PUBLIZIERBARER Zwischenbericht (gilt für die Programm Mustersanierung und große Solaranlagen)

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1 PUBLIZIERBARER Zwischenbericht (gilt für die Programm Mustersanierung und große Solaranlagen) A) Projektdaten Titel: Programm: Solarthermische KWK Solarthermie solare Großanlagen: neue Technologien Dauer: April 2016 bis März 2017 Koordinator/ Projekteinreicher: Kontaktperson Name: DI (FH) DI Alois Niederl DI (FH) DI Alois Niederl Kontaktperson Adresse: Ebersdorf 27, 8342 Gnas Kontaktperson Telefon: Kontaktperson Projekt- und Kooperationspartner (inkl. Bundesland): Adresse Investitionsobjekt: LEA GmbH (Steiermark), Thermodyna GmbH (Deutschland), Hochschule Hannover (Deutschland), 4ward Energy Research GmbH (Wien) Ebersdorf 27, 8342 Gnas Projektwebsite: - Schlagwörter: solarthermische Kraft-Wärme-Kopplung, Parabollrinnen, Thermoöl, Schukeymotor, Forschungsprojekt, neue Technologien Projektgesamtkosten: Fördersumme: Klimafonds-Nr: B Erstellt am:

2 B) Projektübersicht 1 Executive Summary Gegenstand des Projektes ist die Errichtung eines in dieser Form weltweit einzigartigen solarthermischen Kraftwerkes im niedrigen Leistungsbereich. Dabei wird mittels Parabolrinnenkollektoren der Kraft-Wärme- Kopplungsprozess einer neuartigen Wärmekraftmaschine, der sogenannte Schukey-Motor, betrieben. Darüber hinaus kommt ein Thermalölkreislauf zum Einsatz. Die erzeugten Energiemengen werden zur teilweisen Abdeckung des Strom- und Wärmebedarfs eines landwirtschaftlichen Betriebes genutzt. Die Anwendungsgebiete sind dabei der Dampfwachsschmelzer der Imkerei, die Gewürztrocknung, die Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung sowie die elektrische Energieversorgung. Erstmal kommen drei innovative Technologien (Parabolrinnenkollektoren, Schukey-Motor und Thermalölkreislauf) in diesem solarthermischen Kraftwerk im niedrigen Leistungsbereich zum Einsatz, noch dazu gleichzeitig und abgestimmt aufeinander. Das Projekt wird von renommierten Forschungs- und Unternehmenspartner wissenschaftlich begleitet und wird die Grundlagen für zukünftige Anlagen sowie die Erschließung neuer Märkte im Bereich der kombinierten solarthermischen Strom- und Wärmeproduktion liefern. 2 Hintergrund und Zielsetzung Bislang erfolgt eine Nutzung der verfügbaren Solarstrahlung entweder in Photovoltaikanlagen zur Stromproduktion bzw. in thermischen Solaranlagen zur Wärmebereitstellung. Im großen Leistungsbereich wird seit längerem auch an der kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme geforscht. Auch sind dazu bereits zahlreiche Demonstrationsanlagen vor allem in sonnenreichen Gegenden im Einsatz bzw. geplant (Stichwort Parabolrinnenbzw. Solarturmkraftwerke wie z.b. bei den Projekten Desertec in Afrika, Plataforma Solar de Almería in Spanien und Kramer Junction Solar Plant in Kalifornien). Doch gerade die Kombination der solaren Strom- und Wärmeproduktion im niedrigen Leistungsbereich von einigen kw findet derzeit nicht statt. Ziel des Projektes solarthermische KWK ist die erstmalige kombinierte Strom- und Wärmeproduktion im niedrigen Leistungsbereich mittel solarthermischer Energie. Zum Einsatz kommen dabei drei innovative Komponenten: Parabolrinnenkollektoren Thermalölspeicher Schukey-Motor 2

3 3 Projektinhalt Das Projekt beinhaltet die Errichtung eines einzigartigen solarthermischen Kraftwerkes im niedrigen Leistungsbereich, zur teilweisen Abdeckung des Strom- und Wärmebedarfs eines landwirtschaftlichen Betriebes. Mittels innovativer Parabolrinnenkollektoren wird der Kraft-Wärme-Kopplungsprozess einer neuartigen Wärmekraftmaschine betrieben. Zum Einsatz kommen dabei Parabolrinnenkollektoren (68 m², einachsig nachgeführt), ein Thermalöl- und Überhitzungskreislauf sowie der so genannte Schukey-Motor mit einer elektrischen Leistung von rund 5 kw. Dieser Motor kann sowohl als Wärmekraft-, als auch als Kältemaschine eingesetzt werden. Das Antriebsmedium Dampf (200 C, 5 bar) wird dabei über Parabolrinnenkollektoren bereitgestellt. Ein Großteil der Kollektoren wird dabei in den Thermalölkreislauf mit einem 2 m³ Thermalölseicher eingebunden, rund 10 % der Fläche dienen als Überhitzungseinheit. Neben der erzeugten elektrischen Energie wird Wärme im nicht nutzbaren Temperaturniveau für die betriebliche Wärmeversorgung (Dampfwachsschmelzer der Imkerei, Gewürztrocknung bzw. -röstung) sowie die teilweise Raumwärmeversorgung und Warmwasserbereitstellung des Betriebsgebäudes verwendet. Überschüssige Wärme dient in den Übergangsmonaten als teilweise Beheizung für einen vorhandenen Pool. Das Projekt wird im Rahmen eines Forschungsprojektes wissenschaftlich begleitet. Die Komponenten für die Schukey-Maschine werden vom Patentinhaber zur Verfügung gestellt. Die Projektpartner sind: Hochschule Hannover (wissenschaftliche Unterstützung) Thermodyna GmbH (Patentinhaber Schukey-Technologie) LEA GmbH (technisches Planungsbüro) 4ward Energy Research GmbH (wissenschaftliche Unterstützung) Die jährliche solarthermische Wärmeerzeugung beträgt rund kwh. Davon werden rund kwh bzw. etwas mehr als 10 % durch den neuartigen Schukey-Motor in elektrische Energie umgewandelt und hauptsächlich betrieblich genutzt. Der Großteil der beim Wärmekraftprozess anfallenden Abwärme wird für thermische Prozessenergie (Wachsschmelzer, Gewürztrocknung) und zur betrieblichen Raumwärme- bzw. Warmwasserbereitstellung genutzt. Die gesamte solarthermische Energie wird im Zuge des Projektes nutzbar gemacht. (Systemnutzungsgrad 100 %). Die betriebliche Nutzung beträgt nahezu 90 %, der elektrische Eigenverbrauchsanteil rund 70 %. 3

4 Die nachfolgenden Abbildungen zeigen einerseits das Energieflussdiagramm, die monatliche solare Energienutzung sowie das geplante Anlagenschema. Abbildung 1: Energieflussdiagramm solarthermische KWK Abbildung 2: monatliche solare Energienutzung solarthermische KWK 4

5 Abbildung 3: geplantes Anlagenschema solarthermische KWK (1) Thermalölspeicher (2) Wasserspeicher (3) Thermalölpumpe zum Kollektorfeld (4) Thermalölpumpe zum Verdampfer (5) Speisepumpe zum Überhitzerfeld (6) Kollektorfeld Thermalölkreislauf (7) Kollektorfeld zur Überhitzung (8) Kondensator (9) Verdampfer (10) Dampftrockner (11) Schukey- Maschine 5

6 4 Schlussfolgerungen und Empfehlungen Bislang werden Parabolrinnenkollektoren, ein Thermalölkreislauf bzw. Thermalölspeicher für solarthermische Anlagen nicht eingesetzt. Auch gibt es bislang keine kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung im niedrigen Leistungsbereich. Gerade die im Rahmen des geplanten Projektes gewonnen Daten werden daher einen wesentlichen Beitrag zur Kosteneffizienz zukünftiger Anlagen liefern. Kosteneinsparungen werden sich in Zukunft auch durch höhere Produktionskapazitäten und die Erschließung neuer Märkt im Bereich der solarthermischen Stromproduktion ergeben. Als innovativ können die im Rahmen des Projektes zum Einsatz kommenden Parabolrinnenkollektoren angesehen werden. Diese weisen eine Kollektorfläche von 68 m² auf und werden einachsig nachgeführt. Darüber hinaus kommt ein Thermalölkreislauf samt Thermalölspeicher mit einem Volumen von 2 m³ zum Einsatz. Ein Großteil der Kollektorfläche wird in den Thermalölkreislauf eingebunden, rund 10 % der Kollektorfläche dienen als Überhitzungseinheit. Erstmalig erfolgt in der Praxis eine solarthermisch betriebene, kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung im niedrigen Leistungsbereich. Im geplanten Projekt wird neben den hocheffizienten Parabolrinnenkollektoren auch ein Thermalölspeicher eingesetzt. Es werden durch das geplante Projekt wertvolle Erkenntnisse und Betriebsdaten für eine kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung aus solarthermischen Anlagen im niedrigen Leistungsbereich gewonnen. Der Einsatz von Kollektoren mit Parabolrinnentechnologie bietet sich auch in unseren Breiten an und ermöglicht neue Absatzchancen und Märkte für die Solarindustrie, sowohl für KWK-Anwendungen als auch für reine thermische Anwendungen. Durch die Nutzung der im solarthermischen Mikro-KWK-Prozess anfallenden Abwärme zur betrieblichen Wärmeversorgung und den dadurch verringerten Teillastbetrieb des Biomassekessels erhöht sich die gesamte Energieeffizienz der Wärmebereitstellung. Weiters einzigartig ist der Einsatz des neuartigen Schukey-Motors, welcher sowohl als Wärmekraftmaschine als auch als Kältemaschine betrieben werden kann. Die Weiterentwicklung dieses Motors bietet ein großes Potential auch im Bereich der Abwärmenutzung im niedrigen Leistung- und Temperaturbereich sowie im Bereich der solarthermischen Klimatisierung. 6

7 C) Projektdetails 5 Arbeits- und Zeitplan sowie Status Die grundsätzliche Konzeption der Anlage sowie die Entwicklung des Schukey-Motors sind Teil eines europäischen Forschungsprojektes der Hochschule Hannover im Rahmen von FP7. Dieses Forschungsprojekt wurde im März 2016 erfolgreich abgeschlossen. Der Liefer-/Baubeginn der Anlage ist für Herbst 2016 geplant, die Inbetriebnahme ist für März 2017 vorgesehen. Die Thermodyna GmbH als Patentinhaber der Schukey-Technologie sowie die Hochschule Hannover als leitender Forschungspartner sind für die Auswahl, Lieferung und Montage der Anlage verantwortlich. Die Anlage wird bis auf die Parabolrinnenkollektoren in Containerbauweise vorgefertigt und am Standort der Hochschule Hannover umfassend getestet. Zusammen mit den Parabolrinnenkollektoren werden dann alle Komponenten am Projektstandort in Betrieb genommen. Aktuell werden noch einzelne Detailplanungen durchgeführt und bereits die ersten Einzelkomponenten bestellt. 6 Publikationen und Disseminierungsaktivitäten Derzeit gibt es noch keine projektrelevanten Publikationen. Folgende Dissiminierungsaktivitäten sind jedoch geplant: Posterpräsentationen bzw. Konferenzbeiträge (z.b. Gleisdorf SOLAR, Symposium Energieinnovation) Informationsartikel auf den Webseiten bzw. in den Newslettern der Projektpartner Presseaussendungen und -gespräche an/mit regionalen und nationalen Medien Artikel in Fachzeitschriften etc. Diese Projektbeschreibung wurde von der Fördernehmerin/dem Fördernehmer erstellt. Für die Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität der Inhalte übernimmt der Klima- und Energiefonds keine Haftung. 7