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2013-01: Kunststoff-Kollektoren

Abwärmepotenziale in der steirischen Industrie 2012

Abbildung 1: Neue Fernwärmeleitung Lafarge Perlmooser in Retznei, Quelle: Johannes Schmied)

Die Idee zur Nutzung betrieblicher Abwärmen für die Energieversorgung benachbarter Wohnsiedlungen oder anderer Betriebe ist nicht neu. Energieintensive Industrien haben diese Möglichkeiten schon seit den 80er Jahren als zusätzliches Geschäftsfeld oder auch als Standorts- oder Wettbewerbsvorteil erkannt. 2010 wurde der Klimaschutzplan Steiermark erstellt, in dem die mangelhafte Datenlage im Bereich der betrieblichen Abwärme in der Steiermark augenscheinlich wurde. 2012 wurde das Projekt „Abwärmekataster Steiermark“ im Auftrag des Landes Steiermark am Institut für Prozess- und Partikeltechnik an der Technischen Universität Graz durchgeführt. Ziel des Projektes war es, die ungenutzten Abwärmen in produzierenden Betrieben in der Steiermark zu quantifizieren.

Von Johannes Schmied und Hans Schnitzer

Projektdetails/Auswertung

Im Rahmen des Projektes wurden circa 200 Betriebe kontaktiert, die vor allem aus den fünf energieintensivsten Branchen der Steiermark stammen. Davon wurden über 40 Betriebe besucht. Neben den persönlich vor Ort befragten Unternehmen wurden Daten von circa 30 weiteren Unternehmen mittels Onlinefragebogen, Kurzfragebogen oder über eine telefonische Kontaktaufnahme erhoben. Die erreichten Betriebe repräsentieren in der Papier- und Zellstoffindustrie über 95% des Gesamtenergiebedarfs. Auch die Betriebe der Eisen- und Stahlindustrie sind sehr gut abgedeckt. Im Rahmen der Studie wurden in den fünf energieintensivsten Industrien der Steiermark, die circa 80% des energetischen Endenergieverbrauchs repräsentieren, folgende noch ungenutzte Abwärmepotenziale dokumentiert:

Tabelle 1: Gesamtabwärmepotenziale der fünf energieintensiven Industrien der Steiermark (Daten für 2011) Klick Mich!

Der jährliche Gesamtenergieeinsatz der steirischen Industrie beträgt laut der Energiebilanz Steiermark 18.700 GWh. Das bedeutet, dass circa 15 % des Gesamtenergieeinsatzes der steirischen Industrie als technisch nutzbare Abwärme vorliegt.

Das technische Potenzial ist jener Energieinhalt in GWh pro Jahr der bei produzierenden Betrieben als Abwärme (Abwärme in Gasströmen oder. Abwässern) anfällt und nach dem heutigen Stand der Technik zur Wärmenutzung weiterverwendet werden kann. Das wirtschaftliche Potenzial ist die wirtschaftlich nutzbare Abwärmemenge (Amortisation innerhalb von maximal 5 Jahren für betriebsinterne Nutzungen). Zur wirtschaftlichen Nutzbarkeit außerhalb des Betriebes müssen folgende Vorrausetzungen für die Einspeisung in ein Fernwärmenetz erfüllt sein:

  • passende Charakteristika des Abwärmestroms (Temperaturniveau, zeitlicher Verlauf, …)
  • kurze Entfernung zu Fernwärmenetzen oder anderen Abnehmern
  • Vorhandensein von Kapazität im Fernwärmenetz bzw. der Bereitschaft ein neues Netz zu errichten
  • Bereitschaft des bestehenden Fernwärmenetzbetreibers betriebliche Abwärme in sein Fernwärmenetz zu integrieren

Das umsetzbare Potenzial ist das wirtschaftliche Potenzial abzüglich der je Standort höchst unterschiedlichen Hindernisse. Im Rahmen der Studie wurden die Haupthindernisse für industrielle Abwärmenutzungen bei den Betrieben vor Ort erhoben. Die von den Unternehmen am häufigsten genannten Hindernisse zur Nutzung ihrer Abwärmeströme sind:

  • Finanzieller Aufwand
  • Kein Abwärmeabnehmer in der Umgebung
  • Produktionssicherheit des Kerngeschäfts
  • Diskontinuierlicher Abwärmeanfall
  • Schwierige Vorbereitung
  • Technische Machbarkeit


Ausführungen zu den erhobenen Branchenpotenzialen

Abbildung 2: Energetischer Endverbrauch in der steirischen Industrie kumuliert (Grafik nach Daten der Statistik Austria, 2012c) Klick Mich!

Wie in Abbildung 2 bzw. ersichtlich, repräsentieren die fünf energie­intensivsten Branchen rund 80 % des gesamten energetischen Endverbrauches der steirischen Industrie im Jahr 2010. Zu den energieintensivsten Branchen zählen „Papier und Druck“, „Eisen- und Stahlerzeugung“, „Steine, Erden und Glas“, „Maschinenbau“ sowie „Nahrungs-, Genussmittel und Tabak“

Tabelle 2: Nominaler und prozentueller Energieeinsatz je Industrie in der Steiermark (Eigene Tabelle nach Daten der Statistik Austria 2012c) Klick Mich!

Potenziale zur externen Abwärmenutzung gibt es in allen größeren Werken der Papier- und Zellstoffindustrie, da die kontinuierliche Produktion einen gleichmäßigen Wärmeanfall mit sich bringt, der für die Verwendung in Fernwärmenetzen notwendigen Voraussetzungen erfüllt. Aktuell speisen die steirischen Papier- und Zellstoffwerke jährlich circa 100 GWh an den Orten Pöls, Frohnleiten, Bruck an der Mur und Gratkorn in Fernwärmenetze ein. Die Studie ergab ein zusätzliches Fernwärmeauskopplungspotenzial dieser Branche von bis zu 300 GWh pro Jahr in Gratkorn, im Aichfeld, und in Niklasdorf.
Im Sektor Eisen/Stahl ergab die Abwärmestromerhebung, dass die steirischen Betriebe der Eisen- und Stahlindustrie jährlich circa 100 GWh in Graz, Leoben und Kapfenberg in steirische Fernwärmenetze einspeisen. Aktuell führen einige der größten steirischen eisen- und stahlerzeugenden Betriebe eigene Studien durch, um ihre Abwärmepotenziale zu erheben. Da die Ergebnisse dieser Studien noch nicht vorliegen, kann das Abwärmepotenzial für diese Branche im Rahmen dieses Projektes nicht abschließend bestimmt werden und wird in Graz, Leoben, Kapfenberg und im Aichfeld mit 50 - 200 GWh pro Jahr abgeschätzt. Insgesamt waren in diesem Sektor überdurchschnittlich viele Betriebe nicht bereit ihre Abwärmepotenziale offenzulegen. Dies lässt sich mit der historischen gewachsenen Struktur der Industrie erklären, aber auch mit der Angst, durch zu viel Offenheit zusätzlichen Verpflichtungen nachkommen zu müssen.
Die Steine, Erden & Glasindustrie beinhaltet Betriebe der Zement-, Glas- und Feuerfestindustrie. Auch in dieser Branche waren einige Großbetriebe zur Zusammenarbeit bereit. Speziell bei Betrieben, die ihre Abwärme nicht nutzen, ist es oft nicht gelungen das Interesse an einer Datenfreigabe zu erzielen. In der Süd- bzw. Südweststeiermark besteht bereits heute eine jährliche Einspeisung von einigen GWh industrieller Abwärme aus der Glas- und Zementindustrie in steirische Fernwärmenetze (zum Beispiel Fernwärmeauskopplung bei Lafarge Perlmooser in Retznei).
In der Maschinenbauindustrie sind die Abwärmetemperaturen im Vergleich zu den vorangegangenen Industrien für eine Fernwärmeauskopplung niedrig. Aus diesem Grund sind in dieser Industrie keine vorhandenen Fernwärmeauskopplungen dokumentiert. Die Studie hat ergeben, dass die steirischen Maschinenbauer ihre Abwärme zur Beheizung ihrer eigenen Produktionshallen und Bürobauten verwenden können und das zum Großteil auch schon tut.
In der Lebensmittel- und Tabakindustrie  betragen Temperaturen der Produktionsprozesse unter 120°C und es besteht ein großes Potential zu einer innerbetrieblichen Verwendung.

Vergleich der dokumentierten Potenziale mit dem Raumwärmebedarf steirischer Wohngebäude

Zur besseren Einschätzbarkeit der extern nutzbaren Potenziale werden in der folgenden Tabelle die erhobenen Abwärmemengen mit dem Raumwärmebedarf steirischer Wohngebäude verglichen.
Der jährliche Wärmebedarf steirischer Wohngebäude beträgt laut dem Klimaschutzplan Steiermark 2011 zwischen 7.800 und 9.100 GWh. Die bisher bereits umgesetzten Fernwärmeauskopplungen vor allem in der Papier und Zellstoffindustrie sowie der Eisen- und Stahlindustrie decken ca. 2% des aktuellen Raumwärmebedarfs der steirischen Wohngebäude ab. In der steirischen Industrie ist aber noch ein substanzielles Abwärmepotenzial zur industriellen Fernwärmeauskopplung vorhanden. Die umsetzbaren Potenziale betragen, unter Annahme konstant bleibenden Raumwärmebedarfs, circa 3 % des Raumwärmebedarfs der steirischen Wohngebäude. Damit könnte die Nutzung von Abwärme für den Raumwärmebedarf mehr als verdoppelt werden. Wirtschaftlich sinnvoll nutzbare Abwärmepotenziale sind vor allem in der Papier und Zellstoffindustrie, sowie in der Eisen- und Stahlindustrie vorhanden.

Zusammenfassung und Ausblick

Die gesamten technischen Abwärmepotenziale belaufen sich auf 15% des Gesamtenergieverbrauchs der steirischen Industrie. Im Rahmen der Branchenpotenzialanalyse wurde ersichtlich, dass die Papier- und Zellstoffindustrie gemeinsam mit der Eisen- und Stahlindustrie drei Viertel der technischen und der umsetzbaren Abwärmepotenziale aller steirischen Industriebetriebe aufweisen.
Im Rahmen der Studie wurden knapp über 200 GWh, das sind circa 2% des Raumwärmebedarfs aller steirischer Wohngebäude, bereits installierter Fernwärme aus industriellen Abwärmeströmen in den steirischen Fernwärmenetzen dokumentiert.
In der Steiermark gibt es zusätzliche bzw. umsetzbare Abwärmenutzungspotenziale im Fernwärmebereich von 300-350GWh/a. Das sind 3% des Raumwärmebedarfes aller steirischen Wohngebäude. Die größten Potenziale gibt es in Gratkorn, im Aichfeld, in Graz, Leoben, Kapfenberg, Bruck an der Mur und in Niklasdorf.
Im Rahmen der Analyse der Daten hat sich ergeben, dass die Nutzung von Wärme aus Kesselanlagen in Industriebetrieben in vielen Fällen interessanter und wirtschaftlicher scheint als Verwertung von Abwärmeströmen aus Prozessen.

In den kommenden Jahren sind vor allem in der Papier- und Zellstoffindustrie externe Abwärmenutzungen in Form von zusätzlichen Fernwärmeauskopplungen zu erwarten. Zwischen Sappi Gratkorn und der Stadt Graz ist seit dem politischen Übereinkommen im Oktober der Anschluss von Sappi an das Grazer Fernwärmenetz wieder wahrscheinlicher (Absichtserklärung für Fernwärmeeinspeisung ab 2016 ist unterzeichnet). In der Eisen- und Stahlindustrie sind ebenfalls Projekte im Laufen. In Graz arbeitet die Marienhütte in Zusammenarbeit mit der Energie-Graz an Projekten zu einer verbesserten Abwärmenutzung. In Leoben Donawitz liefert das Stahlwerk Abwärme in das örtliche Fernwärmenetz, welches in den nächsten Jahren weiter wachsen soll. Für die nächsten Jahre werden in Graz, Leoben, Kapfenberg und im Aichfeld zusätzliche Fernwärmeauskopplungen erwartet. Einige Betriebe werden nach Abschluss von Projekten, die ihr eigenes Abwärmenutzungspotenzial darlegen, auch Schritte zur besseren internen Nutzung setzen.
Das Potential zur Nutzung industrieller Abwärme zur Beheizung von Wohngebäuden steht durch den immer höher werdenden energetischen Standard neuer Bauten besonders in Neubaugebieten vor einer speziellen Herausforderung. Einerseits könnte für neue und auch für energetisch sanierte Gebäude die Temperatur im Fernwärmenetz abgesenkt und damit das verfügbare Abwärmepotential gesteigert werden. Gleichzeitig zeichnet sich ab, dass die abgenommenen Wärmen durch die Sanierungen und die hohe Qualität der Neubauten sinken. Die Entwicklung zur Versorgung von Wohngebäuden mit hohem energetischem Standard kann bis zur Errichtung von Systemen mit kalter Fernwärme (Industrieabwasser geringer Temperatur als Quelle für dezentrale Wärmepumpen) gehen.
Die Studie hat gezeigt, dass die produzierende Industrie durch Nutzung der betrieblichen Abwärmeströme einen weiteren Beitrag leisten kann, um den Energieeinsatz in der Steiermark gemäß Energiestrategie 2025 bestmöglich zu reduzieren.

Autorenbeschreibung

Mag. Johannes Schmied ist Projektmitarbeiter am Institut für Prozess- und Partikeltechnik an der Technischen Universität in Graz.
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Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn Hans Schnitzer ist Leiter des Abwärmekatasterprojektes und Vizeinstitutsvorstand am Institut für Prozess- und Partikeltechnik an der Technischen Universität in Graz.
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