Möglichkeiten und Grenzen der Solarthermie- Einbindung in moderne Produktionsprozesse

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1 Möglichkeiten und Grenzen der Solarthermie- Einbindung in moderne Produktionsprozesse Dipl.-Ing. Thomas Tech GERTEC Ingenieurgesellschaft Martin-Kremmer-Str Essen SO-PRO Solare Prozesswärme in industriellen Prozessen Workshop I 9. März

2 Solares Strahlungsangebot Solar Prozesswärme in der Industrie Potenziale in der Region NRW Räumliche Verteilung der Globalstrahlungssumme im Winterhalbjahr in Nordrhein-Westfalen: kwh/m² Quelle: Solaratlas der Energieagentur NRW 2

3 Solares Strahlungsangebot Potenziale in der Region NRW Räumliche Verteilung der Globalstrahlungssumme im Sommerhalbjahr in Nordrhein-Westfalen: kwh/m² Globalstrahlungssumme NRW im Jahresmittel: kwh/m² Quelle: Solaratlas der Energieagentur NRW 3

4 Solartower Jülich 4

5 Technologien Arten und Bauformen von Solarkollektoren im Nieder- und Mitteltemperaturbereich Luftkollektor Flachkollektor Vakuumkollektor Quelle: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v. 5

6 Grundlagen Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Branchen Getränkeherstellung Brauereien Lebensmittelherstellung Oberflächenveredelung Lackierereien Textilverarbeitung Chemische Industrie Betonfertigteilindustrie Niedertemperatur-Prozesse 6

7 Grundlagen Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Prozesse: Waschen Reinigen Trocknen Entfetten Vorwärmen In industriellen Prozessen können Luft, Wasser und Wasserdampf als Wärmeträger eingesetzt werden Quelle: Weiss, W., Erneuerbare Energien S. 4,

8 Anwendungen solare Prozesswärme Solar Prozesswärme in der Industrie Mögliche Anwendungen verschiedener Kollektorarten aufgrund ihrer Arbeitstemperaturen Quelle: Müller, T., AEE Intec, Forschungsforum 04/2003, Institut für nachhaltige Technologien, Gleisdorf

9 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Planungsschritte Erhebung des Ist-Zustandes der Wärmeproduktion im Betrieb Aufzeigen möglicher Energieeinsparpotenziale Auslegung der solarthermischen Anlage, angepasst an die ggf. verbesserte Energiesituation des Unternehmens Wesentliche Aspekte der Einbindung Auslegungsziel der Solaranlage Einkopplung in das vorhandene System Art der Wärmeübertragung in den Prozess 9

10 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Systemarten im Prozess Offene Systeme - gesamtes Prozesswasser wird erwärmt und in Form von Abwasser abgeführt Geschlossene Systeme - erwärmtes Prozesswasser wird im System wieder rückgeführt Die solar erzeugte Wärme kann an verschiedenen Punkten des Prozesses eingekoppelt werden im Warmwassersystem zur Vorwärmung des Kaltwasserzulaufs im Prozessrücklauf 10

11 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Deckungsgrad der solarthermischen Anlage Anlagen mit niedrigem Deckungsgrad - alle solaren Gewinne sollen im Prozess angewendet werden - kein Produktion überschüssiger Wärme - geeignet für kontinuierlich betriebene Prozesse und für Prozesse mit einem Wärmebedarf deutlich oberhalb der solaren Gewinne Anlage mit hohem Deckungsgrad - geeignet für diskontinuierlich betriebene Prozesse - solare Gewinne der Stillstandzeiten können gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden 11

12 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Wärmeaustauschsysteme System ohne Wärmespeicher 1. Direkter Wärmeaustausch - Prozessmedium läuft direkt durch den Kollektor und wird dort erwärmt - Prozessmedium darf hierfür nicht korrosiv sein und es darf keine Frostgefahr bestehen Quelle: AEE Intec 12

13 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Wärmeaustauschsysteme System ohne Wärmespeicher 2. Zweikreissystem - erwärmtes Medium aus dem Solarkreislauf gibt Wärme über einen Wärmetauscher an den Prozess ab - bei korrosiven Medien oder anderen Medien als Wasser anwendbar - Frostsicherheit Quelle: AEE Intec 13

14 Systemkonzepte für die Integration solarthermischer Anlagen Wärmeaustauschsysteme System mit Wärmespeicher 3. Indirekter Wärmeaustausch + Speicher - Zweikreissystem - solare Wärme wird gespeichert und kann bei Bedarf abgerufen werden Quelle: AEE Intec 14

15 Investitionskosten Solarthermie Solar Prozesswärme in der Industrie Kosten Anlage > m²: EUR/m² BKF + MwSt. < 100 m²: inklusive: bis zu 800 EUR/m² BKF + MwSt. Montage, Anschlussset, Regelung und Fernüberwachung, Planungskosten, Unterkonstruktion, Rohre und Isolierung, Speichertechnik, Pumpen und Ventile 15

16 Wärmekosten Solarthermie Solar Prozesswärme in der Industrie Wärmekosten der solaren Wärme = f (Kollektorpreis, Ertrag) Wärmekosten ct/kwh kwh/m2 450 kwh/m2 500 kwh/m2 550 kwh/m Kosten/m2 16

17 Fördermöglichkeiten progres.nrw BAFA KfW Zuschuss für thermische Solaranlagen zur Erzeugung solarer Prozesswärme 300 /m² installierter Kollektorfläche (max. 30% der Investitionssumme) Zuschuss für Prozesswärmeanlagen bis 40m² Kollektorfläche Basisförderung 105 EUR/m² diverse Bonusförderungen möglich Innovationsförderung 210 EUR/m² Zuschuss für Prozesswärmeanlagen ab 40m² Kollektorfläche Zinsgünstige Kredite und Tilgungszuschüsse von bis zu 30% Für Speichermedien ab einer Größe von 20m³ wird ein Zuschuss von 250EUR/m³ Speichervolumen gewährt 17

18 CO 2 -Reduzierung Vermeidung von CO 2 aus - Erdgas: ca. 315 g/kwh ca. 173 kg/m2a - Erdöl: ca. 445 g/kwh ca. 244 kg/m2a - Strom: ca. 630 g/kwh ca. 347 kg/m2a 18

19 Fazit Einbindung solarer Wärme in Industrieprozesse technisch möglich Hohe Umwelt- / CO 2 -Entlastung erzielbar Langfristige feste Wärmekosten Wirtschaftlichkeit abhängig von - Ertrag - Investitionsbedarf - Förderung - Preis des substituierten Energieträgers - Effizienz (Nutzungsgrad) der vorhandenen konventionellen Wärmeerzeugung 19