SOLARWÄRME MÖGLICHKEITEN UND PRAXIS

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1 SOLARWÄRME MÖGLICHKEITEN UND PRAXIS Alexander Thür 1, Christian Fink 2 1 Universität Innsbruck, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen alexander.thuer@uibk.ac.at 2 AEE Institut für Nachhaltige Technologien Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 1

2 VERTEILUNG SOLARWÄRME ANWENDUNGEN Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 2

3 VERTEILUNG SOLARWÄRME ANWENDUNGEN Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 3

4 SOLARWÄRME MARKTENTWICKLUNG Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 4

5 Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 5

6 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Aktuelle spezifische Solarsystempreise Reale spezifische Solarsystempreise über das gesamte Größenspektrum von Anlagen: Bildquelle: AEE INTEC, 2014

7 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Solare Wärmegestehungskosten im Vergleich mit Energiekosten für Öl, Gas und Strom (Energiepreise 2014)

8 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Roadmap Solarwärme 2025 Erhebliche Reduktion der solaren Wärmegestehungskosten durch Reduktion der Kosten für Investition und Betriebsführung sowie der Erhöhung der Erträge und deren Sicherstellung über die Lebensdauer Vereinfachung und Standardisierung Technologische Entwicklungen Angepasste bzw. neue Vertriebsmodelle Intelligenz in Monitoring und Betriebsführung Integration in kommunale und urbane Versorgungsstrukturen (Veränderungen im Energiesystem als Chance!) Neue Geschäfts- und Finanzierungsmodelle Leistungsgekoppelte Fördermodelle - wie z.b. Kopplung an Effizienz, Primärenergie, geringe Kosten, etc. (auch degressive Modelle!) Orientierung nach neuen Märkten (auch außerhalb Europas!)

9 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Branchenkonzepte für die Industrie sowie Prozessintegration Branchenkonzepte für unterschiedliche Einsatzgebiete müssen erarbeitet werden: Lebensmittelbereich (bereits gestartet) Automobilindustrie Textilindustrie Chemische Industrie Metall-Oberflächenbehandlung Gewerbeparks Etc. Standardisierte Prozessintegrationen Entwicklung von Prozesstechnologien, die Solarthermie als integralen Bestandteil berücksichtigen Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m²

10 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Solare Großanlagen benötigen Speicher: Nutzung von Erdspeicher und Wärmepumpe Nutzung der sommerlichen Überschüsse zur Beladung bzw. Regeneration von Erdspeichern Erdspeicher unter dem Gebäude dient als Wärmequelle für eine Wärmepumpe Große Potenziale im Bereich Gewerbe und Dienstleistungsgebäude Bildquelle: Eco Projekt Bildquelle: TROTEC

11 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Kategorisierung im Segment Gebäude mit hohen solaren Deckungsgraden (26) Systeme mit Wasserspeicher (solare Deckungsgrade bisher bis 40%) Bisher 6 Projekte abgeschlossen 2 Projekte aktuell in der Monitoring- bzw. Umsetzungsphase Solarthermie-Wärmepumpenkombinationen mit (kleinem) Wasserspeicher und Erdspeicher (solare Deckungsgrade bisher bis 40%) Bisher 4 Projekte abgeschlossen 6 Projekte aktuell in der Monitoring- bzw. Umsetzungsphase Systeme mit (kleinem) Wasserspeicher und Bauteilaktivierung (solare Deckungsgrade bis zu knapp 100%) Bisher 2 Projekte abgeschlossen 6 Projekte aktuell in der Monitoring- bzw. Umsetzungsphase Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² Sternenhotel Wolfurt,Vlbg. 167m², 5m³ Wasser; SD: 15%, SE: 356 kwh/m²a Stihl Motorsägen Vertriebsareal, NÖ 257m², 8m³ Wasser; 5000m² Erdspeicher SD: 13% (ohne Erdspeicher), SE: 348 kwh/m²a ETG Sonnenhaus, Vlbg. 121m², 8m³ Wasser; Bodenplatte SD: 97%, SE: 213kWh/m²a

12 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Kategorisierung im Segment Integration in Wärmenetze (25) Urbane Wärmenetzintegrationen Bisher 1 Projekt abgeschlossen (Salzburg Lehen) 1 Projekt aktuell in der Monitoringphase (Graz AEVG) 4 Projekte in der Detailplanungsphase Graz, Fernheizwerk AEVG 2.400m², Rücklaufeinspeisung SD: <1%, SE: 420 kwh/m²a (Prognose) Kommunale Wärmenetzintegrationen Bisher 7 Projekte abgeschlossen 3 Projekte aktuell in der Monitoring- bzw. Umsetzungsphase 3 Projekte in der Detailplanungsphase Mikronetze Bisher 3 Projekte abgeschlossen 3 Projekte in der Detailplanungsphase Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² Nahwärme Großklein, Stmk. 485m², 55m³ Wasserspeicher SD: 8%, SE: 418 kwh/m²a Krankenhaus der Elisabethinen, Graz 362 m², 20m³ Wasserspeicher SD: 49%, SE: 504 kwh/m²a

13 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Kategorisierung im Segment Integration in industrielle Prozesse (10) Bildquelle: Ritter XL Integration in Industriebetriebe (Großunternehmen) Bisher 3 Projekte abgeschlossen (Blum, Berger, Fixkraft) 4 Projekt aktuell in der Detailplanungsphase (AVL, Geflügel Titz, Hackguttrocknung Fürnitz, Green Energy Park Tirol) Beschlägefabrik Blum, Vlbg. 460m², 16 m³ SD: 6%, SE: 442 kwh/m²a Bildquelle: Reich Integration in kleine produzierende Betriebe Bisher 1 Projekt abgeschlossen 1 Projekt aktuell in der Monitoringphase 1 Projekt aktuell in der Detailplanungsphase Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² Holztrocknung Reich, OÖ 102 m², 10m³ Wasserspeicher SD: 60%, SE: 473 kwh/m²a

14 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Kategorisierung im Segment Solares Kühlen (5) Thermische Kältemaschinen >100kW Bisher 1 Projekt abgeschlossen 1 Projekt aktuell in der Detailplanungsphase (AVL Graz) Pumpenfabrik Kral 553 m², 15m³ SD: 72%, SE: 487 kwh/m²a SPF el. : 4,5; SPF th. : 0,6 Thermische Kältemaschinen kleiner Leistung Bisher 2 Projekte abgeschlossen 1 Projekt in der Detailplanungsphase (Obst Eberl) Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² Obstsaftproduktion Krispel 100 m², 20m³ Wasserspeicher SD: 30%, SE: 374 kwh/m²a SPF el. : 3,5; SPF th. : 0,5

15 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Kategorisierung im Segment Aus der Forschung in den Markt (5) Luftkollektoren 1 Projekt in der Bauphase Solare Bauteilaktivierung Bisher kein Projekt abgeschlossen 3 Projekte aktuell in der Umsetzungsphase (Tischlerei, Kombinierter Büro/Wohnbau, Sportanlage) 50 bis 60m² Kollektorfläche Solare Deckung zwischen 70 und 90% Unabgedeckte Solarabsorber in Kombination mit Wärmepumpen 1 Projekt in der Detailplanungsphase (20 Wohnungen) 154m² Kollektorfläche Wührer Holztrocknung, OÖ 480m² Luftkollektor, 85 t Steinspeicher SE: 664 kwh/m²a (Prognose)

16 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Bandbreite eingesetzter Kollektortypen (24) Bezug: Bruttokollektorfläche Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m²

17 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Solare Wärmegestehungskosten begleiteter Projekte Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m²

18 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Detektiertes Optimierungspotenzial Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² 115 mehr oder weniger schwerwiegende Anlagenauffälligkeiten konnten detektiert werden Davon konnten 55 Optimierungsmaßnahmen im Rahmen des einjährigen Monitorings umgesetzt werden.

19 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Auffälligkeit einer Anlage im Betrieb des Wärmeabgabesystems (Verbraucherkreis) Lüftung FBH FBH 70/50 40/30 40/30 T Koll2 M M M ol prim VL M T Verbr. VL Q Verbr. olprim RL T Sol sek VL T Verbr. RL T P1o T P2o Q Solar T Sol sek RL T Puffersp. 1 P1m 1500ltr Puffersp. 2 T P2m 1500ltr Puffersp 1500ltr Puffersp 1500ltr T WW Ber. VL Fleischwaren Berger, NÖ, 1.073m² T P1u T P2u T WW Ber. RL Q WRG Durchlaufende Pumpe im Primärkreis der Küchenlüftung (nur stundenweise in Betrieb) Auswirkungen waren dauerhaft hohe Rücklauftemperaturen zum Pufferspeicher Anpassung in der Regelung führte zu einer erheblichen Verbesserung

20 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Hydraulikkonzept Stadtteil Salzburg-Lehen Bildquelle: Salzburg AG Bildquelle: AEE INTEC Bildquelle: AEE INTEC

21 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Messergebnisse Stadtteil Salzburg-Lehen Spezifischer Solarertrag: Bildquelle: Salzburg AG Prognose: 423 kwh/m² Apertur a Messwert: 533 kwh/m² Apertur a Hintergründe: Niedriges FW-Rücklauf-Temperaturniveau Absenkung der solaren Rücklauftemperaturen durch eine speicherintegrierte Wärmepumpe Höherer Verbrauch im Vergleich zum Prognosewert

22 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Messergebnisse Stadtteil Salzburg-Lehen Spezifischer Solarertrag: Bildquelle: Salzburg AG Prognose: 423 kwh/m² Apertur a Messwert: 533 kwh/m² Apertur a Hintergründe: Niedriges FW-Rücklauf-Temperaturniveau Absenkung der solaren Rücklauftemperaturen durch eine speicherintegrierte Wärmepumpe Höherer Verbrauch im Vergleich zum Prognosewert

23 Kollektorwirkungsgrad Optimierung der Systemtechnik eta 0 = 0,8; a 1 = 3,5; a 2 = 0,02 Bsp bei 1000 W/m 2 : T von 50 C => 40 C => von 0,58 auf 0,63 => + 9% Bsp bei 600 W/m 2 : T von 50 C => 40 C => von 0,43 auf 0,51 => +21% Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 23

24 Förderprogramm Solare Großanlagen, Perg, 19. Juni 2015 Vergleich von Messergebnissen und Prognosen aus der Planung Bildquelle: Salzburg AG

25 Zusammenfassung und Ausblick Die Bandbreite der Netztemperaturen der untersuchten Wärmenetze lag zwischen 60/30 C und 85/65 C. Der signifikante Einfluss auf die Effizienz des Solarsystems konnte nachgewiesen werden. Insbesondere im neu errichteten Subnetz Salzburg Lehen (65/45 C; Einsatz von Wohnungsstationen und Niedertemperaturabgabesysteme) und beim Mikronetz Krankenhaus der Elisabethinen (60/30 C; Warmwasservorwärmung und Niedertemperaturheizkreise im Sommer) konnten hohe Netzeffizienzen erreicht werden. Die Integration von speichergekoppelten Wärmepumpen erhöht die Solarerträge und ermöglicht eine geringere Dimensionierung des Speichervolumens. Die Zielsetzung der Erreichung hoher solarer Sommerdeckungsgrade und der damit verbundenen Substitution von fossilen Schwachlastkesseln bzw. der Vermeidung von Teillastbetrieb von Biomassekesseln konnte in einigen Projekten gut erreicht werden (SD von über 90%) In Verbindung mit Biomassenahwärmenetzen hilft Solarwärme den begrenzten Rohstoff nachhaltig einzusetzen. Gleichzeitig ist Solarwärme im seit 2015 verpflichtenden Nachweis der Gesamteffizienz für die UFI-Förderung anrechenbar und ist auch im Stande erhebliche Beiträge zu leisten. Spannende urbane und kommunale Netze mit Solarunterstützung befinden sich in der Detailplanungs- und Umsetzungsphase

26 Evaluierung von Solar Kombisystemen im EU-Projekt CombiSol Entwicklung einer Checkliste Besichtigung von 70 Solar Kombisystemen Monitoring von 45 Solar Kombisystemen 26

27 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Energieeinsparung am Kesselaustritt relativ zu einem Referenzsystem nach IEA SHC TASK26 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Relative Energieeinsparung Austritt Kessel Bereich gut funktionierender Systeme Österreich Frankreich Deutschland Schweden 10% 0% FSC -10% 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

28 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Energiebilanz in Österreich: SD 15 45% Energie: Aufbringung - Verbrauch [%] 1 Aufbr. 1 Verbr. 2 Aufbr. 2 Verbr. 3 Aufbr. 3 Verbr. 4 Aufbr. 4 Verbr. 5 Aufbr. 5 Verbr. 6 Aufbr. 6 Verbr. 7 Aufbr. 7 Verbr. 8 Aufbr. 8 Verbr. 9 Aufbr. 9 Verbr. 10 Aufbr. 10 Verbr. Kollektorertrag Nachheizung Heizung Warmwasser Warmwasser Zirkulationsverluste Speicher- und Leitungsverluste

29 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Energiebilanz in Österreich: SD 15 45% Energie: Aufbringung - Verbrauch [kwh] 1 Aufbr. 1 Verbr. 2 Aufbr. 2 Verbr. 3 Aufbr. 3 Verbr. 4 Aufbr. 4 Verbr. 5 Aufbr. 5 Verbr. 6 Aufbr. 6 Verbr. 7 Aufbr. 7 Verbr. 8 Aufbr. 8 Verbr. 9 Aufbr. 9 Verbr. 10 Aufbr. 10 Verbr. Kollektorertrag Nachheizung Heizung Warmwasser Warmwasser Zirkulationsverluste Speicher- und Leitungsverluste

30 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Ein- Mehrspeicheranlagen 70 evaluierte Solar-Kombianlagen in: Österreich, Frankreich, Deutschland, Schweden 300 Specific Storage Volume - Fuel Separated Specific Storage Volume [ltr/m 2 ] Number of Space Heating Tanks [-] Wood Pellets - Auxiliary Charging the Heat Storage Heat Pump - Auxiliary Charging the Heat Storage Natural Gas - Auxiliary Charging the Heat Storage Wood Logs - Auxiliary Charging the Heat Storage Electricity Element - Auxiliary Charging the Heat Storage Wood Chips - Auxiliary Charging the Heat Storage District Heating - Auxiliary Charging the Heat Storage Fuel Oil - Auxiliary Charging the Heat Storage Propane - Auxiliary as Return Flow Increase Natural Gas - Auxiliary as Return Flow Increase Propan - Auxiliary Charging the Heat Storage Wood Pellets - Auxiliary as Return Flow Increase Fuel Oil - Auxiliary as Return Flow Increase

31 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Speicher Dämmung Bad case

32 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Storage Insulation pipe connections Bad case

33 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Evaluierung von Solar-Kombianlagen - CombiSol

34 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011

35 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Storage Insulation pipe connections Good case

36 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Speicher: Dämmung ungenutzter Anschlüsse 90% 80% 70% 80% 83% 70% Percentage of Plants 60% 50% 40% 30% 20% 20% 17% 50% 50% 30% 10% 0% Yes No Austria France Germany Sweden 25% Ja 75% Nein Number of plants

37 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Speicher: Dämmung ungenutzter Anschlüsse

38 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Speicher: Thermosyphonanschlüsse

39 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Speicher: Thermosyphonanschlüsse 120% 100% 100% 100% Percentage of Plants 80% 60% 40% 35% 38% 65% 63% 20% 0% 0% 0% Yes No Austria France Germany Sweden 23% Ja 77% Nein Number of plants

40 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Sensor Positioning Bad / Good case Nachheizung heizt den linken Speicher, Thermostate dafür sind im rechten Speicher montiert.

41 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Energieeinsparung: Kompaktsystem Bausatz 100% 90% 80% 70% Anteilige Energieeinsparung Austritt Nachheizung Bereich an gut f unktionierenden Systemen Solar Kombianlage: System vor Ort zusammengebaut Solcombi2: kompakte Systeme Gut Akzeptabel Schlecht 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% FSC

42 Austria Solar Workshop - Qualitätsoffensive, Wels, 18. Mai 2011 Projekt Ergebnisse: Optimierungspotential bei: Speicher-/Rohrleitungsverluste Integration der Nachheizung Einbindung der Heizenergieverteilung

43 DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT Alexander Thür 1, Christian Fink 2 1 Universität Innsbruck, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen alexander.thuer@uibk.ac.at 2 AEE Institut für Nachhaltige Technologien Alexander Thür Talk for Experts, FH-Salzburg, Folie: 43