Nahwärmenetze mit Solarthermieanlagen

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1 Nahwärmenetze mit Solarthermieanlagen Rolf Meissner, Ritter XL Solar GmbH

2 Übersicht Ritter XL Solar GmbH Motivation Energiewende Beispiel Solaranlage Senftenberg Wasser als Wärmeträger Weitere Beispiele Motivation Wirtschaftlichkeit 2

3 Ritter XL Solar seit 23 Jahren solare Grossanlagen seit 14 Jahren AquaSystem über 700 Projekte ca. 30 x Netzwärme in 22 Ländern mit mehr als m² Kollektorfläche 3

4 Solarthermie in deutschen Wärmenetzen seit 1992 Berlin-Adlershof RXLS-Schwerpunkte: Bio- / Solarenergiedörfer Große FW-Netze Urbane Quartiere Prozesswärmenetze 4

5 Motivation Wärmewende Ziel Bundesregierung bis 2050: Nahezu CO2-freie Wärmeversorgung Wärmeerzeugung in BRD pro Jahr: ca TWh Davon über Wärmenetze ca. 8%: ca. 100 TWh Aktuelle erneuerbare Deckungsrate: rund 13% (158 von TWh) Solarthermischer Anteil an Erneuerbaren: rund 5% (7,8 von 158 TWh) Solarthermischer Anteil insgesamt: rund 0,65% (7,8 von TWh) Frauenhofer: WENN 95% erneuerbares Wärmesystem 2050, dann sind 2030 notwendig: Wärmeerzeugungsbeitrag Solarthermie Prognose BMWI 27 TWh, davon 17 TWh in Netzen 36 TWh 1 TWh/a Solarwärme heißt 1,8 bis 4,1 km² Kollektorfläche bei 560 bis 240 kwh/m²/a 5

6 Grossanlagenkollektoren Randbedingungen Standort Würzburg Südausrichtung, Neigung 35 Bezug Bruttofläche Temperatur 75 C Erträge aus Solar- Keymark-Zertifikat Gilt nur für Wasser! 6

7 Solare Fernwärmeunterstützung Senftenberg dezentrale Einspeisung in ein Bestandswärmenetz grösste solarthermische Anlage Deutschlands, weltweit grösste VRK-Anlage kommerziell motiviert, keine Forschung, KfW-Mindestförderung (Antrag 2014) primär Vorlaufeinspeisung, optional Rücklauftemperaturanhebung (< 10 %) Anbindung an FW-Ringleitung ausser dem Fernwärmenetz kein Solarspeicher automatischer hydraulischer Abgleich ohne Ventile, Drosseln und Entlüfter Befüllung und Entlüftung mit Solarpumpen innerhalb von 10 Minuten automatisches Monitoring (SPS) für FW-Leitstelle Senftenberg und RXLS stagnationssicher (Stagnationstests zur IBN) 7

8 Eckdaten zu Senftenberg Fernwärmenetz Senftenberg 100 GWh Jahresbedarf 3,8 MW Mindestlast 33 km FW-Leitungen, 2500 m³ Inhalt C Gas-BHKW und Gas-Spitzenlastkessel HKW Solarthermieanlage Senftenberg maximal 4 GWh bzw. 4 % Jahresertrag 5 MW Spitzenleistung 8300 m² Fläche, ca. 20 m³ Inhalt kein Solarspeicher 16. Forum vom 26. Januar 2017 in Biel-Bienne 8

9 Ergebnisse von Senftenberg im ersten Jahr Die Ertragsgarantie wurde 6 Wochen vorfristig erfüllt. Seit der IBN ( ) erfolgt störungsfrei der Automatikbetrieb. Der maximal erwartete Solar-FW-Ertrag von 4 GWh wurde überschritten. Für den Frostschutz wurden 1,5 % (62 MWh) des Solarertrags aufgewendet. Weniger als 0,1 % (3,4 MWh) wurden dafür dem FW-Netz entnommen. Die Anlage beweist, - dass Wasser den ökonomischsten Betrieb gewährleistet und - dass umweltbedenkliche Frostschutzmittel grundsätzlich vermeidbar sind. 9

10 Wärmeerträge in Senftenberg im 1. Betriebsjahr Ende Juli Inbetriebnahme WÜST, Urlaub Befüllung nach Sonnenuntergang 16./ Inbetriebnahme, Stagnationstests weitere Tests bei laufendem Betrieb seit Automatikbetrieb Ablauf des 1. Betriebsjahres Stand am (nach genau einem Jahr) Kollektor-Systemertrag 4,1 GWh (492 kwh/m²a) Mittlere Tageseinspeisung 11,2 MWh (1,349 kwh/m²) Solaranlagen-Nutzungsgrad 42,3 % Kollektorvorlauftemperatur > 90 C Mittl. Kollektortemperatur > 80 C 10

11 Solarthermische Grossanlagen seit ca heute Entlüfter, deaerator, Sicherheitsventile savety valves Luftkühler air cooler Großspeicher FW-RL- Temperaturanhebung Ventile für hydr. Abgleich hydraulic balancing valves heat exchancher WP Tichelmann-Verrohrung Frostschutzmittel savety overflow valves steam seperator Füllpumpe Wärmetauscher Abblaseventile Dampfabscheider Frostschutzm.-becken bleeding tank Frostschutzmittel- glycol expansion device Ausdehnungsgefäß Quelle: AEE Intec 2014, IEA SHC Task 45 Large Systems, Requirements & Guidelines for Collector loop Installation z.b. Neckarsulm-Amorbach u.a. von Ritter (Paradigma) Deutscher Solarpreis

12 Solare Fernwärme Jena-Winzerla Direktanbindung an FW-Netz ohne WT Ausdehnung ins Netz, auch bei Stagnation Blaupause für Quartierskonzepte 99 m² Kollektorfläche, 1 m³ Speicher ca. 40 MWh (2016: 42 MWh) C skalierbar auf beliebige Leistungen Jena-Winzerla Inbetriebnahme am

13 Senftenberg und die Vorteile von Wasser Automatische Druckhaltung Solaranlage hydraulische Weiche 10 m³ Vorgefäß 5 m³ Wärmetauscher Netz- Einspeiseumschaltung sicherstes Medium, SK II nach der Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU sauber, sicher, ökonomisch weniger Pumpen, Ventile, Motoren sehr viel kleinere Druckverluste geringster Stromverbrauch kleinere Rohre im Solarkreis geringste Wärmeverluste kleinere Notstromversorgung (auszulegen für den Frost- und Stagnationsfall) minimaler Aufwand für Sicherheit besseres Wärmeübertragungsvermögen höherer Wirkungsgrad, höhere Erträge 13

14 Solare Bioenergiedörfer Der Wärmeträger Wasser und die jederzeitige Abschaltbarkeit der Solaranlage sind Voraussetzungen für eine einfache Bauablaufplanung und Betreiberakzeptanz, denn die Solaranlagen werden i. d. R. in Betrieb gesetzt, bevor das Wärmenetz ausgebaut ist und genügend Verbraucher die Wärme abnehmen. Dadurch kochen die Anlagen in den ersten Betriebsmonaten fast täglich! Gute solare Deckungsbeiträge mit wirtschaftlichen Speichern erfordern Stagnation, weil die Sonnenwärme im Sommer weder genutzt noch vernünftig (ökonomisch) gespeichert werden kann. Bei Bioenergiedörfern erreichen wir bis zu 25 % Solaranteil bei ca. 100 l/m² Speicher nur mit mindestens 5 % Stagnationsverlust. 14

15 Energiebunker Wilhelmsburg (IBA 2013), 1348m² Investition Solaranlage Euro (Ohne Unterkonstruktion, diese war ein Messe-Prestigeprojekt.) Förderung: 55 % Nutzungsdauer: > 20 Jahre Wärmeertrag: 600 MWh/a abz. Strom + Wartung: < 5 % Wärmepreis: 65 /MWh < 30 /MWh gefördert 15

16 Fernwärmenetz Wels, Österreich (2011) Investitionskosten: ca. 1,9 Mio Förderung: 45 % Nutzungsdauer: 20 Jahre Wärmeertrag MWh abz. 5 % für Strom + Wartung Wärmepreis: 41 /MWh gefördert 75 /MWh ohne Förderung Bruttokollektorfläche : 3388 m², kein Speicher Temperaturen: C Erste dezentrale solarthermische FW-Einspeisung (< 3 % übers Jahr bzw. max. 50 % im Sommer) Erste Anwendung mit FW-Wasser in den Kollektoren Erste solarthermische FW-Unterstützung ohne Solarspeicher 16

17 FESTO bei Stuttgart (2007) Unterstützung Firmenwärmenetz zur Kühlung und Heizung Vorlauftemperaturen C Bruttokollektorfläche 1330 m² Speicher 17 m³ Spitzenleistung 1 MW Dauerleistung 0.75 MW (1.) Ertragsgarantie 500 MWh 2011 (+ 35 %!) 676 MWh 17

18 Motivation Wirtschaftlichkeit (ohne Förderung) Freiflächenanlagen m² Kosten Invest installiert je m² Brutto 1 /m² Laufende Kosten je m² Brutto 20 Jahre 2 /m²a Laufende Kosten je m² Brutto 30 Jahre 2 /m²a Systemertrag je m² Bruttokollektorfläche 3 kwh/m²a Wärmepreis 20 Jahre ohne Förderung 4 /MWh Wärmepreis 30 Jahre ohne Förderung 4 /MWh Dachanlagen m² Kosten Invest installiert je m² Brutto 1 /m² Laufende Kosten je m² Brutto 20 Jahre 2 /m²a Laufende Kosten je m² Brutto 30 Jahre 2 /m²a Systemertrag je m² Bruttokollektorfläche 3 kwh/m²a Wärmepreis 20 Jahre ohne Förderung 4 /MWh Wärmepreis 30 Jahre ohne Förderung 4 /MWh /- 10%, Solaranlage fertig installiert, exkl. Umsatzsteuer 2 0,8 % der Investition jährlich für Strom, Versicherungen, Wartung, Ersatzteile 3 Beispiel Senftenberg 1. Jahr ( 85 C mittlere Kollektortemperatur) 4 ohne Abschreibung, Steuern, Inflation, Finanzierungs- und Grundstückskosten 18

19 Zusammenfassung Ohne Solarthermie keine Wärmewende und keine Energiewende. Auf lange Sicht ist Solarwärme sehr preiswert. Als Investition in einen nahezu kostenlosen Rohstoff garantiert sie wie Wasserkraft langfristig konstant niedrige Wärmepreise. Solare FW ist eine seit langem bewährte Technologie. Bis ca. 25 % ist Solarwärme einfach und rentabel. Bis ca. 8 % sind Solarspeicher überflüssig. Wenn die Solarthermie KWK-Speicher nutzt, folgen attraktive Wärmepreise, akzeptable Deckungsgrade sowie auch viele Vorteile für die KWK. 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Nichts Vielen Dank ist mächtiger für Ihre Aufmerksamkeit als eine Idee, deren Zeit gekommen ist. Victor Hugo ( )