Power-to-Heat in der industriellen Prozesswärme – technische Potenziale und Kosten

Vortrag im Rahmen der 3. Dialogplattform Power-to-Heat am 16. Mai 2017 in Berlin

Für den Industriesektor wird im Klimaschutzplan 2050 eine Reduktion der THG-Emissionen bis 2030 um ca. 50 % gegenüber 1990 als Zielvorgabe definiert. Unter der Annahme, dass der Ausbau der Erneuerbaren Energien bei der Stromproduktion weiterhin stark zunimmt, kann die Substitution von fossilen Energieträgern durch Strom, zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme, einen Beitrag zur Zielerreichung leisten. Eine erste Grundlage für die Ermittlung dieses Beitrags bildet die Quantifizierung der technischen Elektrifizierungspotenziale und die durch die Realisierung entstehenden Kosten. In und wurden bereits methodische Grundlagen zur Ermittlung von Elektrifizierungspotenzialen und –kosten gelegt. In der vorliegenden Veröffentlichung werden, darauf aufbauend, die technische Machbarkeit der Elektrifizierung, anhand ausgewählter Prozesse im Detail überprüft und die Kosten für die Umstellung, aus Akteurs- und Systemsicht, ermittelt.

Die Methodik zur Ermittlung der technischen Elektrifizierungspotenziale und –kosten umfasst fünf Kernelemente (s. Abbildung 1):

 

Vorgehensweise zur Ermittlung der Elektrifizierungspotenziale und kosten

Abbildung 1: Vorgehensweise zur Ermittlung der Elektrifizierungspotenziale und -kosten

Die Analyse ergibt ein theoretisches Elektrifizierungspotenzial der industriellen Prozesswärme von ca. 400 TWh für das Jahr 2015. Eine erste Analyse des technischen Potentials ergibt hingegen einen Wert von 180 TWh für dasselbe Jahr. Die Kostenbewertung ergibt, dass die Elektrifizierung im Bereich der Niedertemperaturprozesswärme nur zu geringen Mehrkosten führt. Ausschlaggebend hierfür ist, dass die Quelle der Prozesswärme verändert werden kann, ohne direkten Einfluss auf den Produktionsprozess auszuüben.

Beispiele hierfür sind die thermische Trocknung der Fasersuspension bei der Papierherstellung (ca. 100 °C) und die Pasteurisierung von Milch (ca. 72-105 °C). Die Höhe der Mehr- oder Minderkosten wird maßgeblich von der Auswahl des elektrischen Alternativsystems beeinflusst. Wird beispielsweise unterstellt, dass Trockenzylinder in der Papierindustrie in Zukunft durch Industriewärmepumpen beheizt werden, so entstehen im Vergleich zu einem Industriegaskessel vermiedene Kosten von ca. 1 ct/kWh verdrängter fossiler Endenergie.

Im Bereich der Hochtemperaturprozesswärme kommt es zu vergleichsweise hohen Mehrkosten durch die Elektrifizierung, da hier meist ein Anlagenneubau oder ein maßgeblicher Eingriff in den existierenden Produktionsprozess notwendig ist. Die Produktion von Behälterglas ist, zum Beispiel, aus technischer Sicht mittels Elektroglasschmelze möglich, erfordert jedoch einen Anlagenneubau. Im Vergleich zu einer gasbefeuerten Glasschmelze entstehen Mehrkosten durch die Elektrifizierung von ca. 9 ct/kWh verdrängter fossiler Endenergie.

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