POTENZIALE FÜR FERN- UND NAHWÄRME AUF KWK-BASIS

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Ralf Koch
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1 POTENZIALE FÜR FERN- UND NAHWÄRME AUF KWK-BASIS Dr. Bernd Eikmeier KWK 2014 Industrieller und kommunaler KWK-Einsatz, Nürnberg, Folie 1

2 Integration Bremer Energie Institut in Fraunhofer-IFAM : Integration des BEI ins IFAM (550 Mitarbeiter) als neue Abteilung Energiesystemanalyse Folie 2

3 Inhalt Der nationale Blick: Potenziale von Fern- und Nahwärme-KWK in Deutschland (nur Sektoren Private Haushalte (PHH) und GHD, ohne Objekt-KWK) Der lokale/regionale Blick: Nutzung digitaler Wärmebedarfskarten zur Ermittlung von KWK-Potenzialen in einem einzelnen Versorgungsgebiet Folie 3

Bearbeitungsschema Objektscharfe Wärmebedarfsermittlung Analyseteil 41 Modellstädte Hochrechnungsteil Gebäudestatistik der 4.

4 Bearbeitungsschema Objektscharfe Wärmebedarfsermittlung Analyseteil 41 Modellstädte Hochrechnungsteil Gebäudestatistik der Gemeindeverbände/Städte in Deutschland Ermittlung Inputdaten Wirtschaftlichkeitsrechnung Rasterung + Clusterung der Städte Wirtschaftlichkeitsrechnung für Cluster Typologiewerte je Gebäude Wärmebedarf je Gemeindeverband/Stadt Einteilung in 9 Stadtkategorien Ermittlung des wirtschaftlichen KWK- Potenzials je Stadtkategorie Wärmebedarf der Stadtkategorien Hochrechnung des Fernwärme-KWK-Potenzials in Deutschland Folie 4

5 Bildung von Stadtkategorien Kategorie Beschreibung Anzahl Alte Bundesländer I Gemeindeverbände mit mehr als Einwohnern 14 II Gemeindeverbände mit bis Einwohnern 30 III Gemeindeverbände mit bis Einwohnern 48 IV Gemeindeverbände mit bis Einwohnern 79 V Gemeindeverbände mit bis Einwohnern 476 VI Gemeindeverbände mit bis Einwohnern in der Peripherie einer Großstadt 22 Summe Alte Bundesländer: 669 Neue Bundesländer: VII Gemeindeverbände mit mehr als Einwohnern 14 VIII Gemeindeverbände mit bis Einwohnern 97 Summe Neue Bundesländer: 111 Gesamt in Deutschland: 780 Sonstiges: IX Alle Gemeindeverbände mit weniger als Einwohnern Folie 5

6 Karte des Nutzwärmebedarfs von PHH und GHD Nutzwärmebedarf gesamt: 762 TWh/a Folie 6

7 Datengrundlage der Modellstädte 41 Modellstädte aus 6 Bundesländern GIS basierte Wärmebedarfskarte für jede Modellstadt Gebäude(teil)scharfe Auflösung (gesamt 1,1 Mio. Objekte) Angaben zum Wärmebedarf (individuelle Gebäudetypologien basierend auf mehr als ¼ Mio. Verbrauchsdaten) Fortschreibung Bedarf (Sanierungseffekte, Wohnflächenzuwachs differenziert nach Raumordnungsregionen) Angaben zur Nutzungsart Angaben zur Gebäudegeometrie und zu Wohn-/Nutzflächen Angaben zur Baualtersklasse Hausanschlusslänge (eigene Berechnung durch IFAM) Verteilnetzebene auf Clusterebene (eigene Berechnung durch IFAM) Folie 7

8 Clusterung der Modellstädte: Rasterkartendarstellung Folie 8

9 Clusterung der Modellstädte: Clusterbildung Folie 9

10 Clusterung der Modellstädte: Verbund-/Inselcluster Verbundcluster Inselcluster Folie 10

11 Methodik Wirtschaftlichkeitsrechnungen Bilanzierung erfolgt wärmeseitig Kapitalwertermittlung für Betrachtungszeitraum von 30 Jahren Umrechnung auf einen spezifischer Wert ( /MWh): Discounted Mean Value (DMV), Angabe als Realwert in 2013 ohne MwSt. Prüfung auf Wirtschaftlichkeit erfolgt getrennt für alle Cluster, ohne Berücksichtigung bestehender Netze (Datengrundlage fehlt) Prüfung auf Wirtschaftlichkeit: Anlegbarer Fernwärmepreis - Wärmeerzeugungskosten - Wärmeverteilungskosten = x /MWh Wirtschaftlichkeit ist gegeben für x > 0 Angabe der Ergebnisse in Wirtschaftlichkeitsstufen (+/- 5 /MW): zeigt Sensibilität an Folie 11

12 Szenarien Zwei Betrachtungsweisen: B = betriebswirtschaftlich (8% Zins) V = volkswirtschaftlich (3% Zins), ohne Steuern, EEG, KWKG, CO 2 Zwei Anschlussgrade: AG 90 = 90% der Wärmenachfrage im Cluster werden angeschlossen AG 45 = 45% der Wärmenachfrage im Cluster werden angeschlossen Folie 12

13 Inputwerte (1) Anlagebarer Fernwärmepreis Ermittelt aus Vollkostenvergleichsrechnungen mit einem Gaskessel für eine relevante Bandbreite an Gebäuden 89,5 /MWh betriebswirtschaftlich / 79,4 /MWh volkswirtschaftlich Erzeugungskosten Ermittelt anhand von BHKW und GuD-Musteranlagen Inselcluster: ergeben sich aus Korrelationsgleichungen bzgl. Bedarf Verbundcluster: Anlagenmix ist Freiheitsgrad, 58 /MWh betriebswirtschaftlich / 44 /MWh volkswirtschaftlich Angesetzt: Mix aus großen BHKW / kleinen GuD-Anlagen Bei betriebswirtschaftlicher Sicht steigen die Wärmeerzeugungskosten bei GuD-Anlagen mit der Größe an (Grund: Stromkennzahl steigt) Folie 13

14 Verteilkosten [ /MWh] Inputwerte (2) Wärmeverteilkosten Individuell ermittelt für jedes Cluster und Szenario Szenario AG 90 B Cluster-Wärmedichte [MWh/km 2 ] Folie 14

15 Ergebnisse im Szenario AG 90 B Stadtkategorie > + 10 /MWh Anteil des Wärmebedarfs in den KWK-geeigneten Clustern > + 5 /MWh > 0 /MWh > - 5 /MWh > - 10 /MWh KWK- Potenzial > 0 /MWh I 27,6% 43,4% 55,1% 65,7% 78,5% 49,6% II 18,8% 28,4% 37,2% 56,5% 73,9% 33,5% III 17,7% 23,2% 31,8% 39,4% 52,7% 28,6% IV 13,2% 18,2% 30,7% 43,3% 52,3% 27,6% V 7,0% 8,6% 15,2% 21,3% 32,8% 13,7% VI 9,1% 15,0% 15,8% 18,6% 28,5% 14,2% VII 20,7% 33,2% 52,6% 62,7% 71,4% 47,3% VIII 1,0% 8,2% 35,6% 53,5% 55,0% 32,1% IX 3,6% 3,6% 3,6% 5,9% 16,4% 3,2% Folie 15

16 Versorgter Nutzwärmebedarf im Szenario AG 90 B 52% entfällt auf Städte in den ABL mit mehr als Einwohnern (deren Anteil am Nutzwärmebedarf in Deutschland ist nur 24%) 1,0 1% 11,3 7% 8,1 5% 9,7 6% 57,5 37% I: ABL, > 350 Tsd. Einw. II: ABL, Tsd. Einw. III: ABL, Tsd. Einw. IV: ABL, Tsd. Einw. 18,2 12% V: ABL, Tsd. Einw. VI: ABL, Peripherie Großstadt VII: NBL, > 80 Tsd. Einw. 12,6 8% VIII: NBL, Tsd. Einw. Angaben in TWh/a 13,0 9% 22,5 15% IX: ABL/NBL, < 20 Tsd. Einw. Folie 16

17 Potenziale der KWK-Fernwärme/Nahwärme (AG 90 V) Konzentration der Potenziale auf Ballungsräume und Großstädte ist klar erkennbar Verteilung ist sehr ähnlich bei betriebswirtschaftlicher Rechnung Folie 17

18 Anteil wirtschaftlicher Cluster am Nutzwärmebedarf Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (1) Dargestellt ist der Anteil des Wärmebedarfs in den anschließbaren Clustern, d.h. vor der Berücksichtigung des Anschlussgrades 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% I II III IV V VI VII VIII IX Stadtkategorie AG 90 V AG 90 B AG 45 V AG 45 B Folie 18

19 Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (2) Dargestellt ist der mit KWK versorgte Anteil des Wärmebedarfs in den anschließbaren Clustern, d.h. inkl. Berücksichtigung des Anschlussgrades Szenario AG 90 B AG 90 V AG 45 B AG 45 V Stadtkategorie KWK-Potenzial (Nutzwärmebedarf) I 49,6% 63,9% 13,2% 22,9% II 33,5% 61,5% 8,1% 12,9% III 28,6% 39,6% 8,3% 10,4% IV 27,6% 41,7% 5,9% 10,0% V 13,7% 24,5% 2,9% 3,9% VI 14,2% 21,2% 4,1% 6,7% VII 47,3% 59,9% 6,6% 14,0% VIII 32,1% 49,3% 0,4% 4,7% IX 3,2% 11,8% 0,6% 0,6% Folie 19

20 Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (3) KWK-Potenzial AG 90 AG 45 Betriebswirtschaftlich [TWh/a] Wärmenachfrage KWK-Wärmeerzeugung KWK-Stromerzeugung Volkswirtschaftlich [TWh/a] Zum Vergleich: KWK-Stromerzeugung der allgemeinen Versorgung: 50 TWh/a (Stand 2013) KWK-Wärmeerzeugung: 64 TWh/a (AGFW-Hauptbericht 2012) Wärmenachfrage KWK-Wärmeerzeugung KWK-Stromerzeugung Höhe des Anschlussgrades ist entscheidend Bewertung Szenario Betriebswirtschaftliche Sicht und AG 45: Die bestehenden Fernwärmestrukturen könnten bei den aktuellen Rahmenbedingungen nur etwa zur Hälfte aufgebaut werden Wirtschaftliche Potenziale entwickeln sich nicht automatisch Folie 20

21 Inhalt Der nationale Blick: Potenziale von Fern- und Nahwärme-KWK in Deutschland (Sektoren Private Haushalte und GHD, ohne Objekt-KWK) Der lokale/regionale Blick: Nutzung digitaler Wärmebedarfskarten zur Ermittlung von KWK-Potenzialen im einem einzelnen Versorgungsgebiet Folie 21

22 Aufbau einer digitalen Wärmebedarfskarte Verbrauchsdaten Gebäudedaten Ziel: Integrale Betrachtung von Versorgungsaspekten Gebäudegrundflächen Gebäudehöhen Geschosszahl Nutzungsart ggfs. 3D- Laserscanningdaten Jahreswerte Energieträger ggfs. Tarifinformationen Digitaler Wärmeatlas Zusatzdaten, z.b.: Baualter Sanierungszustand Eigentümer Flächennutzungsplan Solardachkataster Netzdaten Anschlusszuordnung ggfs. Mitversorgung Folie 22

23 Anwendungsbeispiele einer digitalen Wärmekarte Darstellung und Filterung nach Einzelgebäudemerkmalen, z.b.: Höhe des Wärmebedarfs Energieträger Gebäudeeigentümer (z.b. Wohnungsbaugesellschaft) Nutzungsart Szenarienrechnungen, z.b. Sanierungsauswirkungen auf den Bedarf Clusteranalysen, z.b. Höhe des Wärmebedarfs Anteil von Einzelmerkmalen (z.b. Erdgas-Anschlussquote) Wärmedichten / mittlere Wärmeliniendichten Netzlängen(bedarf) Weitergehende Auswertung (z.b. KWK-Potenziale) gut geeignet für eine Vorauswahl / Rankingbildung Raster-/ Dichtekarten Bufferanalysen zum Netzausbau Datenübernahme in weitere Tools, z.b. für Wirtschaftlichkeitsanalysen Ergebnisvisualisierung Folie 23

24 Dortmund: Dichtekarte / Ausfilterung von Clustern Zelle: 20 * 20 m, Radius 160 m Folie 24

25 Düsseldorf: Wärmedichtekarte der Anschlusschance Zelle: 20 * 20 m, Radius 160 m Auf Basis exemplarischer Werte Folie 25

26 Wärmedichtekarte der Anschlusschance: Filterung Zelle: 20 * 20 m, Radius 160 m Auf Basis exemplarischer Werte Folie 26

27 Bielefeld: Ausgezeichnete Anwendung Fernwärme-Optionen Nahwärme-Optionen heutiges Fernwärmenetz Verdichtungen im Fernwärmegebiet Fernwärme-Ausbaumaßnahmen große FW-Ausbaumaßnahmen Stadtwerke-Award 2011 Quelle: Stadtwerke Bielefeld Folie 27

28 Kontaktdaten Dr. Bernd Eikmeier Projektleiter Energiesystemanalyse Fraunhofer IFAM Wiener Straße Bremen Tel.: 0421 / bernd.eikmeier@ifam.fraunhofer.de Folie 28

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