Saisonale Wärmespeicherung doppelte Wärmeleistung im Winter

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1 Saisonale Wärmespeicherung doppelte Wärmeleistung im Winter S 1

2 Ausgangsituation Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Aktuelle Situation des Betreibers: viel Abwärme, produziert rund 40% Strom, die anderen 60% sind Wärmeverluste Wie kann der Betreiber die Abwärme nutzen? größten Teil der Wärme zur Nutzung für Raumheizung an öffentliche, gewerbliche oder private Verbraucher verkaufen S 2

3 Ausgangsituation Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW zeitlicher Versatz zwischen Angebot und Nachfrage der Wärme verfügbare Abwärme des BHKW bleibt über das gesamte Jahr nahezu konstant Nachfrage unterliegt jedoch saisonalen und auch täglichen und monatlichen Schwankungen, hängt stark von der aktuellen Umgebungstemperatur ab Während der Betreiber an sehr kalten Tagen gerade mal die Nachfrage bedienen kann, hat er an wärmeren Tagen entsprechend viel Überschuss S 3

4 Ausgangsituation Wärmeversorgung durch Biogasanlage mit BHKW Wünsche des Betreibers: gesamte Wärmeenergie verkaufen Pufferung der kurzfristigen und langfristigen Schwankungen der Wärmelast Möglichkeiten zur Abhilfe: Zuheizen mit anderen Energieträgern, Verlust der sommerlichen Abwärme oder Zwischenspeichern der sommerlichen Abwärme und bei Nachfrage im Winter verkaufen S 4

5 Systemschema Biogasanlage mit BHKW und Nahwärmenetz Einfaches Systemschema Nahwärmenetz mit Verbrauchern für Raumheizung und Trinkwassererwärmung S 5

6 Systemschema Biogasanlage mit BHKW, Nahwärmenetz und saisonalem Wärmespeicher Einfaches Systemschema Nahwärmenetz ergänzt durch einen saisonalen Wärmespeicher mit größerer Wärmeleistung und damit zusätzlichen Verbrauchern S 6

7 Wärmespeicher Eigenschaften besondere Eigenschaften des Langzeit-Energiespeichers Speichermedium Wasser druckloser Betrieb zylindrische Bauform Speichertemperatur bis ca. 95 C allseitig isoliert oberirdisch, freistehend geschlossenes System, Wasser bleibt im Speicher Wärmetauscher für Be- und Entladung der Wärmeenergie beliebige Größen von 500m³ bis 5.000m³ oder mehr realisierbar S 7

8 Wärmespeicher Speichermedium Wasser Warum Wasser als Speichermedium? höchste spezifische Wärmekapazität aller Stoffe günstig, umweltfreundlich und leicht verfügbar spez. Kapazität kj/kgk Stoffkosten pro m³ in Speicherkapazität pro m³ im vgl. zu 1m³ Wasser Wasser 4, % Beton 0, % Stahl 0, % Speicherbare Energiemenge mit Wasser und T 60 C: Speicherinhalt 1 m³ Speicherinhalt m³ Energiegehalt 70 kwh kwh entsprechende Heizölmenge 7 Liter Liter S 8

9 Wärmespeicher - Größe Vergleich verschiedener Speichergrößen Energieverlust durch die Speicherwand über die Zeit Annahme: gleiche Dämmung, U-Wert von 0,1 W/m²K der Wärmeverlust findet nur über die Oberfläche statt Speicher Volumen in m³ Oberfläche in m² Quotient aus Oberfläche/Volumen 1 6 6, , , ,33 Folgerung: die saisonale Speicherung von Wärme ist erst ab ca m³ sinnvoll die Wärmeverlustleistung eines 5.000m³ - Speichers beträgt ca. 20kW ein Pufferspeicher mit 500m³ wäre bei Nahwärmenetz mit 200kW Leistung und Motorwärmeleistung von 100kW im Winter nach 10 Tagen leer S 9

10 Nutzen Langzeit-Energiespeicher finanzieller Gewinn durch einen höheren Wirkungsgrad der Gesamtanlage den Verkauf größerer Energiemengen staatliche Förderung ökologisches Image durch Verzicht auf fossile Brennstoffe zur Ergänzung Verringerung der Umweltbelastung umweltfreundliches Speichermedium wirtschaftliche Unabhängigkeit von Energielieferanten steigenden Energiepreisen Inflation Sicherheit durch Abdeckung von Spitzenlasten und Wartungsintervallen Wartungsvertrag und elektronische Überwachung der Anlage exakte Vorausberechenbarkeit der Betriebskosten S 10

11 Energiemengenbilanz (Fallbeispiel 200kW / 5.000m³) Wärmemengen-Simulation für 200 kw thermische Leistung des BHKW kwh jährliche Wärmemenge ab BHKW (200kW x 24h x 365Tage) jährliche Wärmeabgabe an Nahwärmenetz ohne Wärmespeicher jährliche Wärmeabgabe an Nahwärmenetz mit Wärmespeicher 5.000m³ % 83 % Saisonale Wärmespeicherung doppelte Wärmeleistung im Winter ohne Speicher hängt die Wärmeleistung direkt vom Motor ab ein Wärmespeicher entsprechender Größe ermöglicht eine Vervielfachung der kurzzeitigen Spitzenleistung ein Wärmespeicher kann die gesamte jährliche Wärmeabgabe an Nahwärmenetz verdoppeln S 11

12 Energetischer Nutzen (Fallbeispiel 200kW / 5.000m³) Wärmemengen-Simulation für 200 kw thermische Leistung des BHKW kwh jährliche Wärmemenge ab BHKW (200kW x 24h x 365Tage) jährliche Wärmeabgabe an Nahwärmenetz ohne Wärmespeicher jährliche Wärmeabgabe an Nahwärmenetz mit Wärmespeicher 5.000m³ jährlich zus. verkäufliche Energiemenge durch Wärmespeicherung Berechnungsgrundlage Fallbeispiel: thermische Leistung ab BHKW: 200 kwh Verfügbarkeit: 100% Nutzerprofil: ganzjährige Nutzung für Raumheizung max. Vorlauftemperatur: 85 C max. Rücklauftemperatur: 50 C Simulationsprogramm: Polysun Speichergröße 5.000m³ S 12

13 Einnahmen jährlich (Fallbeispiel 200kW / 5.000m³) Einnahmen EUR jährliche Mehreinnahmen durch Wärmespeicherung 9ct x kWh x 80% Wirkungsgrad = ca abzgl. Sachkosten (Wartung, Betriebsstrom, Versicherung, Verwaltungsaufwand,...) jährlicher Mehrwert durch Wärmespeicherung Grundlage für Energiepreis: Annahme Verkaufserlös: Verbraucherpreis Gemeinde Hochdorf: Energieversorger: Verbraucherpreis ASUE: 9,0 ct/kwh (6 ct/kwh zzgl. 3 ct/kwh KWK-Bonus) 7,5 ct/kwh (Netto) 8-15 ct/kwh ca. 10 ct/kwh (Netto, Grundpreis + Arbeitsspreis ohne Anschlusskosten S 13

14 Vollkosten aus Verbrauchersicht - heute - Vollkosten für Raumwärme und Trinkwassererwärmung für EFH Neubau 150 m², EnEV Standard für Wärmeerzeugung, ohne Verteilsystem im Haus dargestellte Kosten in ct/kwh incl. MWSt. Heizsystem Heizöl-NT + Speicher Fernwärme + Speicher Nahwärme Gemeinde Hochdorf Nahwärme Biogas BHKW jährlicher Wärmebedarf 9.375kWh 9.375kWh 9.375kWh 9.375kWh Kapitalgebundene Kosten 8,7 2,3 3,5 3,9 Betriebsgebundene Kosten 2, Verbrauchsgebundene Kosten 10,1 12 8,9 7,2 Kosten in ct/kwh heute 21,5 14,3 12,4 11,1 1) Quelle Kostenrechnung: ASUE-Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch E.V. 2) Quelle Preisblatt Gemeinde Hochdorf 3) Quelle Annahme 6ct (Netto, Grundpreis + Arbeitspreis) S 14

15 Vollkosten aus Verbrauchersicht - in Zukunft - Vollkosten für Raumwärme und Trinkwassererwärmung Annahme: Preissteigerung 5% bei Heizöl, 3% bei Nah- und Fernwärme S 15

16 Investition (Fallbeispiel 200kW / 5.000m³) Investition EUR geschätzte Kosten Wärmespeicher m³ abzgl. Investitions-Zuschuss 30% (z.b. KfW Premium, Stand: ) vorr. Investitionskosten Förderprogramm zur Wärmespeicherung: KFW Erneuerbare Energien - Premium (Quelle: Stand: ) S 16

17 Einnahmen kumuliert (Fallbeispiel 200kW / 5.000m³) S 17

18 Nutzen für die Bevölkerung Nutzen eines BHKW mit saisonalem Wärmespeicher und Nahwärmenetz für Verbraucher und Bevölkerung regionale Wertschöpfung dauerhaft gesicherte Versorgung der Einwohner mit Wärmeenergie Einwohner profitieren von einer günstigen Wärmeversorgung kein Transport, keine Lagerung von Brennstoffen keine Emissionen, kein Lärm, kein Geruch Steigerung der Lebensqualität im Versorgungsgebiet Profitieren die Einwohner, kann das die soziale Akzeptanz der Biogaslandwirtschaft verbessern S 18

19 Nutzen für den Betreiber Nutzen eines BHKW mit saisonalem Wärmespeicher und Nahwärmenetz für Energiewirt Erzielung von Umsatz und Gewinn aus Wärmeverkauf Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage keine Vergrößerung des Gasdurchsatzes erforderlich jährlich steigender Umsatz durch Energiepreissteigerung doppelte Wärmeleistung durch saisonale Wärmespeicherung 1,5 bis 2-fach verbesserte jährliche Wärmenutzung S 19

20 Schlußbemerkung Saisonale Wärmespeicherung große Saisonalspeicher existieren im Zusammenhang mit Solarthermie neu ist unsere besondere und wirtschaftliche Bauweise neu ist der Einsatz in Verbindung mit BHKWs S 20

21 cupasol GmbH Bahnhofstraße Ravensburg Tel: 0751 / Fax: 0751 / Internet: S 21

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