Innovative Wärmenutzungskonzepte: Ein Überblick

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1 Wege zum (Bio)EnergieDorf. Welche Bedeutung haben die (Bio)EnergieDörfer für die Energiewende in Mecklenburg-Vorpommern? 18./ , Universität & Stadthalle Greifswald. Innovative Wärmenutzungskonzepte: t Ein Überblick M.Sc. Dipl. Betriebswirt ebs t (FH), Thomas Anton Bereichsleiter Energieeffizienz u. Erneuerbare Energien 19. November 2011

2 Inhalt Potenziale Biogasabwärme Technische Ansätze zur Wärmenutzung Methodik Zusammenfassung

3 Potenziale Biogasabwärme Anteil der Einspeiseanlagen 8,5% Installierte thermische Leistung ca MWth Grobe Schätzung Abwärmeleistung: ca MWth Wärmeüberschuss ca. 16. Mio. MWh = 16MdlH 1,6 Mrd Heizöl Versorgungskapazität bei 2000 l Heizölbedarf: Haushalte (bei ca. 20 Mio. Gebäuden)

4 Biogasanlagen Potenziale Biogasabwärme Grundlagen: Wärmequellen- und Senkenanalyse Technische Ansätze zur Wärmenutzung Zusammenfassung

5 Biogasabwärme in Mecklenburg-Vorpommern In Betrieb: 270 Anlagen (Ende 2011, 325) Durchschnittliche Leistung: 500 kwel Ohne Wärmenutzung: 189 Anlagen (ca. 70 %) Thermische Leistung: ca. 600 kwth pro Anlage Schätzung Abwärmeleistung: ca. 400 kwth pro Anlage Gesamtabwärmeleistung: 75,6 MWth Wärmeüberschuss: MWh = 60 Mio. l Heizöl/a Versorgungskapazität bei 2000 l Heizölbedarf: Mehr als Haushalte Quellen: FNR; eigene Berechnung

6 Grundlagen Organic-Rankine-Cycle (ORC) Nutzung der BHKW-Abwärme zur Stromerzeugung g Organisches Arbeitsmedium anstelle von Wasser El. Wirkungsgrad: 15 20% Auch im kleineren Leistungsbereich einsetzbar Übliche Anwendung: kwel mit HHS-Feuerung Kleine Spezialanlagen bis 50 kwel (junge Technik)

7 Kälte aus Wärme (Kühlprozesse) Kälteerzeugung aus Abwärme Absorptionskältemaschine (AKM) COP AKM: 0,75 (21 kw Wärme) 15 kw MW Bereich Temperaturinput p ab Temperaturoutput 6 VL, RL 12 TK nur bei hohen Eingangstemperaturen und hoher Anlagenleistung Kaskadenschaltung mit KKM Vor allem Kunststoffindustrie, Nahrungsmittel u. Gebäudekühlung

8 Trocknungsprozesse Abb: Bandtrockner von Watropur Abgaswärme für die Beheizung von: Bandtrocknern (Getreide, Holzhackschnitzel, Pellets) ab Trocknungsanlagen (Klärschlamm, Gärreststoffe) Bandtrockner ab einer Leistung von 400 kw Ziel: hohe ganzjährig Ausnutzung

9 Pflanzenproduktion im Unterglasbau Ganzjähriger Wärmebedarf Ca. 500 kwh/m²*a für konstante 16 C Temperatur (50 l Heizöl/m²) Wärmebedarf schwankt (je nach Anbaufläche und Pflanzenkultur) Kombination von biologischem Anbau und ökologischer Wärmeversorgung g als Wettbewerbsvorteil Versuchsaufzucht (Stecklinge) der Durchwachsenen h Silphie (alt. zum Energiemais) Nutzung des CO2 aus BHKW Betrieb zur Düngung (bis 40% Mehrertrag)

10 Warmwasser-Aquakulturen Überfischung der Meere (Binnenzuchtanlagen) Kreislaufanlagen zur Aufzucht und Mast von Fischen, oder Krustentieren Ganzjähriger Wärmebedarf für optimales Temperaturniveau Vergärung der Reststoffe in Biogasanlagen

11 Biomasse aus Algen Algenzuchtanlagen l zur effizienten i Biomasseproduktion Energieträger Nahrungsmittel/Kosmetik/ Chemie/Futtermittel Biomasseertrag um 10-40% höher als auf LW Fläche Keine zusätzlichen landwirtschaftlichen Flächen Klärschlammnutzung zur Düngung CO 2 Verwendung aus Biogasanlagen HTC Prozesse, Biokohle

12 Nah- und Fernwärme Entfernung zu den Abnehmern 1-2 km In der Regel sommerliche Wärmeüberschüsse Gleichzeitig Installation von Spitzenlastkessel Gesamtlieferkonzept notwendig Biogas in die Grundlast Kombination mit Trocknungsprozessen

13 Mikrogasnetze und Satelliten BHKW Quelle: Entferung zum Endverbraucher weniger relevant Verlegekosten günstiger als bei Nahwärme Keine Wärmeverluste durch Rohrleitung

14 Methangaseinspeisung Quelle: Einspeisung von Bioerdgas (Windgas) in das Erdgasnetz Erdgasnetz als kostengünstiger Energiespeicher Wiederverstromung, Mobilität, Heizzwecke

15 Mobile Wärmespeicher Latentwärmespeicher nutzen Temperaturdifferenz des Phasenwechsels z.b. Übergang von flüssig nach fest eines Salzhydrates (Wärmeabgabe) größere Speicherdichte als bei sensibler Wärme (z. B. Wasserspeicher) Mobile Speicher als Alternative zu Nahwärmenetzen Bei größeren Entfernungen zwischen Wärmequelle und senke Transport mit Standard-Zugmaschine Verbundsysteme (mehrere Wärmequellen-speicher-senken)

16 Regionale Wertschöpfung Neckar-Odenwald-Kreis Standort Varianten Investitionen Betriebskosten KWK Boni CO 2 Reduktion Wärmepreis/ Arbeitsplätze [Mio. ] [ /a] [ /a] [t/a] Gewinnerwartung Buchen Nahwärme Bödigheim 4, ,0 0, , ,0 5,7 ct/kwh Buchen Kläschlammtrocknung 1, ,0 0, , /a Buchen Tomatenproduktion 1, ,0 7, , /a Buchen Mobile Wärme Kaserne Walldürn 1, ,0 2, , ,0 6,0 ct/kwh Obrigheim Nahwärme Obrigheim 0, ,0 0, ,0 628,0 3,5 ct/kwh Obrigheim Gemüseproduktion 1, ,0 6, , /a Obrigheim Aalproduktion 1, ,0 1, , /a Obrigheim Mobile Wärme KKH u. FB 1, ,0 1, ,0 867,0 6,5 ct/kwh Walldürn Produktion afr. Wels 1, ,0 1, , /a Seckach Nahwärme Großeicholzheim 5, ,0 0, , ,0 8,5 ct/kwh Altheim Kühlung Produktionsbetrieb 0, , ,0 198,0 3,3 ct/kwh Rosenberg Barschproduktion 14 1, , , , /a N O K Gesamt 21, ,0 23, , ,0 Wärmequellen-Senkenanalyse im LK NOK Nahwärme, Mobile Wärmespeicher, Trocknung, Fisch- u. Pflanzenzucht Erste Projekte in Umsetzung (Obgrigheim, Walldürn) KKH.: Kreiskrankenhaus FB.: Freibad afr.: afrikanischer

17 Wärmequellen- und Senkenanalyse Ist Analyse Wärmequellen Nutzbare Lasten und Wärmemengen Verortung der Wärmequellen (GIS) Umfeldanalyse (Grundstücke, bestehende Netzanbindungen usw.) Erstellung des Wärmesenkenkatasters Identifikation und Verortung der Wärmesenken (Wärmeabnehmer) Großabnehmer (soziale Einrichtungen, kommunale Liegenschaften, Industrie und Gewerbe) Entfernungsbestimmung Bis 2-5 km Nah- und Fernwärme Bis 25 km Großverbraucher mit Grundlastabnahme Akteursanalyse Datenerhebung und Fragebogenbefragung Zusammenführung der Abgabe- und Abnehmerstrukturen Ableitung geeigneter Techniken zur Wärmenutzung

18 Zusammenfassung Ansätze zur Wärmenutzung vielfältig Potenziale nicht ausgeschöpft Biogasabwärme Industrielle Abwärme Abwärme aus Abwasser, usw. Wesentliche Einflussfaktoren immer im Einzelfall zu prüfen: Technische Machbarkeit Rechtsrahmen (ständige Änderungen des EEG) In Abhängigkeit davon: Wirtschaftlichkeit Unterstützung Ing. Büros des Runden Tisches der Ingenieure

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!