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14. Dezember 2021

INXS Industrial Excess Heat – Qualitative Einschätzung des Abwärmepotentials eines Industriestandortes

Ein großer Teil des Endenergieverbrauchs in Österreich wird derzeit für Wärmeanwendungen eingesetzt, wie Abb. 1 zeigt. Im Rahmen der Energiewende sollten Wärmeanwendungen wie z.B. Raumwärme unter dem Gesichtspunkt der Primärenergieeffizienz vorrangig in kaskadischer Form – mit vorher bereits bei höheren Temperaturen genutzter Wärme – versorgt werden. Damit könnte der fossile Energieverbrauch reduziert werden. Die Nutzung für betriebsinterne Zwecke ist zu priorisieren, eine Einspeisung in Fern- oder Nahwärmenetze zur Wärmeversorgung ist als weiterer Schritt zu betrachten.

Abbildung 1: Endenergieverbrauch in Österreich und Anteil an erneuerbarer Energie aufgeteilt zwischen Wärme, Strom und Treibstoffen 2016 (Datenquelle: Statistik Austria 2017)

Die österreichischen industriellen Abwärmepotentiale bieten großes Potential, aber diese Quellen liegen häufig auf einem niedrigen Temperaturniveau. Durch Niedertemperatur-Wärmenetze und Wärmepumpen lassen sich aber auch diese Potentiale heben.

Aufgabe des Projektes INXS ist es, die bislang ungenutzten Potentiale standortgenau zu erheben und mit weiteren Kennzahlen in einer Datenbank zu hinterlegen. Diese Datenbank muss interpretiert werden: Um qualitativ zu entscheiden, welche Abwärmequellen für eine Nutzung sinnvoll erscheinen, wurden einige Parameter in einer Matrix (siehe Tabelle 1) zusammengefasst. Diese Kenngrößen und Indikatoren werden im Folgenden erklärt.

  • das Temperaturniveau des Abwärmestroms, der die Art der möglichen Nutzung bestimmt
  • die durchschnittliche Leistung, die von der Wärmequelle zur Verfügung gestellt werden kann und erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat
  • die zeitliche Verfügbarkeit, die die Zuverlässigkeit der Versorgung mit Wärme beschreibt
  • die saisonale Schwankung, unter der die Abwärme verfügbar ist
  • das Medium und Verschmutzung des Abwärmestroms, die Einfluss auf die einsetzbaren Technologien haben
  • der Abstand zum nächsten Fernwärmeakteur z.B. eine Quelle, Senke oder eine nahegelegene bestehende Fernwärmeleitung, mit der ein Austausch erfolgen könnte.

Für jeden dieser Punkte wurden außerdem verschiedene Kategorien oder Bereiche definiert.

Die Nutzung des Abwärmestroms ist auch abhängig von der Entfernung zwischen Quelle und Senke; daher ist neben den genannten Kriterien auch die beabsichtigte Art der Wärmenutzung relevant und bildet die zweite Achse der Matrix. Hier wird zunächst zwischen betriebsinterner und externer Wärmenutzung unterschieden: Für die betriebsinterne Nutzung ist festzustellen, ob eine direkte Nutzung möglich ist (z.B. Verbrennungsluftvorwärmung, Speisewasservorwärmung, Trockung zur Einsparung von Primärenergie) oder ob eine Wärmepumpe einzusetzen ist um das Temperaturniveau des Abwärmestromes auf ein brauchbares Niveau zu heben. In der externen Nutzung schlüsseln sich die möglichen Anwendungen auf in eine direkte Nutzung des Abwärmestroms durch benachbarte Industrieanlagen, in eine direkte Einspeisung in ein Fernwärmenetz und in eine Einspeisung in ein Fernwärmenetz mit Nutzung einer Wärmepumpe. „Industrie direkt“ bedeutet die Nutzung der Abwärme in einem mehr oder weniger benachbarten anderen Industrie- oder Gewerbebetrieb bzw. in Industrie- oder Gewerbe-Clustern. „Fernwärme-Netz direkt“ meint die Einspeisung der Abwärme in ein Fernwärme-Netz bei vorwiegend ausreichender Höhe der Temperatur, sodass die Versorgung von Gebäuden, Gewerbe, aber auch Industrien mit zumeist ohne Hebung mit Wärmepumpen erfolgen kann. „Fernwärmenetz mit dezentraler WP“ bedeutet die Einspeisung von Niedertemperaturwärme in ein Niedertemperaturnetz oder in ein Kaltes Nahwärmenetz (Anergienetz), wobei in den meisten Fällen die Anhebung der Temperatur bei den Verbrauchern notwendig ist (Ausnahmen können hier z.B. die Anwendung in Gewächshäuser sein).

Auf einer groben Skala von -2 bis +2 wird die Eignung des betrachteten Abwärmestroms (Zeile) hinsichtlich der potenziellen Nutzung (Spalte) abgeschätzt.

 

Tabelle 1: Bewertungsmatrix für die Priorisierung der Abwärmen. Struktur nach Schnitzer, et al. (2012). Neubewertung durch Projekt-Team.

Legende:

2         gute Eignung
1          in meisten Fällen ist Nutzung möglich
0         unter bestimmten Umständen ist die Nutzung möglich
-1        kritisch, Nutzung kaum möglich bzw. wird erschwert
-2        Ausschlusskriterium, Nutzung unmöglich

 

Diese Parameter können für Quellen und für Senken gleichermaßen angewendet werden.

In Tabelle 2 wird diese Matrix am Beispiel eines Schachtofens in der Kalkindustrie angewendet, und zwar konkret auf einen Rauchgasstrom mit der Temperatur 90°C. Dabei wird jeweils die Zeile, die auf den Rauchgasstrom zutrifft, markiert und die übrigen Zeilen derselben Kategorie gestrichen.

 

Tabelle 2: Anwendung am Fallbeispiel eines Kalkbrandofens: Rauchgasstrom bei 90°Projekt INXS

In diesem Beispiel ist zusätzlich eine Summe angegeben, die die entsprechende Spalte zusammenfasst. Diese Summe bietet allerdings nur eine grobe Orientierung, für welche der Anwendungen der Wärmenutzung eine genauere Untersuchung empfohlen werden kann.

Mit der Erhebung der Daten im INXS versucht das Konsortium, diese Kenndaten für Industriestandorte in ganz Österreich darzustellen und damit eine Einschätzung der Energielandschaft zu ermöglichen. Neben der Einschätzung der aktuellen Situation wird auch eine Projektion auf 2030 und 2040 erstellt. Hierfür werden die zukünftigen industriellen Prozesse und Produktionssysteme untersucht.