Solarthermie für Industriewärme mit ENESTRA
Beispielprojekte - Fallstudien
Fallstudie: Solarthermie für die Kupferproduktion bei Minera Centinela (Chile)
Fakten
Unternehmen Minera Centinela (ehemals Minera El Tesoro)
Region Antofagasta, Chile
Branche Bergbau – Kupfergewinnung
Anwendungsbereich
Bereitstellung erneuerbarer Prozesswärme für den Elektrogewinnungsprozess (Electrowinning) in der Kupferproduktion.
Ausgangssituation
Die Kupfergewinnung in Nordchile zählt zu den energieintensivsten Industriezweigen des Landes. Für den Elektrogewinnungsprozess muss die Elektrolytlösung kontinuierlich auf einem definierten Temperaturniveau gehalten werden. Aufgrund der extrem hohen Sonneneinstrahlung in der Atacama-Wüste bietet sich der Einsatz solarthermischer Anlagen an, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe für diese Prozesswärme zu reduzieren.
Technologische Lösung
Minera Centinela installierte eine parabolrinnenbasierte Solarthermieanlage zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme.
Die Anlage umfasst:
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6.700 m² Parabolrinnenkollektoren
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Prozesswärme im Bereich von 80–85 °C
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integrierten Wärmespeicher
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Deckung von rund 55 % des Prozesswärmebedarfs
Die Solarwärme wird zur Erwärmung der Elektrolytlösung eingesetzt und ersetzt einen erheblichen Teil der bislang konventionell erzeugten Wärme.
Ergebnisse
Kollektorfläche ca. 16.700 m²
Kollektortyp Parabolrinnenkollektoren
Prozesstemperatur 80–85 °C
Wärmespeicher vorhanden
Anteil solar bereitgestellter Wärme ca. 55 %
Jahreserzeugung ca. 24.800 MWhth
Einordnung
Minera Centinela war eines der weltweit ersten Bergbauunternehmen, das Solarthermie in industriellem Maßstab für Prozesswärme einsetzte.
Besonders bemerkenswert ist, dass Solarthermie hier nicht zur Stromerzeugung genutzt wird, sondern unmittelbar einen energieintensiven Produktionsschritt unterstützt. Die Erwärmung der Elektrolytlösung zählt zu den kontinuierlichen Wärmebedarfen einer Kupfermine und eignet sich daher sehr gut für die Einbindung solarthermischer Systeme.
Technologie-Steckbrief
Branche Kupferbergbau
Technologie Solarthermie mit Parabolrinnenkollektoren
Kollektorfläche ca. 16.700 m²
Temperaturbereich 80–85 °C
Wärmespeicher vorhanden
Jahreswärmeerzeugung ca. 24.800 MWhth
Solarer Deckungsanteil ca. 55 %
Quellen
Primärquelle
Fraunhofer Chile Research – Reduction of the Energy Consumption in the Mining Industry by Solar Energy (Vortrag von Prof. Dr. Werner Platzer, Expomin 2016). Angaben zu Minera Centinela auf der Projektübersicht sowie Erläuterungen zur Integration solarthermischer Prozesswärme.
Fallstudie: Solar unterstützte Prozesswärme in einer Brauerei
Fakten
Unternehmen Badische Staatsbrauerei Rothaus AG (Deutschland)
Anwendungsbereich Dekarbonisierung der industriellen Prozesswärme in der Getränkeindustrie
Ausgangssituation
Der Brauprozess benötigt kontinuierlich Wärme auf hohem Temperaturniveau. Die Brauerei setzte bereits auf eine Wärmeversorgung mit Holzhackschnitzeln und suchte nach weiteren Möglichkeiten, den Einsatz fossiler Energieträger zu reduzieren.
Lösung
Im Jahr 2018 wurde eine Solarthermieanlage mit rund 1.000 m² Vakuumröhrenkollektoren installiert. Die Anlage versorgt über ein separates Wärmenetz insbesondere zwei Flaschenwaschanlagen mit Prozesswärme von über 85 °C. Ein 50-m³-Heißwasserspeicher ermöglicht die Zwischenspeicherung der Solarwärme und unterstützt einen flexiblen Betrieb. Aufgrund des höheren Produktionsvolumens in den Sommermonaten kann die erzeugte Solarwärme weitgehend direkt genutzt werden.
Ergebnisse
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Solarer Wärmeertrag von etwa 400 MWh pro Jahr
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Einsparung von rund 120 Tonnen CO₂ jährlich
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Verringerung des Verbrauchs fossiler Energieträger
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Integration erneuerbarer Wärme in bestehende Produktionsprozesse
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Nutzung der Solarwärme auch außerhalb der Produktionszeiten zur Erwärmung von Brauwasserreserven.
Einordnung
Diese Fallstudie zeigt, dass Solarthermie nicht nur für die Gebäudeheizung geeignet ist, sondern auch industrielle Prozesse mit hohen Temperaturanforderungen unterstützen kann. Besonders wirtschaftlich ist der Einsatz dort, wo der Wärmebedarf saisonal mit der solaren Einstrahlung zusammenfällt – wie bei Brauereien mit höherer Produktion in den Sommermonaten. Die Kombination aus Solarthermie, Wärmespeicher und vorhandener nachhaltiger Wärmeversorgung kann den Einsatz fossiler Energieträger weiter reduzieren und die CO₂-Bilanz verbessern.
Technologie-Steckbrief
Branche Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Technologie Solarthermie für Prozesswärme
Temperaturbereich > 85 °C
Wärmespeicher 50 m³ Heißwasserspeicher
Kollektorfläche ca. 1.000 m²
Jährlicher Solarertrag ca. 400 MWh
CO₂-Einsparung ca. 120 t/Jahr
Quelle:
Brewing4EU – Transition to solar energy by the Rothaus Brewery in Germany
Fallstudie: Saisonale Wärmespeicherung für ein solares Fernwärmenetz in Vojens (Dänemark)
Fakten
Unternehmen Vojens District Heating (Vojens Fjernvarme), Dänemark
Branche Kommunale Wärmeversorgung / Fernwärme
Anwendungsbereich
Versorgung eines kommunalen Fernwärmenetzes mit erneuerbarer Wärme durch Solarthermie und saisonale Wärmespeicherung.
Ausgangssituation
Die dänische Stadt Vojens verfolgt das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien in der Wärmeversorgung deutlich zu erhöhen und gleichzeitig die CO₂-Emissionen des Fernwärmenetzes zu reduzieren. Eine besondere Herausforderung bestand darin, die im Sommer erzeugte Solarwärme auch während der Wintermonate verfügbar zu machen, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist.
Technologische Lösung
2016 wurde eine großtechnische Solarthermieanlage mit einer Kollektorfläche von rund 70.000 m² und einer thermischen Leistung von 49 MW in Betrieb genommen.
Kernstück des Systems ist ein saisonaler Erdbeckenspeicher (Pit Thermal Energy Storage – PTES) mit einem Speichervolumen von 200.000 m³. Die im Sommer erzeugte Solarwärme wird in diesem wassergefüllten Speicher eingelagert und kann über mehrere Monate hinweg nahezu verlustarm gespeichert werden. Während der Heizperiode wird die Wärme wieder entnommen und in das Fernwärmenetz eingespeist.
Zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit wird das System durch weitere Wärmeerzeuger ergänzt, darunter Gasmotoren, ein Elektrodenkessel, eine Absorptionswärmepumpe sowie Gasheizkessel.
Ergebnisse
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Solarthermie-Kollektorfläche: 70.000 m²
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Thermische Leistung: 49 MW
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Saisonaler Wärmespeicher: 200.000 m³
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Versorgung von rund 2.000 Haushalten
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Mehr als 50 % des jährlichen Wärmebedarfs werden durch Solarenergie gedeckt.
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CO₂-Einsparung von rund 6.000 Tonnen pro Jahr.
Einordnung
Die Anlage in Vojens gilt als eines der international bedeutendsten Beispiele für die Kombination von Solarthermie und saisonaler Wärmespeicherung. Während herkömmliche Wärmespeicher Wärme meist nur für Stunden oder wenige Tage vorhalten, ermöglicht der Erdbeckenspeicher die Speicherung über mehrere Monate. Dadurch kann ein erheblicher Teil der im Sommer erzeugten Solarwärme im Winter genutzt werden.
Das Projekt zeigt, dass große Wärmespeicher eine Schlüsselrolle für die Dekarbonisierung kommunaler Wärmenetze übernehmen können. Insbesondere Regionen mit gut ausgebauter Fernwärmeinfrastruktur können durch saisonale Speicher den Anteil erneuerbarer Energien deutlich erhöhen und gleichzeitig den Einsatz fossiler Spitzenlastkessel reduzieren.
Technologie-Steckbrief
Branche Kommunale Fernwärme
Technologie Solarthermie mit saisonalem Erdbeckenspeicher (PTES)
Kollektorfläche 70.000 m²
Thermische Leistung 49 MW
Wärmespeicher 200.000 m³
Versorgte Haushalte ca. 2.000
Solarer Deckungsanteil > 50 %
CO₂-Einsparung ca. 6.000 t/Jahr
Quellen
Fallstudie: Solarthermie für die industrielle Fleischverarbeitung
Fakten
Unternehmen Fleischwaren Berger GmbH & Co. KG (Sieghartskirchen, Niederösterreich)
Branche Lebensmittelindustrie – Fleisch- und Wurstwarenproduktion
Anwendungsbereich
Bereitstellung erneuerbarer Prozesswärme für die Herstellung von Schinken- und Wurstprodukten.
Ausgangssituation
Die Herstellung hochwertiger Fleisch- und Wurstwaren erfordert erhebliche Mengen thermischer Energie. Prozesswärme wird unter anderem für die Dampferzeugung, Kochprozesse sowie für die Konditionierung von Reife- und Trocknungsanlagen benötigt. Ziel des Unternehmens war es, den Verbrauch fossiler Brennstoffe dauerhaft zu reduzieren und die Energieversorgung nachhaltiger zu gestalten.
Technologische Lösung
Am Produktionsstandort wurde eine großflächige Solarthermieanlage mit einer Leistung von 750 kW und einer Kollektorfläche von rund 1.067 m² installiert.
Die erzeugte Solarwärme wird in zwei zentrale Produktionsprozesse integriert:
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Vorwärmung des Speisewassers für den Dampfkessel, der die Schinkenproduktion mit Prozessdampf versorgt.
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Bereitstellung von Wärme für Reife- und Trocknungsprozesse langlebiger Wurstprodukte.
Ein 60-m³-Pufferspeicher ermöglicht die Zwischenspeicherung der Solarwärme und sorgt dafür, dass die Energie bedarfsgerecht in den Produktionsprozess eingebunden werden kann. Dadurch lässt sich der solare Energieertrag auch bei schwankender Sonneneinstrahlung effizient nutzen.
Ergebnisse
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Kollektorfläche: ca. 1.067 m²
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Thermische Leistung: 750 kW
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Wärmespeicher: 60 m³
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Einsparung von rund 62.500 Litern Heizöl pro Jahr
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Verringerung der CO₂-Emissionen um rund 219 Tonnen pro Jahr (je nach Quelle werden auch etwa 145 t CO₂ angegeben; die höhere Zahl wird von Austria Solar veröffentlicht.)
Einordnung
Die Fallstudie zeigt, dass Solarthermie nicht nur für Warmwasser oder Gebäudeheizung geeignet ist, sondern auch anspruchsvolle industrielle Produktionsprozesse unterstützen kann.
Besonders interessant ist die Kombination mehrerer Anwendungen innerhalb eines Betriebs. Bei Fleischwaren Berger wird die Solarwärme sowohl für die Dampferzeugung als auch für Reife- und Trocknungsprozesse genutzt. Dadurch erhöht sich der Eigenverbrauch der erzeugten Wärme und die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert sich.
Die Integration in bestehende Produktionsanlagen zeigt außerdem, dass erneuerbare Prozesswärme häufig als Ergänzung vorhandener Wärmeerzeuger umgesetzt werden kann, ohne die gesamte Energieversorgung neu aufzubauen.
Technologie-Steckbrief
Branche Fleischverarbeitung
Technologie Solarthermie für Prozesswärme
Kollektorfläche ca. 1.067 m²
Thermische Leistung 750 kW
Wärmespeicher 60 m³
Anwendungen Dampfkessel, Reife- und Trocknungsprozesse
Energieeinsparung ca. 62.500 Liter Heizöl/Jahr
CO₂-Einsparung bis zu 219 t/Jahr
Quellen
Fallstudie: Solarthermie für Prozesswärme in der Milchverarbeitung (Kalifornien)
Fakten
Unternehmen Ein Milchverarbeitungsbetrieb in Südkalifornien (USA)
Branche Lebensmittel- und Getränkeindustrie – Milchverarbeitung
Anwendungsbereich
Bereitstellung erneuerbarer Prozesswärme für energieintensive Trocknungsprozesse in der Herstellung von Milchprodukten.
Ausgangssituation
Der Betrieb produziert seit vielen Jahren verschiedene Milchprodukte, darunter Butter, Trinkmilch und Milchpulver. Ein wesentlicher Teil des Energiebedarfs entfällt auf thermische Prozesse, insbesondere bei der Trocknung. Ziel des Unternehmens war es, einen Teil des Wärmebedarfs durch erneuerbare Energie zu decken und den Verbrauch fossiler Energieträger zu reduzieren.
Technologische Lösung
Zur Unterstützung der Prozesswärmeversorgung wurde eine industrielle Solarthermieanlage installiert. Die Anlage erzeugt Wärme für Produktionsprozesse und ist in das bestehende Energiesystem integriert. Dadurch kann ein Teil der benötigten Prozesswärme aus solarer Energie bereitgestellt werden, ohne die Produktionsabläufe grundlegend zu verändern. Die Solarthermie ergänzt die vorhandene Wärmeversorgung und trägt zur Senkung des Brennstoffverbrauchs bei.
Einordnung
Die Fallstudie verdeutlicht, dass Solarthermie nicht auf Gebäudeheizung oder Warmwasser beschränkt ist. Auch in der Lebensmittelindustrie lassen sich industrielle Wärmeprozesse mit erneuerbarer Energie unterstützen. Besonders interessant ist dies für Betriebe mit einem kontinuierlichen Wärmebedarf über das Jahr hinweg, da die erzeugte Solarwärme direkt in Produktionsprozesse eingebunden werden kann.
Die Milchverarbeitung zählt zu den Branchen mit einem hohen thermischen Energiebedarf. Anwendungen wie Pasteurisierung, Reinigung (CIP), Verdampfung oder Trocknung bieten grundsätzlich Potenzial für den Einsatz solarer Prozesswärme. Die Fallstudie zeigt, wie bestehende Produktionsanlagen schrittweise dekarbonisiert werden können, ohne dass die gesamte Energieversorgung ersetzt werden muss.
Technologie-Steckbrief
Branche Milchverarbeitung
Technologie Solarthermie für Prozesswärme
Einsatzgebiet Industrielle Trocknungsprozesse
Ziel Reduzierung fossiler Prozesswärme
Integration Ergänzung bestehender Wärmeerzeugung
Nachhaltigkeit Senkung von CO₂-Emissionen und Energiekosten
Quelle: