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Leoben 18.06.2013
Jürgen Fluch AEE – Institut für Nachhaltige Technologien A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19 AUSTRIA
CO2-neutrale Energiebereitstellung in der Lebensmittelindustrie der Gegenwart
Nationale und internationale Fallstudien
Leoben 18.06.2013
Überblick
Ziele und Ergebnisse des Projektes
Vorgehensweise bei der Einbindung von Solarthermie
Fallstudien
Ergebnisse und erkennbare Tendenzen aus den Fallstudien
Solar Brew
Leoben 18.06.2013
Schwerpunkte im Projekt
Erhebung des Status Quo des Energie und Ressourcenbedarfes in der österreichischen Lebensmittelindustrie basierned auf Firmendaten
Entwicklung eines Bilanzierungstools
Abbildung der Rahmenbedingungen der Subbranchen
Integration von solarer Prozesswärme basierend auf den Fallstudien und Entwicklung von Implementierungskonzepten für die evaluierten Firmen
Entwicklung einer solaren Roadmap 2020/2030
Entwicklung des Branchenkonzeptes
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Optimierung und Einbindung Erneuerbarer
Leoben 18.06.2013
Solarfoods Projektergebnisse
www.solarfoods.at/dokuwiki
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Betrachtung der Betriebe
Analyse des Energie- und Ressourceneinsatzes von 10 ausgewählten Betrieben der Lebensmittelindustrie und Darstellung des Status Quo Fleischverarbeitende Industrie (2)
Schlächtereien (1)
Früchte- und Gemüseverarbeitende Industrie (4)
Hersteller von Back- und Dauerbackwaren (1)
Milchverarbeitende Industrie (2)
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Energieeffizienz und RES
Leoben 18.06.2013
Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie
Status Quo Erfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen- und
Energiebilanz, Visualisierung der Produktionsprozesse mittels Flowsheet und Sankey Diagramm
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Datenerfassung
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Flow sheet und Sankey Diagramm
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Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie
Technologische Optimierung Verwendung der Energie effizientesten Prozesstechnologie, Optimierter Massen und Wärmetransport, Verminderung der Versorgungstemperatur
Status Quo Erfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen und
Energiebilanz, Visualisierung der Produktionsprozesse mittels Flowsheet und Sankey Diagramm
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Beispiele zur technologischen Optimierung
www.amtechuk.com
Leoben 18.06.2013
Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie
Systemoptimierung Wärmeintegration, Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse,
Speichermanagement
Status Quo Erfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen und
Energiebilanz, Visualisierung der Produktionsprozesse mittels Flowsheet und Sankey Diagramm
Technologische Optimierung Verwendung der Energie effizientesten Prozesstechnologie, Optimierter Massen und Wärmetransport, Verminderung der Versorgungstemperatur
Leoben 18.06.2013
Wärmetauschernetzwerk und Speichermanagement
Minimaler Wärme- und Kältebedarf Wärmetauschernetzwerk Design von Wärmespeicher Optimierter Integrationspunkt für RES
Brew water tank 1
93-94°C
Brew water from wort cooler94°C
Wort preheating
94°C
85°C
District HeatEnergy Storage
Brew waterTank 2
85°C
95°C
District Heat86°C
District Heat
93°C
District Heat
Process water tank70-75°C
Liquor for lauter tun
Liquor for mash tun
Packaging WWtank80-
85°C
Heat recovery cooling installtions
65°C
Vapour condensate recovery
Service water
HR Cooling Compressors
Liquor for mash tun
Liquor for mash tun
Waste water CIP brewhouse
Packaging
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Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie
Einbindung erneuerbarer Energie exergetische Gesichtspunkte, waste to energy, Biogas,
Solarthermie, Biomasse
Status Quo Erfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen und
Energiebilanz, Visualisierung der Produktionsprozesse mittels Flowsheet und Sankey Diagramm
Technologische Optimierung Verwendung der Energie effizientesten Prozesstechnologie, Optimierter Massen und Wärmetransport, Verminderung der Versorgungstemperatur
Systemoptimierung Wärmeintegration, Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse,
Speichermanagement
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Grundsätzliche Integrationmöglichkeiten
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Integration auf der Versorgungsebene
Höhere Temperaturen
Einfachere Einbindungsschemata
Geringere Anzahl von Layouts
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Integration auf Prozessebene
Verschiedene System-Layouts möglich
Meistens komplexere Einbindungsvarianten
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Prozesswärmekollektoren
Source: Schüco International KG
Source: Wagner & Co Solartechnik
Source: Solera GmbH Source: Industrial Solar Source: Isomorph
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Kollektorwirkungsgradkennlinie
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Ergebnisse Solarsimulation
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Solarintegration - Beispiele
Fleischverarbeitende Industrie und Schlächtereien Nacherwärmung des Reinigungswassers in der Produktion
Früchte- und gemüseverarbeitende Industrie Versorgung des Pasteurs
Vorwärmung des Frischwassers
Nacherwärmung des Reinigungswassers in der Produktion und Vorwärmung der Container CIP
Hersteller von Back- und Dauerbackwaren Nacherwärmung des Reinigungswassers in der Produktion
Milchverarbeitende Industrie Entfettung der Molke
Vorwärmung des Frischwassers
Nacherwärmung des Reinigungswassers in der Produktion
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Einsparpotentiale in Subbranchen der LMI
identifizierter Einsparungsbereich
Leoben 18.06.2013
Vergleich Energiepreise und Zusammenhang Kollektorfläche
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Schlächterei Fleischverarbeitung H.v. Backwaren &Dauerbackwaren
Früchte- undGemüseverarbeitung
Früchte- undGemüseverarbeitung
Früchte- undGemüseverarbeitung
Ant
eil t
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bzw
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arer
Ant
eil Anteil Solarenergie am betrachteten Prozess
Energieverbrauch Prozess [%]
Energieanteil Solar [%]
05
101520253035404550
0 200 400 600 800 1000
Wär
mep
reis
sola
r [€/
MW
h]
installierte Fläche [m²]
Wärmepreis Solar [€/MWh] - auf 20 Jahre, inkl. 40-50% Förderung
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Realisierte Anlagen (Stand 2010)
200 realisierte Anlagen für Prozesswärme
Mit einer gesamten Leistung von
42 MWth (60,000 m²)
Lebensmittelindustrie: Brauereien, Molkereien, Gewürzherstellung, Softdrinks
Source: IEA SHC Task 33 and investigations AEE INTEC 2010
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Projektabriss SolarBrew
Projektkonsortium - AEE INTEC (Koordination)
- HEINEKEN Supply Chain B.V.
- GEA Brewery Systems GmbH - Partner Anlagenbau
- Sunmark A/S - Partner Solarthermie
Solar Brew: Solar Brewing the Future
EU FP7 (2012 – 2015) Projekt Nr. 295660
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Brauerei Göss - Österreich
Eckdaten - 1.500m² Flachkollektoren (Boden)
- 200m³ Energiespeicher
Solare Wärmeintegration - 1) Maischen von geschrotetem Malz
- Prozesstemperatur: 50 – 75°C (Aufheizvorgang)
- Versorgungstemperatur: 81 – 93°C
- Lastprofil: Mo – Mi (Do) durchgehend; Maischepfanne 1 + 2 alternierend
- 2) Erhitzen von Frischwasser von 15 auf 85°C - Lastprofil: Fr – So tagsüber in Speicher; bei Bedarf im Durchlaufprinzip
Highlights - Umstellung der Energieversorgung von Dampf auf Heißwasser
- Nutzung von Abwärme aus einem Biomasse-ORC Prozess und daher nahezu vollständig CO2-neutrale Energieversorgung
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Brauerei Göss - Österreich
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18%
7%
13%
9%3%
39%
11%
spezifische Kosten GESAMT Brauerei Goess
Flachkollektoren (100 Stk.)
Aufständerung + Fundamente +KollektorfeldverrohrungEquipment Solarkreis (primär + sekundär)
Solarspeicher + Fundament
Diverses (MSRT, IBS, Planung)
Prozessintegration "Maischen"
Prozessintegration "Vorwärmen"
Brauerei Göss - Österreich
Kostenanalyse (preliminary)
50% Prozessintegration
50% Solarintegration
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Göss – Aufbau
Source of pictures: AEE INTEC
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Brauerei Valencia - Spanien
Pasteur 1 Dose
Pasteur 2 Flasche
Dampf-WT Bestand
Besprühen der Flaschen
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Brauerei Valencia - Spanien
Solare Wärmeintegration (Tunnelpasteur 1: Dose) - Nachrüstung eines Solar Wasser/Wasser Wärmetauschers und bestehender
Dampf-WT bleibt erhalten
Eckdaten - 2.835m² Flachkollektoren (Bruttofläche)
- 350m³ Energiespeicher
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29%
12%
7%13%
5%
34%
spezifische Kosten GESAMT Brauerei Valencia
Flachkollektoren (189 Stk.)
Aufständerung + Fundamente +KollektorfeldverrohrungEquipment Solarkreis (primär + sekundär)
Solarspeicher + Fundament
Diverses (MSRT, IBS, Planung)
Prozessintegration "PASTEUR"
Kostenanalyse (preliminary)
1/3 Prozessintegration
2/3 Solarintegration
Brauerei Valencia - Spanien
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Eckdaten - 3.510m² Flachkollektoren
(Aufdach / Flachdach)
- 300m³ Energiespeicher
Solare Wärmeintegration - Trocknung von Grünmalz
- Prozesstemperatur: 35 - 60°C (Stufe 1 - Schwelken)
- Versorgungstemperatur: 75°C
- Lastprofil: Mo – So durchgehend, allerdings 18 Stunden Batch-Prozess auf unterschiedlichen Temperaturniveaus
400.
000
m³/
h
Mälzerei Vialonga - Portugal
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Wärmetauscher KWK
Wär
met
ausc
her
Dam
pf
Stu
fe I
Stufe IV
Stu
fe I
I
Stufe III Stufe II
Solare Wärmeintegration
400.000 m³/h
Mälzerei Vialonga - Portugal
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Zusammenfassung
Brauerei bzw. Mälzerei Land
Kollektor-fläche1
Spitzen-leistung Prozess erwarteter
Solarertrag2 solare
Deckung2 solare Einstrahlung
horizontal
[m²] [MWp,th] Prozesstemperatur
[°C] [kWh/(m²·a)] [%] [kWh/(m²·a)]
Brauerei Goess AT 1.375 1,0
Maischen + FW-Erwärmung 350 ± 25 etwa 25% 1.070
55-75°C
Brauerei Valencia SP 2.585 1,8
Pasteurisieren von Bier 625 ± 25 etwa 25% 1.610 65°C
Mälzerei Vialonga PT 3.220 2,3
Trocknen von Grünmalz 850 ± 50 etwa 20% 1.690 35-60°C
Total 7.180 5,1
1 Bezug: Aperturfläche
2 Simulationsergebnisse basierend auf gemessenen Lastprofilen
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Conclusio
Vorteile FÜR Solarintegration Prozesstemperaturen <100°C
Gleichmäßiges Lastprofil
Bedarf am Tag, nicht in der Nacht
Bedarf auch am Wochenende
Nachteile gegen Solarintegration Mittel- und Hochtemperaturprozesse (>150°C)
Starke Bedarfsschwankungen
Bedarf in der Nacht
Alte gewachsene Strukturen
Schlechte Statik der Gebäude/ kein Platz am Boden
Große Menge vorhandener Abwärme aus Kühlanlagen
Wärmeversorgung = Dampf => konzentrierende Solartechnologie
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Projektpartner
Das Projekt ist co-finanziert durch den „Klima- und Energiefonds“ im Rahmen des Programmes „NEUE ENERGIEN 2020“
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Jürgen Fluch AEE – Institut für Nachhaltige Technologien A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19 AUSTRIA
CO2-neutrale Energiebereitstellung in der Lebensmittelindustrie der Gegenwart
Nationale und internationale Fallstudien