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

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Überblick

Ziele und Ergebnisse des Projektes

Vorgehensweise bei der Einbindung von Solarthermie

Fallstudien

Ergebnisse und erkennbare Tendenzen aus den Fallstudien

Solar Brew

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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 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

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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

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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

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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

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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

herm

isch

er E

nerg

ieve

rbra

uch

bzw

. Sol

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