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    Ustersbacher啤酒厂的能源自给方案

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    在Ustersbacher私营啤酒厂跳动着一颗绿色心脏。多年以来,该家族企业不断落实能源自给啤酒厂的设想,其基础是斯坦尼克Brewnomic系统。
    • 插图:Ustersbacher啤酒厂老板Stephanie Schmid和技术负责人Josef Geh。

    Ustersbacher是一家传统的巴伐利亚中型啤酒企业:其产品种类包括十几种不同的啤酒、一个自己的矿泉水品牌以及无酒精饮料。该啤酒厂位于自然公园之内,成立于1605年,此后一直由家族掌管。可持续思维在这里一直受到高度重视。遵循临时纲领“绿色之路”,该企业家族强化了对节能措施的投资。

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    Ustersbacher是一家传统的巴伐利亚中型啤酒企业:其产品种类包括十几种不同的啤酒、一个自己的矿泉水品牌以及无酒精饮料。

    年 该私营啤酒厂启动“黄色品牌的绿色之路”,其宗旨是珍惜环境的饮料生产。其出发点还包括持续推进生产过程中的能源管理。

    年 早在15年前,Ustersbacher啤酒厂就在其屋顶上安装了自有的光伏设备,随着时间推移不断进行扩建。目前,其运行能力已经达到1兆瓦。

    年 该啤酒厂安装一套沼气试验设备。将污水排入设备中,借此降低其COD值。以后,这套设备也将用于能源回收。

    设想:能源自给的啤酒厂

    年 首次由克朗斯公司完成了能源消耗测试。来自斯坦尼克工厂的Helmut Kammerloher当时就已经确信:“我们必须把二氧化碳留在大地中,我们必须远离化石能源,因此,封闭循环系统是一条正确之路。”借此,他与Ustersbacher啤酒厂的管理层达成了共识。双方共同实现他的设想:一家全部采用无损产品、较低温度水平的啤酒厂,其热能可以得到便捷的回收利用。借助一套中央蓄能系统,大量减少化石能源的使用,同时大幅度削减峰值用量。随后几年,开发出Brewnomic系统,克朗斯公司在2017年慕尼黑drinktec展览会上首次展示了这套系统。这套方案的中心任务是实现啤酒厂的能源独立,通过回收利用酿造流程中的废弃物质达到能源自给自足。即一家同时具有发电站功能的啤酒厂。

    年 作为第一个共同措施,克朗斯和Ustersbacher啤酒厂对糖化设备进行了升级改造。对此,拆除了煮出法糖化锅,为浸出法醪液安装了新的糖化锅。同时,安装了EquiTherm热能回收系统,将原有的热水冷凝器改造为乏汽冷凝器,为过滤麦汁加热器提供热源。在EquiTherm热能平衡系统中,通过麦汁冷却器获取大约96℃的热水,同样存放在中央蓄能器中。借此,可以给糖化锅提供回收利用的能源。

    Ustersbacher啤酒厂此前也使用热水,但全部运行在高温区域。“此后,我们的所有耗能设备几乎都切换到低温系统,这样,还能减少对产品的损害”,Helmut Kammerloher解释说。“唯一需要高温的是麦汁煮沸和扎啤桶杀菌,两者需要大约130℃的高温。在其它区域,所有的耗能设备都接入了中央低压热水蓄能器。”

    热电联产机组和沼气设备

    年 同年,利用国家的资助政策,Ustersbacher啤酒厂决定在近期安装一台热电联产机组。根据克朗斯的建议,这台机组只有一条热流处于大约110℃的较高温度区域。同时,这台热电联产机组可以提供84℃的高温回流,借此直接处理一家低温啤酒厂大部分耗能设备的回流。相反,一台标准的热电联产机组通常提供来自发电机冷却装置的大约80℃的热水,而这里需要70℃或者更低的回流温度。实际上,啤酒厂基本不产生70℃的回流热水。对于标准的热电联产机组,其高温乏汽通常提供给啤酒厂的锅炉设备,但是,锅炉设备的运行峰值大部分都波动非常大。Ustersbach啤酒厂的热电联产机组凭借供液和回流循环回路中特殊的管路设计以及较高的温度持续实现超过90%的运行效率。

    此后,克朗斯还安装了一台低压蓄能器,由热电联产机组(目前由沼气设备)持续提供110℃的热源。借助这种阶梯分层的储能系统,这台热电联产机组覆盖了玻璃瓶生产线、CIP设备和其它耗能设备的大部分热能供应。

    年 新建斯坦尼克糖化车间落成典礼。“谁有了智能的器皿,谁就也能酿造出优质的啤酒”,啤酒厂老板Stephanie Schmid女士说。“我们已经证明了我们能够做到:2020年,我们荣获了德国农业协会颁发的联邦荣誉奖 — 成为巴伐利亚最佳啤酒厂。”

    年 当灌装设备改造纳入日程时,Ustersbacher啤酒厂再次选择了克朗斯公司:采用一台新的Modulfill HES灌装机,能力为每小时5.5万瓶。为了实现这套要求极高的卫生方案,配备了一套非常高效的外部清洗装置、一台采用卫生型设计的产品分配器、可以整体冲洗的皇冠盖封盖机以及免润滑的升降气缸。不论是CIP刷洗杯的送入还是探针与灌装液位之间的调整,全部自动完成。机器操作人员还可以通过触摸屏控制产品水、工艺用风和无菌空气、二氧化碳以及电能的消耗值。另外,这台灌装机还能在较高温度下完成灌装,以此保证今后能够并入热能回收系统。

    年 作为下一项任务,Ustersbacher啤酒厂以及斯坦尼克工厂的专家着手改进原有的厌氧反应罐。根据克朗斯的建议,沼气不仅用于热电联产机组的运行,还要提供给热水锅炉。此前,多余的沼气都通过沼气火炬烧掉,因为他们还没有气体净化装置。为了除掉硫化物和残留水分,克朗斯开发出新的以Botec F1流程引导系统为基础的沼气调节系统。“我们对这套系统非常满意”,设备厂长Josef Geh强调。“现在我们可以通过污水产生大约四分之一的燃气需要量。”

    目前,该啤酒厂还将废酵母排入沼气设备,借此进一步提高收益。“这种从污水到电能和热能的循环进行得如此之好,当然也要归功于我们实施的从星期天晚上至星期五晚上的连续三班运转”,Stephanie Schmid解释说。

    二氧化碳回收设备和制冷设备优化

    年 同年,克朗斯还通过管路转向形成的强制流动优化了洗瓶机内部的换热器,进一步降低了这台耗能设备的回流温度。借此,可以将峰值时间的温度从104℃降低到平均90℃。降低回流温度的控制也由Botec F1完成,在这个过程中,还改善了热能储罐中的温度分层。

    年 作为当前的最后一项任务,Ustersbacher啤酒厂于2020年夏季安装了一套克朗斯提供的二氧化碳回收装置。这也是对可持续发展的投资:该啤酒厂借此可以利用自己现有的资源,即发酵过程产生的二氧化碳。否则,这部分二氧化碳将作为废气排放到空气中,Ustersbacher私营啤酒厂因此必须外购工业二氧化碳。这套设备的能力为每小时300千克二氧化碳,每年最多可以节省800吨二氧化碳。Ustersbacher啤酒厂将发酵过程回收的二氧化碳用于啤酒和柠檬水的灌装。

    二氧化碳蒸发过程中释放的冷量输送至中央制冷单元,由此减少制冷设备的电能消耗。这部分冷量在二氧化碳液化时被重新加给二氧化碳,这是封闭循环回路中目前最环保的制冷剂。

    展望未来

    下一项投资将是制冷设备的能源平衡。通过提高温度,可以降低制冷能力,明显改善COP值(性能系数),即设备的效率。对此的前提条件是热灌装。通常情况下,清酒罐中成品啤酒的温度大约为0℃。这些啤酒在6℃至7℃进行冷灌装。为了避免周转箱中的低温瓶因环境湿度出现冷凝,必须根据具体情况对其进行升温处理。如果采用专用逻辑控制和流量测量系统的换热器在过滤机前往常温清酒罐的过程中将啤酒升温,通过对流方式将冷水的温度从14℃降到6℃至7℃,可以取消暖瓶工序,而冷水成为冰水,同时还由此减少了制冷设备的负荷。

    通常情况下,啤酒厂的冰水温度为3℃至4℃,借此实现发酵罐内10℃至14℃的接种温度。而对于Ustersbacher啤酒厂浅色下面发酵啤酒的这种接种温度,6℃至8℃的冰水温度已经能够满足要求,因为EquiTherm系统的热水平衡允许这样运行。通过较高的目标温度,可以改善制冷设备的COP值,减少电能消耗。

    “能源消耗大约降低50%”

    “借助上述措施,Ustersbacher啤酒厂进一步落实了斯坦尼克Brewnomic方案的创意”,Helmut Kammerloher解释说。“在我眼中,Ustersbacher啤酒厂就是可持续专题的一个范例。这是因为业主家族并不看重快速盈利,而是关注可持续生产,可以忍受较长的摊销时间。”

    Ustersbacher啤酒厂的管理层认为其优势非常明显:“基于各种提升效率的措施,我们的生产能耗比行业内的平均值低约50%”,Josef Geh非常高兴。“效果显而易见!”

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