Christoph Brunner 13-03-19...AEE – Institut für ... Brew water tank 1 93-94°C Brew water from...

Wien 19.03.2013

Christoph Brunner

AEE – Institut für Nachhaltige Technologien

A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 19

AUSTRIA

CO2-neutrale Energiebereitstellung in der Lebensmittelindustrie der Gegenwart

Nationale und internationale Fallstudien

Wien 19.03.2013

Überblick

Ziele und Ergebnisse des Projektes

Vorgehensweise bei der Einbindung von

Solarthermie

Fallstudien

Ergebnisse und erkennbare Tendenzen aus den

Fallstudien

Solar Brew

PROCESS

OPTIMIZATION INTEGRATION

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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

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Solarfoods Tool

www.solarfoods.at/dokuwiki

http://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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Schritte zur Energieeffizienz und zum Einsatz von erneuerbarer Energie

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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Technologische Optimierung – Verwendung der Energie

effizientesten Prozesstechnologie, Optimierter Massen und

Wärmetransport, Verminderung der Versorgungstemperatur




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Beispiele zur technologischen Optimierung

Maischbottichpfanne

WW Speicher

Malz

13t/Sud

18°C

T [°C]

t [min]

405 hl

58°C

55

75

Max. 3.500 kW

Max. 2.200 kW

Max. 2.200 kW

95°C

70°C

Nachheizung4,384 m

3,5m

3,0 m

0,9

m

420 hl

0,5

m

0,3m

496 hl

0,4

m

2,6m

www.amtechuk.com

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Systemoptimierung Wärmeintegration;

Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse, Speichermanagement




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Wärmetauschernetzwerk und Speichermanagement

Minimaler Wärme- und Kältebedarf

Wärmetauschernetzwerk

Design von Wärmespeicher

Optimierter Integrationspunkt für RES

Konzeptrealisierung V1

Brew water

tank 1

93-94°C

Brew water from wort cooler

94°C

Wort preheating

94°C

85°C

District Heat

Energy StorageBrew water

Tank 2

85°C

95°C

District Heat

86°C

District Heat

93°C

District Heat

Process water tank

70-75°C

Liquor for lauter tun

Liquor for mash tun

Packaging

WW

tank

80-

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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perature Systemoptimierung Wärmeintegration;

Wärmerückgewinnung, Pinch Analyse, Speichermanagement

Einbindung von erneuerbarer Energie unter exergetischen Gesichtspunkten; waste to energy, Biogas, Solarthermie,

Biomasse




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Grundsätzliche Integrationmöglichkeiten

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Integration auf der Versorgungsebene

Höhere Temperaturen

Einfachere Eibindungsschemata

Geringere Anzahl von Layouts

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Integration auf Prozessebene

Verschiedene System Layout 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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Arten von Kollektoren

Schwimmbadabsorber

Flachkollektoren

Vakuum-Röhrenkollektoren

Konzentrierende Kollektoren

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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


Milchverarbeitende Industrie

Entfettung der Molke

Vorwärmung des Frischwassers


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Einsparpotentiale in Subbranchen der LMI

identifizierter Einsparungsbereich

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Vergleich Energiepreise und Zusammenhang Kollektorfläche

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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

Wien 19.03.2013


Wien 19.03.2013

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"


Kostenanalyse (preliminary)

50% Prozessintegration

50% Solarintegration

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Brauerei Valencia - Spanien

Pasteur 1 Dose

Pasteur 2 Flasche

Dampf-WT Bestand

Besprühen der Flaschen

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Solare Wärmeintegration (Tunnelpasteur 1: Dose)

- Nachrüstung eines Solar Wasser/Wasser Wärmetauschers und bestehender Dampf-WT bleibt erhalten oder

Eckdaten

- 2.835m² Flachkollektoren (Bruttofläche)


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29%

12%

7%13%

5%

34%

spezifische Kosten GESAMT Brauerei Valencia

Flachkollektoren (189 Stk.)

Aufständerung + Fundamente +Kollektorfeldverrohrung

Equipment Solarkreis (primär + sekundär)

Solarspeicher + Fundament

Diverses (MSRT, IBS, Planung)

Prozessintegration "PASTEUR"

Kostenanalyse (preliminary)

1/3 Prozessintegration

2/3 Solarintegration


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Eckdaten

- 3.510m² Flachkollektoren (Aufdach / Flachdach)



- 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

400.0

00 m

³/h

Mälzerei Vialonga - Portugal

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Wärmetauscher KWK

Wärm

eta

uscher

Dam

pf

Stu

fe I

Stufe IV

Stu

fe I

I

Stufe III Stufe II


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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CO2-neutrale Energiebereitstellung in der Lebensmittelindustrie der Gegenwart

Nationale und internationale Fallstudien

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