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1 NCC Ost NürnbergMesse, Arbeitstitel, Datum Chillventa CONGRESS 2018

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NCC Ost

NürnbergMesse, Arbeitstitel, Datum

Chillventa CONGRESS 2018

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INDUSTRIAL HEAT PUMPS IN AUSTRIACurrent status and future potential

V. Wilk, A. Arnitz, R. Rieberer

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ENERGY USE IN AUSTRIA

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Final energy consumption in Austria in 2016: 1 121 042 TJ

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HEAT PUMP POTENTIAL IN AUSTRIA

406/11/2018

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INDUSTRIAL HEAT PUMPS:

NOW AND THE FUTURE

Hartl et al. Österreichische Technologie- und Umsetzungsroadmap für Wärmepumpen, Berichte aus Energie- und Umweltforschung Nr. 8/2016, im Auftrag des

Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, June 2016

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EXAMPLESFood, metal, plastics, power plants…

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Production of meat and sausages

FOOD INDUSTRY

• F. Krainer

• AMT Kältetechnik GmbH

• CO2 heat pump

• 2018

• Cooling capacity: 600 kW

• Heating capacity: 800 kW

• Heat source: brine, -6°C

• Heat sink: hot water for cleaning

purposes, 60°C

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Further details: D. Kraxner, AMT Kältetechnik GmbH, www.amt-kaelte.com

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Dairy

FOOD INDUSTRY

• Berglandmilch eGen / Tirol Milch Wörgl

• Joint project with Stadtwerke Wörgl

• Installed by Frigopol in 2015

3 heat pumps with a total

• cooling capacity: 3.2 MW

• heating capacity: 4.2 MW

• Heat source: flue gas condensation and

chillers, up to 45°C

• Heat sink: 78°C, for district heating

8Photo: Frigopol Hochtemperatur-Wärmepumpen, http://www.frigopol.com/wp-content/uploads/54b8ce0cdfdd6.pdf

Further details: A. Baumhakel, Frigopol Kälteanlagen GmbH, www.frigopol.com

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Brewery

FOOD INDUSTRY

• Puntigamer

• C&P Immobilien AG

• KELAG Energie&Wärme GmbH

2 heat pumps with a total heating capacity

of 1220 kW (Frigopol, installed in 2018)

• Heat source: ammonia chiller,

14-25°C

• Heat sink: 46 and 75°C, residential area

(Brauquartier Puntigam)

9Photo: https://www.puntigamer.at/brauereifuehrung/#lg=1&slide=6, 30.05.2018

Koglbauer, Zanker, District heating by heat recovery from the brewing process of the brewery Puntigam, ISEC 2018, Graz, p118-124.

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Rolling Mill

METAL INDUSTRY

• Steel and rolling mill Marienhütte GmbH

• Energie Graz GmbH & Co KG

2 heat pumps (Friotherm) with a total

heating capacity of 11 MW

• Heat source: process waste heat

(cooling baths)

• Heat sink: district heating at 70 and

95°C, residential area (Graz City center

and Reininghaus)

10Photo: http://www.energie-graz.at/energie/fernwaerme/projekte/reininghaus , 10.05.2017

Unger, H., 2018, Energiemodell Reininghaus – Abwärmeauskopplung Marienhütte durch Energie Graz, Technischer Kurzbericht

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Injection moulding

PLASTICS INDUSTRY

• Bergs Kunststofftechnik GmbH

• Ochsner Energietechnik GmbH

1 heat pump with a total heating capacity of

110 kW (2010)

• Heat source: process waste heat

(cooling water), 10-20°C

• Heat sink: 60°C, heating applications

11Further information: K. Ochsner, Ochsner Energietechnik GmbH, Ochsner-Straße 1, 3350 Haag

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Wien Energie

POWER PLANTS

Power Plant Simmering (installed capacity

of 1.2 GWel / 1 GWth)

Start up by end of 2018

2 heat pumps with a total heating capacity

of 27-39 MW

• Heat source: cooling circuit of the power

plants, river water also possible, 6-27°C

• Heat sink: district heating, up to 95°C

12C. Segalla, Power 2 Heat Anwendungen für das Fernwärmenetz, Großwärmepumpenforum Vienna, May 2018.

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Biomass cogeneration plant Klagenfurt East

POWER PLANTS

• Bioenergie Kärnten

• SOLID

• Riegler & Zechmeister

Absorption heat pump with a total heating

capacity of 20 MW (Ebara, installed in 2017)

• Heat source: Flue gas condensation,

45/35°C

• Heat sink: district heating, 60/70°C

• Driving temperatures: 130/120°CPhoto: https://www.solid.at/de/referenzen/absorptionswaermepumpe

Link: www.bioenergie-kaernten.at

Further information: M. Jeilter, Riegler & Zechmeister GmbH,

M. Schuber, S.O.L.I.D, Gesellschaft für Solarinstallation und Design GmbH

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Heat sources:

• waste heat from chillers: ca. 30°C

• waste heat from process cooling (cooling water): ca. 50°C

• waste water: 20 – 40°C, also contaminated

• off gas: 60 – 80°C, high humidity, contaminated

Heat demand:

• process water: 50 – 80°C

• steam: 105 – 210°C

• air preheating, feed water preheating

Capacity:

• up to the MW range

WHERE TO USE HEAT PUMPS IN INDUSTRY?

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Planning process of industrial heat pumps:

• interaction of multiple stakeholders

Optimization of industrial sites:

• interaction of multiple heat suppliers, storages and consumers

• design optimization

• operation optimization

Method development:

• dynamic simulations: interaction of heat pump and process

• mathematical programming: complex and dynamic systems, discontinuous

processes

RESEARCH QUESTIONS:

PROCESS INTEGRATION

1506/11/2018

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INDUSTRIAL HEAT PUMPS:

NOW AND THE FUTURE

Hartl et al. Österreichische Technologie- und Umsetzungsroadmap für Wärmepumpen, Berichte aus Energie- und Umweltforschung Nr. 8/2016, im Auftrag des

Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie, June 2016

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WHY USING HEAT PUMPS IN INDUSTRY?

CO2 AND ENERGY COST REDUCTION

CO2 emissions electricity = 300 g/kWh, gas = 249 g/kWh, gas price= 3.8 ct/kWh, electricity non-household > 150 GWh/a = 5.4 ct/kWh, 20–70 GWh/a = 8.8 ct/kWh

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Challenges:

• refrigerants

• temperature resistant materials

• heat sources with high temperatures

• pressure recovery

Requirements:

• reliability

• short payback time

RESEARCH QUESTIONS:

HIGH TEMPERATURE HEAT PUMPS

1806/11/2018

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• Develop viable solutions for upgrading idle waste heat streams to

process heat streams at higher temperatures up to 160C

• Key elements of the solution are three advanced high

temperature vapour compression heat pumps

=> two closed loop heat pumps for air drying processes and

=> one open loop heat pump for steam driven drying processes

DRYFICIENCY

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The project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 programme for energy efficiency and innovation action under grant agreement No. 723576.

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INCREASE OF COP WITH EJECTOR

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Layout with EjectorStandard layout

G. Drexler-Schmid et al.: Messung und Simulation einer 50 kW Butan-Hochtemperaturwärmepumpe mit Ejektor, DKV Tagung Kassel 2016.

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THANK YOU!

Dr. Veronika Wilk

Sustainable Thermal Energy Systems

AIT Austrian Institute of Technology GmbH

Giefinggasse 2 | 1210 Vienna | Austria

[email protected]

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