Wirtschaftliche Aspekte der solaren Prozesswärmeerzeugung

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Sara Diefenbach
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1 Wirtschaftliche Aspekte der solaren Prozesswärmeerzeugung Klaus-M. Kottsieper GERTEC Ingenieurgesellschaft Martin-Kremmer-Str Essen SO-PRO Solare Prozesswärme in industriellen Prozessen Workshop II 08. Juni

Gute Beispiele Trocknung Trocknung von Blumensamen benötigte Temperatur: 35 C Kollektorfläche: 160 m² Installierte Leistung: 100 kw Pufferspeicher: 42 m³ solarer Deckungsanteil: 95 % Trocknung von

2 Gute Beispiele Trocknung Trocknung von Blumensamen benötigte Temperatur: 35 C Kollektorfläche: 160 m² Installierte Leistung: 100 kw Pufferspeicher: 42 m³ solarer Deckungsanteil: 95 % Trocknung von Blumensamen Krimmer, Pulling (Deutschland) Beheizung von Prozessbädern Metallverarbeitung/Galvanisierung Benötigte Temperaturen zwischen 40 C und 75 C 100 m² Vakuumröhren-Kollektoren installierte Leistung: 70 kw solarer Deckungsanteil: 38 % jährliche CO 2 -Einsparung ~ 14,5 t Inbetriebnahmejahr 2003 Jörg Schiffer GmbH, Menden (Deutschland) 2

000 Rückzahlungsdauer 6 Jahre Inbetriebnahmejahr 2010 Edmund Merl GmbH, Brühl (Deutschland) Beheizung von Prozessbädern

3 Gute Beispiele Reinigungsprozesse Lebensmittelindustrie Wasserreinigung benötigt eine Temperatur von 60 C 568 m² Flachkollektoren Investitionskosten Rückzahlungsdauer 6 Jahre Inbetriebnahmejahr 2010 Edmund Merl GmbH, Brühl (Deutschland) Beheizung von Prozessbädern Metallverarbeitung/Galvanisierung Benötigte Temperaturen zwischen 40 C und 75 C 400 m² Vakuumröhren-Kollektoren installierte Leistung: 210 kw solarer Deckungsanteil 40 % jährliche CO 2 -Einsparung 20 t Inbetriebnahmejahr 2008 Steinbach & Vollmann, Heiligenhaus (Deutschland) 3

4 Kollektorsysteme Arten und Bauformen von Solarkollektoren im Nieder- und Mitteltemperaturbereich Luftkollektor Flachkollektor Vakuumkollektor Quelle: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v. 4

5 Anwendungsbereiche Solar Prozesswärme in der Industrie Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Branchen Getränkeherstellung Brauereien Lebensmittelherstellung Oberflächenveredelung Lackierereien Textilverarbeitung Chemische Industrie Betonfertigteilindustrie Niedertemperatur-Prozesse 5

Anwendungsbereiche Solar Prozesswärme in der Industrie Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Prozesse: Waschen Reinigen Trocknen Entfetten

6 Anwendungsbereiche Solar Prozesswärme in der Industrie Für die Einbindung solarer Wärme geeignete Prozesse: Waschen Reinigen Trocknen Entfetten Vorwärmen In industriellen Prozessen können Luft, Wasser und Wasserdampf als Wärmeträger eingesetzt werden Quelle: Weiss, W., Erneuerbare Energien S. 4,

7 Wirtschaftliche Aspekte Solar Prozesswärme in der Industrie Gesetzliche Vorgaben Investitionen Förderung Finanzierung Mittelherkunft Carbon Footprint Image / PR Solare Prozesswärme Solarerträge Erlöse / Einsparungen Betriebskosten Rechn. Nutzungsdauer Abschreibung/ Finanzierungszeitraum Energiepreise 7

8 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. 8

9 Solarertrag 60% Würzburg Total horizontal radiation = 1090 kwh/a 800 Storage volume per m 2 aperture area: 50% 700 solar fraction [ % ] 40% 30% 20% 10% 0% solar fraction Temperature lift: from 15 C to 60 C Working hours are from 5.30 am to 10 pm, high hot water demand from 8 pm to 10 pm Two shifts, no working at weekends, standard holidays solar Gains so lar g ains [ kwh / (a *m 2 ) 70 liter/m2 50 liter/m2 30 liter/m2 10 liter/m2 70 liter/m2 50 liter/m2 30 liter/m2 10 liter/m utilisatio n ratio [ liter cleaning water / (day*m 2 ) ] Bsp: l/day; 100 m² 100 l/day*m²; Puffer: 3 m³ = ~25% Deckungsgrad; =~ 530 kwh/a*m² Solarertrag 9

10 Solarertrag 10

11 Energiepreisentwicklung Solar Prozesswärme in der Industrie Wärmeerzeugungskosten /MWh Preis 100% 90% 80% 70% HEL 60,0 60,0 66,7 75,0 85,7 Gas 50,0 50,0 55,6 62,5 71,4 Strom 110,0 110,0 122,2 137,5 157,1 11

12 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... 12

13 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 13

14 20 Jahre Abschreibung Solar Prozesswärme in der Industrie 2% jhrl. Energiepreissteigerung 90 /MWh konv. Wärmepreis (Gas/Öl) Kostenvorteile der solaren Prozesswärme gegenüber konventioneller Energieerzeugung kum. Kostenvorteil spez. Investkosten/m² [ /a] Jahre Kostenvorteil kum. Kostenvorteil 14

15 10 Jahre Abschreibung Solar Prozesswärme in der Industrie 2% jhrl. Energiepreissteigerung 90 /MWh konv. Wärmepreis (Gas/Öl) Kostenvorteile der solaren Prozesswärme gegenüber konventioneller Energieerzeugung kum. Kostenvorteil spez. Investkosten/m² [ /a] Jahre Kostenvorteil kum. Kostenvorteil 15

16 Wärmekosten Wärmeezeugungskosten - 10 Jahre Abschreibung [ /MWh] spez. Wärmepreis konv. spez. Wärmpreis Solar 120 Wärmeezeugungskosten - 20 Jahre Abschreibung [ /MWh] spez. Wärmepreis konv. spez. Wärmpreis Solar

17 Vorläufiges Fazit Einbindung solarer Wärme in Industrieprozesse technisch möglich Langfristig feste (kalkulierbare) Wärmekosten Wirtschaftlichkeit ist unter bestimmten Vorraussetzungen gegeben Wirtschaftlichkeit abhängig von - Ertrag - Investitionsbedarf - Förderung - Preis des substituierten Energieträgers - Effizienz (Nutzungsgrad) der vorhandenen konventionellen Wärmeerzeugung - Betrachtungszeitraum 17

18 Contractingmerkmale Solar Prozesswärme in der Industrie Solar-Contracting i.e.s. Energie-Contracting inklusive Solarthermie Liefercontracting Lieferung von Solarwärme festgelegter (hoher) Wärmepreis ggf. festgelegte Preissteigerung (indizierte PGK?) Contractor verantwortet "nur" Solarwärmelieferung Liefergrenze/ Schnittstelle innerhalb der Erzeugungsanlage (z.b: Pufferspeicher) Abrechnung auf Basis von WMZ Abrechnung über Grundpreis und Arbeitspreis Eigentum: Contractor Lieferung der Gesamtwärme festgelegter (moderater) Wärme-Mischpreis indizierte Preissteigerung (PGK) Gesamtverantwortung liegt beim Contractor Liefergrenze/ Schnittstelle hinter der Erzeugungsanlage Abrechnung auf Basis von WMZ Abrechung über Grundpreis und Arbeitspreis Eigentum: Contractor Einsparcontracting Garantierte Energieeinsparung durch Solaranlage Refinanzierung durch Einsparungen Baseline (Ist - Zustand) als Abrechungsgrundlage Schnittstelle in der Buchhaltung (Energiecontrolling) Sensibel für Nutzungsänderungen Eigentum: Contractor oder Nutzer? Garantierte (umfängliche) Energieeinsparung Systemübergreifende Einsparmaßnahmen Refinanzierung durch Einsparungen Baseline (Ist - Zustand) als Abrechungsgrundlage Schnittstelle in der Buchhaltung (Energiecontrolling) Sensibel für Nutzungsänderungen Eigentum: Contractor oder Nutzer? 18

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