Die GDRMA Kienbaum des Gasnetzbetreibers ONTRAS Gastransport GmbH gehört zu den größten GDRMAs in Deutschland. Um den hohen Wärmebedarf für die Gasvorwärmung zu decken, ließ der Gasnetzbetreiber die größte solare Prozesswärmeanlage Deutschlands mit flüssigem Solarfluid errichten. Die solarthermische Anlage wurde 2023 in Betrieb genommen. Die Anlage besteht aus einem 2.145 m² Vakuumröhrenkollektorfeld (Nennleistung von 1.500 kW_th), das an einen 60 m³ großen Wärmespeicher gekoppelt ist.

Um die begrenzte Grundfläche optimal zu nutzen, sind die Großkollektoren in Ost-West-Richtung ausgerichtet und das Kollektorfeld mit einem geringen Abstand von nur 1 Meter zwischen den Kollektorreihen gebaut. Die Kollektoren enthalten außerdem Wärmerohre mit integrierter Temperaturbegrenzung im Falle von Stagnation (Heat Pipe). Dadurch konnten insbesondere die Größe der Ausdehnungsgefäße und Vorschaltgefäße reduziert werden und damit der Platzbedarf im Technikcontainer minimiert werden. Bei der Auswahl der Komponenten wurde auf die lokale Wertschöpfungskette geachtet. Der Kollektorhersteller Akotec ist im gleichen Bundesland wie die Anlage (Brandenburg) ansässig.

Die geplante Gasersparnis durch die solarthermische Anlage beträgt rund 1.000 MWh/a, was einer Reduktion von 273 tCO₂eq/a entspricht. Der solare Deckungsgrad ist mit 12 %/a projektiert.

Die Anlage wurde im Rahmen des vom BMWK geförderten Forschungsvorhabens „EffGas – Primärenergetische Optimierung bestehender Gas-Druckregelanlagen und Maßnahmenentwicklung für den deutschen Anlagenbestand“ (FKZ 03ET1522A) mit ausreichend Messtechnik für eine ausführliche Auswertung ausgestattet.

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Der geplante Ertrag der Kollektoren beträgt spezifisch 640 kWh/m²/a (bezogen auf Bruttofläche), wobei der Tracker einen besonders hohen Beitrag dazu leistet. Die konventionelle Heizung erfolgt mit Gaskessel und versorgt die nötige Gasvorwärmung aufgrund der Druckreduktion von 43 auf 10 bar von ca. 16 K. Vor der Installation der solarthermischen Anlage betrug der Gasverbrauch 314 MWh/a.

Die geplante Gasersparnis durch die solarthermische Anlage beträgt 49 MWh/a, was einer Reduktion von 13 tCO₂eq/a entspricht. Zukünftig soll auch eine Taupunktregelung installiert werden, um den Gasverbrauch weiter zu reduzieren. Theoretische Berechnungen zeigen, dass allein durch die Implementierung einer Taupunktregelung eine Gasersparnis von 30 % erreicht werden kann.

Diese innovative Solarenergieanlage in Braunhausen zeigt nicht nur einen effektiven Einsatz erneuerbarer Energien, sondern auch die fortlaufende Optimierung, um den Primärenergieverbrauch weiter zu minimieren. Die Modernisierung der Anlage fand im Rahmen des vom BMWK geförderten Forschungsvorhaben „EffGas – Primärenergetische Optimierung bestehender Gas-Druckregelanlagen und Maßnahmenentwicklung für den deutschen Anlagenbestand“ (FKZ 03ET1522A) statt. Dadurch wurde die Anlage mit ausreichend Messtechnik für eine ausführliche Auswertung ausgestattet.

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Der geplante Ertrag der Kollektoren beträgt spezifisch 640 kWh/m²/a (bezogen auf Bruttofläche), wobei der Tracker einen besonders hohen Beitrag dazu leistet. Die konventionelle Heizung erfolgt mit Gaskessel und versorgt die nötige Gasvorwärmung aufgrund der Druckreduktion von 43 auf 10 bar von ca. 16 K. Vor der Installation der solarthermischen Anlage betrug der Gasverbrauch 314 MWh/a.

Die geplante Gasersparnis durch die solarthermische Anlage beträgt 49 MWh/a, was einer Reduktion von 13 tCO₂eq/a entspricht. Zukünftig soll auch eine Taupunktregelung installiert werden, um den Gasverbrauch weiter zu reduzieren. Theoretische Berechnungen zeigen, dass allein durch die Implementierung einer Taupunktregelung eine Gasersparnis von 30 % erreicht werden kann.

Diese innovative Solarenergieanlage in Braunhausen zeigt nicht nur einen effektiven Einsatz erneuerbarer Energien, sondern auch die fortlaufende Optimierung, um den Primärenergieverbrauch weiter zu minimieren. Die Modernisierung der Anlage fand im Rahmen des vom BMWK geförderten Forschungsvorhaben „EffGas – Primärenergetische Optimierung bestehender Gas-Druckregelanlagen und Maßnahmenentwicklung für den deutschen Anlagenbestand“ (FKZ 03ET1522A) statt. Dadurch wurde die Anlage mit ausreichend Messtechnik für eine ausführliche Auswertung ausgestattet.

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Ontras-Geschäftsführer Ralph Bahke betont die Umweltvorteile dieser wegweisenden Maßnahme: „Damit können wir jährlich bis zu 1,8 Millionen Kilowattstunden Brennstoff einsparen und dadurch bis zu 370 Tonnen CO2-Emissionen vermeiden.“

In Kienbaum nimmt die Ontras Gastransport GmbH Erdgas aus dem europäischen Verbundsystem in ihr Netz auf. Während dieses Übernahmeprozesses erfolgt eine Druckabsenkung, wodurch das Gas durch den Joule-Thompson-Effekt schlagartig abgekühlt. Dies kann erhebliche Beeinträchtigungen von Armaturen und Leitungen zufolge haben. Um diesem vorzubeugen, wird das Gas vor vorgewärmt. Bisher griff Ontras hierbei auf konventionelle Gaskessel zurück. Dank der neu in Betrieb genommenen Solarthermie-Anlage kann das Unternehmen nun zukünftig eine Leistung von bis zu zwei Megawatt für die Erwärmung des Erdgases bereitstellen. Den gesamten Beitrag können Sie Hier nachlesen.

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• Die Solaranlage deckt einen großen Teil des sommerlichen Wärmebedarfs und vermeidet so häufige Taktzyklen und einen ineffizienten Teillastbetrieb des BHKWs.
• Der große thermische Speicher der Solaranlage wird durch das BHKW mitgenutzt und ermöglicht eine flexiblere Betriebsweise.[…]

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Der folgende Artikel ist eine übersetzte Version des von solarthermalwolrd.com veröffentlichen Artikel.

Die Nachfrage nach geförderter Prozesswärme aus erneuerbaren Energien ist in Deutschland im Jahr 2021 gegenüber 2020 deutlich gestiegen. Im Rahmen des deutschen Förderprogramms Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft – Modul 2 wurden im Jahr 2021 128 Millionen Euro ausgegeben, zweieinhalb Mal so viel wie im Vorjahr (50 Millionen Euro). In beiden Jahren wurde die Nachfrage jedoch von Biomasseheizungen dominiert. Im Jahr 2020 wurden rund 90 % für Biomassekessel ausgegeben, im Jahr 2021 waren es sogar 98 %. Solarthermie und Wärmepumpen – die beiden anderen förderfähigen Technologien im Förderprogramm – haben nur wenig profitiert (siehe Grafik oben). Die Grafik basiert auf Zahlen des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) – einem der Administratoren des Förderprogramms für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft.

Im Rahmen des Förderprogramms können Anträge von Unternehmen aus Industrie und Gewerbe für die Anschaffung eines Biomassekessels, einer Wärmepumpe oder einer Solarthermieanlage zur Emissionsminderung bei der Wärmeerzeugung gestellt werden. Je nach Größe des Investors bezuschusst das Programm 45 % (große Unternehmen) bis 55 % (KMU) der Investitionen für die erneuerbaren Heizungsanlagen, einschließlich der Installation.

Das Programm “ Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft “ ist aus der Zusammenlegung mehrerer industriebezogener Förderprogramme Anfang 2019 entstanden. Zu dieser Fusion gehörte auch das langjährige Programm für solare Prozesswärmeanlagen, das bereits 2013 startete und Teil des Marktanreizprogramms war.

Solarwärme ist trotz guter Förderung eine Nischentechnologie

Für die Jahre 2020 und 2021 gingen beim BAFA 302 Anträge ein, davon 54 für Solarkollektoren (18 %) und 21 für Wärmepumpen (7 %).

Überraschend ist, dass entgegen dem Trend steigender Energiepreise im Jahr 2021 die Anträge für solare Prozesswärme von 37 im Jahr 2020 auf 17 im Jahr 2021 zurückgingen. „Trotz der guten Förderbedingungen sind Solarthermieanlagen in der Industrie immer noch ein Nischenmarkt mit schwankenden Umsetzungszahlen“, sagt Felix Pag, Leiter der Arbeitsgruppe Prozesswärme an der Universität Kassel, der die Auswirkungen des Förderprogramms über mehrere Jahre analysiert hat. Felix Pag stellte auch fest, dass der Anteil der Vakuumröhrenkollektoren in den letzten Jahren zugenommen hat.

Geringe Anzahl an Planern für die solare Prozesswärme

Der Forscher nennt eine Reihe von Gründen, die den Ausbau der solaren Prozesswärme in Deutschland behindern. Zunächst einmal fehlt eine funktionierende Lieferkette. „Nur wenige Planer oder Anbieter von Solarthermieanlagen konzentrieren sich auf Industriekunden, da diese eine relativ anspruchsvolle Kundengruppe sind. Außerdem waren die Gaspreise in den letzten Jahren niedrig, was keinen Druck auf die Industrie ausgeübt hat, ihre Wärmeversorgung zu modernisieren“.

Im Hinblick auf die Marktentwicklung von Biomassekesseln warnte Felix Pag: „Biomasse ist eine einfache Lösung, um die CO₂-Emissionen in der Industrie zu reduzieren, aber sie ist viel zu wertvoll, um sie einfach zu verbrennen. Ein Biomassekessel sollte, wo immer möglich, mit Solarkollektoren oder Wärmepumpen kombiniert werden.“

Subventionierte Kollektorfläche zwischen 2013 und 2020

Quelle: BAFA / KfW / Universität Kassel

Nachfrage nach Biomassekesseln übersteigt das Budget

Solarthermalworld.org hat das Wirtschaftsministerium, das für die Förderung zuständig ist, um eine Einschätzung gebeten. Die Presseabteilung des Ministeriums bestätigte, dass die Erwartungen erfüllt wurden und das verfügbare Budget größtenteils ausgeschöpft und sogar bis 2021 verlängert wurde. Modul 2 des Programms für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft verfügte im Jahr 2020 über ein Budget von 58 Millionen Euro, von denen 50 Millionen Euro ausgegeben wurden. Für 2021 plante das Ministerium mit Ausgaben in Höhe von 79 Mio. EUR, die von den tatsächlichen Ausgaben in Höhe von 128 Mio. EUR übertroffen wurden.

Auf die Frage nach den Gründen für die seit Jahren rückläufigen Solarthermie Anträgen behauptete die Pressestelle, dass die geförderte Solarkollektorfläche zwischen 2019 und 2020 zugenommen habe, was im Gegensatz zu den vom BAFA jährlich vorgelegten Zahlen steht. Es könnte sein, dass die Evaluierung des Förderprogramms aufgrund des Personalwechsels im Wirtschaftsministerium nach dem Amtsantritt der neuen Bundesregierung im Dezember 2021 derzeit nicht hinreichend möglich ist.

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Bei GDRMA besteht ein hohes Potential für den Einsatz solarer Prozesswärmeanlagen. In Deutschland wurden bereits mehrere Anlagen umgesetzt (siehe Solar Map und Best Practice). Weitere große Anlage (> 2.000 m²) sind noch in der Umsetzung bzw. Planung. Eine spannende und profitable Anwendung!

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Die Brauerei setzt bereits seit einigen Jahren zur Reduktion des Heizölbedarfs auf eine nachhaltige Energieerzeugung auf Basis von Holzhackschnitzeln.  Zusätzlich wurde im Jahr 2018 eine solare Prozesswärmeanlage mit ca. 1.000 m² Kollektorfläche in Betrieb genommen, um den Ressourcenverbrauch noch weiter zu verringern.

Die Solaranlage, die mit Vakuumröhrenkollektoren realisiert wurde, ist auf verschiedenen Hallendächern sowie an einer Außenfassade installiert. Sie versorgt über ein eigenes Wärmenetz von 400 m einfacher Rohrlänge zwei Flaschenwaschmaschinen mit Prozesswärme im Temperaturbereich über 85 °C. Zur Speicherung der Solarwärme wurde ein 50 m³ Heißwasserspeicher installiert, der mit bis zu 120 °C von der Solaranlage beladen werden kann.

Da in den Sommermonaten saisonbedingt die Produktionsmenge und damit der Wärmebedarf ansteigt, kann die gesamte von der Solaranlage erzeugte Wärme direkt in der Brauerei eingesetzt werden. An Wochenenden außerhalb der Produktionszeiten kann darüber hinaus die Brauwasserreserve von der solaren Prozesswärmeanlage aufgeheizt werden.

Trotz der relativ hohen Temperaturanforderungen liegt der Ertrag der Solaranlage bei ca. 400 MWh/a. Dies wird durch den Einsatz von bei diesem Temperaturbereich noch sehr effizienten Vakuumröhrenkollektoren und einer durchgehenden, guten Dämmung des solaren Wärmenetzes ermöglicht. Somit wird durch die Solaranlage eine Einsparung von gut 120 Tonnen CO₂ pro Jahr erreicht.

Die Entscheidung für die solare Prozesswärme und gegen eine Photovoltaikanlage auf den Dächern der Brauerei wurde bewusst getroffen, da der Ertrag der Solarthermie in kWh/m² Kollektorfläche um den Faktor 2,5 bis 3 höher liegt.

Die Kosten der Anlage lagen inklusive der Prozessanbindung und nach Abzug der Förderung bei gut 770.000 €, wobei ca. 30 % der Kosten durch die Umrüstung der Flaschenwaschmaschinen und das solare Wärmenetz verursacht wurden. Alle Rohrleitungen und Komponenten wurden aus Hygieneanforderungen in Edelstahl ausgeführt.

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