Superkühle Temperatur für industrielle Prozesse mittels Sonnenwärme
Systeme für konzentrierte Sonnenenergie bündeln das Sonnenlicht buchstäblich auf einen Empfänger, in welchem die von der Sonne gesammelte Energie in Wärme umgewandelt wird. Unter allen Sonnenenergie konzentrierenden Technologien entwickelt HyCool sein Konzept basierend auf dem günstigen und einfach zu installierenden linearen Fresnel-System. Diese bestehen aus einer großen Anzahl einfacher Spiegel in parallelen Reihen und ahmen eine große Fresnel-Linse nach, um die Energiegewinnung zu maximieren.
Ein Hybrid – die Pumpe mit Synergie
Die Hauptaufgabe des EU-finanzierten Projekts HyCool besteht darin, die Nutzung von Sonnenwärme in industriellen Prozessen zu steigern. „Wir haben ein neues Fresnel-System mit konzentrierter Sonnenenergie für solarthermischen Kollektoren mit speziell auf sie zugeschnittenen hybriden Wärmepumpen entwickelt“, sagt Silvia Jané, Projektkoordinatorin von HyCool. „Die Zwei-in-Eins-Kombination von Wärmepumpen auf Adsorptions- und Kompressorbasis führt zu einem breiteren Ausgangstemperaturbereich, der sowohl industrielles Heizen als auch Kühlen mit Sonnenenergie möglich macht“, erklärt Jané. Durch die flexiblere Systemkonfiguration soll der Anwendungsbereich der Solarwärme in industriellen Prozessen auf Temperaturen zwischen 5 °C und 240 °C erweitert werden. „Durch die Einbeziehung einer Vielzahl von Design- und Betriebskonfigurationen haben wir die Anzahl der Nutzungsszenarien für Solarwärme in industriellen Umgebungen erhöht“, betont Jané. Das vorgeschlagene System verbessert die Adsorptionstechnologien für die Kälteerzeugung – verbunden mit einer größeren Kompaktheit und sofort einsatzbereiten Funktionsweise. Dies ermöglicht auch eine nahtlose Integration mit anderen konventionellen Quellen wie elektrischer Energie, was zu einer höheren Einsatzfähigkeit von Solarwärme in industriellen Prozessen führt. Wenn die in HyCool entwickelten hybriden Wärmepumpen durch Sonnen- oder Abwärme angetrieben und in reale industrielle thermische Prozesse eingebettet werden, können sie außerdem den doppelten Leistungskoeffizienten herkömmlicher Wärmepumpen erreichen und die Gesamteffizienz des Prozesses weiter verbessern. Die Komponentenoptimierung und das endgültige Design der modularen hybriden Sonnenwärmepumpe in Originalgröße sowie deren Herstellung und Inbetriebnahme wurden abgeschlossen. Ein Charakterisierungsprotokoll für die Eigenschaften verschiedener Adsorbermaterialien wie Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Adsorptionsverhalten, Dampftransporteigenschaften und Adsorptionswärme bei verschiedenen Temperaturen und Druckverhältnissen wurde ebenfalls erarbeitet und wird zu einer umfangreichen Materialprüfungskampagne führen, um den besten Kandidat für die Anwendung im realen Szenario auszuwählen.
Energiesieger in Industrie und Lebensmittelbranche
„Die größte Herausforderung für das HyCool-Projekt bestand darin, eine gültige Konfiguration für die beiden Pilotversuche zu erhalten, die auf dem ersten Entwurf der modularen Wärmepumpe und dem Hydraulikschema sowie den Spezifikationen für jeden Demonstrationsstandort basiert“, so Jané. Dieser wichtige Schritt wurde nun erreicht, und die Feldstudie hat eine vollständige Anzeige der Energieprofile ermöglicht. Am spanischen Produktionsstandort des Konsortiumspartners Givaudan, einem Unternehmen für Aromen und Düfte, wurde das HyCool-Konzept auf verschiedene Prozesse mit Heiz- oder Kühlbedarf angewendet. Die derzeitige Kälteanlage von Givaudan verwendet einen Glykol-Wasserkühler, um das in den Flüssigkeitsring der Vakuumpumpen eintretende Wasser bei einem thermischen Bedarf von 125,5 kW auf 7 °C und zu halten. „In den betrachteten Anwendungsfällen wird der Stromverbrauch des Kompressionskühlers durch den Einsatz der HyCool-Technologie um 29 % (Frühjahr) bzw. 44 % (Sommer) gesenkt“, sagt Jané. Diese Effizienzsteigerung ist noch höher im Vergleich zu herkömmlichen Kühlsystemen. Ein weiterer Prototyp wendet das HyCool-Konzept auf spezialisierte kleine Betriebe in der Lebensmittelindustrie mit Kühlbedarf in ihren Prozessen an und wird bei Bo de Debò SL in Spanien getestet. Hier wird die industrielle Kälteanlage für die Zubereitung vorgekochter frischer Gerichte benötigt und in verschiedenen Konfigurationen eingesetzt: der Lebensmittelproduktionsbereich bei 6-8 °C, während der Lieferbereich bei 10-12 °C gehalten werden soll. HyCool könnte einen großen Unterschied bei der Nutzung von Solarwärme in der europäischen Industrie bewirken, ebenso wie das EU-finanzierte Projekt SHIP2FAIR, im Grunde genommen HyCools „Zwillingsprojekt“, das im März 2022 abgeschlossen werden soll. Ihre Entwicklungen konzentrieren sich insbesondere auf den Heizbedarf der Lebensmittel- und Agrarindustrie und werden in einer Vielzahl von Prozessen demonstriert und validiert, darunter bei der Destillation von Spirituosen (Martini & Rossi), Fleischverarbeitung (Larnaudie), dem Zuckersieden (RAR-Gruppe) sowie der Weingärung und Stabilisierung (RODA). Ziel ist es, 40 % des Wärmebedarfs durch Sonnenenergie zu decken.
Schlüsselbegriffe
HyCool, Solarwärme, industrielle Prozesse, Kühlung, konzentrierte Sonnenenergie, Heizen, hybride Wärmepumpe
