Innovative Wärmeversorgungskonzepte für Siedlungen und Quartiere.

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Innovative Wärmeversorgungskonzepte für Siedlungen und Quartiere."

Alexander Hermann
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Innovative Wärmeversorgungskonzepte für Siedlungen und Quartiere. - Risiken und Potenziale für First-Mover Tekn. Dr. Dietrich Schmidt Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, Kassel Auf Wissen bauen Wärmetagung 2017, BWP, Köln, 21. September 2017

3 Endenergiebedarf in Deutschland (2014) End energy use in Germany (2014) Quelle: BMWi 2014: Bericht Renovierung nationaler Gebäudebestand

4 Entwicklung des energieeffizienten Bauens 4 Quelle: TUM, Lehrstuhl für Bauphysik, Prof. Dr.-Ing. Gerd Hauser

5 Zukunftsthema Bau: serienreife Plusenergiehäuser Das Gebäude als Tankstelle für E-Mobility Fraunhofer IBP

6 FVEE Jahrestagung 2013: Forschung für ein nachhaltiges Strom-Wärme-System Quelle: Postbank

7 Unser zukünftiges Energiesystem: Kopplung der Sektoren Strom-Wärme-Verkehr Heute in 2050 Strom Effizienz Strom Wärme Effizienz Wärmepumpen Power-to-heat Wärme Verkehr Effizienz Verkehr e-mobilität Power-to-gas

8 Ein Blick in 2050.

9 Technologische Durchdringung des Wärmemarktes in 2050 Haushalte und Gewerbe Industrie Technologische Zusammensetzung der Wärmemärkte 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% EFH bis 1979 EFH EFH MFH GHD EFH Neubau, KfW 55 Standard bis 2050 MFH bis 1979 MFH MFH Büroähnliche Betriebe Handel, Textil, Bekleidung, Spedition Beherbergung, Gaststätten, Heime Krankenhäuser, Schulen, Bäder Gaswärmepumpe* Brennstoffzelle* BHKW* Brennwertkessel* Brennwertkessel* + Solarthermie FW-KWK~ + Groß-WP FW-KWK*~ + Solarthermie FW-KWK*~ WP-Luft WP-Sole Müll-HKW Holzheizung Technologische Zusammensetzung der Wärmemärkte 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Industrie < 100 C Industrie (inkl. GHD-PW) Industrie < 500 C Industrie > 500 C Strom Monovalent Gas Monovalent Bio-Gas/-SNG Monovalent Heizkessel* Heizkessel* + Solarthermie KWK~ + Groß-WP KWK*~ + Solarthermie KWK*~ Groß-WP WP + Solarthermie Reststoffe-HKW Wärmebedarf [TWh] Raumwärme Warmwasser * PtH ~ Spitzenlastkessel Wärmebedarf [TWh] Raumwärme Prozesswärme * PtH ~ Spitzenlastkessel

10 Herausforderungen Gebäude & Städte sind Hauptverbraucher von Energie Neue Gebäude sollen als kleine Kraftwerke gebaut werden. Sanierungsraten müssen zur Steigerung der Energieeffizienz erhöht werden! Neuste Entwicklungen fokussieren zunehmend auf das Quartier.

Integration erneuerbarer Energien und Abwärme in unsere Energiesysteme.

11 Lösungsansatz für Quartiere 11 Innovative Wärmenetze und Wärmepumpen! Niedertemperatur-Fernwärme ist eine Schlüsseltechnologie zur effizienten Integration erneuerbarer Energien und Abwärme in unsere Energiesysteme. IEA DHC Annex TS1 IEA DHC Annex TS1: Low Temperature District Heating for Future Energy Systems

1.750 MWh/a Ziel: Energieversorgung ohne fossile Energien & neues

12 Praxisbeispiel Kassel Zum Feldlager Innovatives Wärmeversorgungskonzept für die zeitgemäße Siedlung 130 Gebäude, KfW-70-Standard, Gesamt-Heizwärmebedarf MWh/a Ziel: Energieversorgung ohne fossile Energien & neues Geschäftskonzept Studie: Variantenvergleich mit dem Stand der Technik (Gas-BW + Solarthermie)

13 13 Projekt Kassel-Feldlager : Untersuchte Versorgungsvarianten Dezentral Zentral z.b. Dezentrale Luft/Wasser- Wärmepumpen, Trinkwarmwasser (TWW) solarunterstützt z.b. Kraft-Wärmekopplungsanlage mit elektrisch gekoppelter Wärmepumpe in Kombination mit einem Wärmegroßspeicher wahlweise fossil (Erdgas) oder regenerativ (Biomethan). Referenz Dezentraler Gas- Brennwertkessel in jedem Gebäude mit Solarthermie zur TWW-Unterstützung Gewählte Variante Zentrale Wärmeversorgung mit Erdwärme gespeister NT- Fernwärme (40 C) in Kombination mit dezentralen TWW-Bereitstellung durch Heizstab, Solarthermie und NT-FW.

14 Ergebnisse der Vorstudie: Bewertungsmatrix und Wichtung 14

15 Ergebnisse der Vorstudie 15 Projektergebnis Gewählte Variante (Geosolare FW) Referenzvariante (Gas BW Kessel)

16 Ergebnisse der Vorstudie MWh / a Gasbedarf BW-Kessel Condensing Boiler + Solar + Solar Primary Primärenergiebedarf Energy Demand Strombedarf* Stromproduktion* KWK+ CHP + GSHP WP Geo-Solar Geosolare DH Geo-Solar Geosolare DH FW (40 (40 C) FW (20 (20 C) * Nach EnEV16 für Strommix mit Primärenergiefaktor 1,8 und CO 2 -Emissionen 0,347 kg/kwh 16 Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik

17 17 Ergebnisse der Vorstudie MWh / a Primary Primärenergiebedarf Energy Demand Referenz % Gasbedarf % - 51 % 500 Strombedarf* BW-Kessel Condensing Boiler + Solar + Solar KWK+ CHP + GSHP WP Geo-Solar Geosolare DH Geo-Solar Geosolare DH FW (40(40 C) FW (20 (20 C) Stromproduktion* * Nach EnEV16 für Strommix mit Primärenergiefaktor 1,8 und CO 2 -Emissionen 0,347 kg/kwh Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik

18 Ergebnisse der Vorstudie 18 Jahreswärmekosten Specific Heat Costs für Nutzer Referenz -5% Condensing BW-Kessel Boiler + + Solar CHP KWK+ + GSHP WP Geo-Solar Geosolare DH (40 C) FW Geo-Solar Geosolare DH FW (20 C) (40 C) (20 C) Kostenrechnung beinhaltet Investitions-/Kapital-, Betriebs-, Wartungs- und Personalkosten. 15 Jahre für technische Anlagen, 30 Jahre für Infrastruktur Grafik: Universität Kassel Fachgebiet Solar und Anlagentechnik

19 Geosolare Wärmeversorgung 19

20 Geosolare Wärmeversorgung: Anlagentechnik im Gebäude 20 Anlagentechnik im Gebäude am Bsp. EFH

21 Geosolare Wärmeversorgung: Betriebsmodus: Heizfall / Winter 21 FW-Netz T Vorlauf 40 C Zentrale Wärmepumpe Elek. Spitzenlastkessel Strom Erdsondenfeld

22 Geosolare Wärmeversorgung: Betriebsmodus: Erdreichreneration / Sommer 22 Unabgedeckte Solarkollektoren Zentrale Wärmepumpe Elek. Spitzenlastkessel Erdsondenfeld Strom

23 Zusammenfassung Regenerative Wärmeversorgung Solarwärme, Geothermie, Wärmepumpe, NT-Nahwärme erstmals für ein Großstadtquartier verknüpft. Günstiger als konventionelle Versorgung Heute schon ca.

23 23 Zusammenfassung Regenerative Wärmeversorgung Solarwärme, Geothermie, Wärmepumpe, NT-Nahwärme erstmals für ein Großstadtquartier verknüpft. Günstiger als konventionelle Versorgung Heute schon ca. 5% günstiger als Gas-Brennwertkessel UND zukunftssicher, da unabhängig von steigenden Öl- und Gaspreisen. Übertragbar auf (fast alle) Neubausiedlungen, auch geeignet für die Umsetzung im Bestand. Intelligente Verknüpfung erprobter Technologien Integration innovativer Fernwärme-Technogien & gebäudetechnischer Anlagen durch eine Großwärmepumpe Fraunhofer IBP

24 Internationale Kooperation IEA DHC Annex TS1: Low Temperature District Heating for Future Energy Systems Fraunhofer IBP

25 Beispiel: Ulstein (NO) Seewasser aus dem Fjord als Niedertemperaturquelle (4-9 C) der dezentralen Wärmepumpen Heizen und Kühlen für Wohnund Nichtwohngebäude Neue Geschäfts- und Preismodelle Quelle: NTNU/Trondheim

26 Beispiel: Wüstenrot (D) Quelle: HFT Stuttgart Niedertemperatur-FW mit agrothermischen Kollektoren/Speichern und WP + PV Einbindung unterschiedlicher Nutzer Dezentrale TWW-Bereitung Quelle: HFT Stuttgart

27 Schlussfolgerungen Energieeffizienz ist unsere größte Energiequelle! Gebäude und der Wärmesektor müssen entsprechende Beachtung finden! Wärmewende umsetzen! Strom aus fluktuierenden und erneuerbaren Quellen wird unsere zukünftige Primärenergiequelle sein. Schlüsseltechnologie Wärmepumpe Integration aller Teilsysteme ist die Aufgabe der Zukunft.

28 Quelle: Stadt Kassel 28 Fraunhofer IBP

Ähnliche Dokumente

Geosolare Wärmeversorgung intelligente Verknüpfung erprobter Technologien

Geosolare Wärmeversorgung intelligente Verknüpfung erprobter Technologien Tekn. Dr. Dietrich Schmidt Fraunhofer-Institut für Windenergie- und Energiesystemtechnik (IWES), Kassel Auf Wissen bauen Norddeutsche