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Schlussbericht, 10.Juli 2019

Schlussbericht Sol-Ind Swiss

Solare Prozesswärme in der Schweiz

Mit Unterstützung von

- Energieagentur Kanton St. Gallen

- CRDE

- Canton de Vaud

- Energiefachstelle Kanton Solothurn

- Schweizer AG

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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz

Autoren

Marco Caflisch, SPF

Martin Guillaume, LESBAT

José Martin, Swissolar

Mercedes Rittmann-Frank, SPF

Nathalie Spiller, Swissolar

Guy Wagner, LESBAT

Diese Studie wurde mit Unterstützung von EnergieSchweiz erstellt.

Für den Inhalt sind alleine die Autoren verantwortlich.

Adresse

EnergieSchweiz, Bundesamt für Energie BFE

Mühlestrasse 4, CH-3063 Ittigen. Postadresse: CH-3003 Bern

Infoline 0848 444 444, www.infoline.energieschweiz.ch

[email protected], www.energieschweiz.ch, twitter.com/energieschweiz

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Inhalt

Zusammenfassung .............................................................................................................................. 4

Résumé ................................................................................................................................................ 6

1 Hintergrund Sol-Ind Swiss Projekt ...................................................................................... 8

2 Potenzialanalyse Prozesswärme in der Schweiz ............................................................... 9

2.1 Thermischer Energieverbrauch Industrie ................................................................................. 9

2.2 Prozesswärmeverbrauch Industrie ........................................................................................11

3 Industrie Umfrage ............................................................................................................... 15

3.1 Auswertung Industrie Fragebogen .........................................................................................16

4 Fallstudien ........................................................................................................................... 20

4.1 Textilunternehmen in Montlingen ...........................................................................................20

4.2 Pharmaunternehmen in Saint-Prex ........................................................................................28

4.3 Pharmaunternehmen in Bulle ................................................................................................32

5 SOLIND Tool ........................................................................................................................ 36

6 Veröffentlichungen ............................................................................................................. 38

7 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 39

7.1 Abbildungen ...........................................................................................................................39

7.2 Tabellen .................................................................................................................................40

7.3 Literatur ..................................................................................................................................41

Anhang .............................................................................................................................................. 42

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Zusammenfassung

Ziel der Studie Sol-Ind Swiss ist es das Potential für solare Prozesswärme in der Schweiz zu

eruieren. Als erstes wurde eine Marktanalyse durchgeführt (siehe „Sol-Ind Swiss Project, Phase

1a: Market Analysis“). Dazu wurden zunächst Branchen identifiziert, die für die Anwendung von

konventionellen solarthermischen Systemen für Prozesswärme in Frage kommen (Temperaturen

unter 100°C):

- Lebensmittel

- Textil/ Bekleidung

- Papier

- Chemie/Pharmaindustrie

Als nächstes wurde eine Industrieumfrage in diesen Branchen durchgeführt. Aufgrund der

benötigten Temperaturniveaus scheint sich die Einbindung von Solarwärme vor allem bei den

Umfrageteilnehmern aus den Sektoren Lebensmittel, Textil und Chemie/Pharmaindustrie zu

lohnen (Die Umfrageteilnehmer aus der Papierindustrie benötigen hohe Temperaturen nahe an

100°C, was die Integration konventioneller Solarthermie-Systeme erschwert). Die Mehrheit der

Unternehmen, sprich 38 %, forderte bei erneuerbaren Wärmeerzeugern eine Amortisationszeit

von weniger als fünf Jahren. Gemäss Umfrage gaben 37 % der Teilnehmer an den Einsatz von

Solarthermie geprüft, aber nicht umgesetzt zu haben.

Aus den teilnehmenden Unternehmen wurden drei ausgewählt für die jeweils eine technische-

wirtschaftliche Fallstudie gemacht wurde:

- Ein Textilunternehmen im Kanton St. Gallen könnte sehr von einer solarthermischen Anlage

profitieren, da ein hoher Wärmeverbrauch in Form von Warmwasser benötigt wird. Leider

verfügt die Firma über zu wenig geeigneter Dachfläche. Die Fallstudie kommt daher auf einen

jährlichen Solardeckungsgrad von max. 4% und Wärmegestehungskosten zwischen 0.10

CHF/ kWh (50°C) und 0.20 CHF/kWh (90°C) bei einer Laufzeit von 25 Jahren.

- Ein Pharmaunternehmen im Kanton Waadt könnte Solarthermie zur Wärmebereitstellung für

einen mehrstufigen Wirbelschichttrocknungsprozess verwenden. Das Unternehmen verfügt

über eine geeignete Dachfläche direkt auf dem Gebäude des betrachteten Prozesses. In der

Fallstudie wurde die Solarthermie zur Luftvorwärmung in den Trocknungsprozess

eingebunden. Es konnten Wärmegestehungskosten zwischen 0.09 CHF/kWh und 0.10 CHF/

kWh (25 Jahre Laufzeit) ermittelt werden bei einer Einsparung von 119 bis 155 t CO2

Emissionen.

- Bei einem Pharmaunternehmen im Kanton Freiburg wurde untersucht wie Solarthermie zur

Vorwärmung in einem Chemischen Prozess eingebunden werden könnte. Auf den

Gebäudedächern fand sich keine geeignete Fläche für die Installation von Kollektoren, jedoch

konnte die Anlage auf einer zum Areal gehörenden Freifläche geplant werden. Der Preis pro

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kWh variiert bei einer Laufzeit von 25 Jahren ohne Subvention zwischen 0.08 und 0.13

CHF/kWh.

Schliesslich wurde im Rahmen der Studie ein einfaches Excel-tool entwickelt, mit dessen Hilfe

Industrieunternehmen schnell und einfach ermitteln können, ob sich für sie der Einsatz von

Solarthermie für ihre Wärmebedürfnisse lohnt. Das Tool kann auf den Webseiten von Swissolar,

Lesbat und SPF auf Deutsch, Französisch und Englisch heruntergeladen werden.

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Résumé

Le projet Sol-Ind Suisse a pour but de déterminer le potentiel de la chaleur solaire pour subvenir

aux besoins des procédés de production dans l’industrie en Suisse. Comme première étape, une

analyse de marché (voir „Sol-Ind Swiss Project, Phase 1a: Market Analysis“) a permis d’identifier

un potentiel de 12.1 PJ, correspondant à 8% de la consommation d’énergie finale de l’industrie

Suisse. Ce potentiel théorique correspond à la demande de chaleur à basse température

(<100°C) pouvant être couverte par les systèmes solaire thermiques conventionnels. Les secteurs

industriels les plus prometteurs pour l’intégration de ces systèmes solaires ont également été

identifiés:

- Alimentation

- Textile

- Papier

- Chimie/Pharmacie

Ensuite, un sondage a été réalisé auprès de ces 4 secteurs de l'industrie. En raison des niveaux

de température requis, l'intégration de la chaleur solaire semble particulièrement intéressante pour

les participants de l'enquête provenant des secteurs alimentaire, textile et

chimique/pharmaceutique (l’industrie papetière nécessite apparemment des niveaux de

température plus élevé rendant difficile l’intégration des systèmes solaires thermiques

conventionnels). La plupart des entreprises, soit 38 %, exigeaient une période de remboursement

de moins de cinq ans pour les installations de production de chaleur renouvelable. Plusieurs

entreprises (37%) avaient déjà examiné l'utilisation de l'énergie solaire thermique, mais ne

l'avaient pas mise en œuvre.

Trois des entreprises participantes ont été sélectionnées pour une étude de faisabilité technico-

économique :

- Une entreprise textile du canton de Saint-Gall pourrait tirer un grand profit d'une installation

solaire thermique, car une grande consommation de chaleur sous forme d'eau chaude est

nécessaire. Malheureusement, l'entreprise ne dispose pas d'une surface de toiture suffisante.

L'étude de cas aboutit donc à une couverture solaire annuelle maximale de 4% et à des coûts

de production de la chaleur solaire entre 0,10 CHF/kWh (50°C) et 0,20 CHF/kWh (90°C) pour

une durée d'exploitation de 25 ans.

- Une entreprise pharmaceutique du canton de Vaud pourrait utiliser l'énergie solaire thermique

pour un procédé de séchage en lit fluidisé à plusieurs étapes. L'entreprise dispose d'une

surface de toiture adaptée directement sur le bâtiment du procédé considéré. Dans l'étude de

cas, le système solaire thermique a été intégré dans le processus de séchage pour le

préchauffage de l'air. Les coûts de production de la chaleur solaire produite sont compris entre

0,09 CHF/kWh et 0,10 CHF/kWh (25 ans d'exploitation ; sans subvention) et l’économie de

CO2 réalisée entre 119 et 155 t CO2 équivalent par an.

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- Dans une entreprise pharmaceutique du canton de Fribourg, il a été étudié comment l'énergie

solaire thermique pouvait être intégrée dans un procédé chimique de préchauffage. Il n'y avait

pas de surface appropriée pour l'installation de capteurs sur les toits des bâtiments, mais le

système pouvait être planifié pour être installé au sol sur un terrain appartenant à l’entreprise

et situé au plus près des consommateurs. Le prix du kWh produit par le système solaire varie

entre 0,08 et 0,13 CHF/kWh (25 ans d’exploitation ; sans subvention) et l’économie de CO2

engendrée par le système entre 166 et 235 t CO2 équivalent par an.

Finalement, un outil Excel simple a été mis au point pour permettre aux entreprises industrielles

de déterminer rapidement et facilement s'il vaut la peine d'utiliser le solaire thermique pour leurs

besoins de chaleur industrielle. L'outil peut être téléchargé sur les sites Internet de Swissolar,

Lesbat et SPF en allemand, français et anglais.

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1 Hintergrund Sol-Ind Swiss Projekt

Rund 18 % des Endenergieverbrauchs in der Schweiz entfallen auf die Industrie. Davon wird die

Hälfte für die Bereitstellung von Prozesswärme eingesetzt und hauptsächlich durch fossile

Brennstoffe erzeugt (Bundesamt für Energie BFE, 2017).

Abbildung 1 Gesamt- und Industrieenergieverbrauch in der Schweiz (links) und Aufteilung des Wärmeverbrauchs in der

Industrie (rechts)

Der Einsatz von solarer Prozesswärme durch Anlagen mit solarthermischen Kollektoren zeigt

daher grosses Potenzial und wird in einer Machbarkeitsstudie «SOLIND Swiss» näher untersucht.

Dabei wird der Fokus auf den thermischen Energieverbrauch bei Temperaturen unter 130 °C

gelegt, der mit konventionellen Solarthermie Anlagen gedeckt werden kann. Des Weiteren werden

im Rahmen des Projektes anhand von drei Fallbeispielen standardisierte Systemlösungen für die

Planung und Einbindung einer solarthermischen Anlage in das System der thermischen

Energieversorgung bearbeitet. Im Fokus stehen dabei die Ertragsrechnung der Anlage unter

Berücksichtigung des Standorts, der Kosten für Kollektorfeld und Integration sowie die CO₂

Einsparung durch den Ersatz von fossilen Brennstoffen durch Solarenergie.

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2 Potenzialanalyse Prozesswärme in der Schweiz

2.1 Thermischer Energieverbrauch Industrie

Für die Definition der geeignetsten Industriesektoren zur Einbindung von Solarthermie in der

Prozesswärmeproduktion wurde im Rahmen des Projektes eine Potenzialanalyse am Standort

Schweiz durchgeführt. In der Schweiz betrug der Endenergieverbrauch im Jahr 2016 855 PJ,

dieser Verbrauch teilte sich auf in 25 % elektrische und 75 % thermische Energie. Die Schweizer

Industrie hatte in diesem Jahr einen Endenergieverbrauch von 156 PJ, was einem Anteil am

gesamtschweizerischen Endenergieverbrauch von 18% entsprach (Bundesamt für Energie BFE,

2017). Die Industrie war verantwortlich für 30 % des elektrischen und 14 % des thermischen

Endenergieverbrauchs der Schweiz. Mit rund 66 % wurde der thermische Energieverbrauch der

Industrie hauptsächlich durch fossile Brennstoffe gedeckt, wobei Gas mit 43 % der meist

eingesetzte Energieträger im Jahr 2016 war (siehe Abbildung 1). Der Anteil erneuerbaren

Energien am thermischen Energieverbrauch betrug in diesem Jahr lediglich 14 % (Holz: 12 %,

andere Erneuerbare 2 %). Energieintensive Industrien mit hohem Anteil fossiler Wärmeerzeugung

stellen ein grosses Potenzial für die Integration solarthermischer Anlagen dar. Mit solarer

Prozesswärme kann der Einsatz fossiler Brennstoffe reduziert und zugleich der CO2-Ausstoss des

Unternehmens gesenkt werden. Anhand einer Studie des Bundesamts für Energie konnte der

Energieverbrauch der Industrie im Jahr 2016 den unterschiedlichen Industriesektoren zugeordnet

werden (Kemmler, 2017). In dieser Potenzialanalyse wurden die Industriesektoren, gleich wie in

der Studie, gemäss der NOGA 2008 Klassifikation der Wirtschaftszweige vom Bundesamt für

Statistik eingeteilt. In Abbildung 2 sind die Anteile des thermischen sowie des

Gesamtenergieverbrauchs nach Industriesektoren für das Jahr 2016 dargestellt.

Abbildung 2 Anteil der Industriesektoren am Gesamtenergieverbrauch und thermischen Energieverbrauch der Schweizer

Industrie im Jahr 2016 (Kemmler, 2017)

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Die grössten Energieverbraucher im Jahr 2016 waren die Chemie/Pharmabranche gefolgt von der

Lebensmittel-, Mineralien-, Metall- und Papierindustrie. Zusammengefasst waren diese

Industriesektoren für 68 % des Gesamtenergieverbrauchs resp. 72 % des thermischen

Energieverbrauchs der Industrie verantwortlich. Im Jahr 2016 betrug der Energieverbrauch der

Chemie-/Pharmabranche 39 PJ, was einem Anteil von 25 % am Gesamtenergieverbrauch der

Schweizer Industrie entsprach. Der thermische Energieverbrauch dieses Sektors lag bei 23 PJ,

was einem Anteil am Wärmeenergieverbrauch von 26 % entsprach. Mit einem Anteil von 13 % am

Gesamtenergieverbrauch war der Lebensmittelsektor, der die Herstellung von Lebensmitteln,

Getränken und Tabakwaren umfasst, der zweitgrösste industrielle Energieverbraucher. Der

Wärmeverbrauch der Lebensmittelindustrie erreichte 2016 11 PJ, was 12 % des thermischen

Energieverbrauchs der Industrie ausmachte. Die weiteren energieintensiven Sektoren sind

gemäss Abbildung 2 die Mineralien-, Metall- und Papierbranche mit einem Anteil von 12 %, 10 %

und 8 % am Gesamtenergieverbrauch resp. 14 %, 13 % und 7 % am thermischen

Energieverbrauch der Schweizer Industrie. Die Kategorie „Andere Industrien“ wurde in der

Potenzialstudie aufgrund der Mischung unterschiedlicher Industriebranchen ohne genauere

Informationen nicht weiter berücksichtigt. Die Energieverbräuche der Industriesektoren sind in der

Schweiz regional unterschiedlich je nach Zusammensetzung der Industriezweige, ihrer Aktivitäten

und technologischen Entwicklungen. Mit den Daten des Bundesamts für Energie zum

Energieverbrauch der einzelnen Industriesektoren und dem Vollzeitäquivalent dieser Sektoren in

den Kanton vom Bundesamt für Statistik lässt sich der Energieverbrauch aufgeteilt nach Kantonen

darstellen.

Abbildung 3 Thermischer Energieverbrauch der Industriesektoren nach Kanton im Jahr 2016 gemäss Berechnungen auf

Grundlage der Gesamtenergiestatistik 2016 (Bundesamt für Energie BFE, 2017) (Bundesamt für Statistik, 2018)

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Diese Analyse in Abbildung 3 weist auf die Kantone mit hohem industriellen Energieverbrauch und

den Standort hin, an dem die verschiedenen Industriezweige am stärksten vertreten sind. Der

Kanton Bern wies mit vielen unterschiedlichen Industriesektoren den grössten thermischen

Energieverbrauch auf, gefolgt von den Kantonen Aargau, Zürich, St. Gallen und Basel. Die

Kantone Zürich und St. Gallen haben eine Vielzahl von Firmen und eine statistisch hohe Anzahl

Beschäftigter in Vollzeitäquivalent aber weniger energieintensive Industriesektoren als die

Kantone Bern und Aargau. Der Kanton St. Gallen mit einem thermischen

Gesamtenergieverbrauch von rund 13.9 PJ wies mit 1.9 PJ im Industriesektor Metall den höchsten

Konsum dieses Sektors in allen Kantonen auf.

2.2 Prozesswärmeverbrauch Industrie

Die Industriesektoren mit grossem Anteil am thermischen Energieverbrauch der Schweiz im Jahr

2016 sind auch die Branchen, die einen hohen Anteil der thermischen Energie für Prozesswärme

aufwenden. Für die Chemie/Pharma-, Lebensmittel-, Mineralien-, Metall- und Papierindustrie ist

der Energieaufwand für Prozesswärme ein entscheidender Faktor für den jährlichen

Gesamtenergieverbrauch im Unternehmen. Diese Industriesektoren sind potenziell für den Einsatz

von solarthermischen Anlagen zur Prozesswärmeproduktion geeignet. Trotz des geringen Anteils

am thermischen Energieverbrauch wird der Textil-/Bekleidungssektor (siehe Abbildung 2)

aufgrund des interessanten Verhältnisses von Prozesswärme- zu Gesamtwärmeverbrauch in

Abbildung 3 ebenfalls als geeignet betrachtet.

Abbildung 4 Verteilung des thermischen Energieverbrauchs nach Anwendungen der betrachteten Industriesektoren für das

Jahr 2016 (eigene Berechnung basierend auf (Kemmler, 2017) und auf (Bundesamt für Energie BFE, 2017))

Der thermische Energieverbrauch für die Prozesswärme in diesen sechs Sektoren lag im Jahr

2016 bei 53 PJ, was 57 % des thermischen Energieverbrauchs und 33 % des

Gesamtenergieverbrauchs der Industrie entsprach. Für die Potenzialabschätzung von

konventionellen solarthermischen Anlagen mit Flach- und Vakuumröhrenkollektoren die Wärme

bis zu einer Temperatur von 130 °C liefern, muss der Anteil des Wärmeverbrauchs für

Prozesswärme noch anhand des Temperaturbereichs analysiert werden. Für die Industriesektoren

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mit grossem Prozesswärmeanteil in Abbildung 4 wurde die Aufteilung des Prozesswärmebedarfs

nach Temperaturniveaus aus den Daten einer europäischen Studie (Pardo, 2012) abgeleitet.

Diese Studie liefert die Verteilung des Wärmebedarfs nach Temperaturbereichen für verschiedene

Industriesektoren in den EU-27-Ländern. Die Definition der in der Studie berücksichtigten

Industriesektoren ist praktisch identisch mit der vorliegenden Potenzialstudie. Der einzige

Unterschied liegt in der Papierindustrie, bei welcher in der europäischen Studie auch der

Drucksektor einbezogen wurde. Der Prozesswärmebedarf wurde in der Studie in drei

Temperaturstufen unterteilt. Die Stufe, die für konventionelle Solarthermie Anwendungen benötigt

wird, ist der tiefe Temperaturbereich (LT) mit Temperaturen unter 100 °C. Abbildung 5 zeigt die

Verteilung des Energiebedarfs für Prozesswärme unterteilt in die drei Temperaturbereiche für die

potenziell geeigneten Industriesektoren.

Abbildung 5 Verteilung des thermischen Energieverbrauchs für die Prozesswärme nach Temperaturniveau (Pardo, 2012)

Die vorausgewählten Industriesektoren weisen einen deutlichen Unterschied beim Anteil der

benötigten Temperaturbereiche für Prozesswärme auf. Der Lebensmittelsektor verbraucht Wärme

nur im unteren und mittleren Temperaturbereich. Textil-/Bekleidungs- und Papierindustrie haben

mehr als 80 % ihres Wärmebedarfs in diesen beiden Temperaturbereichen. Auch die Chemie-

/Pharmabranche hat den grössten Anteil ihres Wärmebedarfs im unteren und mittleren

Temperaturbereich. Da sich diese Potenzialstudie auf niedrige Temperaturbereiche (<130 °C) für

die Realisierung konventioneller solarthermischer Systeme konzentriert, werden folgende

Industriesektoren für das weitere Vorgehen ausgewählt:

• Lebensmittel

• Textil/Bekleidung

• Papier

• Chemie/Pharma

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Der Anteil des thermischen Energieverbrauchs für Prozesswärme im Niedertemperaturbereich

beträgt in diesen Industriebranchen mindestens 30 % und erreicht in der Lebensmittelindustrie

sogar mehr als 60 %. In den Industriesektoren Mineralien und Metalle erfolgt die Erwärmung

teilweise bei niedrigen Temperaturen (Vlasta KRMELJ, 2018), wobei der grösste Teil der

Prozesswärme bei hohen Temperaturen anfällt. Die Wärmebereitstellung mit konzentrierenden

Solarkollektoren könnte für diese Branchen interessant sein, was aber nicht Teil der Studie ist.

Aus diesem Grund werden diese beiden Branchen nicht für die Einbindung konventioneller

solarthermischer Anlagen in dieser Studie berücksichtigt. In den vier ausgewählten

Industriesektoren betrug der Energieverbrauch zur Erzeugung von Prozesswärme unabhängig

vom Temperaturbereich 41.4 PJ. Dies entsprach im Jahr 2016 einem Anteil von 46 % des

thermischen Energieverbrauchs der Industrie. Das theoretische Potenzial für konventionelle

Solarthermie Anlagen hängt vom Anteil des Niedertemperaturwärmebedarfs (LT) der

entsprechenden Industriesektoren ab. Tabelle 1 zeigt das theoretisch maximale Potenzial für die

ausgewählten Industriesektoren unter Berücksichtigung des Prozesswärmeverbrauchs im Jahr

2016 und des Verbrauchsanteils bei niedrigen Temperaturen gemäss der europäischen Studie

(Pardo, 2012).

Tabelle 1: Theoretisch maximales Potenzial der ausgewählten Industriesektoren bei tiefen Temperaturen

Industriesektor Wärmeverbrauch Anteil tiefe

Temperaturen

(< 100°C)

Anteil tiefe

Temperaturen

[PJ]

Theoretisches

Potential

[PJ]

Raumwärme und

Warmwasser

[PJ]

Prozesswärme

[PJ]

Lebensmittel 1.6 8.8 61% 6.3 4.7

Textil/Bekleidung 0.2 0.6 32% 0.3 0.1

Papier 0.5 5.7 34% 2.1 1.6

Chemie / Pharm. 2.3 17.7 40% 8 5.7

Total 4.6 32.8 16.7 12.1

Im Jahr 2016 lag das maximale Potenzial für konventionelle Solarthermie Anlagen in diesen vier

Industriesektoren bei 12.1 PJ (siehe Tabelle 1). Dies entsprach 13 % des thermischen

Energieverbrauchs und 8 % des Gesamtenergieverbrauchs der Schweizer Industrie. Die in

Tabelle 1 berechneten Potenziale der Industriesektoren sind in Realität noch höher, da der

Energiebedarf des Temperaturbereichs 100 bis 130 °C addiert werden kann. Dieser

Energieverbrauch wurde jedoch in der Potenzialstudie nicht berücksichtigt, da keine Daten über

den Anteil der industriellen Prozesswärme in diesem Temperaturbereich vorlagen. Neben dem

berechneten Potenzial könnte auch die 22 PJ elektrische Energie, welche im Jahr 2016 für

Prozesswärme eingesetzt wurde, für die Deckung durch Solarthermie Anlagen interessant sein.

Bei entsprechend tiefem Temperaturbedarf könnte der Einsatz von Strom durch solare

Prozesswärme ersetzt werden. Dieses Ergebnis zusammen mit den Daten aus der Verteilung der

Industriesektoren in der Schweiz (Bundesamt für Statistik, 2018) ermöglicht es, das Potenzial

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jedes Kantons für die Realisierung konventioneller solarthermischer Systeme zur

Prozesswärmeproduktion zu ermitteln. Abbildung 6 zeigt die Verteilung des theoretischen

Potenzials unter Berücksichtigung der vier ausgewählten Industriesektoren nach Kantonen.

Abbildung 6: Theoretisch maximales Potenzial der ausgewählten Industriesektoren in den Kantonen der Schweiz

Insgesamt sind die Kantone, die für die Realisierung von solarthermischen Anlagen zur

Prozesswärme besser geeignet sind, die gleichen wie in Abbildung 3. Im Kanton Basel-Stadt ist

das theoretische Potenzial mit einem Betrag von fast 1.7 PJ am grössten. Es folgt der Kanton

Aargau mit einem Potenzial von 1.4 PJ. Die Kantone Bern, Zürich, St. Gallen und Waadt haben

jeweils ein Potenzial von 1.2 PJ, 1.1 PJ, 0.8 PH und 0.8 PJ.

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3 Industrie Umfrage

Nach Definition der Industriesektoren mit grösstem Potenzial wurde ein Fragebogen kreiert, um

geeignete Firmen aus diesen Branchen für die Einbindung solarer Prozesswärme zu finden. Der

Fragebogen sollte ein erster Eindruck über Verbräuche und Produktionsprozesse der an der

Studie teilnehmenden Unternehmen vermitteln. Mit den gewonnenen Informationen konnten die

Firmen miteinander verglichen und so die drei Unternehmen mit dem grössten Potenzial zur

Einbindung von Solarthermie in der Prozesswärmeerzeugung gefunden werden. Folgende Daten

wurden mit dem Fragebogen erhoben und bei der Suche nach den geeignetsten Unternehmen

verwendet (siehe Fragebogen im Anhang):

- Einsatz welcher Energieträger, entsprechender Energieverbrauch und Energiekosten

- Benötigte Temperaturlevels (30-60°C, 60-100°C, 100-130°C und >130 °C),

prozentualer Anteil des Wärmeverbrauchs auf diesen Levels sowie der zeitliche

Energiebedarf auf diesen Levels (kontinuierlich, täglich, > 3x pro Woche und < 3x pro

Woche)

- Verpflichtungen gegenüber CO2-Zielen

- Amortisationszeit für erneuerbare Wärmeerzeuger

- Solarthermie als Wärmeerzeugervariante bereits einmal berücksichtigt und falls

abgelehnt

o Aus technischer Sicht nicht möglich

o Aus wirtschaftlicher Sicht uninteressant

Zusätzlich wurden weitere Informationen gesammelt, wie die Leistung und der

Installationszeitpunkt der aktuellen Wärmeerzeuger, verwendete Wärmeträgerfluide, umgesetzte

Effizienzmassnahmen, Anzahl Mitarbeiter und Jahresumsatz des Standorts. Um eine Vielzahl von

Firmen aus den definierten Industriesektoren Lebensmittel, Textil, Papier und Chemie/Pharma zur

Teilnahme an der Potenzialstudie zu überzeugen, wurde mit den entsprechenden

Gewerbeverbänden zusammengearbeitet. Wobei in der Papierindustrie ohne grossen Verband nur

einzelne Kontakte hergestellt wurden. Mithilfe der Gewerbeverbände und eigenen Kontakten

konnten schlussendlich 483 Unternehmen für die Teilnahme an der Studie angeschrieben werden.

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3.1 Auswertung Industrie Fragebogen

Die Industrie Befragung lieferte 54 auswertbare Fragebögen, was einer Rücklaufquote von 11 %

entsprach. Weitere 76 Teilnehmer füllten den Fragebogen unvollständig aus und gaben auch

keine Kontaktdaten an. Die Angaben der unvollständigen Fragebögen wurden nicht ausgewertet.

Erfreulicherweise kamen aus allen Sprachregionen der schweizweiten Befragung auswertbare

Fragebögen zurück, wobei die rätoromanische Sprachregion der deutschsprachigen Region

zugeordnet wurde. Die Aufteilung der Antworten nach Sprachregion und Industriesektor ist in

Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2 Übersicht der kontaktierten Unternehmen und Anzahl der Umfrageteilnehmer unterteilt in Sprachregion und

Industriesektor

Sprachregion Anzahl

Anfragen

Anzahl

Antworten

Lebens-

mittel Textil Papier

Chemie /

Pharma

CH-FR 257 10 5 0 1 4

CH-IT 47 3 2 1 0 0

CH-DE 179 41 26 8 2 5

Total 483 54 33 9 3 9

Rücklaufquote 11 % 15 % 11 % 12 % 6 %

Mit drei verwertbaren Fragebögen ist die italienische Schweiz am schwächsten vertreten. Die

wenigen Teilnehmer an der Befragung waren aufgrund der geringen Anzahl Kontaktadressen in

dieser Sprachregion zu erwarten. Während die deutschsprachige Region eine zufriedenstellende

Anzahl an Antworten (Rücklaufquote: 23 %) aufwies, fiel die Teilnehmeranzahl der französischen

Region dürftig aus. Mit nur zehn verwertbaren Antworten (Rücklaufquote: 4 %) trotz grösster

Bemühung konnte das Interesse zur Studienteilnahme in dieser Region zu wenig geweckt werden.

Nicht für jeden Industriesektor konnte in allen drei Sprachregionen ein Studienteilnehmer

gefunden werden. Während es in der französischen Schweiz keinen Teilnehmer aus der

Textilbranche gab, fehlte in der italienischen Schweiz ein Unternehmen aus der Papierindustrie. In

Abbildung 7 ist das Verhältnis des thermischen und elektrischen Energieverbrauchs der

Studienteilnehmer unterteilt nach Industriesektor dargestellt.

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Abbildung 7 Verhältnis des elektrischen und thermischen Energieverbrauchs der Umfrageteilnehmer aufgeteilt nach

Industriesektor

Die Umfrageresultate zeigten eine unterschiedliche Aufteilung zwischen elektrischen und

thermischen Energieverbrauch nach Industriesektor. Während in den Sektoren Lebensmittel,

Textil und Chemie/Pharma der thermische Energieverbrauch deutlich über dem elektrischen lag,

benötigen die Teilnehmer aus dem Papiersektor für ihre Prozesse mehr elektrische als thermische

Energie. Zu bemerken gilt es, dass mit Ausnahme des Lebensmittelsektors die Auswertung auf

Grundlage weniger Antworten entstand und die Resultate nicht zwingend den Schweizer

Durchschnitt in den aufgelisteten Industriesektoren repräsentiert. Die Studienteilnehmer setzten in

der Wärmeerzeugung mehrheitlich auf fossile Brennstoffe, was die Daten der Schweizer

Gesamtenergiestatistik bestätigt. In den vier Industriesektoren wurden hauptsächlich auf die

Brennstoffe Gas und Öl zur Produktion von Wärme zurückgegriffen. Nur zwei Unternehmen der

Lebensmittelindustrie und eine Papierfabrik antworteten, dass neben den fossilen Brennstoffen

auch Holz als erneuerbare Energiequelle eingesetzt wird. Der von den Umfrageteilnehmern

geforderte Temperaturbereich der Prozesswärme ist für die Integration der Solarwärme von

entscheidender Bedeutung. Die Unternehmen wurden daher aufgefordert den thermischen

Energieverbrauch prozentual den Temperaturbereichen 30-60 °C, 60-100 °C, 100-130 °C und

>130 °C zu zuordnen.

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Abbildung 8 Anteil des thermischen Energiebedarfs unterteilt nach Temperaturniveau für die befragten Industriesektoren

Die Umfrageergebnisse zeigten, dass die meisten Teilnehmer aus den Bereichen Lebensmittel,

Textil und Chemie/Pharma Wärme auf einem Temperaturniveau benötigen, das sehr gut (<100

°C) oder gut (<130 °C) durch Solarthermie ergänzt werden kann (siehe Abbildung 8). Der Anteil

der Prozesswärme unter 100 °C bei den Studienteilnehmern aus den Bereichen Lebensmittel,

Textil und Chemie/Pharma fiel leicht höher aus als in der europäischen Studie in Abbildung 5. Im

Lebensmittelsektor lag das Potenzial für konventionelle Solaranlagen unter Berücksichtigung des

Temperaturbereichs 100 °C – 130 °C bei 77 %, im Chemie-/Pharmasektor bei 79 %, im

Textilsektor bei 56 % und im Papiersektor bei 40 %. Aufgrund der benötigten Temperaturniveaus

scheint sich die Einbindung von Solarwärme vor allem bei den Umfrageteilnehmern aus den

Sektoren Lebensmittel, Textil und Chemie/Pharma zu lohnen. Neben dem Energieverbrauch bei

tiefen Temperaturen ist ein entscheidender Faktor für die Auswahl geeigneter Unternehmen zur

Einbindung von Solarthermie, der zeitliche Energiebedarf auf den unterschiedlichen

Temperaturniveaus. Der in der Umfrage angegebene zeitliche Energiebedarf der spezifischen

Temperaturlevels unter 130 °C wurde ausgewertet und in der nachfolgenden Abbildung für jeden

Industriesektor dargestellt.

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Abbildung 9 Anteil der Einsatzhäufigkeit der in der Umfrage definierten Temperaturbereichen in den befragten

Industriesektoren

Die Teilnehmer aus den Bereichen Lebensmittel, Textil und Chemie/Pharma erfüllen mit ihrem

Wärmeverbrauchsprofil die Anforderungen für die Integration einer solarthermischen Anlage

ausgezeichnet. In diesen Bereichen besteht hauptsächlich ein kontinuierlicher oder täglicher

Wärmebedarf auf allen Temperaturniveaus (siehe Abbildung 9). Im Papiersektor benötigten die

drei Umfrageteilnehmer keine niedrigen Prozesstemperaturen aber der Wärmebedarf im

Temperaturbereich 60 - 130 °C ist kontinuierlich. Neben den energetischen Faktoren spielen die

wirtschaftlichen Gesichtspunkte für die Planung einer solarthermischen Anlage eine ebenso

wichtige Rolle. Aus diesem Grund wurden die Studienteilnehmer gebeten, die verlangte

Amortisationszeit für erneuerbare Wärmeerzeuger des Unternehmens in einer vorgegebenen

Auswahl anzukreuzen.

Abbildung 10 Aufteilung der von den Teilnehmern angegebenen Amortisationszeiträume für erneuerbare Wärmeerzeuger

20


Die Mehrheit der Unternehmen, sprich 38 %, forderte bei erneuerbaren Wärmeerzeugern eine

Amortisationszeit von weniger als fünf Jahren. Weitere Firmen erlaubten mit 28 % resp. 25 % eine

längere Amortisationszeit der Wärmeerzeuger von weniger als sieben Jahren resp. mehr als

sieben Jahre. Eine repräsentative Aussage zum Zusammenhang zwischen den Industriesektoren

und den geforderten Amortisationszeiten konnte aufgrund der wenigen Teilnehmer aus den

Sektoren Textil, Papier und Chemie/Pharma nicht gemacht werden. Die Befragungsresultate

lieferten neben energetischen und wirtschaftlichen Vergleichskriterien auch einen Eindruck, wie

viele Unternehmen der ausgewählten Sektoren sich bereits mit Solarthermie als Wärmeerzeuger

auseinandergesetzt hatten. Von den 54 Umfrageteilnehmern antworteten 61 %, dass Solarthermie

bis anhin nicht für die Wärmeerzeugung berücksichtigt wurde. Ein Umfrageteilnehmer hatte bereits

mit Abklärungen und der Planung einer Solarthermie Anlage begonnen, was einem Anteil von 2 %

entsprach. Die verbleibenden 37 % der Teilnehmer hatten nach eigenen Aussagen die Einbindung

von Solarthermie in die Wärmeproduktion geprüft aber nicht umgesetzt. Bei diesen Unternehmen

waren zu 63 % ökonomische und zu 37 % technische Gründe für die Ablehnung von Solarthermie

verantwortlich. Im Rahmen dieses Projekts blieb zu wenig Zeit, um mit den Firmen in Kontakt zu

treten und abzuklären, wie gründlich diese Ablehnungskriterien gegenüber Solarthermie

tatsächlich von den Unternehmen überprüft wurden.

4 Fallstudien

Mit den umfangreichen Erkenntnissen aus der Industriebefragung wurden die drei geeignetsten

Unternehmen für eine technoökonomische Voruntersuchung und Planung einer solaren

Prozesswärmeanlage ausgewählt. Die Ergebnisse dieser drei Fallstudien werden in den

nachfolgenden Kapiteln zusammengefasst.

4.1 Textilunternehmen in Montlingen

In diesem Unternehmen wird Textilfarbe für Grosskunden entwickelt, produziert und vertrieben.

Mehr als 200 Mitarbeiter sind am Standort tätig und beliefern weltweit Kunden mit ihren Produkten.

Energieverbrauch

Gesamtenergieverbrauch 2‘723 MWh

Wärmeenergieverbrauch 1‘611 MWh

Installierter Wärmeerzeuger Dampfkessel mit Zweistoffbrenner/Erdgas und Heizöl, Dampfnetz 6

bar

21


Es wurde vom Unternehmen abgeschätzt, dass vom gesamten Gasverbrauch etwa

47 % für die Raumheizung aller Räume und 53 % für die Erwärmung des

allgemeinen Betriebs genutzt werden. Im Jahr 2017 wurden insgesamt 155‘626 m3

Erdgas und 2‘917 L Heizöl verbraucht. Dies entspricht insgesamt 364 t CO2.

Grobe Anteilabschätzung des Gesamtverbrauchs für

Prozesstemperaturniveaus:

50 % für Raumheizung 50 °C Solltemperatur (täglich), 30 % für heisses

Brauchwasser 90 °C (täglich), 20 % Prozessdampf

Speicher:

30 m3 Speicher mit 3 Schichten (30 °C bis Zieltemperatur 90 °C). Es wird

736.6 kWh/Tag oder 10.5 m3 Warmwasser/Tag für Prozesswärme bei 90 °C benötigt.

Dies entspricht 3 Zyklen am Tag, a 3.5 m3 pro Zyklus. Extra Anschlüsse für eine

Solaranlage sind vorhanden. Der Speicherstandort befindet sich unter Dachfläche 1

(Abbildung 12)

Verfügbare Fläche

Abbildung 11 Brennstoff- (linke Achse) und Energieverbrauch (rechte Achse)

des Textilunternehmens im Zeitraum 01.01.2017 bis 08.09.2018.

22


Vom Unternehmen angegeben etwa 90 m2 Fläche 1 in Abbildung 12 links. Diese

Dachfläche ist direkt über dem Speicher in ca. 20 bis 30m Entfernung. Auf

Dachfläche 2 könnte eine zusätzliche Kollektorreihe aufgestellt werden (grün

markiert, Abbildung 12 rechts). Fläche 3 kann nicht genutzt werden.

Abbildung 12 (links) Aufnahme von oben des Gebäudes mit Ausrichtung -20°NS (Quelle: Google Maps)

(rechts) Dachplan mit Markierung der freien Fläche 1 und 2 für eine Anlage

Mithilfe des vom SPF entwickelten GainBuddy1 Programms wurden Bruttowärmeertrag für das

Unternehmen berechnet. Das GainBuddy Programm rechnet den Ertrag bei optimaler Integration

und Nutzung (d.h. keine Stagnation und die Wärme wird immer genutzt) eines Solarfeldes und

berücksichtigt die Orientierung des Feldes sowie die Feldverluste durch Reihenverschattung und

Endverluste.

Tabelle 3 Parameterübersicht für GainBuddy Berechnung

1 http://www.spf.ch/GainBuddy.297.0.html

Kollektortyp: Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor

Dimension 1.816m x 2.347m 2.0m x 2.2m

Wirkungsgrad η0 0.767 0.62

Kollektorneigungswinkel 30° 30°

Orientierung Anlage -20° NS (wie Dachfläche), optimal 20°NS

http://www.spf.ch/GainBuddy.297.0.html

23


Tabelle 4 Ergebnis GainBuddy Berechnung

Flachkollektoren Vakuumröhren Kollektoren

Betriebstemperaturen 50°C 90°C 50°C 90°C

Aperturfläche Dach 1 89 m2 92m

2

Jahresertrag [MWh] 40 20 47 36

Ertrag pro Quadratmeter

[kWh/m2] 444 225 509 389

Aperturfläche Dach 1+2 127 m2 132m

2

Jahresertrag [MWh] 58 29 68 52

Ertrag pro Quadratmeter

[kWh/m2] 456 230 519 397

Solaranlage Gesamt

(Dachfläche 1+2)

170m2 Gesamtfläche

127m2 Aperturfläche

165m2 Gesamtfläche

132m2 Aperturfläche

Kollektorfeld Dachfläche 1

138m2 Gesamtfläche

89m2 Aperturfläche

3 Kollektoren/Reihe

7 Kollektorreihen

3m Abstand

130 m2 Gesamtfläche

92 m2 Aperturfläche

3 Kollektoren/Reihe

7 Kollektorreihen

3m Abstand

Kollektorfeld Dachfläche 2

38m2 Gesamtfläche

33m2 Aperturfläche

9 Kollektoren/Reihe

1 Kollektorreihe

35m2 Gesamtfläche

40m2 Aperturfläche

9 Kollektoren/Reihe

1 Kollektorreihe

Betriebstemperaturen: 50°C, 90°C

24


Die Berechnungen zeigten, dass durch die zusätzliche Reihe auf Dachfläche 2 der gesamte

Solarertrag um etwa 33 % zunahm im Vergleich zum Ertrag der Dachfläche 1, siehe Abbildung 13

links (vgl. gefüllt und schraffierte Balken). Des Weiteren wurde ersichtlich, dass bei einer

Betriebstemperatur von 50°C Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren einen ähnlichen

solaren Ertrag erreichen (Abbildung 13 rechts, gelbe und rote Balken). Jedoch wurde der

Unterschied bei der höheren Betriebstemperatur von 90°C sichtbar, dass der

Vakuumröhrenkollektor eine deutlich höhere Leistung erzielte (blaue und grüne Balken).

Der Begriff „solarer Deckungsgrad“ ist der prozentuale Anteil der Gesamtenergie die das

Unternehmen verbraucht, welche durch Sonnenenergie gedeckt wird. Für die hier betrachteten

Anlagen lag der jährliche solare Deckungsgrad zwischen 3% bis 4% des

Gesamtwärmeverbrauchs des Unternehmens. Jedoch könnten im Sommer rund 17% (Abbildung

14) des Wärmeverbrauchs durch die Anlage (Dachfläche 1+2) gedeckt werden.

Abbildung 13 Links: Vergleich der Bruttowärmeerträge Q für Flachkollektoren bei unterschiedlichen

Betriebstemperaturen und für Dachfläche 1 vs. Fläche 1+2 (schraffierte Balken). Rechts: Vergleich

Bruttowärmeerträge für Flachkollektoren FK und Vakuumröhrenkollektoren VRK bei verschiedenen

Betriebstemperaturen.

25


Abbildung 14 Monatlicher Energieverbrauch (grau) des Unternehmen im Jahr 2017 im Vergleich zu dem

Bruttowärmeertrag durch eine solare Anlage mit Flachkollektoren FK oder Vakuumröhrenkollektoren VRK. Die Linien

stellen den solaren Deckungsgrad dar.

Spezifikation für die Solaranlage:

Die Solarwärme könnte direkt in den vorhandenen 30 m3 Speicher eingespeist

werden. Im Normalfall wird die Anlage mit Wasser-Glykol betrieben, um im Winter

Vereisungen zu vermeiden. Ein externer Wärmetauscher überträgt die Wärme in den

Speicher.

Regelungsstrategie:

Die gewünschte Zieltemperatur der Anlage ist 90 °C. Jedoch kann man höhere

Erträge erzielen, wenn die Anlage zwischen > 50 °C bis 100 °C betrieben wird. Die

Anlage kann so geregelt werden, dass sie bei gutem Wetter und hoher Einstrahlung

90 °C und bei schlechteren Wetterbedingungen mindesten 50 °C Warmwasser liefert.

26


Die Kosten einer solaren Prozesswärmeanlage variieren stark in Abhängigkeit von der

Kollektortechnologie, von dem Integrationskonzept und von der Anlagengrösse. Generell gilt, je

grösser die Anlage desto geringer die Kosten pro m2.

Die Gesamtkosten einer solarthermischen Anlage setzen sich normalerweise aus

- Kosten für Solarfeld (Kollektoren, Verrohrung, Aufständerung…)

- Kosten für die Integration (Pumpe, Rohre, Expansionsgefäss…)

- Personalkosten (Montage, Inbetriebnahme)

Tabelle 5 Kostenabschätzung für eine Solaranlage

Kosten Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor

Solarfeld (450±100) CHF/m2 (800±200) CHF/m

2

Gesamtkosten (1‘000±250) CHF/m2 (1‘600±500) CHF/m

2

Kosten für Dachfläche 1+2 (130‘000±30‘000)CHF (210‘000±60‘000)CHF

In Tabelle 6 wird ein exemplarisches Angebot von Lieferant 1 für das Unternehmen aufgeführt. In

Abbildung 15 wird verdeutlicht, wie die Kosten mit steigender Anlagengrösse sinken. Die rote Linie

stellt die Kosten für das Solarfeld ohne Integration dar. Es ist zu erkennen, dass mit steigender

Anlagengrösse der prozentuale Solarfeldanteil steigt.

Tabelle 6 Offerte von Lieferant 1

Flachkollektor Cobra

Fläche 95m2

Abgeschätzter Ertrag 57MWh(50°C), 29MWh

(90°C)

600kWh/m2

300 kWh/m2

Gesamtkosten (exkl. MwSt.) 107‘485 CHF 1131 CHF/m2

Solarfeld 39‘192 CHF 413 CHF/m2

Integration, Verrohrung 12‘974 CHF

Montage, Inbetriebnahme 55‘320 CHF

Fläche 190 m2

Gesamtkosten (exkl. MwSt.) 166‘440 CHF 876 CHF/m2

27


Abbildung 15 Zusammenhang zwischen Kosten und Anlagefläche. Dargestellt sind auch die Kosten für das Solarfeld

exklusive Integration (rote Linie). Kostenanteil Solarfeld der Gesamtkosten (Magenta durchbrochene Linie)

Die Firma könnte von einer solarthermischen Anlage sehr profitieren, da der Betrieb insgesamt

einen hohen Wärmeverbrauch hat und die Prozesse täglich Warmwasser um 90 °C benötigen.

Zusätzlich ist ein grosser Warmwasserspeicher vorhanden, wodurch die Einbindung einer

Solaranlage am Standort in Montlingen unkompliziert wäre. Die Wärme könnte gut mit

konventionellen solarthermischen Kollektoren (Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren) erzeugt

werden. Der jährliche solare Deckungsgrad liegt allerdings bei max. 4% und die

Wärmegestehungskosten ohne Subvention liegen zwischen 0.10 CHF/kWh (50 °C) und 0.20

CHF/kWh (90 °C) für 20 Jahre Laufzeit bei einem Ertrag zwischen 300 und 600 kWh/m2 für die

angegebene Fläche (Abbildung 12 Dachfläche 1 und 1 Reihe auf Dachfläche 2).

Um den solaren Deckungsgrad zu erhöhen und den Wärmepreis pro kWh zu senken, sollte man

weitere Möglichkeiten finden, um die Fläche für Solarkollektoren zu vergrössern:

- Eventuell eine 2. Reihe auf Dachfläche 2 installieren

- Abklären ob eine Installation an der Fassade möglich wäre

- Eventuell nicht konventionelle solarthermische Kollektoren (konzentrierende, Vakuumflach

Kollektoren, usw.) günstiger wären2

2 Dies kann man ausserhalb des SOLIND Projektes betrachten

28


4.2 Pharmaunternehmen in Saint-Prex

Ziel dieser Machbarkeitsstudie ist die Integration einer Solarthermie Anlage zur Unterstützung des

Wärmebedarfs für Produktionsprozesse eines Pharmaunternehmens in Saint-Prex. Das

Unternehmen wurde aufgrund des hohen Anteils an Energieverbrauch auf tiefen

Temperaturniveaus, als geeignet für konventionelle Solarthermie Systeme identifiziert.

Energieverbrauch



Installierter Wärmeerzeuger 3 Dampfkessel mit Zweistoffbrenner Erdgas und Heizöl, mit einer

Gesamtwärmeleistung von 13.3 MW

Im Jahr 2017 wurden insgesamt 618'294 m3 Erdgas verbraucht, was insgesamt 2'864 t CO2

entspricht.

Grobe Anteilabschätzung des Gesamtverbrauchs für Prozesstemperaturniveaus:

60 % kontinuierlicher Bedarf unter 60 °C, 10 % kontinuierlicher Bedarf auf dem Temperaturniveau 60

– 100 °C und 30 % Bedarf auf dem Niveau 100 – 130 °C

Nach einem Besuch vor Ort und aufgrund der gesammelten Informationen wurde definiert, dass

die Solaranlage die Wirbelschichttrocknung mit Wärmeenergie versorgt, um die Erwärmung mittels

Prozessdampf in diesem Prozess zu unterstützen. Im Wirbelschichttrocknungsprozess mit vier

Temperaturstufen wird Luft als Prozessfluid eingesetzt. Für jedes Temperaturniveau wird die Luft

über Luft/Dampf-Wärmetauscher auf die Solltemperatur angehoben (siehe Abbildung 16).

Erschwert wurde die Machbarkeitsstudie durch fehlende Monitoring Daten des zu unterstützenden

Prozesses (Leistung und Energie).

29


25°C

Vapeur Aller

Vapeur Retour

Echangeurs

Air/Vapeur

Chambres de

séchage

Dryer

chamber

1

Dryer

chamber

2

Dryer

chamber

3

Dryer

chamber

4

Groupe

refroidissement

Abbildung 16: Prozessschema der Wirbelschichttrocknung mit Luft/Dampf-Wärmetauschern für jedes Temperaturniveau

Verfügbare Fläche

Das Unternehmen hat ein gut ausgerichtetes Dach mit einer Fläche von 1'400 m2

(siehe Abbildung 17). Ein weiterer Vorteil dieses Daches ist, dass sich der gewählte

Prozess ebenfalls in Gebäude 2 befindet, sodass die Transportleitungslänge der

Solaranlage minimal ist.

Abbildung 17 Berücksichtigte Dachfläche des Gebäudes 2 für die Planung einer solarthermischen Anlage

zur Prozesswärmeproduktion

30


Mittels Anhebung der Luft-Rücklauftemperatur auf maximal 50 °C kann mit der solarthermischen

Anlage auf tiefem Temperaturniveau ein hoher solarer Wärmeertrag erzielt werden (siehe

Abbildung 18) Unter Beachtung der Gebäudeausrichtung und einem Kollektoranstellwinkel von

35° lässt sich mit Flachkollektoren bei einer Zieltemperatur von 60 °C einen flächenspezifischen

Wärmeertrag von rund 800 kWh/m2 erzielen.

25°C

Cooler

Echangeur

Solaire

Qsolaire

Qconventionnel

Max.

50°C

Dryer

chamber

Dryer

chamberDryer

chamber

Dryer

chamber

Abbildung 18: Einbindung der solaren Prozesswärme als Rücklauf Vorwärmung der Luft zur Trocknung


Der Kollektorkreis wird mit einer Wasser-Glykol Mischung betrieben, um im Winter

Vereisungen zu vermeiden. Die restlichen beiden Kreisläufe werden mit Wasser

betrieben und sind über einen externen Wärmetauscher energetisch mit dem

Solarkreis verbunden. Für dieses Projekt empfiehlt sich die Installation eines

Solarwärmespeichers, welcher die Diskrepanzen zwischen den Verbrauchsprofilen

der Prozesse und der Verfügbarkeit der solaren Ressource ausgleichen soll. Die

endgültige Kapazität hängt vom Energieverbrauch des Prozesses und der Anzahl der

installierten Solarkollektoren ab. Für diese Studie wurde eine Speicherkapazität von

50 Litern pro m² installiertem Kollektor geplant.

31


Tabelle 7 Offertenvergleich der Kollektorlieferanten mit produzierter Energiemenge, Investitionskosten, CO2-Einsparung

und dem berechneten Wärmegestehungspreis (Offerten von Energie Solaire, Finergy und Rhyner Energie (

Kollektorlieferant Lieferant 1 Lieferant 2 Lieferant 3

Aperturfläche Anlage 608 m2

531 m2 695 m

2

Energieproduktion 494'550 kWh/a 413'742 kWh/a 538'361 kWh/a

Spez. Energieproduktion 787 kWh/m2 789 kWh/m

2 694 kWh/m

2

Speicherkapazität 30 m3

28 m3 35 m

3

Investitionskosten 830'950 CHF 653'996 CHF 822'990 CHF


CO2 Reduktion 142 t 119 t 155 t

Wärmegestehungspreis 0.10 CHF/kWh 0.10 CHF/kWh 0.09 CHF/kWh

Die Ergebnisse der ökonomischen Analyse in der Vorstudie zeigten, dass es unabhängig vom

Kollektorlieferanten ein Potenzial für finanzielle Rentabilität an diesem Standort gibt. Mit der

geplanten Anlage und einer Laufzeit von 23 Jahren errechnete sich ein Wärmegestehungspreis

ohne Subvention von 0.09 bis 0.10 CHF/kWh bei einer Zieltemperatur von 60 °C. Das

Unternehmen kann deutlich von einer solarthermischen Anlage profitieren, um einen Teil seines

Verbrauchs an fossilen Brennstoffen zu ersetzen und zwischen 119 und 155 t CO2 einzusparen.

32


4.3 Pharmaunternehmen in Bulle

Als dritte Fallstudie wurde ein Pharmaunternehmen in Bulle aufgrund des hohen Energiebedarfs

und der nachhaltigen Umweltpolitik ausgesucht.

Energieverbrauch



Installierter Wärmeerzeuger 3 Gaskessel mit einer Gesamtwärmeleistung von 8.8 MW

Im Jahr 2017 wurden insgesamt 2'625'213 m3 Erdgas und 409 Liter Heizöl verbraucht, was

insgesamt 10'030 t CO2 entspricht.

Grobe Anteilabschätzung des Gesamtverbrauchs für Prozesstemperaturniveaus:

30 % kontinuierlicher Bedarf auf dem Temperaturniveau 60 – 100 °C, 40 % kontinuierlicher Bedarf

auf dem Niveau 100 – 130 °C und 30 % Bedarf über 130 °C.

Nach einer Werksbesichtigung und den gesammelten Informationen wurde eine Analyse des

Wärmeverbrauchs der Prozesse der Anlage durchgeführt. In dieser Anlage wurden fünf

Trocknungsprozesse identifiziert, die 97% des Gesamtenergieverbrauchs bei einer

durchschnittlichen Gesamtleistung von 350kW am Standort ausmachen. Die geplante solare

Prozesswärmeanlage dieser Studie wird zur Vorwärmung der Zwischenwärme-

übertragungsflüssigkeit der Prozesse eingesetzt (siehe Abbildung 19 als Beispiel eines

Trocknungsprozesses). Die Wärmeträgerflüssigkeit wird im Solartauscher vorgewärmt, bevor sie

in den konventionellen Wärmetauscher eintritt.

Abbildung 19 Prozessschema mit solarer Vorwärmung der Zwischenwärmeübertragungsflüssigkeit vor dem Eintritt in den

konventionellen Wärmeüberträger

33


Verfügbare Fläche

Die Dächer des Gebäudes sowie der umliegenden Gebäude verfügen nur über wenig

Platz. Daher wurde mit dem Unternehmen während des technischen Besuchs

vereinbart, dass für die Planung einer solarthermischen Anlage die Freifläche

zwischen den Produktionsgebäuden verwendet wird. Dieses Areal entspricht einer

Gesamtfläche von 5200m² jedoch können gewisse Flächen nicht berücksichtigt

werden:

- Eine Fläche von 750m² wird aufgrund eines unterirdischen Bauwerks als

nicht bebaubares Land ausgewiesen.

- Eine Fläche von 1250m², die im Winter stark verschattet wird.

Zusammengefasst beträgt die für die Realisierung des Solarfeldes betrachtete

Freifläche 3200m².

Abbildung 20 Berücksichtigte Freifläche für die Planung einer solarthermischen Anlage zur

Prozesswärmeproduktion

34


Mittels Anhebung der Prozess-Rücklauftemperatur auf maximal 50 °C kann mit der solarthermischen

Anlage auf tiefem Temperaturniveau ein hoher Wärmeertrag erzielt werden. Auf der Freifläche kann

unter Einhaltung des benötigten Reihenabstands, um Verschattungsverluste im Winter zu verhindern,

eine Solaranlage mit einer Fläche von 1'000 m2 installiert werden. Die Flachkollektoren erreichen mit

Südausrichtung und einem Anstellwinkel von 35° einen flächenmässigen Wärmeertrag von rund 630

kWh/m2 am gewählten Standort.


Der Kollektorkreis wird mit einer Wasser-Glykol Mischung betrieben, um im Winter

Vereisungen zu vermeiden. Die beiden weiteren Kreisläufe werden mit Wasser

betrieben und sind über einen externen Wärmetauscher energetisch mit dem

Solarkreis verbunden. Jeder der fünf Trocknungsprozesse ist mittels externen

Wärmetauschers mit dem Solarwärmespeicher zur Vorwärmung der

Zwischenwärmeübertragungsflüssigkeit verbunden. Das für dieses Projekt geplante

Speichersystem ist ein 50 m3 grosser Warmwasserspeicher, welcher die

Diskrepanzen zwischen dem Verbrauchsprofil der Prozesse und der Verfügbarkeit

der solaren Ressource ausgleichen soll. Der zu planende Wärmespeichertank ist

aufgrund seines grossen Volumens sperrig und wird im Freien auf einer Betonplatte

installiert, die speziell zu diesem Zweck gebaut werden muss. Daher ist ein

wasserdichter Schutz der Tankisolierung erforderlich.

Cuve

50 m³

Champ Solaire

1000 m²

50°C50°C

Procédé

1

Procédé

2

Procédé

3

Procédé

4

55°C

Circuit primaire Circuit secondaire

Circuit de distribution

35


Tabelle 8 Offertenvergleich der Kollektorlieferanten mit produzierter Energiemenge, Investitionskosten, CO2-Einsparung

und dem berechneten Wärmegestehungspreis (Offerten von Energie Solaire, Meier Tobler, Rhyner Energie, Sol-Air

Concept und TVP) (

Kollektorlieferant Lieferant 1 Lieferant 2 Lieferant 3

Aperturfläche Anlage 920 m2

979 m2 951 m

2



2 607 kWh/m

2

Investitionskosten 1'355'800 CHF 1'053'575 CHF 915'030 CHF

CO2 Reduktion 217 t 235 t 166 t

Wärmegestehungspreis 0.10 CHF/kWh 0.08 CHF/kWh 0.10 CHF/kWh

Kollektorlieferant Lieferant 4 Lieferant 5

Anlagen Nettofläche 1'030 m2

990 m2

Energieproduktion 713'000 kWh/a 693'000 kWh/a


2

Investitionskosten 1'620'181 CHF 1'095'160 CHF

CO2 Reduktion 205 t 199 t

Wärmegestehungspreis 0.13 CHF/kWh 0.09 CHF/kWh

Die Ergebnisse der ökonomischen Analyse in der Vorstudie zeigten, dass es unabhängig vom

Kollektorlieferanten ein Potenzial für finanzielle Rentabilität gibt. Die Einbindung von Solarthermie

entspricht voll und ganz der Vision des Pharmaunternehmens, ihre Treibhausgasemissionen

drastisch zu reduzieren. Eine solare Prozesswärmeanlage mit einer Fläche von rund 1000 m2 (mit

einem 50 m3 Speicher) würde zwischen 166 und 235 t CO2 einsparen. Die Investitionskosten und

die Energieerzeugung variieren je nach Lieferant stark. Der Preis pro kWh am Standort in Bulle

variiert bei einer Laufzeit von 25 Jahren ohne Subvention zwischen 0.08 und 0.13 CHF/kWh.

36


5 SOLIND Tool

Heutzutage gibt es bereits verschiedene Tools und Internetseiten die eine standortabhängige

Solarertragsrechnung ermöglichen. Jedoch kommt nur eine Handvoll dieser nützlichen

Berechnungstools auch für Ertragsabklärungen bei interessierten Unternehmen aus dem

Industriesektor in Frage. Die Mehrheit der öffentlich erhältlichen Tools begrenzt die Möglichkeit der

Solarertragsberechnung auf den Wohnsektor. Damit verbunden sind fehlende

Dimensionierungsmöglichkeiten grosser Kollektorfelder (>100 m2) sowie die Auswahl von

Kollektoraustrittstemperaturen, die bei der Prozesswärmeerzeugung deutlich über dem den

Brauchwarmwassertemperaturen (50 - 60 °C) liegen können. Für die Ertragsberechnung von solar

erzeugter Prozesswärme gibt es die folgenden Tools:

- Vorauslegung Solaranlage der Universität Kassel3

- ScenoCalc des Research Institutes of Sweden4

- GainBuddy des Institutes für Solartechnik5

Diese Tools ermöglichen dem Nutzer die freie Auswahl an Zieltemperaturen, Standorten,

Ausrichtungen und Anlagengrösse. Allerdings verlangt der Einsatz dieser Tools ein

fortgeschrittenes Verständnis der solaren Wärmeerzeugung, weil die Tools wenig Informationen

zu den sinnvollen Voraussetzungen und Möglichkeiten der Solarthermie bietet. Dadurch sind die

Nutzer solcher Tools hauptsächlich Solarforscher und Systemanbieter anstelle der

Energieverantwortlichen von Industriebetrieben, die aufgrund dessen zu wenig mit Solarthermie

als alternativen Wärmeerzeuger in Berührung kommen. Mit dem SOLIND Tool soll diese geringe

direkte Nutzung der Industrieverantwortlichen entgegengewirkt werden.

Mit dem Excel basierte SOLIND Tool können Nutzer durch wenige Eingaben eine grobe

Machbarkeitsstudie mit Solarertragsberechnung inkl. Wärmegestehungspreis durchführen. Das

dreiteilige Tool liefert auf den Startseiten Informationen zum Energieverbrauch der Industrie sowie

zur Anwendung von Solarthermie in der Industrie (siehe Abbildung 21 auf der nachfolgenden

Seite). Mit Beginn der Machbarkeitsstudie wird zuerst über simple K. O. / O. K. Fragen abgeklärt,

ob der Einsatz von Solarthermie in der Wärmeerzeugung sinnvoll sein kann. Im darauf folgenden

Teil wird eine Zusammenfassung der eingesetzten Energieträger, des Energie- und

Prozesswärmeverbrauchs erstellt sowie ein vereinfachtes Wärmeversorgungsschema erzeugt

(siehe Abbildung 22). Im abschliessenden dritten Teil des Tools kann eine

Solarertragsabschätzung, mit den variablen Parametern verfügbare Fläche, Ausrichtung, Standort,

Temperatur und Kollektortechnologie, inklusive Wärmegestehungspreis durchgeführt werden

(siehe Abbildung 23). Die Nutzereingaben sowie die daraus erzeugten Resultate und

Visualisierungen können im Tool als übersichtlicher PDF Bericht exportiert werden. Dies kann als

3 http://www.xn--solare-prozesswrme-ztb.info/vorauslegung/

4 http://www.sp.se/en/index/services/solar/ScenoCalc/Sidor/default.aspx

5 http://www.spf.ch/GainBuddy.297.0.html

http://www.solare-prozesswärme.info/vorauslegung/

http://www.sp.se/en/index/services/solar/ScenoCalc/Sidor/default.aspx

http://www.spf.ch/GainBuddy.297.0.html

37


Grundlage für die Kontaktaufnahme mit den Instituten SPF und Lesbat, für detailliertere

Machbarkeitsstudien, oder den Solarsystem Anbietern dienen. Ein beispielhafter Resultatbericht

des SOLIND Tools ist in Anhang 8.2 abgelegt.

Abbildung 21 Startseite des SOLIND Tools mit Informationen zum Projekt

Abbildung 22 Erzeugen eines vereinfachten Anlagenschemas mit dem SOLIND Tool

38


Abbildung 23 Berechnung des möglichen Solarertrags auf der verfügbaren Fläche im SOLIND Tool

6 Veröffentlichungen

Die Resultate und Erkenntnisse aus der Machbarkeitsstudie Sol-Ind Swiss wurden oder werden in

naher Zukunft an verschiedenen Veranstaltungen sowie in Zeitschriften präsentiert. Nachfolgend

sind die Veranstaltungen aufgelistet, an welchen die Sol-Ind Swiss Studie vorgestellt wurde/wird:

- Industrietag des Instituts für Solartechnik in Rapperswil 2018 (Poster) und 2019

(Präsentation)

- Solarthermie Symposium in Bad Staffelstein 2018 (Präsentation) und 2019 (Poster)

- Eurosun 2018 in Rapperswil (Präsentation)

- Swissolar Wärmetagung 2018 in Rapperswil (Präsentation)

- SolarPaces 2018 in Casablanca (Poster)

- ERFA Betrieblicher Umweltschutz von Ecosuisse 2019 (Präsentation)

- ERFA Solarwärme 2019 von Swissolar in Zürich (Präsentation)

- Jahrbuch Solarthermie 2019 (Artikel)

- Interview Energate Zeitschrift 2019 (Artikel)

- Swissolar Generalversammlung 2019 in Solothurn (Workshop)

- Solar thermal World 2019 (Artikel)

- Solar World Congress 2019 in Santiago (Abstract eingereicht)

39


7 Verzeichnisse

7.1 Abbildungen

Abbildung 1 Gesamt- und Industrieenergieverbrauch in der Schweiz (links) und Aufteilung des

Wärmeverbrauchs in der Industrie (rechts) .................................................................................................... 8

Abbildung 2 Anteil der Industriesektoren am Gesamtenergieverbrauch und thermischen

Energieverbrauch der Schweizer Industrie im Jahr 2016 (Kemmler, 2017) .................................................. 9

Abbildung 3 Thermischer Energieverbrauch der Industriesektoren nach Kanton im Jahr 2016

gemäss Berechnungen auf Grundlage der Gesamtenergiestatistik 2016 (Bundesamt für Energie

BFE, 2017) (Bundesamt für Statistik, 2018) ................................................................................................. 10

Abbildung 4 Verteilung des thermischen Energieverbrauchs nach Anwendungen der betrachteten

Industriesektoren für das Jahr 2016 (eigene Berechnung basierend auf (Kemmler, 2017) und auf

(Bundesamt für Energie BFE, 2017)) ........................................................................................................... 11

Abbildung 5 Verteilung des thermischen Energieverbrauchs für die Prozesswärme nach

Temperaturniveau (Pardo, 2012) ................................................................................................................. 12

Abbildung 6: Theoretisch maximales Potenzial der ausgewählten Industriesektoren in den

Kantonen der Schweiz.................................................................................................................................. 14

Abbildung 7 Verhältnis des elektrischen und thermischen Energieverbrauchs der

Umfrageteilnehmer aufgeteilt nach Industriesektor ...................................................................................... 17

Abbildung 8 Anteil des thermischen Energiebedarfs unterteilt nach Temperaturniveau für die

befragten Industriesektoren .......................................................................................................................... 18

Abbildung 9 Anteil der Einsatzhäufigkeit der in der Umfrage definierten Temperaturbereichen in

den befragten Industriesektoren ................................................................................................................... 19

Abbildung 10 Aufteilung der von den Teilnehmern angegebenen Amortisationszeiträume für

erneuerbare Wärmeerzeuger ....................................................................................................................... 19

Abbildung 11 Brennstoff- (linke Achse) und Energieverbrauch (rechte Achse) des

Textilunternehmens im Zeitraum 01.01.2017 bis 08.09.2018. ..................................................................... 21

Abbildung 12 (links) Aufnahme von oben des Gebäudes mit Ausrichtung -20°NS (Quelle: Google

Maps) (rechts) Dachplan mit Markierung der freien Fläche 1 und 2 für eine Anlage .................................. 22

Abbildung 13 Links: Vergleich der Bruttowärmeerträge Q für Flachkollektoren bei

unterschiedlichen Betriebstemperaturen und für Dachfläche 1 vs. Fläche 1+2 (schraffierte Balken).

Rechts: Vergleich Bruttowärmeerträge für Flachkollektoren FK und Vakuumröhrenkollektoren VRK

bei verschiedenen Betriebstemperaturen..................................................................................................... 24

Abbildung 14 Monatlicher Energieverbrauch (grau) des Unternehmen im Jahr 2017 im Vergleich

zu dem Bruttowärmeertrag durch eine solare Anlage mit Flachkollektoren FK oder

Vakuumröhrenkollektoren VRK. Die Linien stellen den solaren Deckungsgrad dar. ................................... 25

40


Abbildung 15 Zusammenhang zwischen Kosten und Anlagefläche. Dargestellt sind auch die

Kosten für das Solarfeld exklusive Integration (rote Linie). Kostenanteil Solarfeld der

Gesamtkosten (Magenta durchbrochene Linie) ........................................................................................... 27

Abbildung 16: Prozessschema der Wirbelschichttrocknung mit Luft/Dampf-Wärmetauschern für

jedes Temperaturniveau ............................................................................................................................... 29

Abbildung 17 Berücksichtigte Dachfläche des Gebäudes 2 für die Planung einer solarthermischen

Anlage zur Prozesswärmeproduktion ........................................................................................................... 29

Abbildung 18: Einbindung der solaren Prozesswärme als Rücklauf Vorwärmung der Luft zur

Trocknung ..................................................................................................................................................... 30

Abbildung 19 Prozessschema mit solarer Vorwärmung der Zwischenwärmeübertragungsflüssigkeit

vor dem Eintritt in den konventionellen Wärmeüberträger ........................................................................... 32

Abbildung 20 Berücksichtigte Freifläche für die Planung einer solarthermischen Anlage zur

Prozesswärmeproduktion ............................................................................................................................. 33

Abbildung 21 Startseite des SOLIND Tools mit Informationen zum Projekt ................................................ 37

Abbildung 22 Erzeugen eines vereinfachten Anlagenschemas mit dem SOLIND Tool .............................. 37

Abbildung 23 Berechnung des möglichen Solarertrags auf der verfügbaren Fläche im SOLIND

Tool ............................................................................................................................................................... 38

7.2 Tabellen

Tabelle 1: Theoretisch maximales Potenzial der ausgewählten Industriesektoren bei tiefen

Temperaturen ............................................................................................................................................... 13

Tabelle 2 Übersicht der kontaktierten Unternehmen und Anzahl der Umfrageteilnehmer unterteilt in

Sprachregion und Industriesektor ................................................................................................................ 16

Tabelle 3 Parameterübersicht für GainBuddy Berechnung.......................................................................... 22

Tabelle 4 Ergebnis GainBuddy Berechnung ................................................................................................ 23

Tabelle 5 Kostenabschätzung für eine Solaranlage ..................................................................................... 26

Tabelle 6 Offerte von Lieferant 1 .................................................................................................................. 26

Tabelle 7 Offertenvergleich der Kollektorlieferanten mit produzierter Energiemenge,

Investitionskosten, CO2-Einsparung und dem berechneten Wärmegestehungspreis (Offerten von

Energie Solaire, Finergy und Rhyner Energie ( .......................................................................................... 31

Tabelle 8 Offertenvergleich der Kollektorlieferanten mit produzierter Energiemenge,

Investitionskosten, CO2-Einsparung und dem berechneten Wärmegestehungspreis (Offerten von

Energie Solaire, Meier Tobler, Rhyner Energie, Sol-Air Concept und TVP) (.............................................. 35

41


7.3 Literatur

Bundesamt für Energie BFE. (2017). Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016. Bern:

Bundesamt für Energie BFE.

Bundesamt für Statistik. (5. März 2018). STAT-TAB. Von

https://www.pxweb.bfs.admin.ch/pxweb/de/?rxid=9c838d30-4e83-4b0b-b748-2d4bbadb0710

abgerufen

Guillaume, M. et al (2019). Sol-Ind Swiss Project, Phase 1a: Market Analysis. Bern: Bundesamt für

Energie

Kemmler, A. K. (2017). Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs 2000 - 2016 nach

Verwendungszwecken. Bern: Bundesamt für Energie.

Pardo, N. u. (2012). Heat and cooling demand and market perspective. Luxembourg: Publications

Office of the European Union.

Vlasta KRMELJ. (5. März 2018). Solar-Process-Heat. Von http://www.solar-process-

heat.eu/fileadmin/redakteure/So-Pro/Events/Krmelj_09062011.pdf abgerufen

42


Anhang

Fragebogen

Firma

Energie

1 Totalenergieverbrauch am Standort:

2 Energieträger

a Strom (inkl. Photovoltaik)

b Öl

c Gas

d Holz

e Fernwärme

f Abwärme

g Solarthermie

3a Installierte Wärmeerzeuger: 3b Installationszeitpunkt:

3c Nennleistung [kW]:

4Eingesetztes Wärmeträgermedium

(Dampf, Heisswasser, etc.):

5Ist der Energieverbrauch einzelner

thermische Prozesse bekannt?

6aWelche unterschiedlichen Prozess-

temperaturniveaus werden benötigt?

6b

Grobe Anteilabschätzung des

Gesamtwärmeverbrauchs auf

angekreuztem Prozess-

temperaturniveau (z.B 10% bis100%)

50% 0% 30% 20%

6cVerbrauchsprofil der Prozesse nach

Temperaturniveau

7 Wird Abwärmenutzung betrieben?

8Wurde bereits ein Energieaudit am

Standort durchgeführt?

Potential für Solarthermie

9

Gibt es eine nutzbare freie Flächen auf

dem Dach oder Boden für eine

Solaranlage?

10Exisiteren bereits Wärmespeicher am

Standort?

11aWurde Solarthermie jemals als

mögliche Wärmequelle erwogen:

11bWelcher Grund verhinderte die

Umsetzung?

12

Welche Amortisationszeit muss bei

Investition in erneuerbare

Wärmeerzeuger erreicht werden?

Industriebefragung zu solarer Prozesswärme

Firma XY

Verbrauch (MWh/a, m3/a, l/a, t/a etc.) Kosten (CHF, CHF/kWh, CHF/m3, CHF/l, CHF/t)

4'500 MWh 450'000 CHF

12'000 MWh

7'000 MWh 490'000 CHF

500 MWh

Dampfkessel, Gasbrenner

500, 100

Dampf 6 bar, Heisswasser

> 10 Jahre < 10 Jahre

Ja

30 - 60 �C 61 - 100 �C 101 - 130 �C >130 �C

Kontinuierlich

Täglich

> 3x pro Woche

< 3x pro Woche

Kontinuierlich

Täglich

> 3x pro Woche

< 3x pro Woche

Kontinuierlich

Täglich

> 3x pro Woche

< 3x pro Woche

Kontinuierlich

Täglich

> 3x pro Woche

< 3x pro Woche

Ja

Ja

Ja

Nein

< 100 m2 > 100 m2 > 500 m2Keine

Ja und wird geplant Ja aber nicht umgesetzt

Wirtschaftlicher Beweggrund Technischer Beweggrund

< 3 Jahre 3 - 5 Jahre 5 - 7 Jahre > 7 Jahre

Nein

Nein

Nein

Nein

43


SOLIND Tool Bericht

Firmenname: Kontaktperson:

Adresse: Kontaktdaten:

WÄRMEERZEUGER WÄRMEVERSORGUNGSNETZ VERBRAUCHER

Heisswasser bei 90 °C

Heisswasser bei 50 °C

1

MW

Installierter Wärmespeicher: Warmwasserspeicher 50 m3

Gesamtenergieverbrauch

Strom

Energieverbrauch am Standort

SOLIND

Bericht

Kontaktdaten Unternehmen

CO2-Äquivalente pro Jahr

Energiekosten

Gesamtenergiekosten (ohne CO2 Abgabe) 233’000 CHF/Jahr

471 t CO2eq

Wärme

CO2-Vereinbarung Ja

CHT Switzerland

Kriesserbstr. 20

9462 Montlingen

2’600

1’000

1’600

233’000 CHF/Jahr

Wärmeversorgung am Standort

WÄRME-

SPEICHERMax. Leistung

Prozesswärme

1’230

MWh/Jahr1.6

MWh/Jahr

MWh/Jahr

MWh/Jahr

Thermische Energieträger

Öl (50 MWh/Jahr) ; Gas (1550 MWh/Jahr)

Gesamtenergiekosten (mit CO2-Abgabe)

Erzeuger

Der Wärmespeicher ist verbunden mit Wärmeerzeuger / Versorgungsebene

Seite 1 / 3

Potential ausgeschöpftWärmerückgewinnung:

Strom 38.5%

Öl 1.9%

Gas 59.6%

44


Solare Wärmeerzeugung am Standort

Süd

St. Gallen

Flachkollektor

Kollektorneigung

CHF

Subventionen S0 0 CHF

Seite 2 / 3

Solarer Wärmegestehungspreis

Spez. Kosten Solaranlage (ohne Wärmespeicher) 900 ± 200 CHF/m2

°

°C

%

Jahre

Wärmegestehungskosten 13.1 ± 2.9 Rp./kWh 11.6 ± 2.6 Rp./kWh

Jährl. solarer Anteil

35

50

2.5

Kollektorausrichtung

Standort Wetterdaten

Kollektortechnologie

SOLIND

Bericht

Verwendete Information für die Berechnung

Brutto Kollektorfläche 75 m2 24 Kollektoren

Gesamte solare Wärmeerzeugung 543 kWh/m2 41 MWh/Jahr

Prozesstemperatur

Einsparung fossile Brennstoffe pro Jahr Et 45 MWh

Formel Wärmegestehungskosten

Laufzeit Solaranlage T = 20 Jahre T = 25

Jährliche Unterhalts- & Wartungskosten (2 %) Ct 1’356 CHF

Kalkulationszins r 3 %

Investitionskosten I0 67’804

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

10%

0

1’000

2’000

3’000

4’000

5’000

6’000

7’000

An

teil

So

larw

ärm

e

Sola

rer

Wä

rmee

rtra

g

Solare Prozesswärmeerzeugung in kWh

Solare Prozesswärmeerzeugung Solar fraction

45


Swissolar SPF Lesbat

Nathalie Spiller Marco Caflisch Martin Guillaume

[email protected] [email protected] [email protected]

0.8 MW

Wärmeerzeugung durchschn. Leistung Sommer Winter

Während der Woche 1.6 MW 1.6 MW

Während des Wochenendes 0.4 MW

SOLIND

Bericht

Allgemeine Fragen

Seite 3 / 3

Machbarkeitsstudie & Tool (FR)

24.0 MWh 40 35

Farbherstellung

Raumheizung

MWh 40.0 MWh 90

750

Machbarkeitsstudie & Tool (DE)

480

Prozesswärmebedarf und Solarwärme Integration

Benötigte

Prozess-

temperatur [°C]

Rücklauf-

tempertaur [°C]Min. Monat

(Sommer)

Geeignete ProzesseProzess für Integration

Solarwärme grün markiert

Wärmebedarf

Jährlich

Wärmeerzeuger am Standort

mit 1 Erzeuger

80

MWh

Wärmeerzeugung max. Leistung 2 MW

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

Wä

rmee

rzeu

gun

g

Wärmeerzeugung in MWh

0

10

20

30

40

50

Ener

gieb

eda

rf

Energieverbrauch vom Prozess Farbherstellung in MWh

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