Prozesskälte in Industrie und Gewerbe Wo liegen die Bedarfsschwerpunkte in Europa?

Transkript

1 Session 5G: Industrie II Prozesskälte in Industrie und Gewerbe Wo liegen die Bedarfsschwerpunkte in Europa? Felix Reitze 1, Felipe Andrés Toro 1, Michael Schön 1, Tobias Fleiter 2, Matthias Rehfeldt 2 1: Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien 2: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)

2 Hintergrund Die Analyse zum Thema Prozesskälte war Teil des Gesamtvorhabens Mapping and analyses of the current and future ( ) heating/cooling fuel deployment (fossil/renewables), welches im Auftrag der Europäischen Kommission durchgeführt wurde. AP1: Energiebilanzen für 2012 AP2: Stand der Technologien AP3: Szenarien bis 2030 AP4: Wirtschaftliche Auswirkungen bis 2030 AP5: Hemmnisse, Best-Practice und Policies Mitglieder des Projekt-Konsortiums: Anmerkung: Bisher sind Beiträge zu AP1 und AP2 sowie eine Zusammenfassung des Vorhabens veröffentlicht unter: (Stand: ) 1

3 Anwendungsbereiche der Prozesskälte in Industrie und Gewerbe sehr heterogene Anwendungen im Prozesskältebereich Quelle: verändert nach Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg (2010) 2

4 Bedeutung und Datenverfügbarkeit Der Prozesskältemarkt ist sehr heterogen Kälteanlagen besitzen ganz individuelle Nutz- und Betriebscharakteristika Die Prozesskälte wird in Europa in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen ansteigende Temperaturen aufgrund des Klimawandels, veränderte Verhaltensweisen der Bevölkerung (Anstieg des Verbrauchs von Convinience-Food-Produkten, etc.) Informationen zum Prozesskältebedarf oder zum Energiebedarf zur Prozesskälteerzeugung in Europa kaum vorhanden (auf der Wärmeseite schon) Die Länder in Europa erfassen keine Prozesskältedaten verlässliche statistische Daten zur Prozesskälte fehlen, auch bei Eurostat Statistiken großer Forschungsbedarf vorhanden Rahmenannahmen der Untersuchung Erfassung des Status-quo des Prozesskältebedarfs bzw. des Endenergiebedarfes zur Prozesskälteerzeugung im Jahr 2012 Betrachtung von stationären Kälteanlagen in Industrie bzw. Gewerbe Region: EU-28 (plus Norwegen, Schweiz) Annahme: die einzelnen Produktionsprozesse unterscheiden sich innerhalb Europas nicht wesentlich Im Industriesektor wird nahezu 100 % der Prozesskälte durch Kompressionskälteanlagen erzeugt keine Berücksichtigung von mobilen Prozesskälteanwendungen Ziel: Identifizierung von Schwerpunkten des Prozesskältebedarfes auf Länder- oder Branchenebene 3

5 Bottom-up-Modellierung des Prozesskältebedarfes im Industriesektor Detaillierte Betrachtung von acht ausgewählten Branchen: 1) Metallerzeugung, 2) Grundstoffchemie, Petrochemie, 3) NE-Metalle und gießereien, 4) Glas- und Keramikindustrie, 5) Papiergewerbe, 6) Ernährung und Tabak, 7) Maschinenbau und Fahrzeugbau sowie 8) sonstige Industriebranchen (z.b. Steine-Erden-Industrie, etc.) Treiber war die Produktion (in physikalischen Tonnen) oder in die Produktion (in Euro Bruttowertschöpfung) insgesamt wurden etwa 64 einzelne industrielle Produkte betrachtet (z. B. Papier, Chemikalien, Oxygenstahl, Elektrostahl, Lebensmittel, Backwaren, etc.) Erstellung von spezifischen Endenergiebedarfskennwerten in kwh zur Prozesskälteerzeugung pro Tonne hergestellten Produktes oder pro Euro Bruttowertschöpfung Betrachtung der Branchen auf Länderebene (EU-28 plus Norwegen und Schweiz) 4

6 Weitere essentielle Daten im Umfeld der Prozesskälteerzeugung in der Industrie Daten zum Bestand an Kälteanlagen in Europa kaum verfügbar äußerst große Datenlücken eigene Berechnungen und Annahmen zwingend notwendig Durchschnittliche Anlagencharakteristika (installierte Kapazität, COP, Vollbetriebsstunden, Temperaturniveau, Typ der Anlage, notwendige Investitionen, Lebensdauer, Nutzerverhalten, Wartung, etc.) schwierig zu ermitteln häufig eigene Annahmen zu technischen Parametern notwendig gekühlte Flächen je Subbranche oder Sektor als Treiber für Raumkühlung bzw. klimatisierung Datenlage schwierig (nur für Deutschland und die Schweiz verfügbar, aber eventuell überschätzt) eigene Annahmen notwendig (zum Flächenbestand, zum Anteil der gekühlten Produktionsflächen an der Gesamtfläche, spezifische Energiebedarfskennwerte (kwh / m 2 ) für die Raumkühlung) Behebung der bestehenden Datenlücken durch: Literaturrecherche wenige geeignete Studien verfügbar (z. B. DE, CH), Wissenslücken sind relativ groß Gespräche mit Fachleuten im Kältebereich wichtiges Thema, sehr komplex, kaum Daten vorhanden Datenanfrage an über 25 Verbänden in Europa meist keine Daten verfügbar eigene Überlegungen, Annahmen und Berechnungen; aufgrund der zahlreichen Einflussfaktoren und des individuellen Betriebs der Anlagen liegen große Unsicherheiten (±25 %) bei den Berechnungsergebnissen vor. 5

7 Endenergiebedarf (TWh) zur Erzeugung von Prozesskälte und Raumklimatisierung in der Industrie im Jahr für EU-28 + Norwegen und Schweiz, unterteilt nach verschiedenen Temperaturniveaus 6

8 Beispielhafter Ländervergleich auf Subbranchenebene der Industrie im Jahr 2012 Der Prozesskältebedarf in Deutschland und Italien wird von den Branchen Grundstoffchemie und Ernährung und Tabak essentiell bestimmt. 7

9 Bestand an Kompressionskälteanlagen zur Prozesskälteerzeugung in Europa Industriesektor [Anzahl Kälteanlagen] Sektor Gewerbe, Handel, Dienstleistungen [Anzahl Kälteanlagen in Mio.] Anzahl Kompressionskälteanlagen im Industriesektor insgesamt: ca Stück 8

10 Kapazität für Prozesskälteerzeugung [GW] Geschätzte installierte Kapazität (GW) im Jahr 2013 länderspezifisch dargestellt Tertiary Industry Industrie - total: 36 GW GHD - total: 78 GW total: 114 GW - 9

11 Bedarfsschwerpunkte für Prozess- und Klimatisierungskältebedarf in Europa im Jahr 2012 in EU-28 (plus Norwegen, Schweiz) 85 TWh an Strom wurden zur Erzeugung von Prozesskälte im Industriesektor benötigt (Unsicherheit: ± 25 %) Ca. 16 TWh an Strom entfielen im Industriesektor zusätzlich auf die Raumkühlung bzw. -klimatisierung Aufteilung des Stroms zur Prozesskälteerzeugung auf die drei Temperaturniveaus: 54 % entfielen auf die Pluskühlung (0 C bis 15 C) 22 % wurden zur Tiefkühlung genutzt (-30 C bis 0 C) 24 % entfielen auf Tiefsttemperaturanwendungen (< -30 C) 69 % des gesamten Strombedarfes zur Erzeugung von Prozesskälte entfielen auf sechs Länder: Deutschland, Italien, Spanien, Frankreich, England und Niederlande 11% 1 7% 1 6%1 11% 1 19 % 1 15% 1 1: Anteil am absoluten Endenergiebedarf zur Erzeugung von Prozesskälgte in der Industrie oder zur Raumkühlung bzw. -klimatisierung 10

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. rer. nat. Felix Reitze Tel.: Mail: Forschungsgebiete Energiebedarfsprojektionen und Energietechnologien im produzierendem Gewerbe sowie im Gewerbe-, Handel- und Dienstleistungs-Sektor (GHD) Energie- und Materialeffizienz in der Industrie und im Dienstleistungssektor Modellierung von Produktionsentwicklungen der energieintensiven Industrien in Abhängigkeit von Szenarienrahmenbedingungen Technisch-wirtschaftliche Analyse von Erneuerbare Energien Kältebedarf bzw. Kältetechnologien in Industrie und GHD Energie- und Klimapolitik 11 11

13 Anhang 12

14 13

15 Socio-Economic F-Macro (GVA Industry; 11 Subsectors, 30 Countries) [ 2010] Cooling energy for diff. temp. (> -30 C; C; +0 C) X Final Energy Demand for process cooling (11 Industrial sectors, 30 Countries, Country Groupings) Useful energy for cooling Specific cooling demand (11 Subs., 30 Countries, country groupings) - [KWh/ 2010] Specific cooling demand for process cooling application [KWh/Appl] X Stock if available (sector, country) Yearly average temperature (30 countries) [ C] Technology and branch specific (30 countries) Deep Freeze Plus Cooling Compre ssion

16 Tonnen -Branches: 5 -Process: 37 -Country: EU-30 -Time: Branches - Chemicals - Food, Drink, Tobacco - Glass - Plastics - Pulp and Paper [t] Specific consumption [kwh/t] Temperature levels - <-30 C C..0 C - >0 C Specific consumption [%] [kwh/eur05] [EUR05] GVA -Branches: 5 -Country: EU-30 -Time: Deflator EUR05-EUR08 Final Energy Demand for process cooling [kwh] t Final Energy Demand for process cooling [kwh] Nutzkälte (tonnenbasiert) Yearly average temperature per country [%] Efficiency index per country COP-Values per process & country-groupings Nutzkälte (BWS-basiert)