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Halbierung des Netzstrombezugs
Photovoltaikanlagen stellen sich für Brauereien als sinnvolle Investition dar, da sich die Stromausbeute übers Jahr gesehen parallel zum Bierausstoß verhält. Das vorliegende Praxisbeispiel zeigt, wie die Effizienz einer solchen Anlage durch Energieeinspeicherung in Überschusszeiten optimiert und mit dem Budget einer kleinen mittelständischen Brauerei wirtschaftlich realisiert werden konnte.
Ausgangssituation
Die Lagerkellerkühlung der 1. Dampfbierbrauerei Zwiesel war bislang von einer Linde NH3-Direktverdampfungs-Kälteanlage mit Verdunstungskondensator umgesetzt worden. Der Zustand der Anlage, fehlende Automatisierung und mangelnde Kühlleistung sorgten vor allem im Sommer für erhöhten Energieaufwand und Probleme bei der Temperierung sowie auch für eine hygienisch unbefriedigende Situation, wie Inhaber und Seniorchef Dr. Dieter Pfeffer erzählt.
Vorbereitung und Umsetzung
Eine vorab durchgeführte energetische Beratung der Firma „FS industrielle Energieberatung“ hatte 2017 ein Einsparpotenzial von ca. 35,2 MWh/a ergeben. Auch die Vor-Ort-Analyse der Firma Trane Roggenkamp bewertete das Einsparpotential entsprechend hoch. Die Entscheidung für eine neue automatische Kälteanlage war also aus technologischer, technischer, sicherheitsrelevanter und finanzieller Sicht für Brauereichef Dr. Pfeffer zwingend erforderlich.
Der Einbau der neuen Brauereikühlung begann im April 2018 im bisher ungenutzten Eiskeller der Brauerei. Dadurch konnte die alte Kühlung weiterlaufen, sodass bei der Umstellung nur eine kurze Zeit ohne Kühlung überbrückt werden musste. Das neue System läuft seit Beginn vollautomatisch und ohne Ausfall. Die Automatisierung und Anpassung der Regelung der Anlage kann über die webbrowserbasierte Visualisierung von überall und zu jedem Zeitpunkt eingesehen und parametriert werden.
Durch die Erneuerung der Kälteanlage konnten folgende Verbesserungen verzeichnet werden:
- Vollautomatisierung des Kühlungsbetriebs;
- Trocknung der Lagerkellerräume;
- keine Vereisung der Kühler;
- schnelle und exakte Kühlung der Gärbottiche und Entlastung des (eigentlich) zu kleinen Eiswasserbeckens;
- gesunkener Strombedarf des Kältesystems um über 30 MWh/a, trotz tieferer und konstanterer Kellertemperaturen.
Die Neuanlage
Um dem Budget der Brauerei zu entsprechen, wurde eine kostenoptimierte Serienkältemaschine verwendet, welche mit vier Leistungsstufen und zwei unabhängigen Kältekreisläufen mit Scrollverdichtern betrieben wird.
Großzügig dimensionierte, trockene Verflüssiger (unterliegen nicht der 42. BImSchV) führen die Abwärme leise und effizient an die Umgebung ab. Hochdruckstörungen sind durch Kondensationstemperaturen bis theoretisch 67 °C quasi ausgeschlossen.
Die Gesamteffizienz im Blick
Auswertung
Der Bierausstoß der Brauerei war seit 2017 konstant, auch im Jahr 2020 konnte er durch erhöhten Flaschenbieranteil gehalten werden. Der Strombedarf für die Kälteversorgung ist dagegen wie prognostiziert seit 2017 um fast 36 Prozent gesunken, obwohl durch die neue Anlage dauerhaft eine deutlich höhere Kühlleistung abgerufen wurde. Im nun kommenden Jahr 2022 will Dr. Pfeffer auch die Würzekühlung durch einen Glykol-Eisspeicher an die neue Kälteanlage anschließen, wodurch er eine weitere Energiekostenreduktion erwartet.
Trotz der benannten Einsparungen war der Gesamtenergiebezug vom Netz hoch. Hieraus resultierten hohe Stromkosten und ein schlechter CO2-Fußabdruck. Zudem führten Leistungspeaks zu sehr hohen Bereitstellungskosten vom Energieanbieter.
Eigenstromerzeugung
„Wir waren uns einig, dass wir dieser Problematik nur durch die Verwendung von eigenerzeugtem und -verbrauchtem Solarstrom durch eine Photovoltaikanlage entgegenwirken können“, berichtet Dr. Pfeffer.
Nachdem diese Entscheidung gefallen war, wurde die neue Photovoltaikanlage mit 84 kWp im Juni 2020 in Betrieb genommen. Alleine durch die Eigenstromerzeugung und -nutzung der Photovoltaikanlage (PV-Anlage) konnte der Netzbezug der Brauerei um weitere 60 MWh/a reduziert werden. Zusätzlich konnte die Brauerei etwa 15 – 20 MWh/a ins Netz einspeisen.
Bierbatterie: Maximierung der Eigenstromnutzung
Mit dem bestehenden Trane Roggenkamp Equipment wurde 2021 eine PV-Überschussregelung umgesetzt bzw. die bestehende Regellogik erweitert. Die Überschüsse der PV-Anlage können am Tag über die leistungsgeregelte Kältemaschine direkt in die Lagerkeller – die Bierbatterie - in Form von Kälte eingespeichert werden. Die Lagerkeller werden dadurch etwas unterkühlt (bis – 2 °C Lufttemperatur). Im Beispiel der Dampfbierbrauerei können bei vollem Lagervolumen (3000 hl) 340 kWh thermisch gespeichert werden, wenn das Bier selbst um 1 °C tiefer abgekühlt wird.
Die Kältemaschine fährt die PV-Überschüsse bis zu ihrer Leistungsgrenze in die Lagerkeller ab. Steigt die Sonneneinstrahlung, steigt auch dynamisch die Leistung der Kälteanlage und somit die Stromaufnahme. Die Beschattung der PV-Anlage, welche um die Mittagszeit stattfand, glich die Anlage einwandfrei aus.
Durch die Überschussregelung sinken die Raumlufttemperaturen – je nach Solarstrahlung – für etwa 5 – 6 Stunden auf bis zu – 1,5 °C im Raum ab und steigen im Laufe der Nacht wieder auf die Solltemperatur an. Meist ist damit nachts keine weitere Kühlung notwendig.
Halbierung des Netzstrombezugs
Unter Betrachtung der Energieeinsparung von 32,8 MWh/a, einer Eigenstromnutzung durch die PV-Anlage von etwa 60 MW/a und der erweiterten Eigenstromnutzung anhand der Überschussregelung von 15 MW/a hat sich der Strombezug vom Netz von 211 583 kWh/a auf 103 783 kWh/a also etwa die Hälfte reduziert.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Fazit
Neben dem niedrigeren Stromverbrauch stellt die deutlich verbesserte Konstanz der Kühlung einen mindestens genauso wichtigen Vorteil der neuen Anlage dar. Diese spiegelt sich nämlich in der Verfeinerung und Kontinuität der Produktqualität der Brauerei wider.
Die steigende Attraktivität von lokalen Bieren in der Bevölkerung bringt zudem neue Herausforderungen für jede Brauerei mit sich. Eine zukunftsorientierte und umweltfokussierte Technik spielt hierbei eine wesentliche Rolle und wirkt sich heutzutage äußerst positiv auf das Brauerei-Image aus.
Tobias Schlögl von Trane Roggenkamp ist überzeugt, dass glykolbasierte, indirekte Kühlsysteme mit geringen Kältemittelmengen die Zukunft sind. Er rät dazu, auf die Hilfsenergiebedürfnisse zu achten und festgefahrene Prozesse zu hinterfragen.