Das Zementwerk Gmunden hat ein Abwärme-Potenzial von ca. 10 MWth bei 400 °C. In diesem Projekt entwickelte ein Projektteam aus Forschungs- und Industriepartnern1 Konzepte und Technologien, um dieses Potenzial zu nutzen und damit eine möglichst große CO2-Reduktion zu erreichen. Ziel der Konzepte ist es, die Abwärme aus dem Industriebetrieb auszukoppeln, zu speichern und auf hohem Temperaturniveau über eine 1,5 Kilometer lange Wärmetransportleitung zu industriellen Großabnehmern im Stadtgebiet von Gmunden zu leiten.
Wärmeauskopplung
Der Vergleich zwischen den Ansätzen „Staubbeladener Glattrohrwärmetauscher“ und „keramischer Heißgasfilter + Rippenrohrwärmetauscher“ hat finanzielle Vorteile für die Rippenrohrvariante ergeben. Für das techno-ökonomische Projekt-Konzept wurde trotzdem die Glattrohrvariante gewählt, da das technische Risiko geringer ist und die werksinternen Stoffströme besser organisiert werden können.
Gesamtkonzept
Es wurden fast 30 Verschaltungen der Subsysteme Wärmeauskopplungsfluid, Speichersystem und Fernwärmesystem thermodynamisch und hinsichtlich technisch-ökonomischem Optimum analysiert. Aus diesen wurden vier Konzepte technisch ausgelegt und wirtschaftlich miteinander verglichen.
Heat-Link
Entgegen der ursprünglichen Einschätzung zu Projektstart hat sich ein Fernwärme-System basierend auf Dampf klar als techno-ökonomisch vorteilhafteste Lösung herauskristallisiert. Das Projekt-Team konnte eine technisch machbare Trassenführung zwischen Abwärme-Quelle und den potenziellen industriellen Abnehmern ausarbeiten.
Wärmespeicher
Ziel eines Wärmespeichers ist einerseits eine Optimierung des Betriebes, andrerseits eine Maximierung der Abwärme-Nutzung und somit der CO2-Emissionsvermeidung mit einer zeitlichen Entkopplung von Erzeugung und Verbrauch. Die Lastprofile der Abwärme und des Wärmebedarfes variieren stark und sind nicht gleichläufig. Ein Speicher erlaubt, Angebot und Nachfrage abzugleichen. Im Projekt wurde in Betriebs-Speicher (6 MWh), Tages-Speicher (330 MWh) und Langzeit-Speicher (>4 GWh) unterschieden. Die Zahl der Speicherzyklen und somit die Wirtschaftlichkeit steigt mit sinkender Speichergröße. Für die Betriebsspeichervariante wurden Ruths-Dampfspeicher und Druckwasserspeicher techno-ökonomisch evaluiert. Für Tagessspeicher oder größere Hochtemperaturspeicher wurde ein Schotterspeicher entwickelt, simuliert, im Labor der TU Wien getestet und techno-ökonomisch evaluiert. Für Langzeitspeicher mit Einsatz bis zur saisonalen Speicherung wurden Schotterspeicher und Erdbecken-Wasserspeicher evaluiert.
CO2-Einsparung und Wirtschaftlichkeit
Die verfügbare Abwärme von (Konzeptabhängig) 70 bis 90 GWh hätte ein theoretisches CO2-Emissions-Vermeidungs-Potenzial von bis zu 22.000 Tonnen (22 kT) CO2 pro Jahr. Die analysierten Varianten mit Betriebsspeicher, mit Tagesspeicher, bzw. ohne Speicher erlauben bei unterschiedlicher Investitionshöhe eine Abwärme-Nutzung im Bereich von 42 GWh jährlich bis 65 GWh jährlich (47 bis 72% des Maximal-Potenzials). Für die Wirtschaftlichkeit des Projektes sind folgende Eckdaten die wesentlichen Eingangsgrößen: Investitionskosten, laufende Kosten (Betriebskosten), wirtschaftliche Betrachtungsdauer (Nutzungsdauer), Zinssatz, spez. Brennstoffkosten, substituierte Primärenergiemenge, Förderung (insbesondere Invest-Förderung) sowie vermiedene sonstige Kosten (z. B. Steuern pro kWh oder pro Tonne CO2) zufolge der vermiedenen Primärenergiemenge und Emissionen. Auf Basis der aktuell für das Projekt anwendbaren Eckdaten konnte leider für keines der untersuchten Konzepte eine wirtschaftliche Umsetzbarkeit dargestellt werden. Für noch größere Wärmespeicher verschlechterte sich unter den vorliegenden Rahmenbedingungen die Wirtschaftlichkeit. Im Projekt wurde ausgearbeitet, welche Änderungen der Rahmenbedingungen eine Umsetzung möglich machen würden.
Aus der durchgeführten makroökonomischen Simulation ergibt sich bei Umsetzung des Projekts eine Steigerung des Bruttoregionalprodukts von durchschnittlich 6,2 Mio. Euro/a und ein Beschäftigungsplus von ca. 80 Angestellten.
www.nefi.at/gmunden
1 Projektpartner: TU Wien/Institut für Energietechnik und Thermodynamik, Energieinstitut an der JKU Linz, ste.p ZT GmbH, Rohrdorfer Zement, Energie AG Oberösterreich Erzeugung GmbH, Energie AG Oberösterreich Vertrieb GmbH, Porr Bau GmbH, Kremsmüller Industrieanlagenbau KG
Ein Projekt im Rahmen der Vorzeigeregion Energie NEFI – New Energy for Industry
www.nefi.at