Industrielle Abwärme für Fernwärmenetze der vierten Generation (4GDH)
Niedertemperatur-Fernwärmenetze sind besonders effizient bei der Wärmeversorgung. Durch deren Betrieb bei <70°C ermöglichen 4GDH die Integration von Energiequellen auf niedrigem Temperaturniveau. Die Nutzung von Geothermie als alternative Wärmequelle in Kombination mit der Einspeisung überschüssiger Abwärme aus der Industrie in Fernwärmenetze kann einen konkreten Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen im Gebäudesektor leisten. Das aktuelle kooperative Projekt S-GeoHeat (Shallow-Geothermal sourced Low-Temperature District Heating) verfolgt den Ansatz, oberflächennahe Geothermie in Kombination mit industrieller Abwärme zu nutzen, um die zukünftige Wärmeversorgung der Stadt Ladik (Türkei) zu gewährleisten. Simulationsmodelle unterstützen dabei die Entwicklung des Versorgungskonzeptes und ermöglichen den Entwurf einer Regelung für das Wärmenetzwerk.
Aktuell wurde die Entwicklung eines Modells für die zeitliche Berechnung des Potentials der industriellen Abwärme für das Zementwerk Akcansa in Ladik fertiggestellt. Das Modell nutzt die Methode der Energie- und Massenbilanzierung, um das aktuelle Abwärmepotential zu berechnen. Endotherme und exotherme chemische Reaktionen und Wärmeübertragungsphänomene wie Verbrennung, Kalzinierung oder Verdampfung werden bilanziell berücksichtigt. Die zugrunde liegenden Daten wurden von Akcansa bereitgestellt. Für die Auskopplung von Abwärme wurde die Klinkerkühlung der Kühlturm und der Drehrohrofen identifiziert und technische Lösungskonzepte dargestellt.
Abbildung 1 stellt den errechneten zeitlichen Verlauf des Abwärmepotentials repräsentativ für einen Tag im Sommer (Juli) und einen Tag im Winter (Jänner) dar. Während der Einfluss der Außentemperatur auf den Abwärmeverlauf sehr gering ist, beeinflusst der Betriebszustand der Roh- und Kohlemühlen das Abwärmepotential erheblich. Da die Mühlen auch als Trockner für die Rohstoffe arbeiten, verbrauchen sie einen erheblichen Teil der Rauchgaswärme. Die heißen Rauchgase werden im Gegenstrom zum Rohmaterial in die Mühlen geleitet und trocknen das fein gemahlene Pulver durch Aufwirbelung und Transport zu den Filtern. Dort wird es vom Rauchgas getrennt und in Silos transportiert. Wenn die Mühlen nicht laufen, wird nicht nur weniger Strom verbraucht, sondern auch weniger Abwärme.
Das Berechnungsmodell für die industrielle Abwärme-Quelle wird gemeinsam mit einem Berechnungsmodell für die geothermische Wärmequelle an das Simulationsmodell des Fernwärme-Netzwerks gekoppelt. Ebenso werden Simulationsmodelle zum Lastverhalten der Gebäude als Wärmesenke in das Gesamtsimulationsmodell integriert. Dies ermöglicht die Entwicklung eines Regelkonzepts für den Betrieb des 4GDH.
Die nächsten Schritte umfassen die Fertigstellung der entsprechenden Kopplungsmodelle und die Entwicklung der Gebäude-Simulationsmodelle.
Auftraggeber/Fördergeber:
FFG
Programm:
ENERGIE DER ZUKUNFT, Smart Energy Systems, ERA-Net SES Call 2021
Projektkoordinator:
National:
Türkei:
Projektpartner:
Projektpartner national:
Projektpartner Türkei:
- Atatürk University, Erzurum
- DR TOL Mühendislik Danışmanlık Ticaret ve Sanayi Limited Şirketi, Mersin
- Konsorsiyum Bilisim Teknolojileri A.S., Istanbul
- Pamukkale University, Denizli
- Samsun Governship, Samsun
Kontakt:
Wolfgang Weiß