Wärme aus Erneuerbaren. Polnisch-deutscher Erfahrungsaustausch Energie September 2013

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1 Wärme aus Erneuerbaren Polnisch-deutscher Erfahrungsaustausch Energie September 2013 Dipl.-Ing.(FH) Helmut Krames Stellv. Bereichsleiter IfaS Energieeffizienz und Erneuerbare Energien

2 Versorgungssicherheit: Neue Studie der Energy Watch Group (2013) präsentiert alarmierende Ergebnisse Globale Versorgungslage fossiler Energieträger angespannter als erwartet ASPO (Association for the Study of Peak Oil and Gas) "Die Welt steht am Scheideweg ihrer Energieversorgung. Politik, Wirtschaft und Verbraucher müssen verstehen, dass wir jetzt Maßnahmen ergreifen müssen, um zukünftige Versorgungsengpässe zu vermeiden. * *Werner Zittel, Autor der Studie und Vorstand der Ludwig-Bölkow-Stiftung

3 Arten von Erneuerbaren Heizenergien Stückholz Biogas / Klärgas im Nahwärmenetz Wärmepumpen Luft, Boden, Wasser 3/4 Pellets Heizen mit Erneuerbaren Holzhackschnitzel Solaranlagen Biomasse z.b. Miscanthus, Stroh etc.

4 Ziele Bundesrepublik Deutschland Deckung Wärmebedarf durch regenerative Energien Stand 2012: kwh Wärme aus erneuerbaren Energien 10,4 % Deckung (>90 % biogene Brennstoffe, 4 % Solarthermie) Vorgaben: Bis 2020: 14 % Bis 2050: 50 % Prognose: Potential biogener Brennstoffe sind begrenzt Daher höherer Anteil thermische Solarenergie Quelle:

5 Stand Anteil erneuerbare Energien Quelle:

6 Förderung zur Zielerreichung In 2012 wurden 1,33 Milliarden Investitionen mit über 300 Mio. gefördert (enthält ca. 212 Mio. MwSt.). Quelle: BMU, Referat E II 4

7 Funktion Wärmepumpen Entscheidend ist der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizfläche

8 Marktentwicklung Wärmepumpen Quelle:

9 Wirtschaftlichkeit Wärmepumpe Heizen und Warmwasser Strompreis Wärmepumpe 19 Ct./kWh Jahresarbeitszahl 3 Wärmepreis 6,33 Ct./kWh Nur Warmwasser Strompreis Wärmepumpe 28 Ct./kWh Jahresarbeitszahl 2,5 Wärmepreis 11 Ct./kWh Heizen und Warmwasser mit Gas Wärmepreis zwischen 8-10 Ct./kWh

10 Hochtemperatur-Wärmepumpen

11 Umweltauswirkung Kältemittel

12 Sonnenenergie in Unternehmen

13 Objektive Einflussfaktoren Klima Kosten Nutzungszeit Solare Prozesswärme Energiekosten Fossil Temperaturniveau Platz für Kollektorfläche

14 Firmenspezifische Einflussfaktoren Firmenpolitik Vorlieben technische Abteilung Solare Prozesswärme Entwicklungsplan Vorlieben Geschäftsführung Zukunftsvision

15 Sonneneinstrahlung in Deutschland Klima Quelle: Deutscher Wetterdienst

16 Solarstrahlung Südpolen Klima Quelle:

17 Sonneneinstrahlung Europa Klima Quelle:

18 Einflussfaktor: Klima Klima Industrieprozess Quelle: Ecoquent-Positions

19 Einflussfaktor: Temperatur Temperatur Temperaturniveau der Wärmesenke (exergetische Betrachtung) Temperaturprofile der Prozesse Effizienz der Energieversorgungstechnologie bei bestimmten Temperaturen Wärmenetze und Wärmeübertragungsverlust

20 Bauart: Flachkollektor Bauart Flachkollektoren Einfallendes direktes u. diffuses Sonnenlicht trifft auf einen Absorber und wird in Wärme umgewandelt Absorber = Schwarze Innenwand aus Metall oder Kunststoff hinter einer oder mehreren Abdeckscheiben Abtransport durch Rohre unterhalb des Absorbers die von Wärmeträgermedium durchströmt werden Auf Rückseite mit Wärmedämmung versehen um Wärmeverluste zu minimieren

21 Bauart: Vakuumröhren-Kollektoren Anwendung Vakuumröhren-Kollektoren Vakuum zwischen zweier konzentrisch angeordneter Glasröhren Durch die Dämmung gerade im Winter noch gute Erträge möglich Absorber = speziell beschichtetes, gut wärmeleitendes Blech Abtransport der Wärmeenergie durch ein in der Röhre befindliches koaxiales Rohr, das von der Wärmeträgerflüssigkeit durchflossen wird.

22 Kennlinien der Kollektorarten Temperaturniveau Kollektorfläche/Ertrag Vakuumröhre 62% Flachkollektor 59%

23 Einfluss Neigung und Azimut Temperaturniveau Große Bandbreite ohne gravierende Minderung Quelle: www. Energiesparhaus.at

24 Einflussfaktor: Zeitschiene Zeit Gleichzeitigkeit von Wärmequelle und -senke Diskontinuierliche Prozesse in vielen Industriesektoren Verwendung von nicht kontinuierlich anfallender Abwärme Abhängigkeit der solaren Energie von Wetter und Klimazone Kurzfristige Abpufferung über Speichersystem möglich

25 Wärmespeicher Zeit Kurzzeitspeicher Quelle: Jenni solar Langzeitspeicher Quelle: Mall-Beton

26 Preisentwicklung fossile Brennstoff : Öl Energiekosten Fossil

27 Preisentwicklung fossile Brennstoff: Gas und Strom Energiekosten Fossil Gas Im Industriebereich zwischen 30,- /MWh und 40 /MWh Tendenz für die nächsten Jahre: konstant bis leicht steigend Strom Im Industriebereich zwischen 130,- /MWh und 150 /MWh Tendenz für die nächsten Jahre: steigend

28 Kosten Kosten Investition Konstante Kollektorpreise Niedriges Zinsniveau Betriebskosten Pumpenstrom Austausch Frostschutz Hohe Lebensdauer 30 Jahre

29 Wirtschaftlichkeit Flachkollektor Kosten Investition pro m² 500,- /m² Zinssatz 2 % Lebensdauer 30 Jahre Gesamtkosten 610 /m² Einstrahlung pro m² kwh/(m²*a) Wirkungsgrad Kollektor 59 % Wirkungsgrad Speicher 80 % Nutzwärme 472 kwh/(m²*a) Nutzwärme über 30 Jahre kwh/m²

30 Spezifischer Wärmepreis Kosten Solare Kapitalkosten gegen Energieträgerpreise (Wirkungsgrad WE) Ohne Förderung durch BAFA Wärme von Biogasanlagen bei 0,03 /kwh

31 Hydraulik 1 Anwendungen Technik Quelle: BAFA

32 Hydraulik 2 Anwendungen Technik Quelle: BAFA

33 Förderung BAFA Übersicht Förderung

34 Lebensmittelindustrie Anwendung Großes Potential für die Nutzung solarer Prozesswärme Hoher Wärmebedarf unter 150 C Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

35 Lebensmittelindustrie Anwendung Thermische Solaranlage auf Prozessebene (z.b. Reinigung) Bei verschmutztem Abwasser oft keine Wärmerückgewinnung möglich Solarthermisch bereitgestellte Wärme muss nicht oberhalb der Betriebstemperatur des Prozesses liegen Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

36 Lebensmittelindustrie - Brauereien Anwendung Thermischer Energiebedarf: 55% des Energiebedarfs entstehen im Sudhaus 30% in der Flaschenhalle 15% Heizung und Sonstiges 35 C 60 C 100 C Quelle: Universität Kassel Das Potential solarer Prozesswärme in Deutschland

37 Steinbach & Vollmann Anwendung Solarthermische Nutzung: Aufheizung der Galvanikbäder in der Produktion Wärmeversorgung in den Waschräumen der Belegschaft Solarthermie-Anlage: 400 m² Vakuumröhren-Kollektoren Leistung: 210 kw Nenn-Wärmeleistung: 180 kw Temperaturniveau: 60 C bis 80 C Deckungsgrad: 30 % bis 35 % Installation: 2008 Reduktion des Gasverbrauchs: 35 % - 40 % Verminderung CO 2 -Ausstoß mehr als 20 t/a Quelle: Energieagentur-NRW.de

38 Steinbach & Vollmann Anwendung Schema der Anlage: Quelle: GERTEC GmbH

39 Weitere Anwendungsfelder Anwendung Temperiergeräte im Spritzguss Solarwärme ersetzt Strom Trocknungsprozesse in der Industrie Lange Laufzeiten Kleine Speicherkapazität Unempfindlicher gegen Temperaturschwankungen Kombination mit HT-Wärmepumpen Erhöhung der Wärmequellentemperatur Höhere Leistungszahl

40 Vorgehensweise Planung Firmenentwicklungsplan erstellen Erweiterung Stilllegung Austausch von Anlage Änderung Prozesse Wärmekataster erstellen Temperaturniveau Betriebszeit Nutzungsdauer Optimierung der Ausgangsprozesse Minimierung von Wärmeverlusten Bedarfsgerechte Steuerung Wärmerückgewinnung: Nutzung von Abwärme Dimensionierung der Solaranlage

41 Was ist ein (Bio)EnergieDorf? (IfaS) Alternative Technologien & Erneuerbare Energien Regionalentwicklung & Nachhaltige Landnutzung Teilhabe & Finanzierung

42 Was ist ein (Bio)EnergieDorf: Die Technik Ratgeber zur Planung und Errichtung von Nahwärmenetzen, 2006

43 Was ist ein (Bio)EnergieDorf: Flächennutzung Anbauvielfalt und Ressourceneffizienz erreichen Effiziente Düngung und Bodenbearbeitung Fruchtfolge: mind. 3-feldrig, Maximale Anbaukonzentrationen, z.b. Maisanteil < 40 % Nur Ackerland Kurzumtriebsplantagen Agroforstsysteme (auch auf Grünland) Sonderkulturen (Hirsen, Silphie, Kräutergemenge etc.) Biodiversität und Biotopverbund unterstützen Quelle Bilder 1-4: FNR Bundesnaturschutzgesetzt: 10% Biotopverbund Flächenanteil für Agrobiodiversität (Mehrnutzungskonzepte und Vielfalt im Raum erhöhen) Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen

44 Mehrnutzungskonzepte - mehr Nutzen von einer Fläche! Beispiel Agroforstsysteme...

45 Was ist ein (Bio)EnergieDorf: Teilhabe Teilhabe der Bürger an der Energieversorgung Bürger-Windparks Bürger-Wärmenetze Kommunale Stadtwerke Bürger-Solaranlagen/ solare Renten Kommunale Beteiligungsgesellschaften FNR Ausbildung zum Projektentwickler Energiegenossenschaften (Landeszentrale für Umweltaufklärung RLP) Beratungsleistungen durch GENO Verband Fördermöglichkeiten durch EU über MUFV RLP

46 Wirtschaftlichkeit am Beispiel Musterdorf Grundlagen 500 EW 300 Hh Anschlussdichte 75% Anschluss Netz: 225 Hh Wärmeverbrauch l Heizöl/Hh ca /a (66,64 Cent pro l) Heizölbedarf: l ca /a (+ 75Hh) Nutzenergiebedarf an Gebäuden: 4,7 Mio. kwh Benötigte Heizleistung: ca kw Stromverbrauch (Ziel: Vollversorgung) 300 Hh kwh/hh ca. 900 /a (0,20 /kwh) Gesamt: 1,35 Mio. kwh ca /a /a Mittelabfluss aus der Region t CO 2 werden jedes Jahr emittiert

47 Nahwärmeversorgung mit 75 % Anschlussquote Investitionskosten : Biogasanlage inkl. BHKW, 500 kwel, 600 kwth Holzhackschnitzelheizung, kwth Öl-Spitzenlastkessel, kwth Nahwärmenetz, m 225 HÜ Stationen Ca Verbrauchsund Betriebskosten als regionale Wertschöpfung Bezeichnung Wert Einheit Kostenrechnung Wärmeversorgung Investitionkosten Kapitalkosten /a Verbrauchskosten /a Betriebskosten /a sonstige Kosten /a Einspeisevergütung /a KWK-Bonus /a Jahreskosten /a Nutzenergie kwh/a spez. Wärmepreis (netto) 0,093 /kwh spez. Wärmepreis (brutto) 0,111 /kwh

48 Referenzvariante: Sanierte Ölheizung Heizölverbrauch ca l/a Einsparung gegenüber Bestand ca. 300 l/a (12%) Heizölpreis 56 Cent netto Jahreskosten brutto: Kostenrechnung Öl-Heizung Saniert Investitionkosten Kapitalkosten 741 /a Verbrauchskosten /a Betriebskosten 171 /a sonstige Kosten 11 /a Jahreskosten /a Nutzenergiebedarf kwh/a spez. Wärmepreis (netto) 0,107 /kwh spez. Wärmepreis (brutto) 0,127 /kwh

49 Strategien der Länder Bisher min. 26 Bioenergiedörfer BRD weit (Morbach, Jühnde, Lausenheim, Mauenheim, u.v.m) Baden Württemberg Ziel:100 Bioenergiedörfer Investitionsförderprogramm Mecklenburg Vorpommern Ziel: 500 Bioenergiedörfer (30% der landwirtschaftlichen Fläche) Quelle: FNR Coaching Konzept für Kommunen Förderprogramme Teilhabemodelle aus der Landesebene Gesteuerte Prozessbegleitung durch IfaS

50 BMBF Forschungsprojekt: NE-Gemeinden Titel: Null-Emissions-Gemeinden als strategische Zielsetzung für eine nachhaltige Landnutzung Modellregionen: VG Rockenhausen VG Sprendlingen-Gensingen Projektlaufzeit: 5 Jahre ( ) Verbundprojekt bestehend aus sieben Projektpartnern und vier Unterauftragnehmern

51 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!