Elektrische Heißwasser- und Dampfproduktion
Elektrische Heißwasser- und Dampferzeugung als zukunftsfitte Lösung
Die Elektrifizierung der industriellen Wärmeerzeugung ist ein zentraler Hebel für die Dekarbonisierung der Industrie und damit ein wesentlicher Bestandteil der Energiewende. Elektrische Systeme zur Erzeugung von Heißwasser und Dampf ermöglichen eine nahezu emissionsfreie Bereitstellung von Prozesswärme – vorausgesetzt, der eingesetzte Strom stammt aus erneuerbaren Quellen.
Der klimaaktiv-Leitfaden „Elektrische Heißwasser- und Dampferzeugung“ bietet Unternehmen eine praxisnahe Orientierung für den effizienten und zukunftssicheren Einsatz elektrischer Wärmeerzeugungssysteme. Neben technischen Lösungen werden auch wirtschaftliche, regulatorische und ökologische Rahmenbedingungen beleuchtet.
Besonders im Kontext von Power-to-Heat-Konzepten eröffnet die Nutzung von überschüssigem Ökostrom neue Möglichkeiten für eine nachhaltige Prozesswärmeversorgung. Der Leitfaden zeigt auf, wie Unternehmen diese Potenziale nutzen und gleichzeitig ihre Klimabilanz verbessern können.
Überblick E-Kessel
Zwei Hauptkategorien stehen im Fokus:
Elektrokessel
Die Funktionsweise von Elektrokesseln basiert auf dem Prinzip der elektrischen Widerstandsheizung. Wenn elektrischer Strom durch einen Heizleiter fließt, trifft er auf den Widerstand des Materials, was zur Erzeugung von Wärme führt. Diese Wärme wird direkt an das Wasser übertragen, das in den Kessel eingespeist wird. Somit erhitzt sich das Wasser und es entsteht Heißwasser oder Dampf, zu sehen in der schematischen Darstellung des Elektrokessel zur Erzeugung von Dampf in horizontaler Bauweise. Durch präzise Steuerung der elektrischen Leistung des Elektrokessels kann die Temperatur reguliert werden, um den Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu entsprechen.
© Österreichische Energieagentur Die Abbildung zeigt einen Elektrokessel mit seinen Einzelkomponenten. Der Kessel besteht aus mehreren Heizstäben im Inneren, die an einem Klemmkasten außerhalb des Kessels hängen. Der Kessel verfügt über einige Öffnungen wie Speisewassereinlass, Absalzung, Abschlammung, Dampfauslass und Überdrucksicherung. Der Kessel steht auf einem Podest. Der Füllstand und Druck werden durch integrierte Messkomponenten überwacht.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Heißwasser oder zur Weitererhitzung von Dampf stellt der Durchlauferhitzer dar, zu sehen in der schematischen Darstellung des Durchlauferhitzers zur Erzeugung von Heißwasser. Ähnlich wie im Elektrokessel werden zu Heizbündeln zusammengefasste Heizstäbe zur Wärmeerzeugung verwendet.
© Österreichische Energieagentur Die Abbildung zeigt einen Durchlauferhitzer mit seinen Einzelkomponenten. Mehrere Heizstäbe im Inneren erhitzen das Wasser im Kessel, indem Strom durch sie fließt, und erzeugen dabei Heißwasser, der oben austritt. Das Speisewasser wird mittig zugeführt. Der Durchlauferhitzer steht auf einem Podest.
Elektrokessel in industriellen Anwendungen erreichen typischerweise eine Kapazität von ein paar kWth bis 6 MWth, bei Kaskadenlösungen auch höhere Leistungen.
Elektrodenkessel
Ein Elektrodenkessel ist eine Art von Heißwasser- und Dampferzeuger, in dem der elektrische Strom direkt durch das Wasser geleitet wird.
m Gegensatz zu Elektrokesseln, die metallische Heizelemente nutzen, fungiert hier das Wasser selbst als Widerstand. Die Leitfähigkeit des Wassers bestimmt den elektrischen Widerstand und somit die erzeugte Wärmeenergie. Die Einhaltung der Leitfähigkeit innerhalb der vorgegebenen Grenzen ist hierbei von entscheidender Bedeutung, da Abweichungen zu einer unzureichenden Leistung oder Betriebsstörungen führen können.
Elektrodenkessel lassen sich in zwei Kategorien einteilen:
- Tauch-Elektrodenkessel für Heißwasser- oder Dampferzeugung
- Wasserstrahl-Elektrodenkessel für Dampferzeugung
© Quelle: Österreichische Energieagentur, in Anlehnung an PARAT Halvoren AS Variante (a) - Das Wasser wird von unten in den Kessel eingespeist und von einer Umwälzpumpe in eine im Kessel integrierte Wanne gefördert. Dort tauchen Elektroden ein, die durch Stromfluss das Wasser verdampfen. Dampf wird von der oberen Seite des Kessel ausgelassen .