Instationarität von industrieller Abwärme als limitierender Faktor bei der Nutzung und Integration in Wärmeverteil- und Wärmenutzungssystemen

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Es ist ein erklärtes politisches und ökologisches Ziel auf nationaler, sowie auf EU-Ebene, den Anteil der Fernwärme am Endenergieeinsatz für Raumwärme und Warmwasser, der derzeit in Österreich ca. 12 [%] beträgt, zu erhöhen. Neben der hocheffizienten Kraft-Wärme-Kopplung und dem Einsatz regenerativer Energieträger kann vor allem auch die Nutzung industrieller Abwärme im Bereich der Fernwärmeversorgung einen entscheidenden Beitrag zur Verringerung der CO₂-Emissionen und somit zur Erreichung des Kyoto-Zieles leisten.

Allerdings ist die Einbindung industrieller Abwärme in externe Wärmenutzungssysteme (z.B.: öffentliche Fernwärmenetze) auf Grund ihres stark instationären Charakters äußerst schwierig und wird daher bis dato noch nicht in großem Umfang realisiert.

Im vorliegenden Projekt wurden die Rahmenbedingungen in Hinblick auf eine Nutzung industrieller Abwärme in öffentlichen Wärmeverteilnetzen erhoben, analysiert und unter Beachtung technischer und wirtschaftlicher Aspekte bewertet.

Dazu wurde als Grundlage eine Datenbasis zur qualitativen und quantitativen Beschreibung typischer Abwärmequellen, sowie der Wärmeverteilnetze geschaffen. Während die Lastgänge öffentlicher Fernwärmenetze eine starke jahreszeitliche Abhängigkeit zeigen, ist industrielle Abwärme ein Nebenprodukt bei der Produktion. Die Qualität und Quantität der Abwärme ist abhängig vom jeweiligen Prozess und den Produktionsmengen und kann stark schwanken (instationäres Verhalten). Die Abwärme aus industriellen Produktionsprozessen ist drei großen Kategorien zuordenbar: Abwärme aus Rauchgasen, aus der Struktur-Kühlung und aus Batch-Prozessen. Jede dieser Kategorien ist durch eine eigene Charakteristik, sowie unterschiedliche Grade der Instationarität und der Gradienten gekennzeichnet. Im Rahmen des Projektes wurde daher erhoben, welche Maßnahmen (technologisch, Betriebsführung) zu einem gleichmäßigeren Lieferprofil der Abwärme beitragen können.

Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Vergleich der Abwärmelieferungs- und Fernwärmebedarfscharakteristik wurde ein Bewertungsverfahren auf Basis von Kennzahlen entwickelt, mit dem die Kompatibilität des jeweiligen Systems der Abwärmelieferung mit den Anforderungen des Fernwärmenetzes geprüft werden kann. Dazu wurde eine neue Kennzahl, der Konstanzfaktor, erarbeitet, mit dem eine einheitliche Klassifizierung möglich ist.

Das im Rahmen des vorliegenden Projektes entwickelte Kennzahlensystem dient auch als Grundlage zur wirtschaftlichen Bewertung der Integration industrieller Abwärme in Fernwärmenetze. Einerseits kommt es dadurch zu mehr Transparenz an der Schnittstelle Abwärmelieferung - Wärmeverteilnetz, andererseits können Kosteneffekte, die auf Grund von notwendigen zusätzlichen Anlagen (z.B.: Speicher) für eine konstante Abwärmelieferung anfallen, quantitativ erfasst werden. Somit wird ein Instrumentarium zur verbesserten Kosten-Nutzen-Analyse zur Verfügung gestellt. Aus den vorliegenden Projektergebnissen kann somit eine realistische Einschätzung der möglichen Nutzung von industriellen Abwärmequellen für externe Wärmeverteilnetze unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten für konkrete Umsetzungsprojekte getroffen werden.

Projektleiter

Dipl.-Ing. Dr. Matthias Theißing FH JOANNEUM Gesellschaft, Studiengang Infrastrukturwirtschaft / Urban Technologies

ProjektmitarbeiterInnen

FH JOANNEUM Kapfenberg: DI (FH) Alois Kraußler, Michaela Muster , DI (FH) Martin Schloffer, DI Dr. Manfred Tragner, DI (FH) Michael Wanek

Technisches Büro Theißing-Brauhart
DI Dr. Ingrid Theißing-Brauhart

Projekt- und Kooperationspartner

Abwärmeproduzenten

• Voestalpine Stahl Donawitz GmbH Co & KG
• Voestalpine Stahl GmbH
• Böhler Edelstahl GmbH
• Treibacher Industrie AG
• Marienhütte - Stahl- u. Walzwerk Gesmbh

Fernwärmenetzbetreiber:

• Stadtwerke Kapfenberg GmbH
• FERNWÄRME Wien GmbH
• Linz Strom GmbH
• Energie Graz GmbH & Co KG
• Steirische Gas-Wärme GmbH

FH Joanneum Gesellschaft
Studiengang Infrastrukturwirtschaft / Urban Technologies
DI Dr. Matthias Theissing
Werk-VI-Straße 46
8605 Kapfenberg
Tel.: +43 (3862) 33600 8382
E-Mail: matthias.theissing@fh-joanneum.at