Optimierung der Wärmenutzung: Mobiler Wärmetransport als weitere Möglichkeit

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1 Optimierung der Wärmenutzung: Mobiler Wärmetransport als weitere Möglichkeit Markus Hertel Hansjürgen Krist, Roland Schipf Biogas-Fachforum Landkreis Traunstein AK Biogasanlagen Landkreis Rosenheim

2 Agenda 1. Einführung 2. Speichermaterialien für mobile Systeme 3. Mobile Wärmetransportsysteme 4. Beispielrechnung 5. Fazit mobiler Wärmetransport 6. Weitere Beispiele Folie 2

3 Einführung Quelle: Folie 3

4 Einführung Energiebedarf in der EU knapp die Hälfte des Endenergiebedarfs der EU wird in Form von Wärme benötigt, davon etwa 80 % bei Temperaturen unterhalb von 250 C Folie 4

5 Einführung Strom vielseitig einsetzbar keine Einschränkung des Einsatzbereiches ( Strom ist Strom ) Transformation in MS und HS möglich verlustarmer Transport möglich Wärme beschränkter Einsatzbereich Quelle: Temperaturniveau - Solarthermieanlage (niederkalorisch) - Gasbrenner (hochkalorisch) lokale Nutzung nötig - kostenintensiver Transport - verglw. hohe Transportverluste Quelle: Folie 5

6 Einführung Methoden der thermischen Energiespeicherung: Speicherung fühlbarer Wärme Änderung der fühlbaren Temperatur beim Lade-/Entladevorgang Speicherung latenter Wärme Änderung des Aggregatszustands beim Lade-/ Entladevorgang Thermochemische Wärmespeicherung Speichern der Energie durch endound exotherme Reaktionen Folie 6

8 Speichermaterialien Einteilung von Wärmspeicher (WS) nach Arbeitsprinzip Sensible WS Latente WS Thermochemische WS fest flüssig Sorption Reaktionswärme fest-flüssig flüssig-gasförmig Folie 8

9 Speichermaterialien Thermochemische Speicher (Zeolith) Änderung des chemischen Zustandes durch Wärmezufuhr Anlagerung von Wasserdampf an der inneren Oberfläche des mikroporösen Zeolith Luft als Wärmeträgermedium Folie 9

10 Speichermaterialien Latentwärmespeicher Speicherung der Wärmeenergie im Phasenübergang Wasser oder Thermoöl als Wärmeträgermedium 335 kj 335 kj Bine Informationsdienst, kg Eis 0 C 1 kg Wasser 0 C 1 kg Wasser 80 C Folie 10

12 Beispielprojekt mobiler Wärmetransport AVA / Schulzentrum Friedberg: Wärmesenke Schulzentrum Friedberg Ausgangspunkt: Wärmeversorgung über Gas- und Heizöl Ziel: Umstellung auf erneuerbare Energien Biomasseheizung (Hauslösung) Solarunterstützung einzelner Gebäude Fernwärme

13 Konzeptsuche Errichtung einer alternativen Heizanlage mit Biomasse wegen innerstädtischer Lage kaum möglich Für Erweiterung der Realschule besteht baurechtliche Verpflichtung zum Einsatz regenerativer Energien => Suche nach geeigneter Wärmequelle

14 Ergebnis aus Potenzialanalyse: Ergebnis aus Potenzialanalyse: Wärmequelle AVA GmbH Augsburg 9 km entfernt vom Schulzentrum gefunden

15 Die Idee: Mobiler Wärmetransport Wie sollen Wärmequelle und Wärmesenke verbunden werden? Innovative Lösung gesucht Bild oben: Mobiler Wärmetransportcontainer bei der Beladung Quelle: bifa Umweltinstitut Bild links: Mobiler Wärmetransportcontainer an der AVA GmbH Quelle: AVA GmbH

16 Temperatur [ C] Mobiler Wärmetransport Funktionsprinzip Kraftwerk Wärmeerzeugung Beladeleistung bis 250 kw Festes Natriumacetat Schulzentrum Wärmenutzung Entladeleistung bis 150 kw Heißwasser >95 C Kaltwasser Kaltwasser Transportstrecke ca. 9km Transportierte Energiemenge: 2,5 MWh Flüssiges Natriumacetat Wärmetauscher Wärmetauscher Folie Heißwasser Zeit

17 Latentwärmespeicher Hersteller LaTherm GmbH Schmelzpunkt rd. 58,5 C SGL Carbon Schmelzpunkt Salz A rd. 133 C Schmelzpunkt Salz B rd. 142 C Quelle: Quelle: SGL Carbon Power Tank keine Angaben über eingesetzte Salze / Paraffine Quelle: Folie 17

18 Mobiler Wärmetransport Bisherige Umsetzungen Dortmund (gefördertes Pilotprojekt BMU) Wärmelieferung von einer Deponiegasanlage zu einem Schwimmbad in Dortmund Buchen im Neckar-Odenwald-Kreis (AWN, Demonstrationsvorhaben des Umweltministeriums BW) Wärmelieferung vom Biomasseheizkraftwerk Buchen zur Bundeswehrkaserne in Walldürn Augsburg/Friedberg (AVA GmbH / LK AIC-FDB; erste kommerzielle Umsetzung) Wärmelieferung von der AVA GmbH zum Schulzentrum in Friedberg seit Folie 18

19 Mobiler Wärmetransport Rahmendaten Container: Maße: 6,06 x 2,44 x 2,44 m integrierter Wärmetauscher gefüllt mit Speichermedium (bspw. Natriumacetat) Containergewicht ca. 29 t (Zugmaschine mit Container: 40 t) nutzb. Wärmemenge: 2,0 bis 2,3 MWh (entspr. ca. 200 bis 230 l Heizöl); kw Leistung CO 2 -Einsparung: ~0,21 kgco 2 /kwh Bsp.: 600 MWh/a an Schule CO 2 -Einsparung: ~126 tco 2 /a Anforderungen: Containerstellplatz für Schwerlastverkehr geeignete Zu- und Abfahrtswege Wärmeträgermedium Wasser Anforderungen an die Wärmequelle: mind. Temperatur ca. 90 C Anforderungen an die Wärmesenke: niedrige Temp. im Heizungsrücklauf rel. hoher und gleichmäßiger Wärmeverbrauch (bspw. Schule, Schwimmbad, etc.) Folie 19

20 Umsetzung im Schulzentrum Friedberg Jahresdauerlinie Krankenhaus Versorgung mit zwei Containern parallel Deckung der Grundlast durch mobilen Wärmetransport Spitzenlastdeckung durch konventionelle Heizungsanlage

22 Beispielrechnung Biogasanlagen versorgt Schulzentrum Wärmebedarf Schulzentrum: Deckung durch mob. WT 35%: MWh/a 665 MWh/a Investkosten (netto) für BGA-Betreiber: 2 Container a Wärmeauskopplung inkl. Planung Summe Investkosten (inkl. USt) an Schulzentrum: Planung Integration Heizung Stellplatz inkl. Schlauchsystem, etc Elektroarbeiten & MSR rd Summe Folie 22

23 Beispielrechnung Biogasanlagen versorgt Schulzentrum Beschreibung Biogasanlagenbetreiber Wärmeabnehmer Wert Einheit Wert Einheit Kalkulatorische Abschreibungen und Zinsen /a /a AfA auf Investition /a /a Nutzungsdauer Anlagenteile 10 a 20 a Zinsen u. ä. Aufwendungen /a /a Anteil Fremdfinanzierung 100 % 100 % Zinssatz (monatlich, nachschüssig) 3,5 % 3,5 % Laufzeit 10 a 10 a Gebühren (einmalig) 1,0 % d. Kreditsumme 1,0 % d. Kreditsumme Folie 23

24 Beispielrechnung Biogasanlagen versorgt Schulzentrum Beschreibung Biogasanlagenbetreiber Wärmeabnehmer Wert Einheit Wert Einheit Betriebskosten/-Erlöse /a /a Wärme /a /a Wärmepreis 2,00 /MWh -2,38 /MWh Transport /a /a Transportpauschale 20,0 /MWh -23,8 /MWh Wartung /a /a bezogen auf Investitionskosten 3,0 % 3,6 % Folie 24

25 Beispielrechnung Biogasanlagen versorgt Schulzentrum Beschreibung Biogasanlagenbetreiber Wärmeabnehmer Wert Einheit Wert Einheit Förderung/Einsparungen /a /a KWK-Bonus (EEG 2004) /a /MWh --- Wegfall Bezug Erdgas /a Erdgaspreis /MWh Ergebnis /a /a Wärmegestehungskosten Wärmeabnehmer: rd. 47,50 /MWh Zuschuss in Höhe von 40% der zuwendungsfähigen Ausgaben berücksichtigt (Förderprogramm BioSol Mobile Wärmespeicher) Lieferbare Wärmemenge in MWh/a Wärmegestehungskosten Abnehmer in /MWh , , , Folie 25

27 Fazit mobiler Wärmetransport Technologie bisher noch nicht umgesetzt bei Biogasanlagen Förderung einer oder mehrerer Projekte als Demonstrationsvorhaben möglich Wirtschaftlichkeit ist gegenüber Gasversorgung grundsätzlich darstellbar individuelle Betrachtung notwendig Ökologisch sinnvoll Einsparung von CO 2 -Emissionen Transportemissionen vernachlässigbar (< 5%) Langfristige Bindung der Vertragspartner notwendig kommunale Liegenschaften bieten sich deshalb an Preisstabilität als Gegenleistung Folie 27

29 Beispiel Wärmenetz Ellgau in Schwaben: vorab ein paar Rahmenbedingungen Nawaro Anlage: 440 KW elektrisch 480 KW thermisch Inbetriebnahme BGA Juni 2007 Wärmenetz: 52 Haushalte MWh/a alle öffentlichen Gebäude der Gemeinde (Schule, Mehrzweckhalle, Kindergarten mit Rathaus, Gaststätte) Kirche Insgesamt 56 Anschlüsse am Wärmenetz Inbetriebnahme 2012 Folie 29

30 Beispiel Ellgau in Schwaben Länge bis ersten Hausanschluss: m Gesamtlänge: > m Netzkosten erste Kalkulation: > 1 Mio. Trotz großem Interesse kein wirtschaftlicher Betrieb möglich: - Entfernung => hohe Leitungskosten und verluste - BGA zu geringe Leistung bzw. Wärmeabnahme von BGA zu niedrig - Trotzdem weiterer Kessel notwendig der im Winter zur Deckung beiträgt Folie 30

31 Lösungsansätze Wärmenetz: Länge m max. Leistung 950 KW Rohrdurchmesser 140 mm bis 38mm Erhöhung der Attraktivität: % Wärmegarantie für alle Liegenschaften - Notversorgung durch Spitzenlastkessel 750 KW an der BGA, Brennstoff (Biogas oder Heizöl) und bestehende Gasheizungen (Gaststätte, Schule) Effizienzerhöhung - Alle Haushalte bekommen einen Pufferspeicher zwischen L BGA kann 24 h Wärme absetzen Folie 31

32 Ausführung Kostensenkung durch: - Kunststoffrohre Firma Rehau - Übergabestationen Firma Xewatec Lenggries (einfache Bauart, die selbst repariert werden kann) - Kernlochbohrungen, Leitungsverlegung in Eigenleistung Finanzierung und Wärmekosten: - Projekt wurde durch ein KfW Förderdarlehen mit Tilgungszuschuss finanziert. - Gesamtkosten: netto Tilgungszuschuss KFW (30 %) (rd Investitionskosten mit Hausspeicher) - Wärmepreis: 45 netto pro MWh - Einnahmen: 45 /MWh + KWK Boni (3 Ct/kWh) Folie 32

33 Kontakt und Ansprechpartner bifa Umweltinstitut GmbH Am Mittleren Moos Augsburg Markus Hertel Projektmanager Tel. (08 21)

34 Einführung Notwendigkeit thermischer Speicher Zeitlicher Unterschied zwischen Energiebedarf und Verfügbarkeit: - bspw. KWK-Anlagen in einem FWN - Solarthermieanlagen, PV-Anlagen (EE allg.) Reduzierung Energiebedarf für Klimatisierung (z. B. alte Burggemäuer) Erleichterung des Einsatzes von Umweltenergien durch latente Wärmespeicher (Solarkraftwerke erhitzen Salzspeicher) Speichermöglichkeit, auch für überschüssigen elektrischen Strom, in Form von Wärme (Heizstab, Wärmepumpe) Folie 34

35 Jahresheizarbeit Folie 35

36 Ziele des Kommunalunternehmens Energie Dollnstein Primärziele: Zukunftssicherheit Unabhängigkeit von Energie und Versorger Flexibilität Preissicherheit Sekundärziele: hoher Einsatz von regenerativen Energien Netzverluste auf ein Minimum reduzieren Natürliche Ressourcen schonen wirtschaftliche Darstellbarkeit geringe Wartungs- und Personalkosten Folie 36

37 Wärmenetz Dollnstein Klassisches Hochtemperaturnetz Folie 37

38 Wärmenetz Dollnstein Heizzentrale offenes Netz Niedertemperaturbetrieb im Sommer Folie 38

39 Netzinnovation zur Sicherung der Zukunft Wärme und Strom Verbund o Kombination BHKW und Wärmepumpe o Temperatur-Transformator beim Abnehmer Einbindung von Photovoltaik und Solarthermie o 80% Solarbetrieb von 1. Mai bis 15. Oktober o dezentrale Einspeisemöglichkeit von Solarthermie => Energiemanagement: Wärme und Strom notwendig FAZIT Einsparung von mehr 30 % an Primärenergie Kostenstabilität durch hohen Anteil an Solarthermie Folie 39