Endbericht (1.3 MB) - Haus der Zukunft

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ASTTP Forschungsagenda Solarthermie Grundlagenforschung Planungsrichtlinien und Werkzeuge Derzeit haben nur wenige Ingenieurbüros und Forschungsinstitute Erfahrung mit industriellen Solarinstallationen. Daher müssen verbesserte Modellierungs- und Simulationswerkzeuge zur thermodynamischen Analyse von typischen industriellen Prozessen entwickelt werden, welche in weiterer Folge in breit anwendbaren Planungsrichtlinien und Werkzeugen Eingang finden müssen. Angewandte Forschung Thermodynamische Optimierung von Prozessen Trotz der Tatsache, dass in der Industrie viele Prozesse bei Temperaturen unter 100°C arbeiten, wird die Wärmeversorgung der meisten industriellen Anlagen derzeit durch Dampfnetze realisiert, die bei Temperaturen zwischen 140° und 180°C operieren. Dies macht den Einsatz von Solarthermie in unseren Breiten weniger attraktiv oder sogar unmöglich. Das Umsatteln auf niedrigere Temperaturen würde erhebliche Investitionen in die Modifizierung der Infrastruktur und in Prozessumgestaltung bedeuten. Dies würde die Attraktivität von Solarenergie erheblich reduzieren. Neue Technologien, die es ermöglichen, dass Prozesse bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden, müssen davor entwickelt werden. Ein Beispiel ist die Reduzierung der Badtemperatur in Beizanlagen. In einigen Fällen können Prozesse auch effizient neu gestaltet werden, um sie auf den täglichen und/oder jahreszeitlichen Zyklus der Solarenergieversorgung abzustimmen. Bei der Planung neuer, langfristig angelegter Investitionen in den industriellen Prozess besteht außerdem immer die Möglichkeit nachträglicher solarer Erweiterungen. Es ist für die Anlagenrealisierung entscheidend, die derzeit entwickelten Methoden für Systemoptimierung und Integration von Solarthermie in Industrieprozesse insoweit auszubauen, als dass das Lastmanagement der thermischen Energie selbst in komplexen Prozessen gut dargestellt und simuliert werden kann, passende Energieversorgungssysteme in den Gesamtprozess eingebunden werden und die zeitlichen Abläufe mit einbezogen werden. In diesem Bereich hat Österreich bisher in den Arbeiten im Rahmen des IEA Task 33 eine zentrale Rolle gespielt und sollte seine Position auch weiterhin stärken. Die notwendigen Tools zur Systemoptimierung sollten international anwendbar sein, wodurch eine Zusammenarbeit in internationalen Konsortien sinnvoll erscheint. Stillstandverhalten und Monitoring von Anlagen im Megawattbereich In der angewandten Forschung müssen Fragen des Stillstandverhaltens und des Langzeitverhaltens durch umfangreiches Monitoring von Großanlagen beantwortet werden. Ebenso wird die Verbesserung von bestehenden Managementtools, wie Energiecontracting, dazu beitragen, solare Großanlagen in der Industrie realisieren zu können. Außerdem wird die Weiterentwicklung von Methoden zur Systemoptimierung eine zentrale Rolle spielen, um die ideale Kombination aus solarthermischem Eintrag, Wärmerückgewinnung und Integration in das Energieversorgungssystem erreichen zu können. Hydraulik und Management großer Kollektorfelder 46
ASTTP Forschungsagenda Solarthermie Für sehr große Kollektorfelder (Megawattbereich), die für die Industrie aber auch bei Fernwärmeeinbindungen erwartet werden, ist die Entwicklung großer, für diese Anwendungsfälle hydraulisch abgestimmter und optimierter Kollektoren erforderlich. Weiters ist sind zur Planungsunterstützung numerische Verfahren und Simulationswerkzeuge erforderlich. Großsolaranlagen verlangen spezielles Monitoring und einen speziellen Anlagenbetrieb. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, müssen Forschungsfragen im Bereich des Stillstandsverhaltens und on-line Monitoring beantwortet werden. Die Entwicklung von belastbaren und fremdenergiefreien Stagnationskühlern oder die Entwicklung von entleerenden oder teilentleerenden Kollektorfeldern zur Vermeidung von Stagnationsproblemen könnten hier zielführend sein. Dazu werden auch verstärkte Aktivitäten im Bereich der Standardisierung wichtig sein. Neben hohen Investitionskosten solarer Großanlagen wurden vor allem das Defizit an standardisierten Wartungsmethoden, aber auch das Fehlen standardisierter Methoden zur Funktions- und Ertragskontrolle („Function and Yield Control“) als wesentliche Marktbarrieren identifiziert. Die Entwicklung bzw. das Vorhandensein europaweit gültiger Standards in letzterem Bereich stellt eine wichtige Entscheidungsvoraussetzung für Investoren und Anlagenbetreiber dar. Neue Anwendungen Der Abwasserbehandlung kommt in vielen Industriesektoren Bedeutung zu, da sehr oft Wasser als Energieträger (im Verteilungsnetz bzw. in den Prozessen selbst) verwendet wird. Die Reduktion und Wiederverwendung von Prozesswasser bringt in vielen Fällen eine Reduktion des Energiebedarfs mit sich. Außerdem beinhaltet Prozesswasser oft Komponenten, die einerseits nach dem Recycling noch für weitere Wertschöpfung (innerbetrieblich oder extern) genutzt werden können, bzw. Schadstoffe, die andererseits vor der Einleitung entfernt werden müssen. Solare Reinigungsprozesse können eine energieeffiziente Methode darstellen für die Rückgewinnung bzw. die Aufbereitung von Prozesswasser. Ziel ist es, insbesondere die vorhandenen Methoden für solare Meerwasserentsalzung für Prozesswasseraufbereitung zu adaptieren. Da solare Meerwasserentsalzungsanlagen hauptsächlich im Ausland (Deutschland, Spanien) entwickelt werden, erscheint eine internationale Kooperation in zukünftigen Projekten wichtig. Demonstration Die Herausforderung für die Realisierung von industriellen solarthermischen Anlagen umfasst zwei Teile: einerseits die technologische Herausforderung selbst und die sozio-ökonomische Barriere der Implementierung. Im Bereich der Sozial- Ökonomie wird es am wichtigsten sein die Machbarkeit durch Demonstrationsanlagen in ausgewählten Industriesektoren unter Beweis zu stellen und die Realisierung sowie das Monitoring dieser Anlagen durch firmenspezifische Umsetzungsfahrpläne zu leiten. Die Zusammenarbeit mit Anlagenherstellern und die Adaption von Anlagen für den direkten Einsatz von solarer Prozesswärme wird ebenso eine zukünftige systemtechnische Herausforderung darstellen. 47
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