4,6 Mio. KrügerlnBier mit der Kraft der Sonne · AEE –Institute for Sustainable Technologies...

Nachhaltigkeitsworkshop Getränkeindustrie, Wien November 2013

Christoph Brunner

AEE – Institute for Sustainable Technologies (AEE INTEC)A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19AUSTRIA

4,6 Mio. Krügerln Bier mit der Kraft der Sonne

Inhalte

• Grüner Brauerei Modell –Energieeffizienz und erneuerbare Energie

• Überblick über solare Prozessanlagen

• Solarbrew- Schwerpunkt: Brauerei Goess, AT

- Brauerei Valencia, Spanien

- Mälzerei Vialonga, Portugal

• Zusammenfassung und Ausblick

Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie

Status QuoErfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen- und

Energiebilanz, Visualisierung der Produktionsprozesse mittels Flowsheet und Sankey Diagramm

Datenerfassung

Flow sheet und Sankey Diagramm

Technologische Optimierung Verwendung der Energie effizientesten Prozesstechnologie, Optimierter Massen und Wärmetransport, Verminderung der Versorgungstemperatur

Status QuoErfassung und Messen der energierelevanten Daten, Massen und

Beispiele zur technologischenOptimierung

www.amtechuk.com

Systemoptimierung Wärmeintegration, Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse,

Speichermanagement

Wärmetauschernetzwerk und Speichermanagement

� Minimaler Wärme- und Kältebedarf� Wärmetauschernetzwerk� Design von Wärmespeicher� Optimierter Integrationspunkt für RES

Brauprozess

Sudhaus - Detailberechnung

Beispiel Maischprozess

Berechnungen im Hintergrund

Kinetische und thermische Modelle z.B. für den Maischprozess:Input:

Definition der ursprüngliche Malz Zusammensetzung und das notwendige Temperaturprofil; bestehende Wärmetransfer Parameter und Zeitprofile

Output:Gesamtextrakt und Zucker Zusammensetzung in der Maische; Erzieltes Temperaturprofil und notwendiges Energieleistungsprofil

Analyse der Veränderung der Energieströme und deren Einfluss auf die Qualität

Einbindung erneuerbarer Energie exergetische Gesichtspunkte, waste to energy, Biogas,

Solarthermie, Biomasse

Systemoptimierung Wärmeintegration, Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse,

Speichermanagement

GrundsätzlicheIntegrationmöglichkeiten

Integration auf der Versorgungsebene

Höhere Temperaturen

Einfachere Einbindungsschemata

Geringere Anzahl von Layouts

Integration auf Prozessebene

Verschiedene System-Layouts möglich

Meistens komplexere Einbindungsvarianten

Prozesswärmekollektoren

Source: Schüco International KG

Source: Wagner & Co Solartechnik

Source: Solera GmbHSource: Industrial SolarSource: Isomorph

Kollektorwirkungsgradkennlinie

Ergebnisse Solarsimulation

Erste Resultate der Umfrage

122 Anlagen, 125.600 m² , 87,8 MW

Flächen Kategorie total area for each category number of plants

52 Anlagen mit insg.2.250 m²

17 Anlagen mit insg. 98.700 m²

Europe AsiaUSA AfricaSouth America k.A.

Erste Resultate - Länder

Country quantity

Austria 20

Germany 13

Greece 13

Spain 12

Portugal 4

Switzerland 4

France 2

Romania 2

Cyprus 1

Czech Republic 1

Sweden 1

Turkey 1

India 8

China 5

Thailand 3

Vietnam 3

Indonesia 1

Saudi Arabia 1

Jordan 4

Tunisia 1

Egypt 2

Kenya 1

Panama 1

Argentinia 1

Chile 1

Costa Rica 1

k.A. 7

Europa

Afrika

Erste Resultate - Industriesektoren

- 10.000 20.000 30.000 40.000

Weitere

Tabakindustrie

Dienstleistungen

Landwirtschaft

Metallindustrie

Chemieindustrie

Getränkeindustrie

Textilindustrie (inkl Leder)

Lebensmittelindustrie

Bergbau

Fläche

gemeinsamca. 37.000 m²

Erste Resultate - Prozess

Reinigung

Trocknung

General process heating

KesselspeisewasservorwärmungGerbung

Oberflächenbehandlung

Bleichen

Extraktion

Kühlprozesse

Färben

Pasteurisation

Erste Resultate - Kollektortyp

Flachkollektoren

Vakuumröhrenkollkektoren

Luftkollektoren

Parabolrinnenkollektoren

Weitere

Fresnelkollektoren

Systemkosten

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

air collector

flat plate collector

evacuated tube collector

parabolic through collector

€/m²

Systemkosten für Solaranwendung [€/m²]

highest price

lowest price

€600.-

Systempreis verglichen mit Systemgröße

lowest price

highest price

€300

Datenbank von Anwendungen Solarer Prozesswärme

PSE AG

SolarBrew

PROJEKTZIELE

- Demonstration der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit von drei solarthermischen Großanlagen im Leistungsbereich ≥1MWth in der Brauindustrie.

� Entwicklung von Konzepten zur Integration von thermischer Solarenergie auf Prozessebene bei Prozesstemperaturen ≤ 80°C

� Planung, Errichtung, Inbetriebsetzung und Monitoring von drei Demonstrationsanlagen; Summenleistung: 5MWp,th

� Entwicklung eines ganzheitlichen Analyse- und Optimierungstools für Brauereien („Green Brewery Sector Concept“)

PROJEKTKONSORTIUM

- AEE INTEC (Leitung)

- 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

Kurzvorstellung SolarBrew

10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C 80°C 90°C 100°C

Trocknen von Grünmalz (Stufe 1 "Schwelken")

(Trocknungslufttemperatur)

Trocknen von Grünmalz (Stufe 2

"Darren/Abdarren") (Trocknungslufttemperatur)

Reinigung von Flaschen und Behältern

Reinigung von Produktionsanlagen (CIP-

Reinigung)

Brauwasserbereitung

Pasteurization (Kurzzeiterhitzung oder

Tunnelpasteur)

Maischen von geschrotetem Malz

Würzeerhitzung

Würzekochen

10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C 80°C 90°C 100°C

MOTIVATION

- Alle thermisch versorgten Prozess in Brauereien und Mälzereien benötigen Wärme auf einem Temperaturniveau <110°C

Kurzvorstellung SolarBrew

Projektstatus GOESS

Eckdaten Demoanlage GOESS

- Solargestütztes Maischen von geschrotetem Malz

- 1.500m² (brutto) Flachkollektorfeld, bodenmontiert

- 200m³ druckbehafteter Energiespeicher

- Inbetriebnahme: Juni 2013

4,6 Millionen Krügerl Bier jährlich gebraut mit Energie aus der Sonne*

* assuming 60 MJ thermal energy consumption per hl of beer in the brewery Goess

Hydraulikschema SOLAR Primär- und Sekundärkreis

Projektstatus GOESS

Dokumentation: Errichtung 200m³ Energiespeicher

Projektstatus GOESS

Dokumentation: Errichtung 1.500m² Kollektorfeld

Projektstatus GOESS

Dokumentation: Errichtung 1.500m² Kollektorfeld

Prozessintegration SOLAR

- Einbindung in umgebaute Maischebottiche

- Umstellung der Energieversorgung von Dampf auf Heißwasser (Abwärme + Solar)

Projektstatus GOESS

Dokumentation: Umbau der Maischebottiche

Eckdaten Demoanlage VALENCIA

- Solargestütztes Pasteurisieren von Bier

- 350m³ druckloser (atmosphärischer) Energiespeicher

- geplante Inbetriebsetzung: Frühling 2014

9,6 Millionen Krügerl Bier jährlich gebraut mit Energie aus der Sonne*

* assuming 70 MJ thermal energy consumption per hl of beer in the brewery Valencia

Projektstatus VALENCIA

- Einbindung in dampfbeheizten Tunnelpasteur

Tunnelpasteur (Dosen)

Dampf – Rohrbündel-WÜT

- Nachrüsten eines Wasser/Wasser WÜT zur Erwärmung eines Teilmassenstromes im Sprühkreis

Eckdaten Demoanlage VIALONGA

- Solargestütztes Trocknen von Grünmalz

- 400m³ druckloser (atmosphärischer) Energiespeicher

- geplante Inbetriebsetzung: Frühling 2014

3,6 Millionen Tonnen Malz jährlich getrocknet mit Energie aus der Sonne*

* assuming 3.1 MJ thermal energy consumption per ton of malt in Vialonga (about 18 kg of malt are needed for 1 hl of beer)

Projektstatus VIALONGA

- Einbindung in eine Darre zur Trocknungsluftvorwärmung

- Nachrüsten einer solaren Vorwärmstufe (Wasser / Luft –WÜT)

- Erweiterung der kaskadischen Energieversorgung

KWK-WÜT

Stufe IV

Stufe III Stufe II

400.000 m³/h

(GEA Brewery Systems)

Zusammenfassung

Eckdaten zu den drei Demonstrationsanlagen

Standort(Land)

KollektorflächeBrutto / Apertur

Spitzen-leistung

[MWp,th]

Speicher

solare Prozess-

integration

(Prozess-temperatur)

erwarteter Solarertrag1

[kWh/(m²·a)]

solare Deckung2

solare Einstrahlung

horizontal

[kWh/(m²·a)]

Brauerei Goess(AT)

1.500 1.375

1,0 200Maischen

280 (350)3etwa 30%

1.070(58-78°C)

Brauerei Valencia

1.6201.485

1,0 350

Pasteurisieren von Bier 630

etwa 45%

(65°C)

Mälzerei Vialonga

4.7254.331

3,0 400

Trocknen von

Grünmalz 720etwa 20%

(35-55°C)

Total7.8457.191

1 Simulationsergebnisse basierend auf gemessenen Lastprofielen2 solare Deckungsanteile bezogen auf den jeweils betrachteten Prozess3 höherer Solarertrag in der Brauerei Goess vorbehaltlich der hydraulischen Integration einer weiteren Wärmesenke am Wochenende

Zukünftige Herausforderungen und Forschungsfragen

• Verfügbarkeit der Fläche, Statik der Dächer

• Innovative Hydraulik- und Kontroll-Konzepte

• Kollektorentwicklung (Verlustverringerung, Temperaturunabhängigkeit, Kostenreduktion)

• Intelligentes Speicherdesign und –management(Lastkurve Produktion, Lastkurve Solar)

• Integration Schemen für verschiedene Subsektoren

• Software für Integration und Simulation großer Anlagen

• Neue Prozesstechnologien um Solarthermie-Potential zu erhöhen

Christoph BrunnerAEE – Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC)A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19f.mauthner@aee.atAUSTRIA

Vielen Dank

GEA brewery systems GEA brewery systems

Sunmark A/S

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