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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
- 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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
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Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
23
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Gesamtenergieverbrauch 16‘700 MWh
Wärmeenergieverbrauch 6‘523 MWh
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Spezifikation für die Solaranlage:
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Energieproduktion 494'550 kWh/a 413'742 kWh/a 538'361 kWh/a
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
4.3 Pharmaunternehmen in Bulle
Als dritte Fallstudie wurde ein Pharmaunternehmen in Bulle aufgrund des hohen Energiebedarfs
und der nachhaltigen Umweltpolitik ausgesucht.
Energieverbrauch
Gesamtenergieverbrauch 48‘500 MWh
Wärmeenergieverbrauch 31‘785 MWh
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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.
Spezifikation für die Solaranlage:
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Energieproduktion 754'000 kWh/a 820'000 kWh/a 577'000 kWh/a
Spez. Energieproduktion 820 kWh/m2 838 kWh/m
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
Spez. Energieproduktion 693 kWh/m2 700 kWh/m
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
37
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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
Schlussbericht Sol-Ind Swiss: Solare Prozesswärme in der Schweiz
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