Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE

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1 Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE Solarthermie für Fernwärme Aus technischer, ökonomischer und energiepolitischer Sicht. Dr. Rolf Meißner, Ritter XL Solar GmbH Innovationen in der Wärmewirtschaft 15. Forum vom 21. Januar 2016 in Biel-Bienne

2 Solarthermie für Fernwärme Energiebunker Hamburg IBA 2013

3 Das Potential der Sonne Weltsolarangebot (Landfläche): = 800 x Weltenergiebedarf 2015: 0,4 x Solarangebot Deutschland: = 160 x Energiebedarf Deutschland: 20 x Netzwärmebedarf in Deutschland: 1, TWh/a 1, TWh/a (davon ca. 1/8 Strom) 4, TWh/a 2, TWh/a (davon ca. 1/5 Strom) 120 TWh/a Wirkungsgrad PV: 11 bis 15 % Wirkungsgrad Solarthermie: 30 bis 50 % 1/10 solare Netzwärme: 30 km² Kollektorfläche sparte 3,8 Mio Tonnen CO2 pro Jahr gesamte solare Wärme bis 100 C: 1000 TWh (3600 PJ) bzw. 50 km x 50 km² Kollektorfläche Klimaziel Deutschland für Solarthermie bis 2050: 100 TWh Die Nutzung der Sonnenenergie ist zukünftig unverzichtbar.

4 Fernwärmebedarf und Solarertrag Bei 1/10 Solarwärme des Netz-Jahresbedarf (2.000 m² Bruttokollektorfläche, 10 GWh Netzbedarf) besteht kein Langzeit-Speicherbedarf. Der Speicher dient von Frühjahr bis Herbst dem Tagesprofilausgleich und nur im Sommer bleibt manchmal etwas Wärme vom Vortag übrig. (fsave = 11 %, fsave (Mai-August) = 37 %, 50 Liter Speicher/m², ɳ Solar = 44 %) Bei m² Bruttokollektorfläche handelt es sich um einen Saisonalspeicher. Zu jeder Jahreszeit können große Solarwärme-Tages- und Wochenüberschüsse entstehen. Der Speicher dient dem Jahresprofilausgleich. (fsave = 82,1 %, 5000 Liter Speicher/m², ɳ Solar = 30 %)

5 Solarnutzungsgrad ɳ = Bruttoflächen-Kollektoreffizienz* (Jahresertrag/Jahreseinstrahlung) Bruttoflächen-Jahresertrag [kwh/m²a]* Kollektor Jahres-Systemerträge für Fernwärme Systemverluste (Rohre, kleiner Speicher,...) von 1242 kwh/m²jahr Einstrahlung 70% 60% 50% 0% 3% 6% 9% 12% dänische FW-Netze deutsche FW-Netze 40% 500 Standard-Großanlagen- Flachkollektor % (D) beliebig 300 Heat-Pipe-Vakuumröhrenkollektor 20% 200 (D) SK: 011-7S2122 R 10% 100 PV (Power To Heat) IBC Solar Web Tool 0% 0 20 C 45 C 70 C 95 C 120 C mit Solarwärmetauscher (dtlog = 5 K) 25 C 50 C 75 C 100 C 125 C ohne Solarwärmetauscher Mittlere Kollektor- bzw. Netztemperatur FW CPC-Vakuumröhren- Kollektor Ritter XL 50 P (D) SK: 011-7S2031 R bester Flachkollektor (DK) SK: 011-7S1520 F Standort Würzburg, 30- Neigung nach Süden, Wetter und Berechnung: ScenoCalc (Solar Keymark) *) gilt nur für Wasser, mit Glykol ca % Abschlag

6 Solarenergiepreis, Systemertrag, Speicher Energiepreis [Euro/MWh] bezogen auf 20 Jahre C Standard-Großanl.-FK 45 C (mit WT) 95 C bester FK (mit WT) 45 C bester CPC-VRK (ohne WT) 130 C 45 C Systempreis Solaranlage ohne Speicher und ohne Förderung Standard-FK bester FK bester CPC-VRK "Schmerzgrenze" Bruttoflächen-Jahres-Systemertrag [ kwh/m²a ] mit Solarspeicher (20 /kwh) (bezogen auf die Kollektorfläche) von 0 m³ / m² 300 /m² 400 /m² 500 /m² 600 /m² 100 /MWh Je mehr Speicher- bzw. Substitutionsbedarf (f_save), umso notwendiger sind hohe Jahres-Systemerträge und hohe Kollektortemperaturen!

7 Fernwärmenetz Wels, Österreich (2011) Investitionskosten: ca. 1,9 Mio Förderung: 45 % Nutzungsdauer: 20 Jahre Wärmeertrag MWh abz. 5 % für Strom + Wartung Wärmepreis: 41 /MWh gefördert 75 /MWh ohne Förderung Bruttokollektorfläche: 3388 m², kein Speicher Temperaturen: C Erste dezentrale solarthermische FW-Einspeisung (< 3 % übers Jahr bzw. max. 50 % im Sommer) Erste Anwendung mit FW-Wasser in den Kollektoren Erste solarthermische FW-Unterstützung ohne Solarspeicher

8 Solare Nahwärme in Büsingen (2013) Easy is always best! ca. 15 % solare Deckung, > 50 % im Sommer Wärmeträger Wasser, kein WT Kein Zusatzspeicher Wie Zusatzkessel 0,7 MW 1,4 MW 2 * 50 m³

9 Solare Nahwärme in Büsingen Investition Solaranlage: Euro Förderung: 40 % Nutzungsdauer: > 20 Jahre Wärmeertrag: MWh/a abz. < 5 % für Strom + Wartung: Wärmepreis: /MWh ohne Förderung /MWh gefördert

10 Energiebunker Wilhelmsburg (IBA 2013), 1348 m² Investition Solaranlage Euro (ohne Unterkonstruktion) Förderung: 55 % Nutzungsdauer: > 20 Jahre Wärmeertrag: 580 MWh/a abz. Strom + Wartung: < 5 % Wärmepreis: 65 /MWh < 30 /MWh gefördert

11 Solare Fernwärme in Dänemark

12 Solarnutzungsgrad ɳ [ %] (von 1244 kwh/a Würzburg) (ausgezogene Linien) Tage mit Solarwärmeüberschuss (gestrichelte Linien) Energieeinsparung, Kollektorfläche und Speicher Solarnutzungsgrad und Solarwärmeüberschuss 50% 40% 30% 20% 10% Energieeinsparung (von 10 GWh/a in Würzburg) f_save am Maximum von ɳ 3,2% 5,4% 9,8% 13,3% 20,4% Speicher zu groß: Speicherverluste dämpfen ɳ. 4,3% 8,2% 0% Kollektorfläche [ m² ] 11% 16,9% 11% Speicher (zu) klein: Überschuss dämpft ɳ Speichergröße / spezifische Speichergröße (= Speicher / Kollektorfläche) beim Maximum von ɳ 10 m³ / 0,017 m³/m² 20 m³ / 0,025 m³/m² 50 m³ / 0,05 m³/m² 100 m³ / 0,067 m³/m² 200 m³ / 0,111 m³/m² 500 m³ / 0,25 m³/m² 1000 m³ / 0,4 m³/m² 2000 m³ / 0,625 m³/m² 5000 m³ / 1,25 m³/m² Beispiel: 2000 m², 100 m³, ɳ = 43,4 %, f_save = 10,8 %, 0,05 m³/m² 11 Tage mit Stagnation Technisches Optimum für 1500 m², 100 m³, ɳ = 43,8 %, f_save = 8,2 %, 0,067 m³/m², keine Stagnation Wenn Solarthermie die KWK-Speicher mit nutzt, dann wird sie besonders günstig und erzielt dabei die besten Deckungsgrade!

13 Solarer Deckungsanteil f_save Solarwärmeertrag [ MWh/a ] Systemertrag, Kollektorfläche und Speicher 25% 20% 15% Relative (f_save) und absolute Energieeinsparung Speicherkapazität in Vielfachen des max. solaren Jahresertrags 0,01% 0,06% 0,65% 6,50% 64,96% 45% 4500 Kollektorfläche Auslegungsbereich 40% für Speicher zu Überschuss dämpft ɳ 4000 groß: Überschuss mit wachsender Kollektorfläche bzw. ab % (bzw. Stagnation) dämpfen ɳ stark. nehmendem Speicher. 30% % Koll.-fläche für 1000 Speicher zu 5% klein: Verluste 500 dämpfen ɳ. 0% 0 0,001 0,01 0, Speichergröße 10 m³ 20 m³ 50 m³ 100 m³ 200 m³ 500 m³ 1000 m³ 2000 m³ 5000 m³ Kollektorfläche 100 m² 200 m² 500 m² 1000 m² 2000 m² 5000 m² m² Speicher / Kollektorfläche [ m³ / m² ]

14 Preise ohne Förderung Solarwärmepreis mit Speicherkosten Solarwärmepreis ohne Speicherkosten

15 Solarautark mit Saisonalspeicherung? f_save (Speichergröße, Kollektorfläche) f_save (spez. Speicher, Speicherkapazität und ɳ) f_save (Wärmepreise mit und ohne Speicher ohne Förderung)

16 Ritter XL Solar seit 21 Jahren solare Großanlagen seit 12 Jahren AquaSystem ca. 450 Projekte (ca. 20 x Netzwärme) in 22 Ländern mit insgesamt m² Kollektorfläche

17 Zusammenfassung Ohne Solarthermie keine Wärmewende und keine Energiewende. Verschiedene Kollektoren eignen sich für unterschiedliche Temperaturen. Auf lange Sicht ist Solarwärme sehr preiswert. Als vorschüssige Investition, ähnlich wie Wasserkraft, garantiert sie langfristig konstant niedrige Preise. Solare FW ist eine seit langem bewährte Technologie. Bis max. 15 % ist Solarwärme einfach und rentabel. Bis ca. 5 % sind Solarspeicher überflüssig. Wenn die Solarthermie in die KWK-Speicher darf, folgen attraktive Wärmepreise, akzeptable Deckungsgrade sowie auch viele Vorteile für die KWK.

18 Herzlichen Dank! Nichts ist mächtiger als eine Idee, deren Zeit gekommen ist. Victor Hugo