Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Integrierte industrielle Wärmepumpen steigern die Effizienz der Dampferzeugung und senken den Kohlendioxidausstoß. Obwohl solche Wärmepumpen auf dem Markt existieren, wird ihre Einführung aufgrund der vielen Unbekannten in Bezug auf Integration, Steuerung und dynamisches Verhalten nur langsam vorangetrieben. Diese Studie wird sich mit drei spezifischen Fallstudien befassen und die möglichen Integrationen von Wärmepumpensystemen mit offenem und geschlossenem Kreislauf für die Dampferzeugung analysieren. Ziel ist es, die Lücke zwischen der Analyse der Prozessintegration und der tatsächlichen Umsetzung zu schließen. Aus den Ergebnissen (Steuerungsansatz, Speicherung, Kosten für Ausrüstung und Integration usw.) sollen Richtlinien abgeleitet werden, die auf zahlreiche Industriestandorte in der Schweiz und in Europa anwendbar sind.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Integrated industrial heat pumps increase steam generation efficiency and reduce carbon emissions. While such heat pumps are on the market, their uptake is slow, due to many unknowns concerning integration, controls, and dynamic behavior. This study will investigate three specific case studies and analyze possible system integrations of open and closed cycle steam generation heat pumps. The aim is to fill the gap between the process integration analysis and the actual implementation. From the findings (control approach, storage, cost of equipment and integration, etc.), guidelines applicable to many industrial sites in Switzerland and Europe will be derived.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Les pompes à chaleur industrielles intégrées augmentent l'efficacité de la production de vapeur et réduisent les émissions de carbone. Bien que de telles pompes à chaleur existent sur le marché, leur adoption est lente en raison des nombreuses inconnues concernant l'intégration, les contrôles et le comportement dynamique. Cette étude se penchera sur trois études de cas spécifiques et analysera les intégrations possibles de systèmes de pompes à chaleur à cycle ouvert et fermé pour la production de vapeur. L'objectif est de combler le fossé entre l'analyse de l'intégration des processus et la mise en œuvre réelle. Les résultats (approche de contrôle, stockage, coût de l'équipement et de l'intégration, etc.) permettront de dégager des lignes directrices applicables à de nombreux sites industriels en Suisse et en Europe.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Wenn in einem Industriebetrieb kontinuierlich Abwärme anfällt und gleichzeitig Prozessdampf benötigt wird, bestehen günstige Voraussetzungen für den Einsatz einer dampferzeugenden Wärmepumpe. Ein Forscherteam der Ostschweizer Fachhochschule hat die Erfolgsbedingungen für diese energieeffiziente und klimafreundliche Form der Wärmebereitstellung untersucht.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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If waste heat is continuously generated from an industrial process and steam is required at the same time to complete the process, the conditions are favorable for the use of a steam-generating heat pump. A team of researchers from the University of Applied Sciences of Eastern Switzerland has investigated the conditions for the success of this energy-efficient and climate-friendly form of heat supply.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der Bericht zeigt das vielversprechende Potenzial von dampferzeugenden Wärmepumpen (englisch: Steam Generating Heat Pump, SGHP) in industriellen Anwendungen auf und hebt dabei die signifikanten Energieeinsparungen und die Reduzierung der CO2-Emissionen hervor. Anhand detaillierter Analysen und Simulationen belegt die Studie, dass SGHP mit geschlossenem und offenem Kreislauf effizient in bestehende Systeme wie die der Anlagen von UCB Farchim und DSM integriert werden können. In UCB Farchim erwies sich die kombinierte SGHP als optimale Lösung, die trotz der hohen Temperaturerhöhungen ein solides Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz und betrieblicher Machbarkeit bot. Umgekehrt profitierten die DSM-Verfahren am meisten von einem PEMS mit offenem Kreislauf, was die Anpassungsfähigkeit dieser Systeme an verschiedene industrielle Umgebungen belegt. Neben den Machbarkeitsstudien stellt der Bericht den Stand der Technik der aktuellen PMSG-Technologien dar und enthält detaillierte Informationen zu den verwendeten Kältemitteln. Dieser umfassende Überblick umfasst eine Zusammenfassung der auf dem Markt erhältlichen Produkte und Komponenten und bietet wertvolle Einblicke in die neuesten Fortschritte und Trends in der Branche. Der Bericht stellt auch eine technisch-ökonomische Methode zur Bewertung der Realisierbarkeit der Integration von SGHP unter Berücksichtigung der Investitionsausgaben (CAPEX) und der Betriebsausgaben (OPEX) vor. Es wurde ein Excel-Tool entwickelt, das eine schnelle Bewertung der wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen von Hochtemperatur-Wärmepumpen erleichtert. Darüber hinaus wurde ein kurzer Leitfaden erstellt, um Unternehmen, die an der Einführung dieser Technologien interessiert sind, zu unterstützen. Zusammenfassend unterstreichen die Ergebnisse, dass SGHP nicht nur eine praktikable Alternative zur Dampferzeugung aus fossilen Brennstoffen darstellen, sondern auch zu erheblichen Kosteneinsparungen und Umweltvorteilen beitragen und somit einen bedeutenden Fortschritt in der nachhaltigen Industrietechnologie darstellen. Sie zeigen auch, dass, obwohl immer mehr Unternehmen SGHP anbieten, in der EU-Industrie noch keine installierten und in Betrieb befindlichen SGHP vorhanden sind.
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Schlussbericht
(Englisch)
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This report reveals the promising potential of steam-generating heat pumps (SGHPs) in industrial applications, highlighting significant energy savings and reduced CO2 emissions. Through detailed analysis and simulations, the study demonstrates that both closed-cycle and open-cycle SGHPs can be effectively integrated into existing systems such as by UCB Farchim and DSM facilities. At UCB Farchim, the combined-cycle SGHP emerged as the optimal solution, providing a robust balance between energy efficiency and operational feasibility despite high temperature lifts. Conversely, DSM's processes benefited most from an open-loop cycle SGHP, showcasing the adaptability of these systems to different industrial environments. In addition to the feasibility studies, the report presents the state of the art of current SGHP technologies and provides detailed information on the refrigerants used. This comprehensive overview includes a summary of market-available products and components, offering valuable insights into the latest advancements and trends in the industry. The report also introduces a techno-economic method for evaluating the feasibility of SGHP integration, considering capital expenditures (CAPEX) and operating expenditures (OPEX). An accompanying Excel tool was developed to facilitate quick assessments of the economic and environmental impacts of high-temperature heat pumps. Additionally, a short guideline was created to assist companies interested in adopting these technologies. In summary, the findings emphasize that SGHPs not only offer a viable alternative to fossil-fuel-based steam generation but also contribute to substantial cost savings and environmental benefits, marking a significant advancement in sustainable industrial technology. It also shows that although more and more companies are offering SGHP, there are still no SGHP installed and operating in EU industry.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Ce rapport révèle le potentiel prometteur des pompes à chaleur génératrices de vapeur (SGHP en anglais) dans les applications industrielles, en mettant en évidence les économies d'énergie significatives et la réduction des émissions de CO2. Grâce à des analyses et des simulations détaillées, l'étude démontre que les SGHP à cycle fermé et à cycle ouvert peuvent être efficacement intégrées dans des systèmes existants tels que ceux des installations d'UCB Farchim et de DSM. À UCB Farchim, la SGHP à cycle combiné s'est révélée être la solution optimale, offrant un équilibre solide entre l'efficacité énergétique et la faisabilité opérationnelle malgré les élévations de température élevées. À l'inverse, les procédés de DSM ont tiré le meilleur parti d'une SGHP à cycle ouvert, ce qui démontre l'adaptabilité de ces systèmes à différents environnements industriels. Outre les études de faisabilité, le rapport présente l'état de l'art des technologies SGHP actuelles et fournit des informations détaillées sur les réfrigérants utilisés. Cette vue d'ensemble complète comprend un résumé des produits et composants disponibles sur le marché, offrant un aperçu précieux des dernières avancées et tendances dans l'industrie. Le rapport présente également une méthode technico-économique pour évaluer la faisabilité de l'intégration de la SGHP, en tenant compte des dépenses d'investissement (CAPEX) et des dépenses d'exploitation (OPEX). Un outil Excel a été développé pour faciliter l'évaluation rapide des impacts économiques et environnementaux des pompes à chaleur à haute température. En outre, un bref guide a été créé pour aider les entreprises intéressées par l'adoption de ces technologies. En résumé, les résultats soulignent que les SGHP offrent non seulement une alternative viable à la production de vapeur à partir de combustibles fossiles, mais qu'elles contribuent également à des économies substantielles et à des avantages environnementaux, marquant ainsi une avancée significative dans la technologie industrielle durable. Elles montrent également que, bien que de plus en plus d'entreprises proposent des SGHP, il n'y a toujours pas de SGHP installée et en fonctionnement dans l'industrie de l'UE.
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