Berechnung der Primärenergiefaktoren und KWK- Anteile für die Fernwärmeversorgung

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1 RheinEnergie AG Berechnung der Primärenergiefaktoren und KWK- Anteile für die Fernwärmeversorgung

2 Inhalt Abkürzungsverzeichnis... 2 Zusammenfassung Einleitung Berechnungsgrundlagen Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen Erzeugung in Heizwerken Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie Berechnung der Primärenergiefaktoren Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd Fernwärmenetz Merheim Fernwärmenetz Junkersdorf PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

3 Abkürzungsverzeichnis Abkürzungen: BHKW EnEV FW GuD GT-HKW HK HKW HW KWK Blockheizkraftwerk Energieeinsparverordnung Fernwärme Gas- und Dampfturbinenkraftwerk Gasturbinenheizkraftwerk Heizkessel Heizkraftwerk Heizwerk Kraft-Wärme-Kopplung Formelzeichen: A f Q W Stromarbeit Faktor Wärme Brennstoffwärme Indizes: Bez Bne Br FW HN Kond KWK ne p PD verdr Bezugsmix Strom Nettowert der Berichtszeit Brennstoff Fernwärme Heiznetz Kondensationsanteil Kraft-Wärme-Kopplung Nettowert Primärenergie Prozessdampf Verdrängungsmix Strom PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 2

4 Zusammenfassung Basierend auf Betriebsdaten der drei Jahre 2015 bis 2017 werden die Primärenergiefaktoren für die vier Fernwärmenetze der RheinEnergie AG berechnet und in aktualisierter Form veröffentlicht. Die ermittelten Primärenergiefaktoren sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Übersicht über die aktualisiert veröffentlichten Primärenergiefaktoren. Bezeichnung Fernwärmenetz AGFW-Code Anteil KWK Primärenergiefaktor Innenstadt-Deutz DENW ,5 % 0,00 Neue Stadt-Bocklemünd DENW ,3 % 0,70 Merheim DENW ,4 % 0,70 Junkersdorf DENW ,5 % 1,01 Für die Fernwärmenetze Innenstadt-Deutz und Junkersdorf wird ein Primärenergiefaktor anhand der Stromgutschriftmethode nach AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 berechnet. Bei Anlagen mit gekoppelter und ungekoppelter Erzeugung wird nach AGFW-Arbeitsblatt FW 308 eine Aufteilung der eingesetzten Primärenergie in einen Heizwerkanteil und einen Kraft- Wärme-Kopplungs-Anteil (KWK-Anteil) durchgeführt. Für die beiden Fernwärmenetzen Merheim und Neue Stadt-Bocklemünd wird nach FW 309 Teil 1 ein pauschaler Primärenergiefaktor von 0,70 ausgewiesen. 3 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

5 1. Einleitung Seit dem Inkrafttreten der Energieeinsparverordnung (EnEV) in 2002 wird eine ganzheitliche Betrachtung der Energieversorgung für bestehende und neu zu errichtende Gebäude vom Gesetzgeber vorgeschrieben. Die EnEV in der derzeit gültigen Fassung vom Oktober 2015 begrenzt den Jahresprimärenergiebedarf der Gebäude. Die Ermittlung dieses Primärenergiebedarfs beinhaltet den Energieeinsatz und die Verluste, die bei der Gewinnung bzw. Erzeugung und Transport bis zum Gebäude entstehen. Diese vorgelagerten Energiemengen werden im Primärenergiefaktor der jeweiligen Energieträger berücksichtigt. Die RheinEnergie betreibt zur Wärmeversorgung von Köln vier getrennte Fernwärmenetze. Im Folgenden wird die Ermittlung der Primärenergiefaktoren der Fernwärmeversorgung für die Fernwärmenetze der RheinEnergie beschrieben. PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 4

6 2. Berechnungsgrundlagen Der überwiegende Anteil der von RheinEnergie erzeugten Fernwärme wird in hocheffizienten KWK-Anlagen wie z.b. Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD) erzeugt. In KWK-Anlagen wird Strom und Wärme in gekoppelter Erzeugung unter sehr hoher Ausnutzung des einsetzten Brennstoffs erzeugt. Zusätzlich zu KWK-Anlagen kommen auch Heizkesselanlagen zur Spitzenlastabdeckung oder als Ersatzanlagen zum Einsatz. So wird eine hohe Versorgungssicherheit der mit Fernwärme versorgten Kunden gewährleistet. Die Primärenergiefaktoren für Fernwärmenetze werden anhand der AGFW-Arbeitsblätter FW 309 Teil 1 von Mai 2014 und FW 308 von September 2015 ermittelt. Im Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 wird die Methodik zur Berechnung der Primärenergiefaktoren nach der Stromgutschriftmethode beschrieben. Das Arbeitsblatt FW 308 dient zur Abgrenzung des KWK-Prozesses bei Kraftwerksanlagen mit Kondensationsstromanteil. Danach wird eine Kraftwerksanlage mit anteiliger Kondensationsstromerzeugung rechnerisch in eine KWK- und eine Kondensationsanlage aufgeteilt. Der KWK-Anteil fließt in die Ermittlung des Primärenergiefaktors für die Fernwärmebereitstellung ein. Für die Bestimmung des spezifischen Primärenergiefaktors der Fernwärme aus KWK-Anlagen ist eine Brennstoffzuordnung zu den Koppelprodukten Strom und Fernwärme erforderlich. Die Stromgutschriftmethode berücksichtigt, dass dem in KWK erzeugten Strom bei der Einspeisung ins Netz Vorrang eingeräumt wird. Der Primärenergieaufwand des verdrängten Stroms wird der KWK-Wärme gutgeschrieben, d.h. vom Primärenergieaufwand der KWK- Wärme abgezogen. Dies erfolgt mit Hilfe eines in der FW 309 Teil 1 festgelegten Primärenergiefaktors für den durch KWK verdrängten Strommix. Der Primärenergiefaktor für das jeweilige Fernwärmenetz wird aus den mengengewichteten Primärenergiefaktoren der einzelnen in das Fernwärmenetz einspeisenden Anlagen und auf Basis der Energiemengen der drei Bilanzjahre berechnet Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen In Abbildung 1 ist eine Anlagenkonfiguration für KWK-Anlagen mit gekoppelter Wärmeerzeugung dargestellt. In KWK-Anlagen werden Strom und Wärme gemeinsam erzeugt, was den Primärenergieeinsatz im Vergleich zu konventioneller und ausschließlicher Stromerzeugung senkt. Der Primärenergiefaktor des Fernwärmesystems wird anhand von Formel 1 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt. f P,FW = (W Br W Kond ) f p,br + (A HN A Bne,KWK ) f p,verdr Q FW (1) Bei hocheffizienten KWK-Anlagen kann der Primärenergiefaktor der Fernwärmeversorgung einen negativen Wert annehmen und ist dann auf einen Wert von 0,00 zu setzen. 5 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

7 Abbildung 1: Anlagenkonfiguration mit gekoppelter Wärmeerzeugung am Beispiel einer erdgasbefeuerten GuD-Anlage. Für Anlagen mit gekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach Formel 1 der Pauschalwert ausgewiesen werden. f P,FW = 0,70 (2) 2.2. Erzeugung in Heizwerken Die in Abbildung 2 dargestellte Anlagenkonfiguration umfasst in der Regel Heizwerke mit mehreren Heizkesseln ohne zusätzliche Stromproduktion. Für diese Anlagen kann der Primärenergiefaktor nach Formel 3 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt werden. f P,FW = W Br f p,br + (A HN A Bne,KWK ) f p,bez Q FW (3) PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 6

8 Für Anlagen mit ungekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach Formel 3 der Pauschalwert f P,FW = 1,30 (4) ausgewiesen werden. Abbildung 2: Anlagenkonfiguration mit ungekoppelter Wärmeerzeugung Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie Als Primärenergiefaktoren für Brennstoff und Strom werden die in Tabelle 2 angegebenen Werte aus dem AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 verwendet. Tabelle 2: Ausgewählte Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze der RheinEnergie. Brennstoff f p Braunkohle 1,2 Erdgas 1,1 Heizöl 1,1 Allgemeiner Strommix 2,8 Verdrängungsstrommix 2,8 7 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

9 3. Berechnung der Primärenergiefaktoren Die Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze von RheinEnergie können auf der Plattform mit Hilfe des in Tabelle 3 genannten AGFW-Codes abgefragt werden können. Tabelle 3: Übersicht über die Fernwärmenetze der RheinEnergie. Bezeichnung Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz Neue Stadt-Bocklemünd Merheim Junkersdorf AGFW-Code DENW0023 DENW0022 DENW0047 DENW0024 Die in Abbildung 3 dargestellten Fernwärmenetze werden von unterschiedlichen Heizkraftwerken (HKW), Blockheizkraftwerken (BHKW) und Heizwerken (HW) versorgt. Abbildung 3: Schematische Darstellung der Fernwärmenetze und Erzeugungsstandorte der RheinEnergie in Köln. PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 8

10 3.1. Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Innenstadt-Deutz erfolgt mit 80,4 % durch die beiden Anlagen GuD Niehl 2 und GuD Niehl 3 (vgl. Tabelle 4 und Abbildung 4). Die Anlagen GuD Südstadt und das Gasturbinenheizkraftwerk Niehl (GT-HKW) werden rechnerisch in einen HW-Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt. Die Anlagen Niehl 2 und Niehl 3 werden in einen Kond-Anteil und KWK-Anteil aufgeteilt. Tabelle 4: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz Anlage Erzeugungsart Brennstoff KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl GuD Niehl 2 X - X X GuD Niehl 3 X - X - Hilfskessel Niehl - X X X GT-HKW Niehl X X X - GuD Südstadt X X X - Heizkessel Südstadt - X X X Heizwerk Deutz - X X X 3,7% 0,6% 0,5% 14,9% 41,2% GUD_Niehl_2_KWK GUD_Niehl_3_KWK GUD_Südstadt_KWK Kessel_Südstadt_HW GUD_Südstadt_HW Sonstige 39,2% Abbildung 4: Fernwärmeerzeugung im Netz Innenstadt-Deutz in den Jahren 2015 bis In Tabelle 5 sind die Energiebilanzen für das Netz Innenstadt-Deutz aus den Jahren 2015 bis 2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK- Anteil von 95,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von f P,FW = 0,00. (5) 9 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

11 Tabelle 5: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz. Bezeichnung Zeitraum WBr,KWK,p Primärenergie KWK ABne,KWK Nettostrom KWK AHN Stromeigenbedarf Ane,p Nettostrombilanz QFW Fernwärmeabsatz Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Neue Stadt-Bocklemünd erfolgt mit 86,9 % durch die beiden Anlagen Block 6 Merkenich und GuD Merkenich (vgl. Tabelle 6 und Abbildung 5). Die Anlagen Block 6, GuD Merkenich, und Block 4 wurden rechnerisch in einen KWK- und einen Kond-Anteil aufgeteilt. Bis auf das Heizwerk Bocklemünd können alle Anlagen im Netz Neue Stadt-Bocklemünd sowohl Prozessdampf als auch Fernwärme erzeugen. Daher wird für alle Anlagen eine getrennte Berechnung für den Anlagenteil zur Fernwärme- und Prozessdampferzeugung durchgeführt. Tabelle 6: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd. Anlage Erzeugungsart Brennstoff Produkt KWK- Anteil HW- Anteil Braunkohle Erdgas Heizöl Fernwärme Prozessdampf Block 6 Merkenich X - X X - X X Block 4 Merkenich X - - X - X X GuD Merkenich X - - X - X X Reservekessel Merkenich Heizwerk Bocklemünd - X - X - X X - X - X X X - 1,4% 7,0% 4,7% 27,7% 59,2% Block_6_Merkenich_KWK GUD_Merkenich_KWK Block_4_Merkenich_KWK Kessel_Merkenich_HW Kessel_Bocklemünd_HW Abbildung 5: Fernwärmeerzeugung im Netz Neue Stadt-Bocklemünd in den Jahren 2015 bis PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 10

12 In Tabelle 7 sind die Energiebilanzen für das Netz Neue Stadt-Bocklemünd aus den Jahren 2015 bis 2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von f P,FW = 0,70. (6) Tabelle 7: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd. Bezeichnung Zeitraum WBr,KWK,p Primärenergie KWK ABne,KWK Nettostrom KWK AHN Stromeigenbedarf Ane,p Nettostrombilanz QFW Fernwärmeabsatz Fernwärmenetz Merheim Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Merheim erfolgt mit 83,4 % durch die GuD Merheim (vgl. Tabelle 8 und Abbildung 6). Die Anlage GuD Merheim wurde rechnerisch in einen HW- Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt. Tabelle 8: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Merheim. Anlage Erzeugungsart Brennstoff KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl GuD Merheim X X X X Heizwerk Merheim - X X X 1,1% 15,5% GuD_Merheim_KWK Kessel_Merheim_HW GuD_Merheim_HW 83,4% Abbildung 6: Fernwärmeerzeugung im Netz Merheim in den Jahren 2015 bis PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

13 In der Tabelle 9 sind die Energiebilanzen für das Netz Merheim aus den Jahren 2015 bis2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von f P,FW = 0,70. (7) Tabelle 9: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Merheim. Bezeichnung Zeitraum WBr,KWK,p Primärenergie KWK ABne,KWK Nettostrom KWK AHN Stromeigenbedarf Ane,p Nettostrombilanz QFW Fernwärmeabsatz Fernwärmenetz Junkersdorf Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Junkersdorf erfolgt mit 63,5 % durch Heizkessel (vgl. Tabelle 10 und Abbildung 7). Der Rest der Erzeugung wird durch Gasmotoren-BHKW in KWK bereitgestellt. Tabelle 10: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Junkersdorf. Anlage Erzeugungsart Brennstoff KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl BHKW Junkersdorf X - X X Heizwerk Junkersdorf - X X X 36,5% 63,5% BHKW_Junkersdorf_KWK Kessel_Junkersdorf_HW Abbildung 7: Fernwärmeerzeugung im Netz Junkersdorf in den Jahren 2015 bis In Tabelle 11 sind die Energiebilanzen für das Netz Junkersdorf aus den Jahren 2015 bis 2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil von 36,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 12

14 f P,FW = 1,01. (8) Tabelle 11: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Junkersdorf. Bezeichnung Zeitraum WBr,KWK,p Primärenergie KWK ABne,KWK Nettostrom KWK AHN Stromeigenbedarf Ane,p Nettostrombilanz QFW Fernwärmeabsatz PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME