversorgung des Standorts bei.

Das bei HARO installierte efficiency PACK-System von Orcan Energy.

Bei HARO wurde die Anlage schnell Teil des normalen Betriebs. Laut Projektteam waren Leistung und Zuverlässigkeit so überzeugend, dass bereits kurz nach der ersten Installation eine zweite Einheit bestellt wurde.

Standardisierung trotz individueller Anforderungen

Während das Prinzip der Abwärmerückgewinnung unkompliziert erscheint, ist die Umsetzung im großen Maßstab deutlich anspruchsvoller.

Kein Industriestandort gleicht dem anderen. Verfügbare Temperaturniveaus, Wärmequellen, Betriebsbedingungen und Kundenanforderungen unterscheiden sich von Projekt zu Projekt erheblich. Für Technologieanbieter bedeutet dies, dass jede Installation ein gewisses Maß an Individualisierung erfordert. Gleichzeitig müssen Engineering-Aufwand, Inbetriebnahmekosten und Softwarekomplexität beherrschbar bleiben.

Genau hier wird die Wahl der richtigen Automatisierungsplattform zum entscheidenden Faktor. Orcan Energy setzt auf die X20-Steuerungsplattform von B&R als standardisierte Automatisierungsarchitektur für sein efficiency PACK-Portfolio. X20-SPSen und I/O-Module übernehmen die Maschinensteuerung und ermöglichen Prozessüberwachung sowie Kommunikationsfunktionen über verschiedene Systemvarianten hinweg.

Das efficiency PACK erfasst überschüssige Prozesswärme und nutzt sie zur direkten Stromerzeugung am Produktionsstandort.

Für Orcan liegt der wichtigste Vorteil nicht allein in der Hardwareleistung. Entscheidend ist vielmehr die Möglichkeit, unterschiedliche Maschinenkonfigurationen innerhalb eines gemeinsamen Software-Frameworks zu verwalten. großen Maßstab deutlich anspruchsvoller.

Anstatt für jeden Kunden separate Automatisierungsprojekte zu pflegen, baut Orcan auf einer wiederverwendbaren Softwarearchitektur auf, die verschiedene Leistungsklassen und Anlagenausführungen unterstützt. Funktionen, die für ein Projekt entwickelt wurden, lassen sich auf andere übertragen, wodurch Mehrarbeit reduziert und die zukünftige Weiterentwicklung vereinfacht wird. Laut Orcan beschleunigt dieser Ansatz Engineering und Inbetriebnahme und trägt gleichzeitig dazu bei, die Softwarequalität über die gesamte installierte Basis hinweg sicherzustellen.

Für Orcan liegt der entscheidende Vorteil nicht nur in der Hardwareleistung, sondern auch in der Möglichkeit, mehrere Maschinenkonfigurationen innerhalb eines gemeinsamen Software-Frameworks zu verwalten.

Das Ergebnis ist eine Plattform, die Flexibilität für kundenspezifische Anforderungen mit der Effizienz standardisierter Lösungen verbindet.

„Für uns war Zuverlässigkeit der entscheidende Faktor. Nach der Inbetriebnahme wurde das System Teil des normalen Anlagenbetriebs. Dass wir bereits kurz nach der ersten Installation eine zweite Einheit bestellt haben, ist wahrscheinlich der deutlichste Beweis dafür, wie zufrieden wir mit den Ergebnissen sind“, sagt Paringer.

Engineering für lange Produktlebenszyklen

Abwärmerückgewinnungssysteme werden in der Regel für einen kontinuierlichen Betrieb über viele Jahre hinweg ausgelegt. Daher ist langfristige Zuverlässigkeit häufig genauso wichtig wie Effizienz.

Dieser Aspekt spielte eine wichtige Rolle in der Automatisierungsstrategie von Orcan. Das Unternehmen arbeitet seit 2011 mit B&R zusammen. Zunächst kam die Power Panel-Technologie zum Einsatz, bevor das Orcan sein gesamtes Portfolio auf X20-Steuerungen und I/O-Systeme standardisierte.

„Unsere Systeme werden in sehr unterschiedlichen industriellen Umgebungen eingesetzt. Dennoch möchten wir die Automatisierungsarchitektur nicht für jedes Projekt neu erfinden“, sagt Alexander Bischoff, Software Engineer bei Orcan Energy. „Die X20-Plattform gibt uns die Flexibilität, unterschiedliche Maschinenkonfigurationen innerhalb eines gemeinsamen Software-Frameworks zu unterstützen. Dadurch können wir den Engineering-Aufwand reduzieren und gleichzeitig eine gleichbleibend hohe Qualität über alle Projekte hinweg sicherstellen.“

Alexander Bischoff, Software Engineer bei Orcan Energy.

Laut Orcan waren insbesondere Software-Wiederverwendbarkeit, Flexibilität und die langfristige Verfügbarkeit der Plattform ausschlaggebende Gründe für die Auswahl des Systems. Auch Support, Dokumentation und die Integration in moderne Softwareentwicklungsprozesse trugen zur Partnerschaft bei. Die Möglichkeit, Softwareversionsmanagement, einschließlich Git-basierter Entwicklungsstrukturen, einzubinden, hat mit zunehmender Produktkomplexität weiter an Bedeutung gewonnen.

Für Hersteller von Industrieanlagen bietet eine solche Kontinuität erhebliche Vorteile. Anstatt Automatisierungskonzepte bei sich ändernden Produktanforderungen ständig neu entwickeln zu müssen, können Engineering-Teams auf einer etablierten technologischen Grundlage aufbauen.

Die Rolle der Automatisierung bei der industriellen Dekarbonisierung

Während die Industrie nach praktikablen Wegen sucht, ihre Energieeffizienz zu verbessern, gewinnt die Abwärmerückgewinnung zunehmend an Bedeutung. In vielen Anlagen wurde die Energie zur Erzeugung von Prozesswärme bereits eingekauft, transportiert und genutzt. Einen Teil dieser Energie zurückzugewinnen, bevor sie als Abwärme das Werk verlässt, kann daher sowohl die Nachhaltigkeitsleistung als auch die Wirtschaftlichkeit verbessern.

Damit solche Systeme jedoch wirtschaftlich erfolgreich sind, reicht Energie allein nicht aus. Ebenso erforderlich sind Automatisierungsplattformen, die sich an veränderte Anforderungen anpassen lassen, unterschiedliche Systemvarianten unterstützen und über lange Lebenszyklen hinweg zuverlässig arbeiten.

Für Unternehmen wie Orcan Energy besteht die Herausforderung nicht allein darin, Wärme zurückzugewinnen. Vielmehr geht es darum, eine reproduzierbare Lösung bereitzustellen, die sich effizient in einer Vielzahl industrieller Anwendungen einsetzen lässt.

Das Projekt zusammen mit HARO zeigt, wie dies in der Praxis aussehen kann. Überschüssige Prozesswärme, die zuvor nur begrenzt genutzt werden konnte, wird heute in Strom umgewandelt und trägt so zu einer besseren Gesamtnutzung der Energie bei. Gleichzeitig ermöglicht eine standardisierte Automatisierungsarchitektur im Hintergrund die Anpassung der Technologie an unterschiedliche Einsatzumgebungen, während der Engineering-Aufwand beherrschbar bleibt.

Während Hersteller weiterhin nach Möglichkeiten suchen, Energieverluste zu reduzieren, veranschaulichen Lösungen wie diese, wie Prozess-Know-how und Automatisierung zusammenwirken können, um Effizienzpotenziale zu erschließen, die bereits heute in den Produktionsanlagen vorhanden sind.

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