SolProBat - Entwicklung einer Optimierungsmethode zur Integration von Solarthermie in Produktionsprozessen im Batch-Betrieb

In vielen Industrieländern auch in moderaten Klimaten bietet sich die Nutzung der Sonnenenergie in thermischen Anlagen als CO2-freie Alternative an. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung einer Methode zur optimierten Integration von Solarwärme in industriell/gewerbliche Produktionsprozesse, die chargenweise gefahren werden.

In industriellen Anwendungen stellt die Solarenergie meist nur einen Teil der benötigten Energiemenge aufgrund von diversen externen Einflussfaktoren bereit. Wie und wo diese Energie dem Prozess zugeführt werden kann erfordert weit aus mehr Planung als bei herkömmlichen Energieversorgungssystemen. Vor den Überlegungen zum Einsatz von Solarenergie sollen alle anderen energetisch, finanziell und organisatorisch sinnvollen Möglichkeiten zur internen Energierückgewinnung genutzt werden. Zur Analyse der vorhandenen Anlagen kann die Pinch - Methode eingesetzt werden.

Folgende Schritte, die im Bericht an Hand der drei Fallstudien näher beschrieben werden, sind bei der Analyse der optimalen Integration solarthermischer Anlagen in bestehende Wärmeversorgungssysteme zu unternehmen:

• Systematische Erfassung der Energieströme
• Berechnung des minimalen theoretischen Heiz- bzw. Kühlbedarf
• Ermittlung des Wärmebedarfs, der sinnvoll solarthermisch gedeckt werden kann
• Auslegung eines Wärmetauschernetzwerkes
• Auslegung einer solarthermischen Anlage
• Wirtschaftlichkeitsanalyse

Die Pinch Methode erlaubt es, Aussagen über den theoretisch minimalen Energiebedarf für Kühlen und Heizen und die maximal möglich interne Wärmerückgewinnung zu treffen. Sie erlaubt auch Auskunft darüber, bei welchen Energieniveaus und in welcher Größe Kühlungs- und Heizenergie zur Verfügung gestellt werden müssen.

Die Integration von thermischer Solarenergie in industrielle Prozesse hat über dem Pinch zu erfolgen. Die Pinch Methode gibt Auskunft darüber, bei welchen Temperaturniveaus die Integration am sinnvollsten ist. Es hat sich bei den Berechnungen der Fallbeispiele herausgestellt, dass eine Entwicklung eines gemeinsamen Pinch- und Simulationsprogramms nicht notwendig ist. Vielmehr müssen sich weitere Forschungen auf die Weiterentwicklung des Pinchprogramms für den Einsatz bei Niedrigtemperaturprozessen und die Verknüpfung mit zusätzlichen Funktionen (z.B. Kostenfunktionen) konzentrieren. Im Bereich der Solarsimulation ist die Programmierung eines für industrielle Anwendungen zugeschnitten Tools für weitere Berechnungen notwendig.

Bei der Konstruktion des Wärmetauschernetzwerkes für bestehende Anlagen wird man immer auf die existierenden Rohrleitungen, Lage von Gebäuden, bestehenden Anlagenteilen etc. Rücksicht nehmen und aus den verbleibenden Varianten die betriebswirtschaftlich sinnvollste auswählen. Der theoretisch minimale Energiebedarf für Heizen und Kühlen wird daher in der Praxis nicht erreicht werden können.

Bei der Untersuchung der drei Fallbeispiele hat sich gezeigt, dass durch eine systematische Analyse des thermischen Energieverbrauchs in den meisten Fällen ein sehr hohes einsparpotential vorhanden ist. Gekoppelt mit dem Einsatz von Solarenergie konnte für alle Firmen ein viel versprechendes Gesamtpaket erarbeitet werden.

Projektstatus

abgeschlossen

Projektleiter

DI Christoph Brunner und Univ. Prof. DI Dr. Hans Schnitzer
JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
Institut für Nachhaltige Techniken und Systeme- JOINTS
Elisabethstraße 16/1
A-8010 Graz
Tel: +43 (0)316/876-2413
Fax: +43 (0)316/876-2430
E-Mail: christoph.brunner@joanneum.at, hans.schnitzer@joanneum.at
Internet: www.joanneum.at

Projekt- bzw.
Kooperationspartner

TU- Graz, Institut für Ressourcenschonende und Nachhaltige Systeme (Werkvertragspartner)
AEE INTEC - Institut für nachhaltige Technologien (Werkvertragspartner)