- Industrielle Elektroerhitzer sind fester Bestandteil bei fast jeder Anlage, die thermische Verfahren anwendet. Sie sind wartungsarm, haben einen hohen Wirkungsgrad und verursachen keinerlei Emissionen auf dem Betriebsgelände des Anwenders.
- Durch Mittelspannung sind solche Erhitzer nun auch für Anwendungen mit größerer Leistung geeignet. Denn hierdurch fällt der Aufwand der Verkabelung deutlich geringer aus. Und Betreiber können unter Umständen gänzlich auf einen Transformator verzichten.
Ferner liegt der Elektroerhitzer mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 Prozent und einem genauen Regelverhalten technisch weit vorne. Die Akzeptanz von Elektrowärme in der Industrie ist also generell gegeben. Dachte ein Anwender aber über größere Leistungen nach, die bisher ausschließlich öl- oder gasbefeuerten Erhitzern vorbehalten waren, so kam er schnell zu dem Ergebnis, dass die technischen und finanziellen Aufwendungen ökonomisch ein „K.-o.- Kriterium“ darstellten. Hauptgründe sind hierbei, dass ein an Niederspannung betriebener, großer Erhitzer neben den eigentlichen Kosten für den Erhitzer selbst erhebliche Mittel für die Verkabelung und den passenden Transformator benötigt.
Bekanntes Prinzip
Im Prinzip ist bereits seit langer Zeit bekannt, dass ein System mit höherer Betriebsspannung von Vorteil wäre, da hier die Ströme kleiner und der Verkabelungsaufwand verringert sind, und ein Transformator gegebenenfalls sogar ganz entfallen kann. Allerdings sind den bisher verwendeten Heizelementen durch den inneren, physikalischen Aufbau die Grenzen der Niederspannung (maximal 1.000 V) gesetzt. Die einzigen elektrischen Heizsysteme, die bisher ebenfalls schon erfolgreich im Mittelspannungsbereich arbeiten, sind die sogenannten Elektrodenkessel. Diese Systeme können allerdings lediglich Wasser, welches zudem durch entsprechenden, genau zu dosierenden Zusatz von Chemikalien in der Leitfähigkeit eingestellt ist, erwärmen. Hierbei tauchen zwei oder mehr Elektroden, die an der Betriebs- (Mittel-) Spannung liegen, in das Wasserbad ein. Bedingt durch die Eintauchtiefe der Elektroden (mechanische Betätigung beziehungsweise Füllstandsänderung erforderlich) lässt sich dann die elektrische Leistung einstellen. Die nun erhältlichen Mittelspannungs-Erhitzer arbeiten nach dem gleichen Prinzip bisheriger Elektroerhitzer und unterscheiden sich somit von den oben genannten Elektrodenkesseln: Direkt in den Mediumstrom eingebrachte Heizelemente können jedwedes Produkt (Wasser, Öl, Luft und andere Gase) direkt und ohne Zusatz von anderen Chemikalien beziehungsweise einer mechanischen Füllstandsregelung erwärmen. Auch auf die Annehmlichkeiten einer präzisen Thyristorregelung muss der Anwender im Mittelspannungsbereich nicht verzichten.
Völlig anders?
Der eigentliche Unterschied liegt im Wesentlichen im geänderten Aufbau der Heizelemente und der Tatsache, dass die Schaltanlagen und auch die elektrischen Anschlusskästen naturgemäß für den Mittelspannungsbereich auszulegen sind. Dies führt zu geringfügig voluminöseren Dimensionen bei diesen Komponenten. Wie bereits oben erwähnt, verringert sich der Strom durch die Erhöhung der Spannung signifikant: Bei einem Erhitzer mit 1 MW, betrieben an einer Spannung von 7 kV statt 400 V, sinkt der Strom in den Zuleitungen von 1.442 A auf lediglich 82 A; also nahezu 18-mal kleiner. Dass sich hierdurch zwangsläufig auch die Anzahl der Zuleitungskabel deutlich verringert, ist offensichtlich. Durch den in der Folge geringeren Material- und Installationsaufwand sind erhebliche Einsparungen auf Betreiberseite möglich. Auch geht mit der geringeren Anzahl von Zuleitungen ein reduzierter Wartungsaufwand einher. Gleichzeitig verringern sich durch den geringen Strom in den Zuleitungen und in den zugehörigen Schaltanlagen die sogenannten Verlustleistungen, was wiederum auch hier nochmals den Wirkungsgrad steigert. Der im oben genannten Beispiel benötigte Trafo hat zwar in beiden Fällen den gleich KVA-Wert, braucht aber bedingt durch das kleinere Übersetzungsverhältnis ebenfalls erheblich weniger Kupfer und ist somit deutlich preiswerter. Steht eine Versorgungsspannung von 7 kV zur Verfügung, so kann der Transformator gänzlich entfallen. Da es sich bei den hier vorgestellten Erhitzern um ein Novum handelt, sind die Ersparnisse zurzeit nur theoretische Überlegungen. Ausgehend davon, dass der Betreiber einen Transformator benötigt, sollten die vorgestellten Systeme ab circa bei 1 MW den „Break Even“-Punkt mit den Niederspannungserhitzern erreichen. Alle Leistungsstufen oberhalb 1 MW senken dann die Kosten des Betreibers; in der Regel zwischen 25 und 30 Prozent.
Wer braucht´s?
Neben den klassischen Bereichen wie der Chemie, Petrochemie und sonstigen verfahrenstechnischen Betrieben, in denen Produkte – auch im explosionsgefährdeten Bereich – zu erwärmen sind, sind Elektrowärmer mit höherer Leistung auch für alle energieerzeugenden Unternehmen interessant. Stichwort: Power to heat. Betreiber können Wasser oder Dampf mit temporär überschüssiger elektrischer Energie in Wärmeenergie umwandeln und diese dann beispielsweise in ein Fernwärmenetz einspeisen oder in einem Wärmespeicher einlagern und bei Bedarf wieder abrufen.
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