Solarer Prozessdampf

Einführung

Der Bedarf an thermischer Energie im Industriesektor der Mitgliedstaaten der Europäischen Union (EU-27) lag 2007 bei 2.600 TWh (Quelle: Eurostat). Dies entspricht 69,3 % des gesamten Energiebedarfs und ist somit in etwa doppelt so hoch wie der Bedarf an elektrischer Energie. Ein Großteil dieses Wärmebedarfs wird auf einem Temperaturniveau von unter 400 °C gebraucht. Es ist davon auszugehen, dass sich in den Zielländern für solarthermische Anwendungen die Situation in der Industrie nicht wesentlich vom europäischen Durchschnitt unterscheidet.

Konfiguration

Prozessdampf für industrielle Anwendungen ist üblicherweise Sattdampf. Die Erzeugung und Verteilung erfolgt auf einem Druckniveau, welches von der erforderlichen Sattdampftemperatur bestimmt wird, die der höchsten im System benötigten Temperatur entspricht. Dieser Dampf wird entweder direkt in einem fossil-befeuerten Kessel erzeugt, oder bei einer KWK-Konfiguration (Kraft-Wärme-Kopplung) einer Dampfturbine entnommen. In dem Fall beliefert der Kessel eine Dampfturbine oder einen Dampfmotor und der benötigte Prozessdampf wird dann entweder als Abdampf einer Gegendruckturbine bereitgestellt oder/und auf einem höheren Druckniveau als Entnahmen oder Anzapfungen an der Turbine.

In beiden Fällen kann der fossile Kessel zumindest teilweise durch ein solarthermisches Kollektorfeld ersetzt werden und evtl. sogar komplett, wenn ein geeigneter thermischer Speicher eingesetzt wird. Der solar erzeugte Dampf kann somit die wertvollen fossilen Brennstoffe komplett ersetzen. Zumindest aber kann fossile Energie eingespart werden, was den CO₂-Ausstoss und damit den Carbon-Footprint der produzierten Güter reduziert.

Anwendungsbereiche

Prozessdampf erfüllt in verschiedenen Industriezweigen (z.B. der chemischen Industrie, im Bergbau, bei der Lebensmittelverarbeitung oder der Textilindustrie) wesentliche Funktionen bei einer großen Anzahl von Anwendungen:

• Prozesswärme
  Prozesswärme wird in der Industrie direkt genutzt, um Wärmeenergie für endotherme Prozesse bereitzustellen. Dies kann ein direkter Wärmeeintrag für chemische Reaktionen sein oder Wärmeenergie zum Sieden, Waschen, Trocken oder Sterilisieren.
• Kühlung
  Prozesswärme wird über den Einsatz von Absorptions-Kältemaschinen zur Kühlung bzw. Bereitstellung von Prozesskälte verwendet. Absorptionskältemaschinen gibt es in einstufiger, zweistufiger und sogar dreistufiger Ausführung. Normalerweise wird Lithiumbromid als Absorptionsmedium für Klimatisierungsanlagen benutzt, während für die zwei- oder dreistufigen Kälteanlagen in der Tiefkühltechnik Ammoniak zur Anwendung kommt.
• Thermische Meerwasserentsalzung
  Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für Prozessdampf ist Entsalzung von Meer- oder Brackwasser. Dies ist eine äußerst attraktive Option, da insbesondere in den Regionen mit hoher solarer Einstrahlung eine große Problematik im Bezug auf die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser und Wasser für die Landwirtschaft vorherrscht. Eine der Technologien die thermische Energie als Treiber nutzt ist die MED (Multi-effect Desalination). Im ersten Abschnitt einer MED wird Salzlake durch Prozessdampf/-wärme teilweise verdampft. Der entstehende salzfreie Dampf wird dann im nächsten Abschnitt kondensiert und verdampft dabei seinerseits weitere Salzlake. Dieser Prozess wird durch ansteigenden Unterdruck in den einzelnen Abschnitt angetrieben. Der wesentliche Vorteil des MED-Prozesses ist die relativ geringe Temperatur (70-80 °C), die als Antriebswärme benötigt wird. Dadurch wird sowohl die Abwärme eines Verbrennungsmotors nutzbar, als auch der Abdampf einer Dampfturbine, oder auch die solare Wärme, die in gewöhnlichen Flach- oder Vakuum-Röhren-Kollektoren gesammelt wird.

Solarer Prozessdampf - Vorteile:

Solarer Prozessdampf bietet zahlreiche Vorteile. Er kann leicht in bestehende Anlagen integriert werden, sofern ausreichender Platz für die Installation der Solarkollektoren auf dem Dach oder unmittelbarer Nähe vorhanden ist. Die Integration in das Dampfversorgungssystem ist einfach und die bestehende Infrastruktur (Kessel, etc.) garantiert eine störungsfreie Versorgung mit Prozessdampf, auch in Zeiten mit unzureichender solarer Einstrahlung. Solarer Dampf reduziert den fossilen Brennstoffverbrauch und damit auch die CO₂-Emissionen in Industriebranchen mit hohem Energiebedarf. Dadurch wird der Carbon-Footprint der produzierten Güter verringert. Durch die Kombination mit einer Dampfturbine kann der solare Dampf zuerst zur Stromerzeugung genutzt werden, um dann den notwendigen Prozessdampf aus dem Abdampf oder Anzapfungen zu entnehmen. Dieser Kraft-Wärme-Kopplungs-Ansatz bietet dem Betreiber interessante wirtschaftliche Vorteile.

Solarer Prozessdampf - Service von SHP Europe:

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