Solare Prozesswärme. Aktuelle Entwicklungen und Aktivitäten am SPF

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1 Solare Prozesswärme Aktuelle Entwicklungen und Aktivitäten am SPF Dr. Elimar Frank Forschungsleiter SPF - Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)

2 Solare Prozesswärme in der Schweiz: Saignelégier 360 kwth / 627m2 / 125 C / Wasser-Glykol-Gemisch / Käserei Substitution von Litern fossiler Brennstoffe pro Jahr Vermeidung von 79 Tonnen CO 2 pro Jahr Folie 2

3 Solare Prozesswärme in der Schweiz: Fribourg 310 kwth / 580m2 / 150 C / Druckwasser / Molkerei Substitution von Litern Heizöl pro Jahr Vermeidung von 65 Tonnen CO 2 pro Jahr Folie 3

4 Ausblick Bestimmung von Rohrleitungsbzw. Feldverlusten Bestimmung von Kollektor- Wirkungsgraden Vergleich Kollektormessdaten der Feldanlagen mit SPF- Messungen vom Testdach Vergleich der Messdaten mit Simulationsrechnungen Analyse des Verbesserungspotentials (z.b. Aufheizphasen) Vergleich der drei Parabolrinnen-Anlagen Bever Saignelégier Fribourg Folie 4

5 Ökonomisches Potential? Spezifische Anlagenkosten sind stark abhängig von der Anlagengrösse Planung, Montage, Einbindung sind aufwändig und verteuern kleine Anlagen. Beispiel Prozessdampferzeugung 6 bar, Schweiz, Vorstudien Quelle: NEP Solar Folie 5

6 Solare Prozesswärme in der Schweiz: Gränichen Solarfeld (400 m 2 ETC) mit Speicher (5 m 3 plus Bäder) parallel zu Kesseln Direkte Anbindung (Wasser) ohne Wärmeübertrager Wärmelieferung direkt ( C) oder Rücklaufanhebung 30% des Prozesswärmebedarfs gedeckt, im Sommer bis 100% Folie 6

7 Solare Prozesswärme in der Schweiz: Gränichen Einsparung von 200 MWh Flüssiggas pro Jahr Payback (einschliesslich Förderung) von ca. 5 Jahren Folie 7

8 Solare Prozesswärme in der Schweiz: Gränichen Grüne Allianz zwischen Eisenmann und Ritter XL Folie 8

9 Solare Prozesswärme: Systemintegration Source: B. Schmitt, Uni Kassel Folie 9

10 Solare Prozesswärme: Systemintegration Dampfnetz (1) Parallel integration: Direct steam supply (2,3) Serial integration: Preheating of make-up or boiler feed water Source: B. Schmitt, Uni Kassel Folie 10

11 Solare Prozesswärme: Systemintegration Heisswasser-Netz Source: B. Schmitt, Uni Kassel Solar heat directly used for heating circuit Usually less complex to identify suitable system concept Higher temperatures Special requirements for collectors and collector loop Folie 11

12 Solare Prozesswärme: Systemintegration auf Prozessebene Source: B. Schmitt, Uni Kassel Solar heat is directly used for one or more processes More complex to identifiy suitable point of integration Various system concepts possible Variable set temperatures, higher specific solar yields possible Folie 12

13 Solare Prozesswärme: Systemintegration Source: B. Schmitt, Uni Kassel Heat Transfer Fluid Heat Demand Load Profile Open/closed loop Temperature Heat Demand Load Profiles Process Medium Existing Storages Heat recovery Process Boundary Conditions Integration Concept Collector Folie 13

14 Solare Prozesswärme: Kollektoren Folie 14

15 Entwicklung von Mitteltemperaturkollektoren am SPF NEP Solar PT1200 NEP Solar PT1800 aperture width 1.21m 1.845m collector length 4m 10m diameter of absorber 28mm 34mm concentration focal length 0.65m 0.65m acceptance angle 1 1 rim angle Folie 15

16 Entwicklung von Mitteltemperaturkollektoren am SPF EU-Projekt «FRESH NRG» FREsnel for Solar Heat with New Receiver and Geometry Start , Laufzeit 3 Jahre Ziele: Neue verbesserte Schichten für Receiver (Absorber, Glasshüllrohr), optimierte Spiegel- und Kollektorgeometrie, einfache Installation Koordinatior: Soltigua (Italien) SPF: Leitung vom WP «Testing» Charakterisierung der Bauteile Feldtest in Jordanien Folie 16

17 Potential für solare Prozesswärme in der Schweiz Endenergiebedarf CH 877 PJ 2009 Sektor Industrie 167 PJ 2009 (19%) 22 PJ Quelle: BFE, PJ 92 PJ bis 250 C: ca. 40 PJ/a Technisches Potential für solare Prozesswärme: ca. 1.6 PJ/a ca. 800 MWth oder 1.2 Mio m2 oder 450 GWh/a Folie 17

18 Ökonomisches Potential? Lernkurve? v.a. bezüglich Integration, Planung, Balance of System Spezifische Investitionen sinken mit steigender Anlagengrösse Kollektorentwicklung führt zu Kostenoptimierung Standardisierte Integrationskonzepte Kombination aus Energieeffizienzmassnahmen (WRG, PO, ) und Solarwärmeintegration Vermarktungskonzepte (z.b. Contracting, Allianzen etc.) Förderung? Steigende Energiepreise? Marketingvorteil? Solare Prozesswärme als vermarktbares Produkt? Folie 18

19 IEA SHC Task 49 / SolarPaces Annex IV Sunmark A/S Subtask A Process heat collectors INTEGRATION OPTIMIZATION Subtask C Case studies, Integration tools Design guidelines GEA brewery systems Subtask B Process optimization Process integration Process intensification Folie 19

20 Solare Prozesswärme ein Hype? Bildquelle: Wikipedia Folie 20

21 Solare Prozesswärme ein Hype? Folie 21

22 Danke für die Aufmerksamkeit! Folie 22