Solarthermie im Unternehmen nutzen Beispiele aus der Praxis

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1 Solarthermie im Unternehmen nutzen Beispiele aus der Praxis Referent: Veranstaltung: Dipl. Ing. Jörg Linnig Termin: IHK Mittlerer Niederrhein, Neuss

2 Ingenieurbüro EUKON Unser Leistungen Unsere Leistungen: Energiekonzepte Planung TGA alle Leistungsphasen Thermische Bauphysik Baubegleitende Qualitätssicherung Besondere Leistungen: Planung solare Großanlagen Passivhäuser Sonnenhäuser Anlagensimulation Forschung & Entwicklung

3 Aufgabe Energiesparen? These: Es ist nicht Ihre Aufgabe Energie zu sparen oder regenerative Energie zu nutzen! Aber: Ihre Aufgabe besteht darin, mit den vorhandenen Ressourcen zu wirtschaften. Hierzu gehören eben auch die Energie- und Materialeffizienz.

4 Grundgedanken zum Energiekonzept Reihenfolge der Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz: Vermeidungvon Energiebedarf durch Wärmeschutz (Dämmung) und Wärmerückgewinnung (Lüftung) Nutzung regenerativer Energiequellen wie z.b. Solaranlage oder Biomasse Einsatz von Energie(wandel)systemen mit hohem Wirkungsgrad wie z.b. Wärmepumpen oder Einsatz von effizienter Regelungs- und Gebäudeleittechnik

5 Vermeidungsprinzip Die im Beispiel geforderte Dienstleistung ist das Warmhalten von Kaffee. Das kann entweder durch Energieeinsatz erfolgen (rechts, Heizplatte) oder in dem man einen bedeutenden Wärmeverlust erst gar nicht entstehen lässt (links, Thermoskanne). Ein geringer Wärmeverlust ist natürlich immer noch vorhanden; der ist hier aber so unbedeutend, dass die Heizplatte komplett entfallen kann. Quelle: Passipeadia.de

6 Nutzen steht im Vordergrund Wirkungsgrad: Energie wird umgewandelt. Die Energie, die raus kommt, im Verhältnis zu der, die reingesteckt wurde, ergibt den Wirkungsgrad. Verluste werden als Aufwand definiert (=> Aufwandszahl) im Gegensatz hierzu: Wirkungsgrad Effizienz Effizienz: Ist der Nutzen im Verhältnis zur eingesetzten Energie, Geld, Zeit etc.

7 Entwicklungsprozesse Jede Technologie folgt einem gesetzmäßigen Verlauf (Lebenszykluskurve) Effizienz I Entwicklung II Wachstum/ Reife III Stagnation IV Degeneration Zeit

8 Entwicklungsprozesse Abhängig vom Zeitpunkt der Einführung entstehen verschiedene Effekte Effizienz Engpassgefahr! Hohes Kostenrisiko Klassische Technologien Regenerative Energiequellen Zeit

9 Entwicklungsprozesse Abhängig vom Zeitpunkt der Einführung entstehen verschiedene Effekte Effizienz Wettbewerbsvorteil! Effizienzgewinne Klassische Technologien Regenerative Energiequellen Zeit

10 Einsatzbereiche Solarthermischer Großanlagen Wohngebäude Warmwasser und Heizung Mehrfamilienhäuser Wärmenetze Nichtwohngebäude Warmwasser, Heizung und Kühlung Gastgewerbe (Hotels, Gaststätten, Herbergen, ) Freizeitsektor (Bäder, Camping, Fitness, Wellness, ) Gesundheitssektor usw. (Krankenhäuser, Pflegeheime, ) Industrie und Gewerbe Prozesswärme, (Prozesskälte) Gewerbebetriebe (z.b. Autowaschstraßen) Landwirtschaft (z.b. Trocknung) Industriebetriebe (z.b. Oberflächenbehandlung)

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12 Vorteile einer Solarthermischen Großanlagen Die Sonne ist mit unbegrenzter Leistung verfügbar. Im Sommer kann der Wärmebedarf von Netzen komplett gedeckt werden. Dafür werden nur kleine Speicher benötigt. Es entstehen keine Brennstoffkosten dauerhaft kalkulierbar! Es entstehen kaum Betriebskosten, kein unterjähriger Betreuungsaufwand. Je nach Restwärmeerzeugung wird der Nutzungsgrad zum Teil beträchtlich verbessert. Zusätzlich erhöht sich ggf. auch die Lebensdauer. Solarthermie ist nicht nur CO 2 -, sondern auch emissionsfrei. Solarthermie ist die ideale Ergänzung zu Biomasse-Heizkesseln.

13 Potentiale: Endenergieverbrauch Endenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2007 und Aufteilung nach Anwendungen im industriellen Sektor (BMWi, 2010b) Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland; 2011

14 Potentiale: Endenergieverbrauch Industrieller Wärmebedarf in Deutschland nach Temperaturniveau für das Jahr 2007 Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

15 Potentiale: Wärmebedarf ausgewählter Wirtschaftszweige Wirtschaftszweig Warmwasser + Raumheizung <100 C Prozesswärme C C >1000 C Summe Anteil* Ernährungsgewerbe 7,3 9,4 11, ,3 5,6% Textilgewerbe 2,1 2,9 0, ,0 1,0% Holzgewerbe 0,3 1,3 0, ,9 0,4% Papiergewerbe 2,9 3,0 11, ,0 3,3% Chemische Industrie 8,3 15,4 24,0 51,2 12,6 111,5 21,9% H.v. Gummi- u. Kunststoffwaren 1,9 1,0 3, ,7 1,3% H.v. Metallerzeugnissen 6,5 2,0 1,6 0,9 2,1 13,1 2,6% Maschinenbau 5,6 1,7 1,3 0,6 1,7 10,9 2,1% H.v. Kraftwagen u- Kraftwagenteilen 9,9 3,0 2,3 1,1 3,1 19,4 3,8% Summe 44,8 39,8 55,9 53,8 19,5 213,8 42,0% Industrieller Wärmebedarf in Deutschland nach Temperaturniveau für das Jahr 2007 Anteil* 8,8% 7,8% 11,0% 10,6% 3,8% 42,0% *am gesamten industriellen Wärmebedarf; Angaben ohne Einheit in TWh; WW: Warmwasser; RH: Raumheizung Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, Struktur des Wärmebedarfs der berücksichtigten Wirtschaftszweige (Nast et al., 2010)

16 Potentiale: Solare Prozesswärme im Ländervergleich Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

17 Potentiale: Solare Prozesswärme in Deutschland Als Potential für den Prozesswärmebedarf unter 100 C kann in Deutschland ein theoretisches Potential von etwa 130 TWh/a ermittelt werden. Unter der Berücksichtigung, dass hiervon nur etwa 60% mit einer mittleren Deckungsrate von 30% technisch problemlos nutzbar sind, ergibt sich ein Potential von insgesamt 15,6 Wh/a. Dies entspricht 3,1 % des gesamten industriellen Wärmebedarfs. Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

18 Potentiale: Branchenspezifische Potentiale Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

19 Potentiale: Branchenspezifische Potentiale 2 Etwa 30 % des industriellen Wärmebedarfs werden für Prozesse unter 100 C und etwa 57 % unterhalb von 400 C benötigt /IEA Task 33/ immenses Potenzial Quelle: ecoheatcool; Initiative der Euroheat& Power Branchen und übliche Anwendungen

20 Behandlungsverfahren im Ernährungsgewerbe 1 Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

21 Behandlungsverfahren im Ernährungsgewerbe 2 Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

22 Prozesse der Oberflächenveredelung Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

23 Prozesse der Oberflächenveredelung Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

24 Geeignete Prozesse zur Einbindung von Solarthermie 1 Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

25 Geeignete Prozesse zur Einbindung von Solarthermie 2 Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

26 Solarthermie zur Kühlung Ein weiteres bislang noch wenig erschlossenes Feld zur Nutzung thermischer Solarenergie ist die Nutzung zur Kühlung! Hierfür eignen sich verschiedene Kälte- bzw. Wärmepumpenprozesse: Kompressions - Wärmepumpe Absorbtions - Wärmepumpe Adsorbtions - Wärmepumpe Der enorme Vorteil ist der Umstand, dass der Kühlbedarf in der Regel dann am Größten ist, wenn die Sonne am meisten Energie liefert! Quelle: Uni Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland, 2011

27 Solarthermie Auswahl der Kollektoren

28 Quelle: Energieagentur NRW

29 Quelle: Energieagentur NRW

30 Quelle: Öko-Institut 1997

31 Solarthermische Anlagenkonzepte Nicht nur die Wahl des Kollektors, sondern auch die Wahl des Speichers, der Anlagenhydraulik und das Mess-Steuer-und Regelkonzept (MSR) haben einen entscheidenden Einfluss auf den Nutzen einer Solarthermieanlage! Grundsätzlich lassen sich zwei grundlegende Philosophien und Optimierungen unterscheiden: Ertragsoptimierte Vorwärmsysteme (Niedertemperatur) Deckungsgradoptimierte Hochtemperatursysteme

32 Solarthermische Anlage - Realisierung 1. Bestandsaufnahme: Wann wird wo, wieviel Wärme und auf welchem Temperaturniveau benötigt? 2. Anlagenentwurf und Simulation 3. Entwicklung des Anlagenschemas mit einer abgestimmten Mess- Steuer- und Regelungstechnik 4. Ausführungsplanung und Dimensionierung 5. Ausschreibung, Vergabe 6. Bauüberwachung und Abnahme 7. Monitoring und Einregulierung

33 Fördermöglichkeiten - Energiekonzept Hohe Förderquoten von 50% bis 80% für Bestandsaufnahme Erstellung eines Energiekonzeptes Umsetzungsbegleitung Förderprogramme sind z.b.: Energieberatung Mittelstand (Bafa) Pius-Check (Land NRW) Material und Ressourcenmanagement (DLR) Baubegleitung für Wohngebäude Prog. 431 (KfW) Energienetzwerke Stand 03/2015 Keine Anspruch auf Vollständigkeit

34 Fördermöglichkeiten Thermische Solaranlagen Verschiedene Möglichkeiten der Bezuschussung sowie zinsgünstiger Darlehen für die Errichtung von thermischen Solaranlagen: Heizen mit Erneuerbaren Energien (Bafa) progress.nrw (Land NRW) Erneuerbare Energie Prog-Nr. 270,271,281 (KfW) Stand 03/2015 Keine Anspruch auf Vollständigkeit

35 Fördermöglichkeiten Solar- und Biomasseanlagen

36 Anlagenbeispiele

37 Beispiel: FESTO, Esslingen Solares Kühlen und Heizen Solltemperatur C Bruttokollektorfläche m² Puffervolumen 17 m³ Spitzenleistung 1,2 MW Max. Dauerleistung 0,65 MW Ertrag / Jahr 585 MWh Quelle: Ritter XL Solar GmbH

38 Beispiel: Huster Galvanik in Rahden Beheizung der Vorreinigungsbecken Solltemperatur 90 C Bruttokollektorfläche 221 m² Max. Dauerleistung ca. 100 kw Ertrag / Jahr 105 MWh Quelle: Ritter XL Solar GmbH

39 Edmund Merl, Brühl Feinkostherstellung Anwendung Warmwasser: Spülung und Reinigung der Abfüllanlage Temperaturniveau: bis 60 C Anlagentyp: Flachkollektor Kollektorfeld: 568 m2 Speichervolumen: 10 x Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 40% Investitionskosten: EUR Förderung: 30-%-Zuschuss (KfW) Amortisationszeit: ca. 9 Jahre Quelle: SoPro

40 Steinbach und Vollmann, Heiligenhaus Schloss- und Beschlägeherstellung Anwendung : Beheizung Galvanikbäder Temperaturniveau: bis 80 C Anlagentyp: Vakuumröhrenkollektor Kollektorfeld: 400 m² Speichervolumen: direkte Wärmeabgabe Solarer Deckungsgrad: ca. 35% Investitionskosten: Förderung: Jährliche Einsparung: ca Amortisationszeit: ca. 7 Jahre Inbetriebnahme: 2008 Quelle: SoPro; Fa. Sotec

41 Schiffer, Menden - Galvanische Oberflächenveredlung Anwendung : Beheizung Entfettungs- und Galvanikbäder Temperaturniveau: C Anlagentyp: Vakuumröhrenkollektor Kollektorfeld: 100 m² Leistung: 70 kw Speichervolumen: 750 Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 38% Inbetriebnahme: 2003 Quelle: SoPro; Fa. Sotec

42 Krimmer, Pulling - Produktion von Wildblumensamen Anwendung : Trocknung von Blumensamen Temperaturniveau: bis 35 C Anlagentyp: Flachkollektoren Kollektorfeld: 150 m² Speichervolumen: Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 95% Inbetriebnahme: 2003 Quelle: SoPro

43 Lackiercenter Schulte, Meppen Anwendung : Lackieren und Trocken Temperaturniveau: 23 C Lackierkammer, 70 C Trockenkammer Anlagentyp: Vakuumröhrenkollektor Kollektorfeld: 136 m² Speichervolumen: 2 x Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 95% Investitionskosten: (incl. WRG) Förderung: 30-%-Zuschuss (KfW) Amortisationszeit: ca. 7-8 Jahre Quelle: SoPro

44 Beispiel: Bioenergiedorf Büsingen, Schweiz Betriebstemperatur 80 C Bruttokollektorfläche m²solarer Jährlicher Kollektorertrag ca. 600 MWh Deckungsanteil ca. 13% Inbetriebnahme: Quelle: Ritter XL Solar GmbH

45 Beispiel: Bioenergiedorf Büsingen, Schweiz Investition (1.000 m² Bruttokollektorfläche) Zinssatz KfW 2,1% (25% EK zu 4%) Tilgungszuschuss 40% Finanzierungszeitraum und Nutzungsdauer: 20 Jahre (!) Solarer Wärmepreis 35 / MWh Kesselwirkungsgrad 85 % Adäquater Brennstoffpreis 35,29 / MWh Quelle: Ritter XL Solar GmbH Die thermische Solaranlage liefert Wärme etwa zu den variablen Kosten eines Hackschnitzelkessels

46 Autohaus Herten, Düren Anwendung : Warmwasser für Reifenwaschanlage und Hochdruckreiniger Temperaturniveau: C Anlagentyp: Vakuumröhrenkollektor Kollektorfeld: 90 m² Speichervolumen: Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 30% Investitionskosten: Förderung: 50-%-Zuschuss (KfW) Quelle: EUKON

47 Energieautarkes Sonnenhaus, Hünfeld Verzicht auf Solarthermie? Ein Vergleich der Konzepte Quelle: EUKON

48 Energieautarkes Sonnenhaus, Hünfeld Energiekennwert kwh/m² a Bestand Altbau WSchVO* 1984 Endenergiekennwerte WSchVO* 1995 EnEV** 2005 EnEV** 2007 *Wärmeschutzverordnung **Energiesparverordnung EnEV** 2009 Hilfsenergie Warmwasser Heizung Fotovoltaik EnEV** 2013 Passivhaus Sonnenhaus kwh/m² a 100 Spezifischer Primärenergie - Kennwert Spezifische Primärenergie - Kennwerte Referenzgebäude EnEV Sonnenhaus Möller Quelle: EUKON

49 Quartierssanierung Baugenossenschaft Dormagen eg Rotdornweg 1 15 & Weißdornweg 4 + 5, Dormagen Quelle: EUKON

50 Quartierssanierung Baugenossenschaft Dormagen eg Rotdornweg 1 15 & Weißdornweg 4 + 5, Dormagen Anwendung : Heizung und Warmwasser für 54 Wohneinheiten Temperaturniveau: C Anlagentyp: Vakuumröhrenkollektor Kollektorfeld: 90 m² Speichervolumen: x 1.000Liter Solarer Deckungsgrad: ca. 20% Investitionskosten: Förderung: 40-%-Zuschuss (KfW) Amortisation: sofort Quelle: EUKON

51 Zusammenfassung Energiesparen ist nicht Ihre Aufgabe Die Realisierung einer Solarthermischen Anlage ist eine nachhaltige Investition für Unternehmen, die sich rechtzeitig an sich ändernde Rahmenbedingungen anpassen wollen Denn: Sie verschaffen dem Unternehmen mittel- bis langfristig einen erheblichen Wettbewerbsvorteil Solarthermische Anlagen rechnen sich und das bereits heute (Mit Hilfe attraktiver Förderprogramme sogar noch schneller) Positive Außenwirkung

52 Wenn der Wind der Veränderung weht, bauen manche Mauern und andere Windmühlen! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Ingenieurbüro EUKON J. Linnig Moerser Str Krefeld (02151)