Intelligent verschwenden - Kommunen als Wegbereiter eines neuen Umgangs mit Energie

Transkript

1 Intelligent verschwenden - Kommunen als Wegbereiter eines neuen Umgangs mit Energie Mainz, 1. Oktober 2014 Energieagentur Rheinland-Pfalz PLANUNG UND UMSETZUNG DER ENERGIEWENDE IN KOMMUNEN Referent Prof. Dipl.-Ing. Timo Leukefeld 1

2 solarer Lebenslauf: von der Försterei zur Energieautarkie Handwerk - Ingenieure Wissenschaft/Politik Schlosserlehre Studium Energetik TU Bergakademie Freiberg 1996 Solarschule Berlin Leitung Solarkollektorteststand Forschung & Entwicklung solare Meerwasserentsalzung für Israel Teilnahme an Solarenergie Weltkonferenzen: 1999 Israel, 2001 Australien 2003 Schweden, 2005 USA, 2007 China 2011 Honorarprofessur für Solarthermie 2013 Energiebotschafter der Bundesregierung Ich habe Wärme studiert. Ich kenne Wärmepumpen, Solarwärme, Holzverbrennungsöfen, Kraftwerke jeder Art, Heizkessel (Öl, Gas). Und ich denke es ist kein Zufall, dass ich mich mit der Sonnenwärme selbstständig gemacht habe. 2

3 Womit beschäftige ich mich? Sonnenhäuser Deutscher Solarpreis 2006 energieautarke Gebäude Deutscher Solarpreis 2011 intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne (Neubau, Altbau, MFH, Gewerbe) Speichervernetzung (Wärme und Strom) Vorlesung energieautarke Gebäude an der TU Bergakademie Freiberg und BA Glauchau Medienarbeit: z.b. ZDF Die Wärmemacher unabhängig sein: Lüftung, Kühlung und Wasser gesunde Innenraumluft Verständlichkeit der Sprache stärkt Wettbewerbsfähigkeit Vorträge Beratung (Bauherren, Banken, Bausparkassen, Wohnungswirtschaft, Politik) Forschung 3

4 Endenergiebedarf in Deutschland 2010 Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 4

5 Endenergiebedarf in Deutschland 2010 Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 5

6 Das Heizsystem ist eine höchst emotionale Entscheidung geworden! praktische Fragen, Preissteigerung, Unabhängigkeit Vollkosten Einfamilienhaus KfW 70 (Neubau) Quelle: Biogasrat aus Ökologische und ökonomische Optimierung des Wärmemarktes

7 Strompreisentwicklung 2011: ca Haushalte wurden abgeklemmt 2012: ca Haushalte wurden abgeklemmt 2013:? aktuell 2014: etwa 29 Cent/kWh Prognose Ende 2014: 29 Cent/kWh + x % Prognose 2030: bis 70% Preissteigerung auf 45 Cent/kWh - AKWs abgeschaltet - Ziel der Kanzlerin: 1 Million Elektroautos bis Zukunft: Heizen mit Strom? 7

8 Quelle: TvilightB.V. Groningen 8

9 Energiewende: Schwächen mit Schwächen kombiniert fluktuierende erneuerbare Energien FEE im zentralen Energieversorgungssystem (Einstrahlung am ) Was sagt die moderne Hirnforschung? 9

10 Die Macht der inneren Bilder: Energiewende besser Energiesystem 2.0 / Haussanierung / Neubau Geothermie Kamin Fernwärme smart energy Windkraft Sonnenhaus Netzausbau Blockheizkraftwerk BHKW Wasserstofftechnik Energiesystem 2.0 Stromspeicher automatische Haussteuerung BUS Brennwerttechnik Plusenergiehaus Lüftungsanlagen Pelletheizung Biomasse Effizienzhaus Plus Autarkie Wärmepumpe Langzeitwärmespeicher Kraft-Wärme-Kopplung Passivhaus Photovoltaik Dämmung Nahwärme Solarthermie Wasserkraft 3 fach verglaste Fenster 10

11 Gebäude im Wandel der Zeit intelligente EIGENVERSORGUNG mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne gestern: Energieverbraucher (Wärme + Strom) heute: Energieverbraucher (Wärme + Strom) Energieerzeuger (Strom aus der Sonne) Plusenergiehaus oder neu Effizienzhaus plus morgen: Energieerzeuger (Wärme + Strom aus der Sonne) Energiespeicher (Wärme + Strom) beides vernetzt mit Energieversorgern Energieverbraucher (Wärme + Strom + Mobilität) 11

12 Solarthermie - ST (Sonnenwärme) Photovoltaik PV (Sonnenstrom) & 12

13 Förderungleichheit zwischen Solarthermie und Photovoltaik Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 13

14 Photovoltaik/Sonnenstrom bisher Renditeobjekt Solarthermie/Sonnenwärme zur Eigennutzung Sonnenkollektor Wirkungsgrad ca. 80 % Jahresertrag bis 500 kwh/m²a Wirkungsgrad und flächenspezifischer Jahresertrag in Deutschland? (Einstrahlung kwh/m²a) Photovoltaikmodul Wirkungsgrad ca. 20 % Jahresertrag bis 110 kwh/m²a 14

15 Der steuerliche Unterschied zwischen Einnahme und Einsparung Einnahme Beispiele: Immobilien/Vermietung Zinsen Aktien Photovoltaik Windkraft BHKW Einnahmen sind zu versteuern Einsparung Beispiele: Fenstererneuerung Dämmung Brennstoffart wechseln Sonnenheizung Einsparungen sind steuerfrei 15

16 Kaufkraftentwicklung

17 17

18 Wandel statt Wende! Modern heizen mit Solarthermie Sicherheit im Wandel der Energiewende Buchneuerscheinung Ende September 2014: Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie DGS Verlag Solare Zukunft 18

19 2020 klimaneutrales Gebäude für Neubauten Pflicht Effizienzhaus Plus mit E-Mobilität (Plusenergiehaus) mit Blick auf die Europäischen Anforderungen 2019/2020 produziert über die Jahresbilanz mehr Energie als es verbraucht. Primärenergiejahresbilanz > 0 Endenergiejahresbilanz > 0 Die Sonne liefert zwar viel mehr Energie als die Menschen verbrauchen, aber zur falschen Zeit am falschen Ort. Quelle: Georg Dasch 19

20 Haustechnik für das Haus der Zukunft Kurzthesen Heizen mit Photovoltaik Strom und Luftwärmepumpe? 20

21 Energieautarkes Wohnen HEIZEN mit Photovoltaik Strom und Luftwärmepumpe? Überlappen Angebot und Nachfrage? ca. 80 % Solarstromerzeugung im Sommer ca. 80 % Stromverbrauch Wärmepumpe im Winter Ist Strom zum Heizen wirtschaftlich speicherbar? Kosten: Langzeitwärmspeicher /kwh, Stromspeicher: /kwh Welche Technologie ist im Winterhalbjahr effizienter? Strom zu Wärme Verhältnis Luft Wärmepumpe (Arbeitszahl) 1:3, Solarthermie 1:150 solare Deckung PV beim Heizen mit Strom? Geringe solare Deckung wegen Antizyklus (Angebot und Nachfrage) und fehlender (wirtschaftlicher) Möglichkeiten Strom längere Zeit zu speichern. 21

22 Boom der Luftwärmepumpen Ende 2012: 67% Marktanteil Wärmepumpen-Bestand 1978 bis Wasser Luft Sole

23 Boom der Luftwärmepumpen Ende 2012: 67% Marktanteil Wirkung auf Temperatursensitivität des Strommarktes? (Temperatursensitivität: Stromlaststeigerung pro Kelvin sinkender Außentemperatur) Wärmepumpen bringen eine zusätzliche Last im Winter Wärmepumpen-Bestand 1978 bis 2011 Wasser das erfordert zusätzliche fossile Kraftwerke, die nur zwei Monate im Winter laufen sehr teurer Strom Konsequenz im Winter: vom Sondertarif zum Straftarif? Tarif für Wärmepumpen am Beispiel Freiberg ,42 ct/kwh ,49 ct/kwh ,49 ct/kwh ,29 ct/kwh 2014? ct/kwh Luft Sole 23

24 Typisches Plusenergiehaus Antizyklus: Stromverbrauch/Photovoltaikertrag im Jahresverlauf eigene solare Elektromobilität nur von April bis Oktober (7 Monate) möglich 1400 Jahreskurve Phänomen: saisonale Illusion kwh Photovoltaik Ertrag Simulation: Summe Wärmepumpe+Haushaltsstrom 400 KfW 55 Haus 160 m² 8 KW Photovoltaik Luftwärmepumpe als Plusenergiehauskonzept 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez mit optimiertem Haushaltsstromverbrauch Standort: Hannover 24

25 Deckung des Wärmebedarfs mit Photovoltaik (8 KWP PV) und Luft-Wärmepumpe am typischen 20. Dezember xxxx 20. Dezember 5,00 4,50 4,00 3,50 kwh 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 PV-Ertrag Wärmebereitstellung durch Wärmepumpe mit PV Strom Gesamtverbrauch Heizung + Warmwasser Simulation KfW 55 Haus 160 m² 8 KW Photovoltaik + Luftwärmepumpe als Plusenergiehauskonzept Standort: Hannover 25

26 Vergleich Fenster und Wärmepumpe mit PV Strom Eine Wärmepumpe die den PV Strom vom Dach für das Einspeisen ins Heizsystem nutzt, kann nicht mehr als ein Fenster. Nämlich Sonnenlicht in Wärme umwandeln und dem Gebäude zur Verfügung stellen. Nur weniger effizient und aufwändiger. Quelle: Georg Dasch 26

27 Grundphilosophie Plusenergiehaus (Deutschland) Einnahmen aus dem Solarstromverkauf sollen Ausgaben für den Stromeinkauf abdecken Beispiel: KfW 55 EFH, 161 m², mit 8 kwp Photovoltaik ohne Akku, Luftwärmepumpe, solare Deckung und Eigenverbrauchsquote ca. 25% Anschluss 2009: Einnahme etwa /a Ausgaben etwa /a Anschluss 2012: Einnahme etwa /a Ausgaben etwa /a Anschluss 2013: Einnahme etwa 900 /a Ausgaben etwa /a Anschluss 2014: Einnahme etwa 700 /a Ausgaben etwa /a zusätzlich negativ wirkend: - Inflation senkt Kaufkraft dieser solaren Einnahme (EEG ohne Inflationsausgleich) - Solarstrom Einnahmen sind zu versteuern In Zukunft entfällt der Anreiz mehr Strom zu produzieren, als benötigt wird. PV Anlagen werden viel kleiner und bedarfsgerecht ausgelegt. Klassisches Plusenergiehaus/Effizienzhaus Plus als Zukunftsmodell: Wie lange noch? 27

28 Das Prinzip vom Sonnenhaus gut gedämmtes Gebäude mit optimierter Sonnenenergienutzung Großflächige thermische Solarkollektoren auf dem Dach und ein großzügig dimensionierter Langzeitwärmespeicher im Gebäudeinneren sind die wesentlichen Merkmale eines Sonnenhauses. 28

29 Heizung => das Sonnenhauskonzept gut gedämmtes Gebäude mit optimierter Solarthermienutzung Hauptkriterien Baustandard Sonnenhaus in Deutschland: Dämmstandard nach EnEV 2014 minus 15 bis 30 % oder besser (Transmissionswärmeverlust HT max. 0,28 W/m²K, U Wert Außenwand: ca. 0,14-0,18 W/m²K (mit Ziegel ca. 0,15 0,18 W/m²K noch mgl.) Dach: ca. 0,12 0,16 W/m²K, Bodenplatte bzw. Kellerdecke: ca. 0,20 0,24 W/m²K, Fenster: ca. 0,8 1,0 W/m²K) KfW Energieeffizienzhaus 70 oder 55 Primärenergiebedarf < 15 kwh/m²a (Primärenergiefaktoren Strom 2,4 / Holz 0,2) Heizung: Hauptenergieträger Sonne solarer Deckungsgrad Hz + WW > 50% bis zu 100% Nachheizung regenerativ mit Holz 0,5 5 rm/a (jährliche Kosten für Heizung, WW, Lüftung <<

30 Sonnenenergie: Angebot und Nachfrage Zusammenbringen von Angebot und Nachfrage Das Sonnenhaus-Konzept bringt das Energie- Angebot der Sonne und die Energie-Nachfrage der Hausbewohner räumlich und zeitlich zusammen. Grafik: Sonnenhaus-Institut Die wertvolle Sonnenwärme wird für kältere und sonnenarme Zeiten im großzügig dimensionierten Pufferspeicher aufbewahrt. 30

31 Inszenierung des Speichers im Wohnraum Bilder: Sonnenhaus-Institut Der klassische, meist über zwei Stockwerke reichende, ummauerte Tankzylinder wird als prägendes Gestaltungselement der Architektur inszeniert oder kaum wahrnehmbar in den Grundriss integriert. 31

32 Sonnenhaus Lorenz Kumhausen Baujahr Wohnfläche 170 m² - Baukosten inkl. Keller und Garage solare Deckung WW + Heizung 77 % Brennstoffbedarf: 1,5 Raummeter Holz/Jahr Heizenergiebedarf: 33 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 14 kwh/m²a Solarthermie: 68 m² (45 ) Solarspeicher: 11 m³ Bildquelle: Sonnenhaus Institut 32

33 Sonnenhaus in Löwenstein (Baden-Württemberg) 2012 Kombination Solarthermie und Langzeitwärmespeicher mit Photovoltaik und Akku, Baukosten solare Deckung Wärme: 68 % solare Deckung Strom: 75 % Heiz- und Stromkosten für 2 WE pro Jahr: 450 Bildquelle: Sonnenhaus Institut e.v. (2 WE) 2012, Wohnfläche ca. 213 m², KfW Effizienzhaus 70, Primärenergiebedarf 7,4 kwh/m²a, HWB kwh/m²a, Koll.fl. 54 m², 40, 5 Südabw., Speicher l, Zusatzheizung Stückholz (Powall OFKA 30 kw) 3,5 rm Holz pro Jahr; PV Anlage 5,9 kwp + Akku 6,3 kwh überwiegend zur Eigennutzung 33

34 Das energieautarke Haus in Lehrte/Hannover 2011 Kombination Solarthermie und Langzeitwärmespeicher mit Photovoltaik und Akku solare Deckung Wärme 65 % solare Deckung Strom 100 % Heiz- und Stromkosten ca. 200 /a (1 WE) 2011, Wohnfläche 162 m², KfW Effizienzhaus 55, Primärenergiebedarf 7 kwh/m²a, HWB kwh/a, Koll.fl. 46 m², 45, 0 Südabw., Speicher l, Zusatzheizung Stückholz (Powall OFKA 30 kw); PV Anlage 8,4 kwp + Akku 58 kwh überwiegend zur Eigennutzung 34

35 Besucherzentrum im Bayerischen Wald Baujahr 2000 / Nutzfläche 763 m² - solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: 11 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 7,5 kwh/m²a Solarthermie: 110 m² (40 ) Solarspeicher: 21 m³ Photovoltaik: 2 x 4,8 kwp Verbindung zum Nahwärmenetz, um Überschüsse einzuspeisen Bildquelle: Sonnenhaus Institut 35

36 Konzeptübertragung ins Mehrfamilienhaus Beispiel Dreifamilienhaus München BV Grandl mit Poroton T7 Spez. Primärenergieverbrauch 8,3 kwh/m²a Endenergieverbrauch: Hilfsstromverbrauch, Heizung, Lüftung 600 kwh/m²a solare Deckung 2012: 79 % gemessen durch Fraunhofer Brennstoff Holz kwh/m²a 3 fm Fichtenholz oder 2 fm Buche Wohnfläche 280 m² Kollektorfläche 67,5 m² Langzeitwärmespeicher 15 m³ Bildquelle: Georg Dasch 36

37 Das erste 100% solar beheizte Mehrfamilienhaus Europas Baujahr Wohnfläche 1200 m² - Baukosten solare Deckung WW + Heizung 100 % Heizwärmebedarf: <10 kwh/m²a Primärenergiebedarf: 4 kwh/m²a Solarthermie: 276 m² (45 ) Solarspeicher: 205 m³ Bildquelle: 37

38 Quelle: 38

39 Freiberg: Gebäude aus dem 16. Jahrhundert Sanierung im Bestand zum Sonnenhausstandard Quelle: FASA AG 39

40 3 WE mit 220 m² Wohnfläche entstanden 60 m² Solardach und 22 m³ Langzeitwärmespeicher 75% solare Deckung + zwei Kaminöfen und eine Gasbrennwerttherme Quelle: FASA AG 40

41 Primärenergieverbrauch von Häusern nach EnEV Stromheizung ist derzeit die ineffizienteste Lösung zur Wärmeversorgung im Niedertemperaturbereich Quelle: Sonnenhaus Institut e.v. 41

42 12/2013 bereits Sonnenhäuser in Deutschland 42

43 Low-Tech-Bürogebäude in Lustenau/Österreich Die Zukunft der Vergangenheit Quelle: Prof. Dietmar Eberle, Baumschlager Eberle Architekten, Lochau/Österreich 43

44 Das erste energieautarke Haus Europas intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne Entwicklung durch Projektgruppe energieautarkes Haus Leiter Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 44

45 Denkansatz: energieautarkes Haus zur Altersvorsorge Was sagen Zukunftsforscher zur Altersvorsorge? Modell Einnahmen verliert an Bedeutung Warum? Energiekosten, Inflation und Besteuerung steigen Modell Einsparungen gewinnt an Bedeutung 45

46 Ausgaben im Alter Gesundheit Miete Heizkosten Stromkosten Mobilität Reisen Essen Bildung. Vor welchen Ausgaben kann ich mich in einem Haus der Zukunft schützen? Quelle: view.stern.de/de/picture 46

47 Eckdaten Das EnergieAutarkeHaus - beheizte Wohnfläche: 161 m² (Gebäudenutzfläche nach EnEV 240 m²) - Wärmebedarf Heizung: 41,4 kwh/m²a (7.900 kwh/a) - Wand: 42 cm monolithische Ziegelwand - Primärenergiebedarf: U-Wert 0,18 W/m²K, Lambda 0,08 W/mK 7 kwh/m²a ca. 90 % unter EnEV 2014!! ca. 80 % unter dem Standard Passiv- oder Plusenergiehaus!! - Stromverbrauch: < kwh/a - intelligente Steuerung: Energietechnik (Wärme und Strom) - intelligente Produkte: Bodenbelag, Wandfarbe, Lüftung mit Halbautomatik cradle to cradle Enttechnisierung 47

48 Eckdaten vom energieautarken Haus intelligente Eigenversorgung mit Wärme, Strom und Mobilität aus der Sonne Wärmekonzept (Sonnenhaus): Stromkonzept: Haus als E-Tankstelle: - Fußbodenheizung - Photovoltaik 8,4 kw (58 m²) - PKW, Mofa, Fahrrad Bauer2-9 m³ Solarspeicher - Akku 58 kwh - 46 m² Kollektorfläche (45 ) - Volldeckung möglich - solare Deckung in Freiberg % - 25 KW Kaminofen (Holzvergaser) mit Wärmeübertrager 48

49 12. Juni 2013 hoher Besuch am Bau Bundesumweltminister Altmaier und Ministerpräsident Tillich Bautagebuch blog.timoleukefeld.de 49

50 Neue Wege im Umgang mit Energie solare Versorgung als Standard im Gebäudebereich: Wärme, Strom und Mobilität oder blödes Sparen? Zusammenhang: EIGENNUTZUNG von Sonnenenergie mit: - > Lebensqualität - > Altersvorsorge 50

51 Leitfaden für Kommunen auf dem Weg zur zukünftigen solaren Eigenversorgung in Gebäuden Wärmebedarf senken und Speichermassen einbringen Stromverbrauch senken (vor allem im Winter): - vermeiden Strom in Wärme zu wandeln (Wärmepumpe, E Heizstab, E Boiler) - Waschmaschine, Geschirrspüler und Wäschetrockner an das Warmwasser anschließen - Standby Verbrauch reduzieren - LED Lichtkonzept - halbautomatische bzw. dezentrale Fensterlüftung - Rohrsystem Heizung und Solar mit geringen Widerständen konzipieren Solarwärme erzeugen und speichern (Langzeit) Solarstrom erzeugen, gleich verbrauchen (Überschüsse kurzzeitig speichern) intelligente Steuerung, Monitoring und Visualisierung der Energietechnik enttechnisieren wo möglich Wärme, Strom und Mobilität im Gesamtkomplex denken 51

52 Das Wohnen der Zukunft: Wohnen, Heizung, Strom, Mobilität Bildquelle:

53 Mein Vortrag (mit Bonusmaterial) für Sie zum Nachlesen im App-Store Suchen gratis Leukefeld App installieren Login q v u y r Anmelden Den Vortrag in Kürze erhalten! 53

54 Danke, Ihr Danke, Ihr 54