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Solare Prozessenergie – Untersuchung von erfolgversprechenden Umsetzungen in Tunesien

von Matthäus Hubmann

Im Rahmen eines Projekts zur Verbreitung innovativer solarthermischer Anwendungen in tunesischen Industriebetrieben (Diffusion des Applications Solaire Thermique Innovantes dans l’Industrie Tunesienne – DASTII) wird eine konzentrierende Demonstrationsanlage in einem tunesischen Industrieunternehmen errichtet. Diese Anlage wird gleichzeitig eine SHIP- Demonstrationsanlage sein (SHIP - Solar Heat for Industrial Processes, Solarwärme für industrielle Prozesse [1]).

Ein Drittel des Endenergieverbrauchs in Tunesien entfällt auf den Sektor "Industrie". Davon entfallen wiederum rund zwei Drittel auf die Bereitstellung von Prozesswärme, die nahezu ausschließlich unter Einsatz fossiler Brennstoffe generiert wird [2].

Das Projekt DASTII wird von der Deutschen Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit - GIZ GmbH in Zusammenarbeit mit der tunesischen Energieagentur ANME und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme - ISE durchgeführt und vom deutschen Bundesministerium für Umwelt (BMU) finanziert. Das Projekt wurde im Jahr 2013 gestartet, um die Rahmenbedingungen für die Verbreitung von Solarthermie zur Anwendung in der tunesischen Industrie zu analysieren. Ziel des Projektes ist es, den fossilen Brennstoffeinsatz mittels thermischer Solaranlagen zu reduzieren.

Das Projekt verfolgt im Wesentlichen vier strategische Ansätze: Erstens soll durch die Realisierung einer konzentrierenden Pilotanlage in einem tunesischen Industrieunternehmen Technologietransfer stattfinden und die Demonstration der Machbarkeit erfolgen. Weiters wird Know-how Transfer, zum Beispiel durch Workshops über solare Prozesswärme für nationale Energieexperten in Regierung und Verwaltung, Forschung und Entwicklung, Ingenieurbüros sowie für Installateure und Techniker in Industrieunternehmen angestrebt. Außerdem sollen durch die Entwicklung eines nationalen Programms zur Unterstützung von Solarthermie für industrielle Prozesse (SHIP) der rechtliche Rahmen und die richtigen Anreize für weitere Investitionen geschaffen werden, um dadurch den Aufbau eines Marktes zu fördern. Zuletzt erfolgt die Sensibilisierung für SHIP-Anlagen bei potenziellen Industrieunternehmen und anderen Zielgruppen durch Informations- und Kommunikationsmaßnahmen.

Um geeignete Unternehmen für die Umsetzung einer SHIP-Anlage zu identifizieren, wurde zunächst eine Vorauswahl von 20 Unternehmen getroffen. Basierend auf Datenerhebungen und Interviews wurden schließlich fünf Unternehmen für die weitere Bearbeitung im Projekt ausgewählt. Auswahlkriterien betrafen u.a. die Bereitschaft zur Zusammenarbeit mit den Forschungsinstituten, die unternehmerischen Leitbilder bezüglich Umweltschutz und Nachhaltigkeit, sowie grundsätzliche technische und wirtschaftliche Aspekte.

Die Aufgabe von AEE INTEC war die Durchführung von Energie-Audits bei den fünf ausgewählten Unternehmen und eine erste Abschätzung von Machbarkeit bzw. Umsetzungsmöglichkeiten. Der erste Schritt der Energieaudits umfasste eine detaillierte Datenerhebung und Energie-Messungen vor Ort. Mit den erhobenen Daten und den Messungen wurden Lastprofile erstellt, mit denen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme Simulationen für die integration von SHIP-Anlagen für die einzelnen Industriebetriebe durchgeführt wurden.

Zu den fünf näher betrachteten Firmen zählten Firmen aus den Bereichen Lebensmittelindustrie (Hefeproduktion), Pharmaindustrie, Textilindustrie, Tabakindustrie und Tierfutterindustrie.

In allen fünf Unternehmen wurden Messungen mit einem tragbaren Energiedurchflussmessgerät durchgeführt. Das Messgerät erfasst den Energiefluss nicht-intrusiv auf Basis von Ultraschall. Die Sensoren werden hierfür auf die Außenseite von Heißwasser- und Kondensatleitungen angebracht, so dass eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage ohne Unterbrechung des Prozesses möglich ist. Somit konnten erste Tages-Lastprofile während der Firmenbesuche problemlos und rasch erfasst werden.

Nachfolgend werden die fünf untersuchten Firmen kurz dargestellt und die wichtigsten Wärmerückgewinnungs- und Energieeinsparungspotenziale aufgelistet.

Lebensmittelindustrie - Rayen Food Industry

Abbildung 1: (a) Rayen Food Industry, (b) Bleichlinie bei TFM, (c) Societe de Nutrition Animale (SNA). Quelle: AEE INTEC

Rayen Food Industry ist ein Biotechnologie-Unternehmen, das Backhefe in zwei verschiedenen Formen produziert: Feuchte Hefe mit 70 % Gewichtsanteil Wasser, sowie Trockenhefe speziell für die Brotherstellung.

Das Energie-Audit zeigte, dass durch die Vermeidung von Lecks und Verlusten im Dampfsystem ein Einsparpotenzial von rund 5 % am gesamten Energiebedarf des Industriebetriebes vorliegt. Die Einsparungen können bei der Hefe-Trocknung, der Warmwassererzeugung für Reinigungszwecke (CIP-Wasser, cleaning in place-Wasser) und bei der direkten Dampferzeugung erzielt werden. Durch die Anwendung einer Pinch-Analyse konnten außerdem Wärmerückgewinnungsmaßnahmen identifiziert werden. Eine Pinch-Analyse stellt hierbei vorhandene Abwärmeströme den benötigten Wärmemengen gegenüber. Insgesamt konnte ein nutzbares Wärmerückgewinnungspotential von rund 7,7 GWh pro Jahr identifiziert werden, was einer Einsparung von rund 23% des derzeitigen Endenergieeinsatzes (Schweröl) entspricht.

Pharmazeutische Industrie - Société Arabe des Industries Pharmaceutiques (SAIPH)

Das Unternehmen mit Sitz in Mohamedia Ben Arous produziert verschiedene pharmazeutische Produkte. Der Hauptverbrauch von thermischer Energie ist auf den Wärmebedarf der Klima- und Lüftungsgeräte zurückzuführen. Alle Produktionsbereiche des Unternehmens SAIPH verlangen eine konstante Raumtemperatur und ein konstantes Raumklima. Aus diesem Grund wird die Ansaugluft der Klimageräte zur Entfeuchtung auf 12°C abgekühlt. Danach wird die Luft durch heißes Wasser auf 22°C erwärmt. Etwa 30 Lüftungs- und Klimageräte zur Bereitstellung einer maximalen Wärmeleistung von rund einem MWth bzw. einer maximalen Kälteleistung von rund fünf MWth sind installiert.Durch die im Energie-Audit vorgeschlagenen Wärmerückgewinnungsmaßnahmen bei den 30 Klima- und Lüftungsgeräten könnte mehr als die Hälfte der thermischen Energie zur Heizung eingespart werden. Dazu müssten aber die über 30 Klima- und Lüftungsgeräte adaptiert und umgebaut werden (Abbildung 2).

Abbildung ex-2: Lüftungsanlage der Firma SAIPH. Quelle: AEE INTEC

Textilindustrie - Teinturerie Finissage Méditerranéens Sarl (TFM)

Die Firma TFM bietet Dienstleistungen zur Stoffbearbeitung von Rohgewebe für unterschiedlichste Textilbetriebe und/oder Hersteller in der Textilindustrie an. Das Unternehmen beschäftigt sich dabei mit allen Facetten der Stoffaufbereitung für Stoffe aus Baumwolle, Leinen, Polyester und anderen Fasern, auch für elastische Stoffe, Schleifen und Bürsten. Das Rohprodukt Tuch durchläuft mehrere Prozesse wie Flambieren, Waschen, Bleichen, Merzerisieren, Färben und Trocknen. Geliefert werden außerdem Farbstoffe zum Färben von fertigen Kleidungsstücken.

Das Energie-Audit bei TFM zeigte, dass durch die Beseitigung von Leckagen und Verlusten im Dampfsystem Einsparungen von rund 5 % erzielt werden können. Das Ergebnis der Pinch-Analyse zeigte, dass an der Waschmaschine, der Flambier-Maschine und an weiteren Produktionsmaschinen durch die Nutzung des heißen Abwassers große Mengen an Wärme rückgewonnen werden können und so der Erdgasverbrauch um etwa 14 % gesenkt werden kann.

Tabakindustrie - Manufacture des Tabacs de Kairouan ( MTK)

MTK hat eine Produktionskapazität von 149,6 Millionen Zigarettenpackungen und beschäftigt 720 Personen. 1.360 Tonnen Tabakblätter/Jahr werden vor Ort verarbeitet (Abbildung 3).

Abbildung 3: Zwei Arten von Roh-Produkt. Quelle: AEE INTEC
Links: Streifen von Tabakblättern
Rechts: Tabak-Stängel. 

Das Energie-Audit zeigte, dass beim Trockner, der Direktdampferzeugung und der Warmwasserbereitung bei den unterschiedlichen Tabakbearbeitungsmaschinen durch Wärmerückgewinnungsmaßnahmen eine Erdgasreduktion von etwa 19 % möglich ist.

Tierfutterproduktion - Société de Nutrition Animale (SNA)

Das Unternehmen SNA produziert eine breite Palette von Futtermitteln für alle landwirtschaftlichen Nutztiere, insbesondere für Geflügel, Wiederkäuer, Kaninchen und Hunde. Darüber hinaus vertreibt SNA eine komplette Palette von Mineral- und Vitaminverbindungen für die Herstellung von Qualitätsfutter, wie Spurenelemente, Vitamine und andere Futtermittelzusatzstoffe wie Enzyme oder Aminosäuren.

Im Energie-Audit stellte sich heraus, dass durch die Nutzung der Abwärme der Druckluftkompressoren und die Verminderung der Leckageverluste in der Dampfversorgungsleitung der Schwerölverbrauch um etwa 11 % gesenkt werden kann.

In Abbildung 4 werden die Ergebnisse der Untersuchung der möglichen Energieeinsparungen zusammenfassend dargestellt (anonymisiert).

Abbildung 4: Darstellung der Energieverbräuche vor und nach den vorgeschlagenen Wärmerückgewinnungs- bzw. Einsparungsmaßnahmen.

Zusammenfassung

Bei allen fünf Firmen konnten durch die Energie-Audits wesentliche Energieeinsparungspotentiale identifiziert werden, wobei ein Großteil dieser Energieeinsparungen durch Wärmerückgewinnungsmaßnahmen erreicht werden kann. Die Ergebnisse der Energie-Audits wurden für die Erstellung der Lastprofile herangezogen, die anschließend für die Simulation der thermischen Solaranlagen herangezogen wurden. Bei allen fünf Firmen wird die Integration von konzentrierenden Kollektoren in das Versorgungsnetz/Dampfverteilungssystem als bestmögliche Variante zur Integration von Solarthermie in die industriellen Prozesse gesehen.

Mithilfe der Simulationen und der Machbarkeitsstudien konnten aus den fünf Firmen die beiden vielversprechendsten Firmen identifiziert werden. Für diese beiden Firmen werden nun in weiterer Folge detaillierte Machbarkeits- und Finanzierungsplanungen erstellt, mit dem Ziel den besten Standort für etwa 2.500 m² konzentrierende Kollektoren zu finden. Somit soll sichergestellt werden, dass im kommenden Jahr eine solarthermische Anlage optimal in einen tunesischen Industriebetrieb integriert wird, wobei durch die Projektförderung eine Amortisationszeit von unter 10 Jahren erzielt werden soll.

Anmerkungen

  1. Siehe dazu auch die Website von Task 49 der Internationalen Energieagentur Solar Heat for Industrial Processes (SHIP)
    http://task49.iea-shc.org/description (16.2.2015)
  2. http://www.anme.nat.tn; National Agency for Energy Conservation

Autorenbeschreibung

DI Matthäus Hubmann ist Mitarbeiter von AEE INTEC, Bereich Industrielle Prozesse und Energiesysteme ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )

 

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