Zeitschrift EE

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Quartiere mit PV und Geothermie

Innovative Konzepte zur Versorgung großvolumiger städtischer Gebäude/Quartiere mit PV und Geothermie

Ziel des Projektes ist die Erarbeitung von Konzepten zur energie- und kostenoptimierten Beheizung (und ggf. Kühlung) von großvolumigen städtischen Gebäuden/Quartieren (Stadtentwicklungsgebieten) mittels Geothermie (mit Wärmepumpe) und Photovoltaik im dicht bebauten innerstädtischen Bereich.

Die Umsetzung eines Energiekonzeptes mit Photovoltaik, Geothermie, Wärmepumpe und Großspeicher ist vor allem im dicht bebauten städtischen Gebiet durch das begrenzte Platzangebot eine Herausforderung. Aber auch abgesehen von Platzproblemen sind geothermische Nutzungen für Gebäudeheizung und -kühlung in Planung und Ausführung mit vielen technischen Herausforderungen behaftet. Durch zusätzliche Integration von PV ergibt sich noch ein weiterer Optimierungsparameter, womit die Komplexität steigt. Im Rahmen der Untersuchung wird auch geprüft, ob photovoltaisch-thermische (PVT) Kollektoren eine sinnvolle Dachflächennutzung darstellen können. Der thermische Ertrag auf niedrigem Temperaturniveau kann als Quelle für die Wärmepumpe oder zur Regeneration des Erdreichs während des Sommers genutzt werden. Gleichzeitig kann zumindest gleich viel Strom wie aus einer PV-Anlage geerntet werden.

In Wien gibt es derzeit 17 Stadtentwicklungsgebiete. Ein Anschluss an das zentrale Fernwärmenetz ist nicht überall möglich und derzeit ist die Entwicklung von Konzepten für die (Wärme- und Kälte-)Versorgung von Stadtteilen mit 100 Prozent erneuerbarer „Vor-Ort-Energie“ (also ohne Fernwärme- oder Erdgasanschluss in diesen Gebieten) von besonderem Interesse.

Nach der Auswahl eines realen Stadtentwicklungsgebietes, für das der Bebauungsplan im Wesentlichen feststeht, erfolgt eine Grobanalyse der geothermischen und solaren Nutzungsmöglichkeiten. Nach Bildung diesbezüglicher Szenarien werden Berechnungen und Optimierungen durchgeführt. Auch mögliche Standorte in Graz, Linz, Salzburg und Innsbruck werden mittels eigener Simulationen analysiert. Die Ergebnisse werden in einem Beirat diskutiert und publiziert, um die Nutzung erneuerbarer Energieträger im urbanen Bereich möglichst vielen Bauherren und Planern zur Verfügung zu stellen.

Konkrete Fragen, wie die richtige Auswahl und Dimensionierung der Wärme- und Kältespeicher, das ideale Temperaturniveau der Speicherung oder die ideale Form und Integration der geothermischen Energie (Fundament, Erdreich unter dem Gebäude, Tiefensonden, thermisch aktivierte Gebäudeteile usw.) sollen im Projekt beantwortet werden. Hierbei sollen auch die Möglichkeiten von neuen Hochtemperatur-Wärmepumpen als Energietransformer untersucht werden.

Mit den Projekterkenntnissen wird es in Zukunft leichter sein, speziell im urbanen Bereich die Nutzung erneuerbarer Energieträger ökologisch und vor allem ökonomisch konkurrenzfähig zu planen und umzusetzen.

Auftraggeber

FFG im Auftrag des BMVIT

Projektpartner

  • Österreichische Energieagentur - Austrian Energy Agency, AEA (Konsortialführer)
  • AEE INTEC
  • Ochsner Wärmepumpen GmbH
  • geohydrotherm

Ansprechperson

DI Walter Becke, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

 

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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 (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)

 

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Ergebnisse zur fünften Ausschreibung „Solarthermie – Solare Großanlagen“ des Klima- und Energiefonds

Von Samuel Knabl, Christian Fink und Roger Hackstock

Aufgrund der großen Erfolge der vorangegangenen Jahre wurde im Arbeitsprogramm 2014 des Klima- und Energiefonds erneut ein Förderschwerpunkt mit einem Budget von rund 5 Millionen Euro speziell für solarthermische Großanlagen in gewerblichen Anwendungen definiert. Die erstmalig im Arbeitsprogramm 2010 aufgelegte Förderaktion „Solarthermie – solare Großanlagen“ beinhaltete in bereits bewährter Weise einerseits eine spezielle Anreizförderung und andererseits eine wissenschaftliche Programmbegleitung.

Das Förderprogramm

Das Förderprogramm des österreichischen Klima- und Energiefonds richtet sich an gewerbliche Anwendungen in vier speziellen Kategorien zzgl. einer fünften Kategorie „Neue Systemintelligenz“ ab dem Jahr 2013. Die fünf Kategorien lauten wie folgt:

  • Solare Prozesswärme in Produktionsbetrieben
  • Solare Einspeisung in netzgebundene Wärmeversorgung
  • Hohe solare Deckungsgrade in Gewerbe und Dienstleistungsgebäuden (>20%)
  • Kombinierte Anwendungen zum solarunterstützten Kühlen und Heizen
  • Neue Technologien und innovative Ansätze (Hybridsysteme wie z.B. PVT, neue Kollektor- und Speicherentwicklungen, etc.) als Brückenschlag zwischen Forschung und Markteinführung.

Die maximale Förderhöhe liegt bei 40% der umweltrelevanten Mehrinvestitionskosten, wobei diese als umweltrelevante Investitionskosten abzüglich der Kosten einer Referenzwärmeversorgung auf Basis Öl definiert sind. Hinzu kommt für Förderwerber mit KMU-Status ein KMU-Zuschlag von 5%. Technologisch besonders interessante Projekte werden über ein Jahr wissenschaftlich begleitet und erhalten weitere 5% Förderzuschlag. Somit kann ein maximaler Fördersatz von 50% der umweltrelevanten Mehrinvestitionskosten erreicht werden. Den Fördergegenstand bilden dabei die Solarsystemkosten, vom Kollektor bis zum Energiespeicher. Bei Anlagen aus der Kategorie „Solarunterstütztes Kühlen und Heizen“ und „Solare Prozesswärme“ können noch weitere Investitionskosten (z.B. auf Prozessseite) geltend gemacht werden. Die Mindestanlagengröße liegt bei einer Brutto­kollektorfläche von 100 m² und einer maximalen Anlagengröße von 2.000 m² Bruttokollektorfläche.

Die wissenschaftliche Programmbegleitung

Um sowohl Nutzen als auch Wirkung des vorhin beschriebenen Förderprogramms zu maximieren, wurden die Institute AEE INTEC (Leitung), AIT und ASIC von der Förderstelle mit der Durchführung von technischen Beratungen vor Fördereinreichung sowie einer wissenschaftlichen Begleitung nach Inbetriebnahme der Projekte beauftragt. Im Rahmen dieser Programmbegleitung konnten besonders vielversprechende und intelligente Systeme (bisher rund 60 ausgewählte Projekte) über ein Betriebsjahr wissenschaftlich begleitet und damit Aussagen über Qualität und Funktionalität getroffen sowie eine Technologieentwicklung in diesem Sektor gezielt gesteuert werden.

Ergebnisse zur Beteiligung am Förderprogramm 2014

Das Interesse am Förderprogramm konnte im Vergleich zum letztjährigen Arbeitsprogramm weiter gesteigert werden. So gingen bei der wissenschaftlichen Programmbegleitung 73 Anfragen hinsichtlich der Durchführung von Einreichberatungen ein. Schlussendlich wurden 55 Projekte mit insgesamt 26.973 m² Bruttokollektorfläche durch das Team der wissenschaftlichen Begleitforschung beraten. Die größten Aktivitäten bestanden mit 14 beratenen Solarprojekten in der Steiermark, gefolgt von Oberösterreich mit zwölf und Salzburg mit elf Beratungsgesprächen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Aufteilung der 55 beratenen Projekte nach Bundesländern

Wie Abbildung 2 zeigt, entfiel mit 24 Beratungsgesprächen die größte Anzahl an Beratungsgesprächen auf die Kategorie „Hohe solare Deckungsgrade“. Hierbei zeigte sich, dass insbesondere Anlagenkonzepte mit solarer Bauteilaktivierung (mit solaren Deckungsgraden zwischen 80 und 100 %) sowie Solarthermie-Wärmepumpen-Kombinationen verstärkt eingereicht wurden. Von insgesamt 24 Anlagen können 21 Anlagen einem dieser beiden Systemkonzepte zugeordnet werden.

Abbildung 2: Verteilung der 55 beratenen Projekte nach der Größe der Bruttokollektorfläche und der Anwendung

Eine Betrachtung der Anlagengröße macht deutlich, dass bei zehn Projekten die Installation von Kollektorflächen größer 1.000 m² beabsichtigt ist. Zwei Anlagen hieraus können der Kategorie „Solare Prozesswärme“ und acht der Kategorie „Wärmenetze“ zugeordnet werden.

Die Einreichungen wurden von einer internationalen Expertenjury beurteilt. Insgesamt wurden 2014 43 solare Großanlagen gefördert [1]. Die 16 innovativsten Projekte werden ein Jahr lang wissenschaftlich begleitet und ausgewertet. Die Umsetzung der einzelnen Projekte ist bis spätestens Ende März 2016 vorgesehen.

Ausblick auf das Förderprogramm 2015

Eine Weiterführung des Förderprogramms „Solarthermie – Solare Großanlagen“ ist von Seiten des Klima- und Energiefonds aufgrund der großen Nachfrage der vergangenen Jahre auch im Jahr 2015 vorgesehen. Das Budget des Programms beträgt 5,9 Millionen Euro. Details zur Ausschreibung werden voraussichtlich im April auf der Website des Klima- und Energiefonds veröffentlicht (http://www.klimafonds.gv.at).

[1] https://www.klimafonds.gv.at/assets/Uploads/Frderentscheidungen/
FE-2014/Frderentscheidung2014Solare-Grossanlagen.pdf

Autorenbeschreibung

Samuel Knabl, MSc ist Mitarbeiter des Bereichs Solarthermische Komponenten und Systeme von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!).

Ing. Christian Fink ist Leiter des Bereichs „Solarthermische Komponenten und Systeme“ von AEE INTEC.

DI Roger Hackstock ist Mitarbeiter des Klima- und Energiefonds und verantwortlich für das Förderprogramm „Solarthermie - Solare Großanlagen“.

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Kosten- und Brennstoffeinsparung durch Biowärme-Contracting

von Armin Themeßl

Die AEE Energiedienstleistungen GmbH hat seit vielen Jahren Erfahrungen mit Einspar Contracting Projekten, insbesondere im kleineren Leistungsbereich bis 250 kW, gesammelt. Als Konsortialpartner in „klimaaktiv erneuerbare Wärme“ wurde das Angebot entwickelt und eingebracht, diese Erfahrungen an ausgewählte Installateure weiterzugeben, gemeinsam einige Projekte umzusetzen, konsequent zu monitoren und im Betrieb zu optimieren.

Im Rahmen einer Qualifizierungsmaßnahme des Landes Niederösterreich, gefördert durch die Abteilung Wirtschaft, Tourismus und Technologie, wurden sieben Installateure instruiert und 2013/2014 sechs Projekte entwickelt, umgesetzt und abgeschlossen. Die installierte Messtechnik, das Monitoring und die Auswertungen der Ergebnisse werden in einem zweiten Projekt der Niederösterreichischen Innung der Installateure gefördert.

Abbildung 1: Contracting-Heizanlage der Wohnanlage St. Ägyd, Kollar Haustechnik GmbH, Lilienfeld. Quelle: A. Themeßl

Wozu Einspar-Contracting?

Das Angebot des Installateurs, eine neue Heizung nicht nur zu verkaufen und in Betrieb zu nehmen, sondern über ein Einspar-Contracting und Betriebsoptimierung auch ein positives wirtschaftliches Ergebnis zu garantieren, wird von den Kunden dankbar angenommen.

Für die Installateure sind Betriebsüberwachung und -optimierung wichtige Erfahrungen im Lernprozess und heben die Qualität künftiger Projekte. Ein neues Geschäftsfeld, nämlich Dienstleistung wie Contracting und Betriebsführung, kann zusätzlich zu Anlagenverkauf und -errichtung erschlossen werden und senkt die Hemmschwelle für die Umstellung auf klimafreundliche Biowärmeanlagen für Investoren wie z.B. Kommunen und gemeinnützige Wohnungsgenossenschaften.

Neben dem Einsparpotenzial, das grundsätzlich energiepreisbedingt im Umstieg von Öl auf Biomasse liegt, muss auch am Effizienzpotenzial, das im optimalen Betrieb der Heizanlage liegt, gearbeitet werden: Erst die Ausschöpfung beider Einsparpotentiale führt zum vollen Erfolg!

Eine immer wieder bestehende Systemschwäche ist der nicht umgesetzte hydraulische Abgleich in fast allen Heizungsanlagen, wodurch die Anlagen mit großen Volumenströme und damit zu hohen Rücklauftemperaturen betrieben werden.

Ergebnisse aus Beispielprojekten

In einem der Projekte, das schon im Jahr 2012 in Betrieb genommen wurde, entsprach die Einsparung nach Umstellung auf Pellets genau dem brennstoffbedingten Kostenunterschied (60%). In der Energieeffizienz liegen aber immer noch einmal Einsparmöglichkeiten von mindestens 5 bis 10% an Wärme und zusätzlich noch etwa 3.000 kWh/a an Stromeinsparung durch den richtigen Betrieb der Umwälzpumpen. In dieser Anlage wurden die Heizkörperkreise für zwölf Wohnungen mit einem Volumenstrom von über 7 m³/h beschickt, die Spreizung VL/RL betrug lediglich 5 K. Abbildung 3 zeigt beispielhaft das Betriebsverhalten der AnlageDaraus resultierte eine fehlende Schichtung im Puffer mit Exergieverlust und zahlreichen Kesselstarts. Durch den Einbau voreinstellbarer Ventile und konsequente Voreinstellung aller Heizkörperventile könnte eine Spreizung von 25 K erreicht und der Volumenstrom auf 1,2 m³/h reduziert werden. Aus den geringeren Volumenströmen ergäbe sich dann eine gute Schichtung im Puffer und es könnten dann auch Heizungspumpen mit einer Leistungsaufnahme von 10 W an Stelle der derzeit bestehenden 450 W eingebaut werden.

Abbildung 2: Heizkosteneinsparungen in der Volksschule Rosegg in Kärnten. Die jährlichen Einsparungen betrugen seit 2006 in Summe € 61.900. Die Gemeinde musste dafür keinen einzigen Euro an Investitionskosten tragen.

Abbildung 3: An einem Tag mit etwa –5°C Außentemperatur moduliert der Kessel während der Heizzeit sauber mit exzellenten CO Werten. Während der Nachtabsenkung liegt der Wärmebedarf scharf an der Modulationsgrenze, wodurch immer wieder kurz die Abschalttemperatur im Puffer erreicht wird. Wegen des hohen Volumenstromes im Abgabesystem kann keine Schichtung aufgebaut werden.
Links: Abgastemperatur (AT), Restsauerstoff im Abgas (O2), Vorlauftemperatur(VT), Kohlenmonoxid im Abgas(CO)
Rechts: Temperaturen, Kessel- und weitere Anlagendaten

Aus verschiedenen Projekten, die in den vergangenen Jahren umgesetzt wurden, ist klar geworden, wie hoch tatsächlich die finanziellen Einsparungen sein können, wenn die Potenziale voll gehoben werden. So betreibt die AEE Energiedienstleistungen GmbH seit 2006 die Heizung in der Volksschule Rosegg in Kärnten. Die damals 13 Jahre alte Heizanlage wurde von einer 120 kW Ölheizung auf eine 90 kW Pelletsanlage und eine Solaranlage zur Wassererwärmung umgestellt und umfassend umgebaut. Obwohl die Gemeinde keinen Euro investieren musste, hat sie 2006 bis 2013 schon insgesamt 61.900 € weniger für die Heizung ausgegeben, als mit der Ölheizung angefallen wären (Abbildung 2).

Autorenbeschreibung

Ing. Armin Themeßl ist Geschäftsführer der AEE Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE Kärnten

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Roadmap "Solarwärme 2025"

Eine Technologie- und Marktanalyse mit Handlungsempfehlungen

Ambitionierte politische Vorhaben und Zielsetzungen hinsichtlich einer „Low-Carbon Economy“ oder einer „Low-Carbon-Society“ existieren sowohl auf europäischer als auch auf weltweiter Ebene. Tatsächlich musste aber festgestellt werden, dass weltweit und somit auch in Europa die Reduktion von Treibhausgasemissionen gegenüber der Verfügbarkeit von kostengünstiger Energie an Bedeutung verloren hat. Da kurz- bis mittelfristig nicht von einer Änderung dieser Entwicklung auszugehen ist, muss sich ein zukünftiges Energiesystem neben geringen Schadstoffemissionen und einer verbesserten Versorgungssicherheit insbesondere durch gesellschaftliche Akzeptanz sowie geringe Kosten auszeichnen.

Neben anderen dezentral einsetzbaren erneuerbaren Energieträgern (z.B. Photovoltaik, Umgebungswärme, Biomasse), können hier insbesondere solarthermische Anlagen einen erheblichen Beitrag zu einem zukunftsfähigen Energiesystem leisten. Auch wenn Strom sowohl in der politischen als auch in der öffentlichen Debatte stets im Vordergrund steht, entfällt mit rund 20% Anteil am österreichischen Endenergiebedarf ein nur vergleichsweise kleiner Anteil auf elektrische Energieverbraucher. Den weitaus größeren Teil macht hier der Anteil der Wärmeverbraucher aus und mit rund 46% des gesamten österreichischen Enden­ergiebedarfs (Jahr 2011) insbesondere der Niedertemperaturwärmebedarf auf Temperatur­niveaus <250°C (120,1 TWh) [1]. Die teilweise Erschließung dieses Potenzials durch Solarwärme ist aus technologischer Sicht bereits heute möglich. Für eine verstärkte Erschließung bedarf es aber erheblicher technologischer Weiterentwicklungen und der Reduktion der Endkundenpreise.

Mit Ende des Jahres 2012 waren weltweit 384,7 Millionen m² Kollektorfläche installiert, was einer Leistung von 269,3 GWth entspricht. Die weltweit absolut größten installierten Leistungen an Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren befinden sich mit Ende 2012 in China (180,4 GWth), Deutschland (11,4 GWth) und der Türkei (10,8 GWth). Im Vergleich hierzu erreichte Österreich mit Stand 2012 eine installierte Leistung von rund 3,5 GWth und liegt an 8. Stelle. Bezieht man die installierte Leistung auf die Einwohnerzahl (Leistung pro 1.000 Einwohner), weisen Zypern (546 kWth), Israel (382 kWth) und Österreich die höchste Solaranlagendichte auf. Bereits an 3. Stelle liegt Österreich mit 372,1 kWth pro 1.000 Einwohner [2].

Diese lange und erfolgreiche Tradition der Solarwärmenutzung in Österreich hat zu einer sehr guten internationalen Positionierung österreichischer Unternehmen geführt, wie ein Exportanteil an den im Jahr 2013 in Österreich produzierten Kollektoren (945.118 m²) von rund 81% demonstriert (siehe Abbildung 1). Der Branchenumsatz betrug im Jahr 2013 293 Mio. Euro und ermöglichte durch primäre Arbeitsplatzeffekte rund 2.900 Vollzeitarbeitsplätze. Insgesamt konnte durch die im Jahr 2013 insgesamt in Betrieb befindlichen Solaranlagen eine Vermeidung von knapp 441.160 Tonnen CO2äqu erreicht werden.

Abbildung 1: Kollektorproduktionszahlen (Flach- und Vakuumröhrenkollektoren) dargestellt mit der Entwicklung von Export, Import, Heimmarkt und Lagerbestand. Datenquelle: Biermayr et al., 2014 [3]; eigene Darstellung

Trotz der vorliegenden Potenziale und trotz sehr erfolgreicher Jahre für die Solarwärmebranche (insbesondere 1990 bis 2008) ist das durchschnittliche jährliche Marktvolumen für Neuinstallationen im Wirtschaftsraum Europa (EU 27) und auch in Österreich seit vier Jahren rückläufig, während die durchschnittlichen weltweiten Wachstumsraten der letzten zehn Jahre rund 20% betrugen. Dieser, nicht ausschließlich, aber zu guten Teilen durch die Wirtschaftskrise und dem Photovoltaik-Hype erklärbare Installationsrückgang, hat mittlerweile auch dazu geführt, dass die gesamte europäische Branche unter gehörigem wirtschaftlichen Druck steht. Erhöhter Wettbewerb unter den erneuerbaren Energieträgern sowie grundsätzlich geänderte Rahmenbedingungen in der gesamten Energiebranche haben weiters zur Verschärfung der Situation beigetragen.

Vor diesem Hintergrund stellen sich aus der Sicht der Solarwärmebranche für Österreich drei konkrete Fragestellungen:

  • Wie können die zuletzt zweistelligen Rückgänge (in Prozent) bei den jährlichen Neuinstallationen abgefedert und möglichst rasch eine Trendumkehr herbeigeführt werden (zeitliche Perspektive 2014 bis 2025)?
  • Was können konkrete Maßnahmen für die Trendumkehr sein und welche Gruppe von Akteuren betrifft die Umsetzung?
  • Was sind die möglichen Beiträge von Solarwärme auf dem Weg in ein zuvor beschriebenes zukunftsfähiges Energiesystem bzw. in eine „Low-Carbon-Economy“ (zeitliche Perspektive 2025 bis 2050)?

Um Antworten auf diese Fragestellungen zu finden, wurden, basierend auf den aktuell vorherrschenden Rahmenbedingungen und den Detailanalysen der Marktsituation, in Abstimmung bzw. intensivem Austausch mit der österreichischen Solarwärmebranche und einer Vielzahl weiterer wichtiger Akteure in der Energiebranche drei mögliche Entwicklungsszenarien, die sich deutlich in den jeweiligen Aktivitätsintensitäten bzw. der Entwicklung externer Faktoren unterscheiden, skizziert:

  • Szenario „Business as Usual“
    Dieses Szenario steht für eine Beibehaltung der bisherigen Methoden, Modelle, Instrumente und Aktivitätsintensitäten ohne Erreichung von relevanten technologischen Entwicklungen und ohne nennenswerte Kostenreduktionen für den Endkunden. Die Marktangebote reduzieren sich bis 2025 praktisch auf das private Segment der Ein- und Zweifamilienhäuser.
  • Szenario „Forcierte Aktivitäten“
    Dieses Szenario geht im Vergleich zum Szenario „Business as Usual“ von erheblich gesteigerten Aktivitäten auf unterschiedlichen Ebenen (Branche, öffentliche Hand, Forschung & Entwicklung) aus, welche die aktuellen Erfordernisse der Technologie gezielt adressieren. Relevante technologische Entwicklungen steigern die Wettbewerbsfähigkeit mit anderen Wärmetechnologien enorm und können in Verbindung mit angepassten Aktivitäten (Geschäftsmodelle, Markteinführungs­programme, etc.) den verschiedenen Zielgruppen (Kleinanlagen im privaten Bereich als auch gewerblich genutzte Großanlagen) zugänglich gemacht werden.
  • Szenario „Ambitionierte Aktivitäten“
    Dieses Szenario setzt im Vergleich zum Szenario „Forcierte Aktivitäten“ noch deutlich gesteigerte Aktivitäten auf unterschiedlichen Ebenen voraus. Neben durch­schlagenden Erfolgen im Bereich der Technologieentwicklung (Kostenreduktion um bis zu 60% bei Kleinanlagen bzw. 40% bei Großanlagen, saisonale thermische Energiespeicher mit hohen Energiedichten sind kostengünstig verfügbar, Solarwärme ist integraler Bestandteil multifunktionaler Gebäudebauteile etc.) und dem Einsatz neuer Geschäftsmodelle unterstützt eine von der Politik verabschiedete, ambitionierte österreichische Energiestrategie die Branchenangebote in allen Anwendungs­bereichen.

In einem nächsten Schritt wurden vier Handlungsfelder („Branchenaktivitäten“, „Forschung & Entwicklung“, „Rahmenbedingungen“, „Begleitmaßnahmen“) definiert und deren Zusammen­spiel in entsprechenden Intensitäten den drei Entwicklungsszenarien überlagert (siehe Abbildung 2). Konkret wurden in intensivem Austausch mit der Solarwärmebranche über 100 einzelne Maßnahmen zur Stärkung und Entwicklung der Technologie identifiziert bzw. vorgeschlagen. Von zentraler Bedeutung erwiesen sich dabei Aktivitäten zur Reduktion der Abhängigkeit von externen Faktoren bei der Markteinführung, insbesondere durch konsequente Kostenreduktion (bis 2025 bei Kleinanlagen in einem Ausmaß von bis zu 60% bzw. bei Großanlagen in einem Ausmaß von bis zu 40%) und Verbesserung der Zielgruppenakzeptanz. Zielgerichtete Standardisierungsarbeiten, spezifische Forschungs­arbeiten, neue Vertriebs- und Geschäftsmodelle als auch angepasste Förderinstrumente wurden hier als essentiell identifiziert.

Abbildung 2: Maßnahmengruppen in definierten Handlungsfeldern. Hinter diesen vier Maßnahmengruppen stehen über 100 einzelne Detailmaßnahmen, die in der Roadmap "Solarwärme 2025" identifiziert wurden.

An welches der drei Szenarien man sich schlussendlich in der Realität annähert, wird in zentraler Form auch davon abhängen, wie gut es gelingt, Schwerpunkte aus dem breiten Portfolio zielgerichteter Begleitmaßnahmen umzusetzen und gleichzeitig günstige Rahmenbedingungen für eine Marktimplementierung zu schaffen. Ein weiterer entscheidender Aspekt bei der zukünftigen Entwicklung der Technologie wird sein, inwieweit die Solarwärmebranche bereit ist, sich gegenüber anderen Technologien und Branchen in Form von proaktiven Partnerschaften und Netzwerken aus Gründen der bestmöglichen Synergienutzung zu öffnen. Neben erheblichen Aktivitätssteigerungen innerhalb der Branche bedarf es aber auch vieler Maßnahmen und Kooperationen in enger Zusammenarbeit mit Ministerien, Ländern, Gemeinden, Forschungseinrichtungen und anderen Stakeholdern.

Abbildung 3 zeigt hierzu die mögliche Wirkung der drei definierten Szenarien anhand der Entwicklung der jährlich installierten Kollektorfläche bis 2025.

Abbildung 3: Mögliche Wirkung der definierten Szenarien dargestellt anhand der jährlich installierten Kollektorfläche bis 2025. (Basisdaten aus Biermayer et al., 2014 [3]; eigene Berechnungen)

Abbildung 4 zeigt in zusammenfassender und vergleichender Form (mit dem Jahr 2012) die mögliche Wirkung der drei definierten Szenarien anhand der 2025 in Betrieb befindlichen Kollektorfläche, der solarthermisch erzeugten Wärme, der vermiedenen CO2-Emissionen, der erzielten Umsätze und der Vollzeitarbeitsplätze.

Abbildung 4: Übersicht über in Betrieb befindliche Kollektorfläche, solarthermische produzierte Wärme, CO2-Substitution, Umsatz und Vollzeitarbeitsplätze (VZÄ) in drei Szenarien (Basisdaten aus Biermayer et al., 2013 [4]; eigene Berechnungen)

Vergleicht man den Umsetzungsstand (Bezugszeitpunkt Ende 2012) mit dem Szenario „Business as Usual“ wird deutlich, dass die insgesamt in Betrieb befindliche Kollektorfläche bei knapp 5 Mio. m² Kollektorfläche stagnieren wird. Die jährlich installierte Kollektorfläche entwickelt sich rückläufig (auf rund 122.000 m² Kollektorfläche im Jahr 2025) und auch der erzielte Umsatz durch Solarwärmeanlagen reduziert sich erheblich.

Gelingt es, eine Marktentwicklung in Anlehnung an das Szenario „Forcierte Aktivitäten“ zu erreichen, beträgt die im Jahr 2025 installierte Kollektorfläche rund 441.000 m² Kollektorfläche, was im Vergleich zum Jahr 2012 mehr als eine Verdopplung bedeutet. Die insgesamt in Betrieb befindliche Kollektorfläche macht rund 6,6 Mio. m² Kollektorfläche aus. Der erzielte Umsatz steigt von rund 345 Mio. Euro in 2012 auf rund 600 Mio. Euro in 2025 bei gleichzeitigem Anstieg der geschaffenen Vollzeitarbeitsplätze von 3.400 auf rund 6.100.

Kann eine Marktentwicklung in Anlehnung an das Szenario „Ambitionierte Aktivitäten“ erreicht werden, beträgt die im Jahr 2025 installierte Kollektorfläche rund 822.000 m² Kollektorfläche, was im Vergleich zum Jahr 2012 rund eine Vervierfachung bedeutet. Die insgesamt in Betrieb befindliche Kollektorfläche macht in diesem Szenario in 2025 etwa rund 8,2 Mio. m² Kollektorfläche aus. Der erzielte Umsatz steigt von rund 345 Mio Euro im Jahr 2012 auf rund 990 Mio. Euro im Jahr 2025 bei gleichzeitigem Anstieg der geschaffenen Vollzeitarbeitsplätze von 3.400 auf rund 10.200.

Wird die Wirkung der drei definierten Szenarien bis zum Jahr 2050 weitergeführt, ergeben sich in Abhängigkeit der zugrunde liegenden Entwicklung des österreichischen Nieder­temperaturwärmebedarfs (zwei mögliche Entwicklungen wurden behandelt) unterschiedliche solare Deckungsgrade. Konkret bedeutet das aufgrund der erstellten Prognosen und Abschätzungen für das Jahr 2050 in Verbindung mit der hier dargestellten Entwicklung des Niedertemperaturwärmebedarfs solare Deckungsgrade von 1,5% bis 2% im Szenario „Business as Usual“, 9,1% bis 12,1% im Szenario „Forcierte Aktivitäten“ und 14,4% bis 20,3% im Szenario „Ambitionierte Aktivitäten“.

Die Ergebnisse dieser gegenständlichen Roadmap „Solarwärme 2025“ zeigen deutlich, dass neue Wege und Ansätze in Verbindung mit einem ambitionierten Schulterschluss zwischen Solarwärmebranche, öffentlicher Hand, Forschung & Entwicklung sowie anderen Stake­holdern nicht nur eine Trendwende bei der jährlich installierten Kollektorfläche möglich machen, sondern Solarwärme auch eine wichtige Rolle in einer zukünftigen „Low-Carbon Economy“ mit hoher regionaler Wertschöpfung zukommt.

Downloadmöglichkeit der Roadmap „Solarwärme 2025“ unter: http://www.nachhaltigwirtschaften.at/iea_pdf/1442_roadmap_
solarwaerme_2025.pdf

Die Finanzierung der Roadmap-Erstellung erfolgte durch das Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, das Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt- und Wasserwirtschaft, das Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft sowie dem Verband Austria Solar.

Literatur:

  1. Statistik Austria, 2013
    Nutzenergieanalyse (NEA) für Österreich 1993 – 2011, Stand 28.05.2013, Wien, Österreich, 2013
  2. Mauthner et al, 2014
    Franz Mauthner, Werner Weiß: Solar heat worldwide: Markets and Contribution to the Energy supply 2012, Edition 2014, IEA Solar Heating & Cooling Programme, AEE INTEC, Gleisdorf, Österreich, 2014
  3. Biermayer et al., 2014
    Peter Biermayr, Manuela Eberl, Monika Enigl, Hubert Fechner, Christa Kristöfel, Kurt Leonhartsberger, Florian Mahringer, Stefan Moidl, Christoph Strasser, Werner Weiß, Manfred Wörgetter: Innovative Energietechnologien in Österreich – Marktentwicklung 2013, Berichte aus Energie und Umweltforschung, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Wien, Mai 2014.
  4. Biermayer et al., 2013
    Peter Biermayr, Manuela Eberl, Rita Ehrig, Hubert Fechner, Christa Kristöfel, Kurt Leonhartsberger, Stefania Martelli, Christoph Strasser, Werner Weiß, Manfred Wörgetter: Innovative Energietechnologien in Österreich – Marktentwicklung 2013, Berichte aus Energie und Umweltforschung, Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Wien, Mai 2013.

Autorenbeschreibung

Prok. Ing.Christian Fink ist Leiter des Bereichs Solarthermische Komponenten und Systeme von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!).

DI Dieter Preiss ist Mitarbeiter des Bereichs Solarthermische Komponenten und Systeme von AEE INTEC.

 

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