Integration von Wärmepumpen zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung

Wärmepumpen, die industrielle Abwärme durch die Verwendung erneuerbaren Stroms rückgewinnen, stellen einen elementaren technischen Hebel zur Dekarbonisierung des industriellen Wärmesektors dar. Ungünstige Strom-zu-Gaspreis-Verhältnisse, unzureichende Planungsinstrumente und mangelndes Bewusstsein für sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten bei Ingenieuren und Entscheidungsträgern in Beratung, Planung, Politik und Unternehmen hemmen gegenwärtig die stärkere Marktdurchdringung. In dieser Arbeit sensibilisiert ein intuitiv bedienbares, zweidimensionales Bewertungsnomogramm für die wirtschaftliche und ökologische Vorteilhaftigkeit von marktverfügbaren Wärmepumpen gegenüber herkömmlichen Gaskesseln. Die innovative ’Heat-Pump-Bridge-Analysis’ berücksichtigt prozessspezifische Restriktionen und gleicht zur Identifikation des technisch-ökonomischen Potenzials Prozessanforderungen mit der Effizienz und den Einsatzgrenzen marktverfügbarer Wärmepumpen ab. Zur statistischen Quantifizierung von Auslegungsgrößen hinsichtlich Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit werden erstmals probabilistische Zeitreihen erzeugt und ausgewertet. Ein neuartiges, viergliedriges Nomogramm versetzt Entscheidungsträger in die Lage flexibel unternehmensspezifisch variierende Rahmenbedingungen bei der bidirektionalen Bewertung dieses Potenzials einzubeziehen. Durch steigende CO2-Preise und sinkende Emissionsfaktoren im Rahmen der Energiewende ist ein Anstieg des wirtschaftlich-kritischen Temperaturhubs von gegenwärtig 32 K auf über 60 K in 2050 zu erwarten.