Was ist ein gutes Heizwerk? Bewertung anhand von Kennzahlen und Statistiken

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1 Was ist ein gutes Heizwerk? Bewertung anhand von Kennzahlen und Statistiken Autoren: MMag. Alexandra Malik, DI Franz Promitzer, DI Harald Schrammel, Landesenergieverein Steiermark Was ist ein gutes Heizwerk und welche Anforderungen werden an ein solches gestellt? Je nachdem aus welcher Perspektive heraus man an diese Frage heran geht, fällt die Antwort unterschiedlich aus. Aus der Sicht des Betreibers ist der wirtschaftliche und gewinnbringende Betrieb das wesentlichste Kriterium für ein gutes Heizwerk. Eine geringe Amortisationsdauer der Anlagenkomponenten bei gleichzeitig hoher Nutzungsdauer sowie ein geringer Bedienungsaufwand stellt eine weitere Anforderung dar. Für den Planer ist der Planungsauftrag das vorrangige Projektinteresse. Ein Heizwerksprojekt gilt als erfolgreich abgewickelt, wenn vordefinierte Planungsziele erreicht und das Projekt effizient umgesetzt wurde. Im Gegensatz dazu steht für die Wärmekunden die langfristig zuverlässige Wärmeversorgung zu angemessenen Preisen an vorderster Stelle. Darüber hinaus soll der Betrieb eines Biomasseheizwerkes zu keiner Beeinträchtigung (Lärm, Geruch, Störung des Landschaftsbildes, etc.) der Anrainer führen. Ein Heizwerk gilt daher als gut, wenn gar nicht wahrgenommen wird, dass es existiert. Schließlich fehlt noch die Sichtweise der öffentlichen Hand, welche mit Fördermittel die Umsetzung von Heizwerksprojekten unterstützt. Ein gutes Heizwerk muss in der Öffentlichkeit dauerhaft präsent sein, und zwar im positiven Sinne: Erzielung eines hohen Umwelteffektes, effizienter Einsatz von Fördermittel und Sicherung eines langfristigen Betriebes. Kennzahlen zur Bewertung von Heizwerken Der Begriff Ein gutes Heizwerk ist sehr breit gefächert und von der subjektiven Sichtweise des Betrachters abhängig. Um Heizwerke objektiv bewerten zu können, ist daher ein einheitliches Bewertungsschema, z.b. anhand von Kennzahlen, notwendig. Allerdings reicht die bloße Kalkulation von Kennzahlen für die Beurteilung von Heizwerken alleine nicht aus. Wichtig sind die Relationen, in welcher die ermittelten Kennzahlen zu Richt- oder Erfahrungswerten stehen.

2 Tabelle 1: Gängige Kennzahlen zur Bewertung von Biomassenahwärmeanlagen Netz Wärmeerzeugung Gesamtanlage Kennzahlen spezif. Investkosten Netz - Richt-/Erfahrungswerte Jahresnutzungsgrad Netz mind. 80% (UFI) 1 Wärmedichte mind. 900 (kwh/a)/trm (UFI) 1,2 mittl. Spreizung Wärmenetz spezif. Volumenstrom Wärmenetz spezif. Stromverbrauch Netzpumpe - spezif. Investkosten Wärmeerzeugung - Volllaststunden BM-Kessel > 30 K < 20 m³/mwh abhängig von der Anlagenvariante spezif. Stromverbrauch BM-Kessel 10 kwh el pro erzeugter MWh therm 3 Jahresnutzungsgrad Kesselanlage mind. 80% 3 spezif. Stromverbrauch Gesamtanlage kwh el pro verkaufter MWh therm 3 Gesamteffizienz (Jahresnutzungsgrad) mind. 70% 3 Wärmeverkauf je mehr desto besser 1 Fördervoraussetzung für den Erhalt der betrieblichen Umweltförderung im Inland (UFI) 2 bzw (kwh/a)/trm laut Empfehlung der ARGE QM Holzheizwerke ( 3 ÖKL Merkblatt Nr. 67 Für einige der in Tabelle 1 angeführten Kennzahlen können entsprechende Richt-/ Empfehlungswerte angegeben werden. Die Anlagenart und Netzstruktur bleibt dabei unberücksichtigt. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, wurden Planungs- und Betriebsdaten von 107 österreichischen Biomassenahwärmeanlagen ausgewertet. Vorrangiges Ziel dabei ist die möglichen Bandbreiten für Kennzahlen unterschiedlicher Anlagenarten und Netzstrukturen zu ermitteln und damit eine Basis für die Quantifizierung zu schaffen. Als Datengrundlage diente die qm Heizwerke Datenbank 1. In der Stichprobe enthalten sind sowohl neu errichtete Anlagen (erbaut ab 2006; 34 Fälle) als auch Anlagen errichtet im Zeitraum (73 Fälle). Da derzeit noch nicht ausreichend Datenmaterial zur Verfügung steht, basiert die Auswertung der Betriebsdaten lediglich auf einem Betriebsjahr. Die genannten Aspekte sind bei der Interpretation der Daten zu berücksichtigen. Statistiken und Kennzahlen Wichtige Kennzahlen zur Beurteilung der Netzeffizienz von Nahwärmeanlagen stellen die Wärmedichte und der Netzverlust dar. Dabei wird der Netzverlust nicht als absolute Wärmemenge angegeben, sondern als Anteil der insgesamt ab der Wärmeerzeugungszentrale in das Leitungsnetz abgegebenen Energie. Demzufolge ist es auch einsichtig, dass zwischen der Wärmedichte 2 und dem Netzverlust ein deutlich erkennbarer Zusammenhang besteht (siehe Abbildung 1). Jeder der in Abbildung 1 dargestellten Datenpunkte repräsentiert eine Anlage. Von einigen 1 Biomassenahwärmeanlagen (ab 400kW Biomassekesselnennleistung und/oder ab 1000m Trassenlänge ), die im Rahmen der Umweltförderung im Inland seit 2006 um Förderung ansuchen, sind dazu verpflichtet, ein begleitendes Qualitätsmanagement (qm heizwerke) abzuwickeln. Die qm heizwerke Datenbank koordiniert die Förderabwicklung und verwaltet die dazu notwendigen Planungs- und Betriebsdaten von Biomassenahwärmeanlagen. Info unter 2 insgesamt in einem Jahr zu den Abnehmern transportierte Wärmemenge bezogen auf die Trassenlänge

3 Ausreißern abgesehen liegt der mittlere Netzverlust der betrachteten Anlagen bei 18,5% und die mittlere Wärmedichte bei 1180 (kwh/a)/trm. Im Mittel werden die laut Förderrichtlinien geforderten Richtwerte damit erreicht. Abbildung 1: Netzverluste in Abhängigkeit von der Wärmedichte (Quelle: qm heizwerke Datenbank, Auswertung 06/2012) 50% 40% Netzverluste Wärmenetz in Abhängigkeit von der Wärmedichte (Betriebsdaten von 107 Nahwärmeanlagen) 900(kWh/a)/Trm 1200 (kwh/a)/trm Netzverluste (%) 30% 20% 10% 0% Wärmedichte (kwh/a)/trm Die breite Streuung der Datenpunkte ist nicht zwingend das Ergebnis von Konzeption, Netz-Betriebsweise oder Rohrdämmung, sondern spiegelt häufig die unterschiedliche Abnehmerstruktur wider. Kompakt dimensionierte Netze (kurze Stränge, Versorgung von überwiegend Großabnehmern) besitzen gegenüber Nahwärmeversorgungsanlagen, die überwiegend Einfamilienhäuser versorgen, einen klaren Vorteil. Um diesen Aspekt zu berücksichtigen wurden die untersuchten Anlagen in drei Netzkategorien eingeteilt: Netze mit überwiegend Großverbrauchern Netze mit gemischter Verbraucherstruktur Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern Das Ergebnis zeigt ein klares Bild: Netze mit günstigen Abnehmerstrukturen haben überdurchschnittlich gute Kennzahlen. Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern weisen häufig einen Netzverlust von über 20% bei einer Wärmedichte von deutlich unter 900 (kwh/a)/trm auf. In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass niedrige Wärmedichten und hohe Netzverluste den Betriebskostenanteil in die Höhe treiben und damit die wirtschaftliche Situation negativ beeinflussen. Abbildung 2: Netzverluste und Wärmedichte nach Netzkategorie und Anlagenalter: Betriebswerte von 107 Nahwärmeanlagen (Quelle: qm heizwerke Datenbank, Auswertung 06/2012) Netzverluste in % 25% 20% 15% 10% 5% Mittlere Netzverluste nach Netzkategorie und Anlagenalter Netze errichtet vor 2006 (n1) 22% 21% Netze errichtet seit 2006(n2) 19% 18% 15% 13% Wärmedichte (kwh/a)/trm Mittlere Wärmedichte nach Netzkategorie und Anlagenalter Netze errichtet vor 2006 (n 1) Netze errichtet seit 2006 (n 2) % Netze mit überwiegend Netze mit gemischter Netze mit überwiegend Großverbraucher Verbraucherstruktur Kleinverbraucher (n1=14, n2=11) (n1=33, n2=15) (n1=26, n2=8) 0 Netze mit überwiegend Netze mit gemischter Netze mit überwiegend Großverbraucher Verbraucherstruktur Kleinverbraucher (n 1=14, n 2=11) (n 1=33, n 2=15) (n 1=26, n 2=8)

4 Die zusätzliche Kategorisierung der Anlagen nach ihrem Baualter ergab, dass Nahwärmenetze errichtet ab 2006 deutlich geringere Netzverluste und höhere Wärmedichten als vergleichsweise ältere Netze haben. Häufig verfehlen auch Neuanlagen in der Netzkategorie Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern die laut Umweltförderung im Inland verpflichtend einzuhaltenden Zielwerte. Die derzeit gültigen Förderrichtlinien setzen einen maximalen (durchschnittlichen) Netzverlust von 20% voraus. Wenn Nahwärmenetze auch in der Zukunft eine entscheidende Rolle in den Klimaschutzzielen einnehmen sollen, muss nach Möglichkeiten gesucht werden, den Netzverlust im Sinne einer notwendigen Steigerung der Gesamteffizienz von Nahwärmeanlagen unter 15% zu senken. Dazu sind neue Anlagen nur dort zu errichten, wo eine geeignete Abnehmerstruktur vorliegt. Weiters sind höchste Dämmstandards bei den Rohrleitungen und eine optimierte Betriebsweise eine Voraussetzung. Bei bereits errichteten Anlagen muss danach getrachtet werden durch Optimierung von Kundenanlagen den Netzbetrieb zu verbessern. Neben den Kosten für den Brennstoffeinsatz zählen auch die Stromkosten zu den wesentlichen Betriebskosten einer Biomassenahwärmeanlage. Im Mittel liegt der spezifische Stromverbrauch der Gesamtanlage von 48 untersuchten Anlagen 3 bei 22,7 kwh el pro verkaufter MWh therm. Der Schwankungsbereich ist jedoch beachtlich und reicht von 9 kwh el pro verkaufter MWh therm bis 47 kwh el pro verkaufter MWh therm. Eine Kategorisierung nach der Ausstattung der Wärmeerzeugungseinrichtung (Einkessel- oder Mehrkesselanlage, monovalent oder bivalent) führte zu keinem brauchbarem Ergebnis, da die berechnete Kennzahl nicht nur von der Ausstattung der Wärmeerzeugungsanlage abhängt, sondern auch von der Betriebsweise des Netzes (z.b. Steigerung der Spreizung und dynamisches Anpassen des Differenzdrucks). Der Wärmeverkauf stellt die einzige Einnahmequelle für einen Anlagenbetreiber dar. Daher ist es besonders wichtig den zukünftigen Wärmeabsatz anhand einer detaillierten Bedarfserhebung so exakt wie möglich zu ermitteln und zukünftige Entwicklungen (thermische Sanierungen) zu berücksichtigen. Überdimensionierte Wärmeerzeugungsanlagen und unnötig hohe Investitionskosten könnten damit vermieden werden. In vielen Fällen hat sich gezeigt, dass der in der Planungsphase abgeschätzte Wärmeverkauf im Betrieb nicht erreicht werden kann. Ein Vergleich des IST-Wärmeverkaufs mit dem Planungswert bei 33 Neuanlagen zeigt, dass bei 60% der Anlagen der Planungszielwert im Betrieb nicht erreicht werden konnte. Im Mittel liegt die Abweichung pro Anlage über die gesamte Stichprobe bei -9%. Die Investitionskosten eines Heizwerkes haben maßgeblich Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg. Die Frage nach der Höhe der Investitionskosten für Biomasseheizwerke lässt sich nicht pauschal beantworten und hängt maßgeblich von der Art und Größe der Wärmeerzeugungsanlage und verteilungsanlage ab. Überhöhte Investitionskosten wirken sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit aus, während zu sparsam kalkulierte Investitionen zu Lasten des technischen Standards gehen. Im Sinne der Wirtschaftlichkeit und des effizienten Einsatzes von Fördermittel 3 In der Statistik wurden lediglich Anlagen zur Wärmeerzeugung ohne Rauchgaskondensation berücksichtigt.

5 ist daher ein Mittelweg zu finden, welcher einen ausreichenden technischen Standard zu angemessenen Kosten gewährleistet. Zur Orientierung sind die spezifischen Kosten der Wärmeverteilung ( /MWh verkauft ) von 38 Neuanlagen (Baujahr ab 2007) in Abbildung 4 dargestellt. Die Kosten sind dabei umso geringer je geeigneter die Abnehmerstruktur ist: Weitläufige Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern weisen beinahe drei mal höhere spezifische Netzkosten auf, als kompakt dimensionierte Netze mit überwiegend Großverbrauchern. Abbildung 4: Spezifische Kosten der Wärmeverteilung nach Netzkategorie (Quelle: qm heizwerke Datenbank, Auswertung 06/2012) 400 Spezif. Investitionskosten der Wärmeverteilung in pro verkaufter MWh/a von Anlagen errichtet seit 2006 pro verkaufter MWh/a Netze mit überwiegend Großverbraucher (n=15) Netze mit gemischter Verbraucherstruktur (n=15) Netze mit überwiegend Kleinverbraucher (n=8) Für die Ermittlung der spezifischen Kosten der Wärmeerzeugung 4 ( pro kw installierte Kesselleistung) wurden die Anlagen in monovalente Ein- und Mehrkesselanlagen und bivalente Mehrkesselanlagen eingeteilt. Dabei zeigt sich, dass der Kostenunterschied zwischen monovalenten Ein- (663 /kw) und Mehrkesselanlagen (683 /KW) im Leistungsbereich unter 1500 kw geringer ist und erst ab einer Gesamtleistung von 1500 kw deutlich hervortritt (548 /kw versus 647 /kw). Wie zu erwarten sind die bivalenten Mehrkesselanlagen beinahe halb so kostenintensiv wie vergleichbare monovalente Anlagen ( /kw). Zusammenfassung Für die Bewertung von Heizwerken kann eine Reihe von Kennzahlen gebildet werden. Die für diese Kennzahlen vorhandenen Richt- bzw. Erfahrungswerte liefern dabei einen wichtigen Anhaltspunkt. Für eine absolute Beurteilung sollten jedoch die speziellen Charakteristika der Nahwärmeanlage zusätzlich berücksichtigt werden. Mit der hier durchgeführten Betriebsdatenanalyse wurde ein Versuch unternommen die Größenordnung ausgewählter Kennzahlen für verschiedene Kategorien von Nahwärmeanlagen abzuschätzen. Das Ergebnis zeigt, welchen entscheidenden Einfluss die Anlagenart und Netzstruktur auf das Ergebnis hat. Allerdings reduziert sich die gegenständliche Analyse auf wenige Teilbereiche einer Nahwärmeversorgungsanlage. Weitere Kennzahlen, die für eine vollständige Bewertung notwendig sind, konnten aufgrund mangelnder Daten nicht berechnet 4 Die Kosten der Wärmeerzeugungsanlage berücksichtigen die Kosten für Hochbau einschl. Lager, Wärmeerzeugung, Heizhaushydraulik, übergeordnetes MSR-System, Elektroinstallation und Ausrüstung. Dabei wurden nur Anlagen zur Wärmeerzeugung und Anlagen ohne Rauchgaskondensation berücksichtigt.

6 werden. Unzureichend vorhandene und/oder defekte Wärmemengen- und Stromzähler sowie die ungenaue Bestimmung des Brennstoffverbrauches erschweren die Kalkulation der sonst noch möglichen Kennzahlen. Mit dem Qualitätsmanagement qm heizwerke ( ein österreichweites Programm zur Verbesserung der Qualität und Steigerung der Effizienz von Biomasseheizwerken und Nahwärmenetze, wurden erstmals Mindestanforderungen an die messtechnische Ausrüstung für Neuanlagen und an die jährliche Betriebsdatenaufzeichnung für geförderte Biomassenahwärmeanlagen gestellt. Im Sinne der Betriebskontrolle und -optimierung profitiert nicht nur der Anlagenbetreiber von dieser Maßnahme. Die laufende Qualitätskontrolle und - sicherung der Daten durch das qm heizwerke Programmmanagement stellt sicher, dass in Zukunft eine noch bessere und aussagekräftigere Vergleichsbasis für Betriebsdaten unterschiedlicher Anlagen zur Verfügung stehen wird.