Solare Prozesswärme. Solartagung Dipl.-Ing.(FH) Helmut Krames Stellv. Bereichsleiter IfaS Energieeffizienz und Erneuerbare Energien

Transkript

1 Solare Prozesswärme Dipl.-Ing.(FH) Helmut Krames Stellv. Bereichsleiter IfaS Energieeffizienz und Erneuerbare Energien Solartagung 2013

2 Ziele Bundesregierung Deckung Wärmebedarf durch regenerative Energien Stand 2010: 9,5% Deckung (>90 % biogene Brennstoffe, 4 % Solarthermie) Vorgaben: Bis 2020: 14 % Bis 2050: 50 % Prognose: Potential biogener Brennstoffe begrenzt Höherer Anteil thermische Solaranlagen

3 Objektive Einflussfaktoren Klima Kosten Nutzungszeit Solare Prozesswärme Energiekosten Fossil Temperaturniveau Platz für Kollektorfläche

4 Firmenspezifische Einflussfaktoren Firmenpolitik Vorlieben technische Abteilung Solare Prozesswärme Entwicklungsplan Vorlieben Geschäftsführung Zukunftsvision

5 Sonneneinstrahlung in Deutschland Klima Quelle: Deutscher Wetterdienst

6 Einflussfaktor: Klima Klima Industrieprozess Quelle: Ecoquent-Positions

7 Einflussfaktor: Temperatur Temperatur Temperaturniveau der Wärmesenke (exergetische Betrachtung) Temperaturprofile der Prozesse Effizienz der Energieversorgungstechnologie bei bestimmten Temperaturen Wärmenetze und Wärmeübertragungsverlust

8 Bauart: Flachkollektor Bauart Flachkollektoren Einfallendes direktes u. diffuses Sonnenlicht trifft auf einen Absorber und wird in Wärme umgewandelt Absorber = Schwarze Innenwand aus Metall oder Kunststoff hinter einer oder mehreren Abdeckscheiben Abtransport durch Rohre unterhalb des Absorbers die von Wärmeträgermedium durchströmt werden Auf Rückseite mit Wärmedämmung versehen um Wärmeverluste zu minimieren

9 Bauart: Vakuumröhren-Kollektoren Anwendung Vakuumröhren-Kollektoren Vakuum zwischen zweier konzentrisch angeordneter Glasröhren Durch die Dämmung gerade im Winter noch gute Erträge möglich Absorber = speziell beschichtetes, gut wärmeleitendes Blech Abtransport der Wärmeenergie durch ein in der Röhre befindliches koaxiales Rohr, das von der Wärmeträgerflüssigkeit durchflossen wird.

10 Kennlinien der Kollektorarten Temperaturniveau Kollektorfläche/Ertrag Vakuumröhre 62% Flachkollektor 59%

11 Einfluss Neigung und Azimut Temperaturniveau Große Bandbreite ohne gravierende Minderung Quelle: www. Energiesparhaus.at

12 Einflussfaktor: Zeitschiene Zeit Gleichzeitigkeit von Wärmequelle und -senke Diskontinuierliche Prozesse in vielen Industriesektoren Verwendung von nicht kontinuierlich anfallender Abwärme Abhängigkeit der solaren Energie von Wetter und Klimazone Kurzfristige Abpufferung über Speichersystem möglich

13 Wärmespeicher Zeit Kurzzeitspeicher Quelle: Jenni solar Langzeitspeicher Quelle: Mall-Beton

14 Preisentwicklung fossile Brennstoff : Öl Energiekosten Fossil

15 Preisentwicklung fossile Brennstoff: Gas und Strom Energiekosten Fossil Gas Im Industriebereich zwischen 30,- /MWh und 40 /MWh Tendenz für die nächsten Jahre: konstant bis leicht steigend Strom Im Industriebereich zwischen 130,- /MWh und 150 /MWh Tendenz für die nächsten Jahre: steigend

16 Kosten Kosten Investition Konstante Kollektorpreise Niedriges Zinsniveau Betriebskosten Pumpenstrom Austausch Frostschutz Hohe Lebensdauer 30 Jahre

17 Wirtschaftlichkeit Flachkollektor Kosten Investition pro m² 500,- /m² Zinssatz 2 % Lebensdauer 30 Jahre Gesamtkosten 610 /m² Einstrahlung pro m² kwh/(m²*a) Wirkungsgrad Kollektor 59 % Wirkungsgrad Speicher 80 % Nutzwärme 472 kwh/(m²*a) Nutzwärme über 30 Jahre kwh/m²

18 Spezifischer Wärmepreis Kosten Solare Kapitalkosten gegen Energieträgerpreise (Wirkungsgrad WE) Ohne Förderung durch BAFA Wärme von Biogasanlagen bei 0,03 /kwh

19 Hydraulik 1 Anwendungen Technik Quelle: BAFA

20 Hydraulik 2 Anwendungen Technik Quelle: BAFA

21 Förderung BAFA Übersicht Förderung

22 Lebensmittelindustrie Anwendung Großes Potential für die Nutzung solarer Prozesswärme Hoher Wärmebedarf unter 150 C Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

23 Lebensmittelindustrie Anwendung Thermische Solaranlage auf Prozessebene (z.b. Reinigung) Bei verschmutztem Abwasser oft keine Wärmerückgewinnung möglich Solarthermisch bereitgestellte Wärme muss nicht oberhalb der Betriebstemperatur des Prozesses liegen Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

24 Lebensmittelindustrie - Brauereien Anwendung Thermischer Energiebedarf: 55% des Energiebedarfs entstehen im Sudhaus 30% in der Flaschenhalle 15% Heizung und Sonstiges 35 C 60 C 100 C Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

25 Steinbach & Vollmann Anwendung Solarthermische Nutzung: Aufheizung der Galvanikbäder in der Produktion Wärmeversorgung in den Waschräumen der Belegschaft Solarthermie-Anlage: 400 m² Vakuumröhren-Kollektoren Leistung: 210 kw Nenn-Wärmeleistung: 180 kw Temperaturniveau: 60 C bis 80 C Deckungsgrad: 30 % bis 35 % Installation: 2008 Reduktion des Gasverbrauchs: 35 % - 40 % Verminderung CO 2 -Ausstoß mehr als 20 t/a Quelle: Energieagentur-NRW.de

26 Steinbach & Vollmann Anwendung Schema der Anlage: Quelle: GERTEC GmbH

27 Weitere Anwendungsfelder Anwendung Temperiergeräte im Spritzguss Solarwärme ersetzt Strom Trocknungsprozesse in der Industrie Lange Laufzeiten Kleine Speicherkapazität Unempfindlicher gegen Temperaturschwankungen Kombination mit HT-Wärmepumpen Erhöhung der Wärmequellentemperatur Höhere Leistungszahl

28 Vorgehensweise Planung Firmenentwicklungsplan erstellen Erweiterung Stilllegung Austausch von Anlage Änderung Prozesse Wärmekataster erstellen Temperaturniveau Betriebszeit Nutzungsdauer Optimierung der Ausgangsprozesse Minimierung von Wärmeverlusten Bedarfsgerechte Steuerung Wärmerückgewinnung: Nutzung von Abwärme Dimensionierung der Solaranlage

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!