nt 04 | 2021 Gebäudesimulation

Zur richtigen Zeit am richtigen Ort

Das war ich, als ich mich 2001 bei AEE INTEC für die freie Stelle als Buchhalterin bewarb.

Mein Name ist Rosemarie Schanza, ich besuchte in den 70igern die Hotelfachschule in Bad Gleichenberg und war dann viele Jahre in der Reisebranche für einen großen Reiseveranstalter tätig. Nach der Geburt unseres Sohnes Philipp verschlug es meinen Mann und mich zuerst nach Wien und dann nach München, wo auch unsere Tochter Lisa-Maria zur Welt kam.

Wieder zurück in der Steiermark suchte ich nach einer Arbeitsstelle, wo mir genug Zeit blieb, um mich um die Kinder zu kümmern, und fand diese Stelle bei AEE INTEC. Anfangs waren es zwanzig Wochenstunden, durch die wachsende Zahl der Projekte und die damit verbundenen Herausforderungen waren bald mehr Stunden notwendig. Besonders dankbar bin ich, dass ich meine Arbeitszeit immer der jeweiligen Familiensituation anpassen konnte.

Foto: AEE INTEC

Nun stehe ich knapp vor meiner Pensionierung und blicke mit ein bisschen Wehmut zurück auf 20 schöne Jahre mit netten Kolleginnen und Kollegen. Ich freue mich aber auch schon sehr auf meine Pension, auf neue Aufgaben und Tätigkeiten, für die nie so richtig Zeit blieb. So möchte ich mich recht herzlich beim gesamten AEE INTEC-Team für die gute Zusammenarbeit bedanken und alles Gute und weiterhin viel Erfolg für die Zukunft wünschen.

Nachdem Rosemarie sich in die Pension verabschiedet, war auch ich "zur richtigen Zeit am richtigen Ort". Mein Name ist Claudia Reber und ich bin seit Anfang des Jahres bei AEE INTEC.

Schon immer hat mich die Welt der Zahlen und die damit möglichen Auswertungen fasziniert. Diese Begeisterung hat mich Buchhalterin werden lassen und so arbeite ich nun schon über 20 Jahre in diesem Bereich. Auf meinem Weg durfte ich unterschiedliche Branchen kennenlernen, am wichtigsten für mich war und ist aber, dass ich mich mit dem Unternehmen hinter den Zahlen identifizieren kann.

So bin ich jetzt zu AEE INTEC gekommen und Rosemarie weiht mich in ihr umfassendes Wissen ein, das sie sich in den Jahren bei AEE INTEC aufgebaut hat. Bei all den Zahlen brauche ich in meiner Freizeit Menschen um mich und Bewegung. Zusammen mit meinem Mann und unseren beiden Söhnen bin ich oft mit unserem heißgeliebten „fahrbaren Haus“ unterwegs. Auch Freunde dürfen dabei nicht fehlen. Man findet uns in den Bergen, aber vor allem auch am Meer. Dort genieße ich es, am Wasser entlang zu spazieren und Steine oder Muscheln zu betrachten. Rosemarie bin ich für ihre geduldige und bemühte Art sehr dankbar und ich wünsche ihr alles Gute für die Pension. Ich freue mich auf eine gute Zusammenarbeit mit dem AEE INTEC-Team.

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Entwicklung von lokalen Energiegemeinschaften

Im Rahmen des Projekts „Hybride lokale nachhaltige Gemeinschaften“ (Hybrid LSC) wird analysiert, wie Energiegemeinschaften einerseits über die gemeinsame Nutzung von (elektrischer) Energie hinaus weitere Handlungsfelder erschließen können und wie andererseits Betriebsmodelle für Energiegemeinschaften entwickelt werden können. Die Neuheit des Projekts besteht darin, die Nutzung des vorhandenen Potenzials von Energiesystemen in Hinsicht auf Flexibilität, Nutzung von Energieeffizienz und Erzeugung von erneuerbarer Energie durch lokale nachhaltige Gemeinschaften (LSCs) in einen breiteren Kontext über die Grenzen der LSCs selbst und ihre internen Energiedienstleistungsbedürfnisse hinaus zu stellen. Folglich müssen verschiedene Sektoren der Energieversorgungskette für gemeinschaftliche Handlungsoptionen der EndkundInnen berücksichtigt werden. Ein wichtiger Aspekt in diesem Projekt ist auch die Erprobung unterschiedlicher Regelungsstrategien an mehreren Demonstrationsstandorten.

Abbildung. Quelle: www.freepik.com

LSCs profitieren durch die Bereitstellung von Dienstleistungen für ihre Mitglieder gleich mehrfach. Sie nutzen die Projekte für erneuerbare Energien nicht nur, um ihren Mitgliedern eine Kapitalrendite zu bieten, sondern auch zur Finanzierung von Sozialprogrammen, zur Investition in die Energieeffizienz öffentlicher Gebäude, zur Schaffung lokaler Arbeitsplätze, zur Entwicklung der Gemeinden und zur Bekämpfung von Energiearmut. Auf diese Weise stellen LSCs sicher, dass der durch die Energiewende erzeugte wirtschaftliche Wert vor Ort erhalten bleibt. Im Projekt "Hybride lokale nachhaltige Gemeinschaften" werden die optimale Konfiguration, das Design und die Rahmenbedingungen für den Betrieb von LSCs mit Bürgerinteraktion entwickelt.

Um dies zu erreichen, werden folgende spezifische Ziele gesetzt:

• Validierung von Lösungen zur Dekarbonisierung des lokalen Energiesystems bei gleichzeitiger Gewährleistung von positiven Auswirkungen auf die Energieinfrastruktur, die lokale Wirtschaft und die Luftqualität unter Berücksichtigung von lokalen sozialen Aspekten
• Verstärkte Einbeziehung der lokalen EnergieverbraucherInnen und –erzeugerInnen bei der Entwicklung und dem Betrieb lokaler Energiesysteme und der Erprobung neuer Geschäftsmodelle durch die Schaffung von lokalen Energiegemeinschaften
• Validierung von Ansätzen, Strategien, Schnittstellen und Werkzeugen für den sicheren Betrieb eines integrierten lokalen Energiesystems über Energievektoren für Elektrizität, Heizung, Kühlung, Wasser oder Abfälle, um höhere Anteile erneuerbarer Energien zu integrieren und das System gleichzeitig flexibel gestalten zu können
• Benchmarking technischer Lösungen und Geschäftsmodelle, die in vielen Regionen umgesetzt werden können, und von den BürgerInnen vor Ort akzeptiert werden
• Entwicklung und Implementierung von Softwarelösungen einer LSC-Informations- und Kommunikationsarchitektur und eines "Entscheidungshilfe-Tools für Energiegemeinschaften"

Auftraggeber: Klima- und Energiefonds

Projektpartner: TU Wien – Institute of Energy Systems and Electrical Drives (Projektkoordination), AEE INTEC, BAR Vermögensverwaltungs GmbH, Energie Burgenland AG, Energie Zukunft Niederösterreich GmbH, EVN AG, Forschung Burgenland GmbH, Joanneum Research, NÖ Energie- und Umweltagentur Betriebs-GmbH, Thomas Schwarzl IT – Smart Energy Management, Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie, Wien Energie GmbH

Ansprechperson: Dipl.-Ing. Thomas Ramschak, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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Staatspreis für Umwelt- und Energietechnologie 2021: AEE INTEC gewinnt in der Kategorie „Forschung und Innovation“

Am 21. Oktober 2021 wurde AEE INTEC von Klimaschutzministerin Leonore Gewessler für das Projekt „Ammonia-to-Power“ mit dem Staatspreis 2021 für Umwelt- und Energietechnologie in der Kategorie „Forschung & Innovation“ ausgezeichnet. Mehr als einhundert Unternehmen und Organisationen aus ganz Österreich hatten sich um den Staatspreis beworben.

Foto: Jack Coleman / JCAE Agentur GmbH

Optimiertes Vakuum-Membrandestillationsverfahren und Feststoff-Brennstoffzelle

In unterschiedlichen Reststoffströmen aus Landwirtschaft, Biogasanlagen, kommunalen Abwässern oder der Bioethanolproduktion wie beispielsweise Gülle, Schlämmen, (Produktions-)abwässern oder Gärresten sind große Mengen von Ammonium in Form von Stickstoffsalzen gebunden. Mangels effizienter Rückgewinnungstechnologien ging der darin enthaltene Wasserstoff bisher ungenutzt verloren. Die Betreiber mussten die Reststoffe entsorgen bzw. behandeln und reinigen, mit negativen Auswirkungen auf Umwelt und Grundwasser durch Überdüngung, beziehungsweise Kosten zur Reduzierung der Stickstoffbelastung von Kläranlagen.

Mit einem im Rahmen des Projekts „Ammonia-to-Power“ im Labormaßstab entwickelten optimierten Vakuum-Membrandestillationsverfahren wird aus den ungenutzten Niedertemperaturabwärmeströmen Ammoniak gewonnen und in einer gemeinsam mit AVL List und TU Graz entwickelten Feststoff-Brennstoffzelle in Strom und Hochtemperaturwärme umgewandelt. Damit wurde erstmals der Grundstein für eine energieeffiziente, wirtschaftliche und industriell nutzbare Rückgewinnung sowie energetische Verwertung von Ammoniak aus flüssigen Abfallprodukten gelegt. Darauf aufbauend wurde vom Projektteam ein Real-Scale-Konzept ausgearbeitet.

Riesiges Anwendungspotenzial

In Europas Kläranlagen fallen jedes Jahr rund 16,4 Millionen Tonnen Nassschlamm an (EUROSTAT; Sewage sludge production and disposal from urban wastewater). Die jährliche Gesamtammoniumfracht aus Schlammentwässerung und Klärschlammtrocknung macht mehr als 35 000 t/a aus und trägt erheblich zur Stickstoffbelastung der Kläranlagen bei. Diese Stickstoffbeladung entspricht einer Energiemenge von rund 182 000 MWh/a. Neben diesem „grünen“ Wasserstoff/Brennstoff-Potenzial wird aufgrund der Ammoniumentfernung auch weniger Energie für die Abwasserbehandlung benötigt. In der EU könnten damit allein bei Kläranlagen insgesamt 84 000 t CO₂ pro Jahr eingespart werden. Das erhebliche Energieerzeugungspotenzial und die CO₂-Einsparungen durch den Einsatz des Verfahrens in industriellen Anwendungsbereichen oder bei Biogasanlagen sind in dieser Abschätzung noch gar nicht berücksichtigt.

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Der steirische Abwärmekataster 2021 – Potenziale industrieller Abwärme

Der steirische Abwärmekataster wurde als Teil der Klima- und Energiestrategie Steiermark 2030 (KESS) von einem Konsortium rund um AEE INTEC erstellt und zeigt, dass Abwärme aus Industrie und Gewerbe von mehr als 7 TWh pro Jahr technisch nutzbar anfallen. Der Kataster bildet die Grundlage für weiterführende Projekte zur Umsetzung dieser Potenziale und ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung.

Ausgangssituation

Zur Erreichung der Klimaziele ist es nicht nur notwendig, erneuerbare Energien effizient ins Energiesystem zu integrieren. Essentiell ist es auch, durch Effizienzmaßnahmen den Bedarf der eingesetzten Primärenergie signifikant zu reduzieren und anfallende Abwärme sinnvoll im Energiesystem zu nutzen. Die Steiermark kann dabei mit dem hohen Anteil an Industrie- und Gewerbebetrieben auf ein entsprechend hohes Potenzial zugreifen, wie der Abwärmekataster 2012 (Schnitzer Hans, Schmied Johannes, Titz Michaela, Jägerhuber Paul, Enzi Claudia, Filzwieser Paul: Abwärmekataster Steiermark - Endbericht. Technische Universität Graz, 2012) bereits gezeigt hat. Allerdings werden viele Abwärmequellen derzeit noch nicht genutzt bzw. sind vorhandene Potenziale im Bereich kleiner und mittlerer Unternehmensgrößen sowie im unteren Temperaturbereich bis 50 °C nicht erfasst. Genau hier setzte die Erstellung des Abwärmekatasters 2021 an. Das Land Steiermark (Abteilung 15 – Energie, Wohnbau und Technik) beauftragte ein Konsortium (AEE INTEC, Lehrstuhl für Energieverbundtechnik der Montanuniversität Leoben und e-think energy research) mit der Identifikation sowie qualitativen und quantitativen Erhebung verfügbarer Abwärmequellen der Steiermark in Industrie- und Gewerbebetrieben. Das technisch nutzbare Potenzial wurde ermittelt und bereits genutzte Potenziale identifiziert. Um die Umsetzung von konkreten Projekten zu fördern, wurde die Dateneinbindung in das Geografische Informationssystem (GIS) Steiermark (Digitaler Atlas Steiermark) vorbereitet und ein Konzept sowie Lastenheft für eine „Abwärme-Kontakt-Plattform“ entwickelt.

Erhebung der Abwärmepotenziale

Basierend auf der Expertise des Projektteams, das auch in der internationalen Forschungskooperation zum Thema industrielle Abwärmenutzung der Internationalen Energieagentur (IEA IETS Annex XV - Industrial Excess Heat Recovery) vertreten ist, wurden für die Erhebung der Abwärmepotenziale drei Methoden gewählt:

1. Veröffentlichungsbasierte Erhebung: Für energieintensive Industriebetriebe (große Unternehmen) wurde anhand verfügbarer Umweltberichte, Emissionsdatenbanken und anderen öffentlich zugänglichen Quellen eine Energie- und Stoffbilanz erstellt und daraus das Abwärmepotenzial bilanziell abgeleitet (Bottom-up-Methode).
2. Fragebogen-basierte Erhebung: An sämtliche produzierende Betriebe der Steiermark wurde ein Fragebogen zur Erhebung des Abwärmepotenzials verschickt und die so erhaltenen Daten ausgewertet. Dabei standen vor allem kleine und mittelgroße Unternehmen im Fokus (Bottom-up-Methode).
3. Statistische Kennzahlenerhebung: Als Ergänzung der Bottom-up-Methoden wurden aus verfügbaren statistischen Daten und Informationen je Sektor und Unternehmen Kennzahlen abgeleitet, wobei vor allem Unternehmen der energieintensiven Industrie bewertet wurden (Top-down-Methode)

Die Erhebungen wurden durch Recherchen zu bereits umgesetzten Nutzungen von Abwärme ergänzt. Für die Erhebung und vor allem die Auswertung ist es essentiell, zwischen dem theoretischen und technischen Abwärmepotenzial zu unterscheiden. Dabei wird das theoretische Potenzial durch Berücksichtigung technischer Einschränkungen wie z. B. minimale Temperaturdifferenzen im Wärmetauscher, starke Verunreinigungen oder Betriebssicherheit reduziert. Die Wirtschaftlichkeit einer etwaigen Umsetzung wurde für das technische Potenzial nicht berücksichtigt. Für die Abwärmequellen wurden drei Temperaturbereiche definiert: 100 °C. Weiters wurden insgesamt fünf Kategorien der anfallenden Abwärmepotenziale definiert: Ab-/Kühlwasser, Abluft Maschinenkühlung, Kondensation, Produktwärme + Hallenabluft und Rauchgas.

91 Prozent des Abwärmepotenzials ungenutzt

Das gesamte technische Abwärmepotenzial in der Steiermark beträgt 7,58 TWh pro Jahr. Davon sind 0,70 TWh/a bereits genutzt (9 Prozent) und 6,88 TWh/a (91 Prozent) noch ungenutzt. Dieses Potenzial kann insgesamt 194 ungenutzten Abwärmequellen in 120 Firmen zugeordnet werden. In 39 Firmen wurden 52 genutzte Abwärmequellen identifiziert. Die größten ungenutzten technischen Abwärmepotenziale befinden sich in der Papierindustrie (3,34 TWh/a), Metallerzeugung (2,20 TWh/a) und Glas- und Keramikindustrie (0,76 TWh/a). Die restlichen Branchen kommen gemeinsam auf 0,58 TWh/a.

Sektorzuordnung der ungenutzten und genutzten technischen Abwärmepotenziale. Quelle: AEE INTEC

Der Großteil (76 Prozent; 5,71 TWh/a) der technischen Abwärmepotenziale liegt bei Temperaturen unter 50 °C, 11 Prozent über 100 °C (0,85 TWh/a) und der Rest liegt zwischen 50 und 100 °C (13 Prozent; 1,00 TWh/a) vor. Im Temperaturbereich über 100 °C findet man die Abwärme vor allem als Produktwärme/Hallenabluft sowie Rauchgas. Abwärme zwischen 50 und 100 °C findet sich in den Kategorien Produktwärme/Hallenabluft, Rauchgas sowie Kondensation und Ab-/ Kühlwasser. In allen Kategorien findet sich Abwärme bei Temperaturen unter 50 °C (vor allem als Ab-/ Kühlwasser). In diesem Temperaturbereich liegt ein großes Nutzungspotenzial durch die sinnvolle Kombination der Abwärme mit Niedertemperatursenken und/oder dem Einsatz entsprechender Technologien zur Temperaturanhebung vor. Das Potenzial der Rauchgaskondensation wurde der Abwärmekategorie Kondensation zugewiesen.

Technisches Abwärmepotenzial (ungenutzt und genutzt) nach Abwärmekategorie und Temperaturbereich. Für Top-down-Analysen wurde keine AbwärmeKategorisierung vorgenommen. Quelle: AEE INTEC

Insgesamt zeigt sich ein sehr großes technisches Potenzial, das einem Anteil von 14 Prozent am gesamten steirischen Endenergieeinsatz (52,40 TWh) entspricht. Verglichen mit dem Bedarf des Wärmesektors könnten bilanziell 29 Prozent des benötigten Wärmeendenergiebedarfes von 25,78 TWh gedeckt werden.

Abwärmepotenziale im GIS Steiermark

Zur weiteren Nutzung und Visualisierung der erhobenen Daten wurde das GIS Steiermark als Plattform genutzt. Dabei werden die Daten mit den bereits verfügbaren landesweiten Fach- und Basiskarten verbunden. Die folgende Abbildung zeigt die auf die Geodatenbank zugreifende Visualisierung der Standorte mit ungenutzten Abwärmepotenzialen.

Standorte mit ungenutztem Abwärmepotenzial in der Steiermark – Visualisierung im GIS Steiermark. Quelle: AEE INTEC

Die Darstellung und Visualisierung der Abwärmepotenziale sind ein Teil der Herausforderung, konkrete Projekte zu initiieren der andere. Deshalb wurde im Projekt eine Abwärme-Kontakt-Plattform konzipiert. Nach Erstellung eines Konzepts wurde ein Lastenheft definiert sowie Nutzergruppen, Nutzermodi, Nutzerbereich, Funktionalitäten, Schnittstellen und Anforderungen festgelegt. Mithilfe der Plattform können die für eine Umsetzung relevanten Stakeholder in Kontakt treten. Dazu zählen potenzielle Abwärme-AnbieterInnen und -AbnehmerInnen sowie PlanerInnen und ProjektentwicklerInnen.

Ungenutztes Abwärmepotenzial heben

Die industrielle Abwärmenutzung in der Steiermark spielt bereits eine große Rolle. Vierzehn FernwärmeAuskoppelungen zeugen von der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit. Allerdings zeigt sich auch das enorme ungenutzte Potenzial in praktisch allen Branchen und Sektoren – 91 Prozent werden noch nicht genutzt! Um dieses Potenzial zu heben, braucht es neben technologischen Ansätzen zur Nutzung von Niedertemperaturabwärme eine weite Verbreitung der erhobenen Daten über die Einbindung in den Digitalen Atlas Steiermark und der AbwärmeKontakt-Plattform. Organisatorische Innovationen und Investitionsförderungen durch Bund und Land wurden als probate Mittel identifiziert, die schlussendlich auch in eine effiziente Energieraumplanung einfließen werden. Der entwickelte Abwärmekataster zeigt nicht nur die Potenziale, sondern liefert auch die methodische Grundlage für eine Aktualisierung der Daten durch laufende Erhebungen.

Weitere Informationen

Öffentlicher Kurzbericht https://www.aee-intec.at/awkst-abwaermekataster-steiermark-p278

Digitaler Atlas Steiermark https://gis.stmk.gv.at/wgportal/atlasmobile (Abwärmepotenziale online Ende 2021)

Autor*innen

Dipl.-Ing. Wolfgang Gruber-Glatzl ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des Bereichs „Industrielle Systeme“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Rebecca Krainz BSc. ist Mitarbeiterin des Bereichs „Industrielle Systeme“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Dipl.-Ing. Jürgen Fluch ist Leiter des Bereichs „Industrielle Systeme“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!