SOLARE WÄRME PROF. DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING JÖRG PROBST

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1 SOLARE WÄRME PROF. DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING JÖRG PROBST

2 Die Sonnenenergie

3 Solares Strahlungsangebot in NRW Globalstrahlungssumme NRW im Jahresmittel: kwh/m² Quelle: Solaratlas der Energieagentur NRW

4 Die Solarenergie

5 Die Solarthermie

6 Das solarthermische Potential 27 % des industriellen Energiebedarfs in Europa entfällt auf die Wärmeerzeugung ~ 30 % des industriellen Wärmebedarfs liegt bei Temperaturen < 100 C ~ 27 % des industriellen Wärmbedarfs liegt bei Temperaturen zwischen 100 und 400 C Theoretischen Potenzialermittlung für NRW: Menge Einheit Inhalt TJ/a Endenergieverbrauch im verabreitenden Gewerbe in NRW % Anteil Prozesswärme TJ/a Prozesswärmeverbrauch in NRW % Anteil < 100 C an der Prozesswärme TJ/a Prozesswämreverbrauch < 100 C 34% solar erschließbares Potenzial (vgl. Österreich) TJ/a solarthermisch erschließbarer Prozesswärmebedarf in NRW % solarer Deckungsgrad TJ/a theor. Potential in NRW MWh theor. Potential in NRW 970 kwh/(m²*a) durchschnittliche Globalstrahlung NRW 40% Systemnutzungsgrad Solarkollektor-Anlage 388 kwh/(m²*a) spez. Ertrag qm theor. Kollektorfläche 10% Anteil Erschließung bis qm Nachfrage bis 2020 in Gewerbe NRW qm jährliche Nachfrage

7 Die Anwendung Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Branchen und Prozesse: Getränkeherstellung Brauereien Lebensmittelherstellung Oberflächenveredelung Lackierereien Textilverarbeitung Chemische Industrie Betonfertigteilindustrie Niedertemperatur-Prozesse: Waschen, Reinigen & Entfetten Trocknen Vorwärmen

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

9 Auslegung einer Solarthermischen Anlage: Lastgang ermitteln

10 Bedarf ermitteln

11 Kollektorfläche bestimmen

12 Speicher bestimmen

13 Erhitzen von Frischwasser

14 Vorwärmung von Kesselzusatzwasser

15 Beheizung von Bädern

16 Trocknung mit Heißluft

17 Investitionen Positionen: Solarkollektoren (Luft / Flach / Vakuum) Montagesystem Pufferspeicher Rohrleitungen, Wärmetauscher, Isolierung, etc. MSR-Technik Hydraulische Einbindung in den jeweiligen Prozess Spezifische Kosten (netto) einer solarthermischen Anlage 100 bis 1000 m²: EUR/m² BKF > m²: EUR/m² BKF.

18 Solarertrag

19 Wann sind Solaranlagen wirtschaftlich? Müssen solarthermische Anlagen wirtschaftlich sein? Welche Mindestbedingung muss für Sie erfüllt sein, damit eine solarthermische Anlage wirtschaftlich ist? Bspw. hinsichtlich: Installationskosten Wärmepreis Amortisation Verzinsung Energiepreissteigerungen Zusätzliche Nutzen, wie z.b. Emissionserlöse...

20 Vollkostenrechnung Anlagengröße 100 m² Jhrl. Ertrag kwh (500 kwh/m²) Installationskosten./. 30 % Förderung Abschreibungsdauer 20 Jahre (10 Jahre) Zinssatz 4,5 % spezifischer Wärmepreis 98 /MWh Energiekosten (konventionell) Statische Amortisation 90 /MWh 23,6 Jahre

21 [ /a] Dynamische Betrachtung 2% jhrl. Energiepreissteigerung 90 /MWh konv. Wärmepreis (Gas/Öl) Kostenvorteile der solaren Prozesswärme gegenüber konventioneller Energieerzeugung kum. Kostenvorteil spez. Investkosten/m² Jahre Kostenvorteil kum. Kostenvorteil

22 Anlagenbeispiele Trocknung Trocknung von Blumensamen benötigte Temperatur: 35 C Kollektorfläche: 160 m² Thermischer Output: 100 kw solares Speichervolumen: l solarer Anteil: 95 % Trocknung von Blumensamen Krimmer, Pulling (Deutschland) Beheizung, Vorheizung verschiedene Prozesse in einer Brauerei, wie Reinigung, Flachenabfüllen & Maischen max. Temperature: 130 C Kollektorfläche: m² Energieprodunktion: kwh/a Privatbrauerei Hofmühl GmbH, Eichstätt (Deutschland)

23 Anlagenbeispiele car wash SB-Waschpark Benötigte Temperatur: ~ 60 C Kollektorfläche: 43 m² thermischer Output: 30 kw solarer Anteil: 40 % solares Speichervolumen: l Sun Wash, Köflach (Österreich) Beheizung von Prozessbädern Metalverarbeitung/Galvanisierung Benötigte Temperaturen zwischen 40 C und 75 C 100 m² Vakuumröhren-Kollektoren thermischer Output 70 kw solarer Anteil: 38 % jährliche CO 2 -Einsparung ~ 14,5 t Inbetriebnahmejahr 2003 Jörg Schiffer GmbH, Menden (Deutschland)

24 Anlagenbeispiele Beheizung von Prozessbädern Metalverarbeitung/Galvanisierung Benötigte Temperaturen zwischen 40 C und 75 C 400 m² Vakuumröhren-Kollektoren Leistung 210 kw solarer Anteil 40 % jährliche CO 2 -Einsparung 20 t Inbetriebnahmejahr 2008 Steinbach & Vollmann, Heiligenhaus (Deutschland) Reinigungsprozesse Lebensmittelindustrie Wasserreinigung benötigt eine Temperatur von 60 C 568 m² Flachkollektoren Investitionskosten Rückzahlungsdauer 6 Jahre Inbetriebnahmejahr 2010 Edmund Merl GmbH, Brühl (Deutschland)

25 Anlagenbeispiele Lfd.Nr. Branche Einsatzgebiet Land 1 Metallindustrie (Oberflächenveredlung) Entfettungs- und Galvanikbäder Deutschland 2 Landwirtschaft Trocknung von Wildblumensamen Deutschland 3 Industrie Klimatisierung/Gebäudewärme Deutschland 4 Lebensmittelindustrie (Brauerei) Brauprozess Deutschland 5 Metallindustrie (Oberflächenveredlung) Galvanische Bäder Deutschland 6 Lebensmittelindustrie (Feinkost) Reinigung/Spülung von Anlagen Deutschland 7 Dienstleistung Wäscherei Deutschland 8 Lebensmittelindustrie (Brauerei) Flaschenreinigung, Brauprozess Deutschland 9 Lebensmittelindustrie (Käse) Käse Italien 10 Landwirtschaft Schweinefarm, Fußbodenheizung Niederlande 11 Lebensmittelindustrie (Gewürze) Waschen und Trocknen von Gewürzen Österreich 12 Lebensmittelindustrie (Brauerei) Brauprozess Österreich 13 Dienstleistung Autowäsche Österreich 14 Möbeltischlerei Holztrocknung Österreich 15 Automobilindustrie Karosseriewaschanlage; Entfettungsbad Spanien 16 Landwirtschaft Hühnerfarm Spanien 17 Dienstleistung Containerreinigung, Waschprozess Spanien 18 Zementindustrie Zementfertigung Türkei

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

27 Fachkräfteschulung: 20./21. & 27./28. Mai 2011 Einsatz thermischer Solaranlagen für die Wärmebereitstellung in gewerblichen und industriellen Produktionsprozessen Berufsbegleitender Lehrgang anhand eines realisierten Beispiels. Eignungsprüfung eines Prozesses für die Solarthermieeinbindung Vorgehensweise bei der Ausarbeitung eines Anlagenkonzeptes Systemauslegung Einführung in eine Simulationssoftware Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, Förderung, Contracting Marketing Besichtigung einer realisierten solarthermischen Prozesswärmeanlage

28 DANKESCHÖN Prof. Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Jörg Probst Hochschule Bochum Nachhaltige Gebäudetechnik Lennershofstr Bochum Raum A5 09 A Telefon +49 [0] 2 34 /