Kurzbericht. Zertifizierung des Primärenergiefaktors nach FW 309 Teil 1 für das Fernwärmenetz Langballig der Stadtwerke Flensburg GmbH

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1 Kurzbericht Zertifizierung des Primärenergiefaktors nach FW 309 Teil 1 für das Fernwärmenetz Langballig der Stadtwerke Flensburg GmbH Bearbeiter: Claus Hartmann, geprüfter Gutachter AGFW (f P -Gutachter-Nr. FW ) Flensburg, /9

2 Inhaltsverzeichnis 1 Hintergrund Anlagenbeschreibung Datengrundlage Anteil der Wärme aus und aus erneuerbaren Energien Berechnung des Primärenergiefaktors /9

3 1 Hintergrund Mit der Einführung der Energieeinsparverordnung (EnEV) am 1. Februar 2002 wird neben einem vom Gebäudetyp abhängigen Transmissionswärmeverlust auch die maximal zulässige Jahresmenge des gebäudespezifischen Primärenergiebedarfs begrenzt. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit innerhalb bestimmter Grenzen die Ausgaben für Wärmedämmung und Heizanlagentechnik wechselseitig zu optimieren. Die Ermittlung des Jahres- Primärenergiebedarfs berücksichtigt auch die Aufwendungen, die bei der Gewinnung und beim Transport der Primärenergie bis zum Gebäude anfallen, indem diese vorgelagerten Verluste in die Primärenergiefaktoren der Energieträger eingerechnet werden. Die Primärenergiefaktoren fossiler und regenerativer Brennstoffe sind im Wesentlichen konstant. Durch die Vielfalt an Möglichkeiten der Wärmeerzeugung (Brennstoffmix, -Anteil, Anlagenstruktur) weist die Fernwärme eine große Bandbreite auf. Die Erzeugung der Fernwärme findet üblicherweise außerhalb des Gebäudes statt. Die vorliegende Zertifizierung bezieht sich auf die FW ( Energetische Bewertung von Fernwärme FW 309 Teil 1 ), die im Mai 2010 veröffentlicht worden ist. Zum Teil 1 der FW 309 gehört eine Geschäftsordnung, welche Form und Inhalt, die Gültigkeitsdauer, die Ausstellungsberechtigung, das Verfahren zur Veröffentlichung und die inhaltliche Überprüfung der Bescheinigungen regelt. Der Pauschalwert für den Wärmemix in Fernwärmenetzen aus Heizwerken und Heizkraftwerken ist f FW = 1,3. Durch eine spezifische Zertifizierung des Fernwärmesystems kann dieser Primärenergiefaktor reduziert werden. Die vorliegende Zertifizierung ermöglicht damit dem Netzbetreiber die Darstellung der tatsächlichen energetischen Effizienz und der Kosteneinsparpotenziale einer Gebäudesanierung nach EnEV. 2 Anlagenbeschreibung Seit dem Jahr 1997 wird in Langballig das erste heizwerk Schleswig-Holsteins betrieben, das ausschließlich mit nachwachsendem (überwiegend aus heimischen Knicks) befeuert wird stiegen die Stadtwerke Flensburg als Mitgesellschafter in den Heizwerkbetrieb ein, seit 2004 fungieren die Stadtwerke Flensburg als alleiniger Gesellschafter. Es werden in Langballig 160 Wohneinheiten mit Fernwärme versorgt, darunter verschiedene Betriebe, die Grundschule und das große Pflegehaus Nordangeln. Dies entspricht etwa 75 % der Ortschaft. Die gesamte Netzlänge beträgt ca m. 3/9

4 Die Wärmeversorgung wurde bis 2009 ausschließlich über einen heizkessel mit einer thermischen Leistung von 900 kw sowie einem Spitzenlast- und Reservekessel auf Basis von leichtem Heizöl mit einer thermischen Leistung von 645 kw dargestellt. Der kessel erzeugt hierbei etwa 95 % der Jahresarbeit. Im März 2009 wurden die Arbeiten für die Errichtung zweier Stirling-Motoren mit innovativer gas-technologie begonnen. Das Projekt wurde mit Unterstützung der Europäischen Union durch die Landesregierung Schleswig-Holstein finanziell unterstützt. Die zwei Stirling- Motoren haben jeweils eine vertraglich zugesicherte elektrische Leistung von 35 kw und eine thermische Leistung von 145 kw. Das gas für die beiden Motoren stammt aus einem Gegenstrom-Festbettvergaser mit einer Brennstoffleistung von 400 kw. Die beiden Stirling-Motoren befanden sich von Februar 2010 bis Sommer 2013 in der Inbetriebnahmephase, die aufgrund der innovativen Anlagentechnik über einen längeren Zeitraum stattgefunden hat. Da die anspruchsvolle Vergaser-Technik leider nicht in einem zuverlässigen Grundlastbetrieb genutzt werden konnte, wurde die vergaseranlage inklusive der Stirling-Motoren durch ein Gas-BHKW mit 504 kw thermischer Leistung ersetzt. Das Gas-BHKW wird mit Biogas aus dem öffentlichen Gasnetz (Biomethan) befeuert. Heizkessel Heizöl (Spitzenlast, Reserve) Q B A Q Bne Q FW Heizkessel hackschnitzel (Mittellast) Q BHHS Q B Biomethan-BHKW (Grundlast) A B Bilanzkreis Abbildung 1: Energiebilanzraum zur Bestimmung des Primärenergiefaktors Abbildung 1 stellt das Anlagenkonzept grafisch dar. Die Grundlast der Wärmeversorgung wird durch das Gas-BHKW abgedeckt, damit möglichst viel Strom erzeugt wird, der nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz vergütet wird. Der Heizkessel auf Basis von hackschnitzel, der in der Vergangenheit mit 95 % der Jahresarbeit die Grundlast abgedeckt hat, 4/9

5 wird durch das Gas-BHKW in die Mittellast gedrängt. Der Heizölkessel wird weiterhin die Spitzenlast abdecken und als Reservekessel fungieren. 3 Datengrundlage Für die Berechnung des Primärenergiefaktors werden aufgrund der Installation und Inbetriebsetzung des neuen Gas-BHKW im November und Dezember 2013 Messwerte ab Januar 2014 verwendet, da im November und Dezember 2013 aufgrund anfänglicher Optimierungseinstellungen an der Neuanlage noch keine repräsentativen Produktionswerte für das Gas- BHKW erreicht werden konnten. Tabelle 1 stellt die Messwerte dar, die der weiteren Berechnungen dienen. Tabelle 1: Messwerte für das Fernheiznetz Langballig Bilanzzeitraum Jan 14 Feb 14 Mrz 14 Brennstoffeinsatz (in Energie) Biomethan (Heizwert) MWh hackschnitzel MWh Heizöl EL MWh Gesamt MWh FW-Netzeinspeisung Q Bne MWh FW-Verluste HKW % 2,6% 3,6% 3,8% FW-Produktion MWh davon BHKW Q B MWh davon HHS-Kessel Q BHHS MWh davon Ölkessel Q B MWh In erzeugte Fernwärme MWh In erzeugte Fernwärme % 47,7% 61,0% 57,6% Fernwärme aus erneuerbaren Energien % 95,7 % 99,7% 97,7% Abgegebene Fernwärme Kunde MWh Netzverluste % 18,2% 20,8% 27,8% Die Wärmeverluste im Fernwärmenetz sind berechnet und berücksichtigt worden. 5/9

6 4 Anteil der Wärme aus und aus erneuerbaren Energien Ausschließlich die im Gas-BHKW erzeugte Wärme wird in erzeugt. Darüber hinaus stammt die im heizkessel erzeugte Wärme ebenfalls aus erneuerbaren Energieträgern. Die restliche Wärme wird durch den Heizölkessel erzeugt. Tabelle 2: Wärme aus und erneuerbaren Energien Bilanzzeitraum Jan 14 Feb 14 Mrz 14 FW-Netzeinspeisung Q Bne MWh FW-Verluste HKW % 2,6% 3,6% 3,8% FW-Produktion MWh davon BHKW Q B MWh davon HHS-Kessel Q BHHS MWh davon Ölkessel Q B MWh In erzeugte Fernwärme MWh In erzeugte Fernwärme % 47,7% 61,0% 57,6% Fernwärme aus erneuerbaren Energien % 95,7% 99,7% 97,7% Abgegebene Fernwärme Kunde MWh Netzverluste % 18,2% 20,8% 27,8% Brutto-Stromerzeugung MWh Eigenbedarf MWh Netto-Stromerzeugung MWh Netto-Stromerzeugung in A B MWh Anteil Stromerzeugung in % 100,0% 100,0% 100,0% Es ergeben sich im gewichteten Mittel über das erste Quartal 2014 ein Wärmeanteil von 54,8 %, der in erzeugt wird, und ein Anteil von 97,5 %, der aus erneuerbaren Energien stammt. 5 Berechnung des Primärenergiefaktors Der Primärenergiefaktor für das Fernwärmenetz wird nach FW bei einer Berechnung auf Basis von Planungsdaten grundsätzlich nach der folgenden Formel bestimmt. f FW = ( 1+ + σ ) f Br (1 ) f Br ( σ ) f verdr th mit 6/9

7 f, Primärenergiefaktor der Fernwärmeversorgung in kwh Primärenergie je kwh P FW Heizenergie an der Übergabestation zum Kunden f, Primärenergiefaktor des jeweiligen Brennstoffes unter Berücksichtigung der P Br Vorkette nach Tabelle 3 f P, verdr Primärenergiefaktor des verdrängten elektrischen Stroms nach Tabelle 3 σ Stromkennziffer der -Anlage (Quotient aus elektrischer und thermischer Leistung) -Deckungsanteil spezifische Stromarbeit für den Betrieb des Heiznetzes, Pauschalfaktor 0,015 Nutzungsgrad des Heiznetzes, Pauschalfaktor 0,90 Nutzungsgrad der -Anlage th Nutzungsgrad der ungekoppelten Wärmeerzeugung Der zweite Summand in der Formel ist jedoch für nur einen Brennstoff ausgelegt, mit dem die Wärme ohne erzeugt wird. Da in dem vorliegenden Fall jedoch zwei Wärmeerzeuger mit den Brennstoffen und Heizöl im Einsatz sind, wird der Summand wie folgt aufgeteilt: (1 f P, Br th ) f th, + f th, mit Deckungsanteil kessel Deckungsanteil Heizölkessel Nutzungsgrad der ungekoppelten Wärmeerzeugung im heizkessel ne, th, Nutzungsgrad der ungekoppelten Wärmeerzeugung im Heizölkessel ne, th, Die in Tabelle 3 dargestellten Primärenergiefaktoren für Brennstoffe und weitere Produkte weisen einen gesamten Primärenergiefaktor und einen nicht erneuerbaren Anteil auf. Hierbei wird jeweils der notwendige Anteil für Hilfsenergien berücksichtigt (für z. B. Abbau, Transport, Aufbereitung), so dass auch die regenerativen Energieträger einen Primärenergiefaktor 7/9

8 von mehr als 0 aufweisen. Für die Berechnungen ist der nicht erneuerbare Anteil der brennstoffspezifischen Primärenergiefaktoren zu verwenden. Tabelle 3: Primärenergiefaktoren nach EnEV 2013, Quelle: DIN V : ) Einen Unterschied gibt es bei der Verwendung des Primärenergiefaktors für Strom. Durch den steigenden Anteil an erneuerbaren Energien und dem verbesserten Gesamtwirkungsgrad des deutschen Kraftwerksparks ergibt sich derzeit ein Primärenergiefaktor von 2,4 für den bezogenen Strommix. Der Primärenergiefaktor des Stromes wird unterschieden nach dem Strommix für bezogenen Strom und dem Strommix für verdrängten Strom. Die Unterscheidung ist notwendig, weil bestimmte Erzeugungsanlagen (wie z. B. Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien) gesetzlich privilegiert sind und immer ins Netz der öffentlichen Versorgung einspeisen dürfen. Der Strom solcher Anlagen kann demnach stets aus dem Netz bezogen werden, jedoch nicht durch die Einspeisung von -Strom aus dem Netz verdrängt werden. Der Primärenergiefaktor des Verdrängungsmixes ist somit 2,8 und der Primärenergiefaktor des Bezugsmixes beträgt 2,4. Der Verdrängungsmixfaktor von 2,8 ist dann einheitlich zu verwenden, wenn es sich um eine -Anlage handelt, die Strom in das Netz einspeist. 8/9

9 Aus Tabelle 3 werden für die nachfolgenden Berechnungen die folgenden Faktoren verwendet: o Primärenergiefaktor Biogas/ Biomethan: 0,5 o Primärenergiefaktor Brennstoff : 0,2 o Primärenergiefaktor Brennstoff Heizöl: 1,1 o Primärenergiefaktor für verdrängten Strom: 2,8 Die nachfolgende Tabelle stellt die wesentlichen Eingangsparameter und Zwischenberechnungsergebnisse der Primärenergiefaktorberechnung dar. Da für die Pumpenenergie im Fernwärmenetz keine konkreten Messwerte vorliegen, wird hier der Pauschalwert aus der Norm angenommen (15 kwh el /MWh th ). Bilanzzeitraum Jan 14 Feb 14 Mrz 14 Brennstoffeinsatz (in Energie) Biomethan MWh hackschnitzel MWh Heizöl EL MWh Gesamt MWh Brennstoffeinsatz (in Primärenergie) Biomethan MWh hackschnitzel MWh Heizöl EL MWh Gesamt MWh Anteil Stromerzeugung in % 100,0% 100,0% 100,0% FW-Netzeinspeisung Q Bne MWh Stromarbeit Heiznetzbetrieb (0,015) A MWh Netto-Stromerzeugung in A B MWh Abgegebene Fernwärme Kunde Q FW MWh Primärenergiefaktor gem. FW f FW -0,452-0,778-0,745 Fernwärme aus erneuerbaren Energien % 97,0% 99,7% 98,5% Im Ergebnis ergibt sich ein gewichteter gemittelter Primärenergiefaktor von -0,636. Da keine negativen Primärenergiefaktoren bescheinigt werden, wird der Wert mit 0,00 festgesetzt. 9/9