Workshop Exergetische Allokation. Hans Hertle. Foto: Stadt Heidelberg

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1 Workshop Exergetische Allokation Hans Hertle Foto: Stadt Heidelberg

2 Lokale Exergieströme und ihre Nutzung EXERGIE Ein heißes Eisen? 2 Hans Hertle Quelle: Feuer von Martin Honert (1992) Ausstellung im Hamburger Bahnhof / Berlin Foto: H. Hertle

3 CO 2 freie Kommune 2050 Exergetische Bewertung kommunaler Strom Wärmesysteme Auftraggeber: Umweltbundesamt Laufzeit: 12/ /2014 Partner: IBP Kassel, Marlen Schurig, Christina Sager Richtvert: Andrej Jentsch IFEU: Hans Hertle, Lothar Eisenmann, Sarah Brückner 3 Hans Hertle

4 Wärme: Klassische Strategien am Ende? Transformation der Fernwärme? Biomasse nicht mehr verfügbar? 4 Hans Hertle Leitszenario Deutschland 2010 (DLR, IWES, IfnE, 2012) / IFEU

5 Transformationsstrategien Fern /Nahwärme Transformationsstrategien von fossiler zentraler Fernwärmeversorgung zu Netzen mit höheren Anteilen erneuerbarer Energien (2010 bis 2012) LowEx-günstig für Einsatz von Erneuerbaren KWK sinnvoll (ökonomisch und bzgl. CO2) Biomasse + Geothermie> FW Grund-/Mittellast Geothermie konkurrenzfähig mit konvent. FW Solarthermie eher untergeordnet bei FW Industrielle Abwärme sollte genutzt werden (Spannungsfeld Abwärme/KWK/EE) 5 Hans Hertle Fotos: H.Hertle

6 Solare Nahwärme Blick nach Dänemark (Dronninglund) Effizienz Konsistenz Suffizienz 6 Quelle: Dronninglund Fjernvarme 2014 Hans Hertle

7 Pilotprojekte auch in Deutschland Hier: Quartier Crailsheimer Hirtenwiesen Effizienz Konsistenz Suffizienz 7 Quelle: Stadtwerke Crailsheim GmbH Hans Hertle

8 Kann die exergetische Bewertung Basis für richtungssichere Aussagen bieten? STOP! Was ist denn EXERGIE? EXERGIE beschreibt die Arbeitsfähigkeit der eingesetzten Energie ENERGIE QUANTITÄT EXERGIE QUANTITÄT + QUALITÄT Beispiel 1: Strom kann theoretisch* in jede beliebig andere Energie umgewandelt werden. EXERGIE = 1,0 bzw. 100% Beispiel 2: Heißes Wasser mit 100 C könnte theoretisch* noch 25% Arbeit verrichten. EXERGIE = 0,25 bzw. 25% Beispiel 3: Abwärme mit 40 C könnte theoretisch* noch 10% Arbeit verrichten. EXERGIE = 0,1 bzw. 10% * Theoretisch bedeutet in diesen Fällen: Nach Carnot (s.u.) gerechnet. 8 Hans Hertle

9 Wärmenetze müssen LowEx Netze werden Energie Niveau: Versorgung muss an Nutzung angepasst sein Quelle Energieversorgung Energienutzung 1 Fossile Energien, Strom 1 Haushaltsgeräte, Beleuchtung Energiequalität q 0 Fernwärme C Niedertemp. versorgung 40 0 C Energiequalität q 0 Sauna Trinkwarmwasser Raumheizung 9 Quelle: Durch das IBP angepasste Grafik des VTT Hans Hertle

10 Energie und Exergie: Beispiel Brennwertkessel 3% 10 Hans Hertle

11 EXERGIE Ausnutzung beispielhafter Raumheizungs Systeme 11 Hans Hertle

12 EXERGIE: Standard bei AGFW und Kommunen Parallel zu den Projekten Exergetische Bewertung kommunaler Energiesysteme und Klimaschutz-Planer wurde die exergetische Allokation sowohl für Stadtwerke (AGFW FW 309) als auch für die Kommunen (BICO2-BW und Klimaschutz-Planer) für die Berechnung der CO 2 -Emissionen von Fern- und Nahwärme eingeführt. Exergie Gutschrift 12 Quelle: Hans Hertle

13 Systemvergleich KWK Ziel: Exergie-Indikator Allokation KWK einer verschiedener Stadt Methoden Emissionsfaktor g/kwh (bei % Stromwirkungsgrad) Finnische Methode bewertet Strom gut und Fernwärme schlecht Exergie Dresdner / AGFW Faktor Strom Faktor Wärme IFEU Referenz alt Referenz neu (Finnische Methode) Stromgutschrift 600g/kWh 0 10% 1 20% 2 30% 3 40% 4 50% 5 60% 6 70% 7

14 Systemvergleich KWK Exergie- oder Carnotmethode bildet die Realität gut ab Brennstoffmehrbedarf weist der Fernwärme die Emissionen zu, die der Stromerzeugung durch die Auskopplung tatsächlich verloren gehen. Handbuch: Energieeffizienz M. Pehnt

15 Exergieberechnung (Carnot-Methode) Sehr einfach! Tu = Umgebungstemperatur (9 C = 282 K) T A = Mediumtemperatur = Mittel aus Vorlauf und Rücklauftemperatur z.b. FW Heißwasser : 125 C/70 C = 98 C im Mittel = 371 K Exergiefaktor = 1 (282/371) = 0,24 z.b. FW Warmwasser : 90 C / 60 C = ca. 75 C im Mittel = 348 K Exergiefaktor = 1 (282/348) = 0,19

16 Beispielrechnung FW Warmwasser (t A = 75 C) Input Input Output Output Verluste Mitteltemperatur Carnotfaktor Carnotfaktor Exergieanteil Exergieanteil CO2 Emissionen CO2 Emissionen 1 kwh Erdgas 254 gco2eq 0,32 kwh Strom 0,50 kwh Wärme 0,18 kwh 75 C 1 Strom 0,19 Wärme 77% Strom 23% Wärme 205 gstrom 49 gwärme Sekundärenergie ab Kraftwerk Spezifische CO2 Emissionen 612 g/kwh SE Strom Spezifische CO2 Emissionen 116 g/kwh SE Wärme Endenergie frei Haus Spezifische CO2 Emissionen 612 g/kwh EE Strom Spezifische CO2 Emissionen 134 g/kwh EE Wärme 16 Hans Hertle

17 Kaskadennutzung führt zu Mehrfachnutzen Carnot Faktor Klassische Fernwärme PH-Flächenheizung oder Wärmepumpe Fernwärme aus dem Rücklauf 17 Hans Hertle C

18 Prinzip der mehrfachen Kaskadennutzung: Beispiel: Abwärme der Industrie (1) wird teilweise für Private Haushalte genutzt (z.b. über FW-Schiene). Der Fernwärmerücklauf (3) wird wieder für Neubaugebiete verwendet (3) Abwärme aus dem Gewerbe (2) wird ebenfalls für private Haushalte verwendet 18 Hans Hertle

19 Beispiel: Mannheim Glückstein Quartier Einwohner Arbeitsplätze Baustandard EnEV 30% Versorgung durch Fernwärme Rücklauf 19 Foto: Stadt Mannheim Hans Hertle

20 E SANKEY: Low Ex Systeme und Abwärmeströme ANTEILE Prozesswärme Warmwasser Raumwärme Sonstiges 20 Quelle: ifeu Exergetische Bewertung von kommunalen Strom- Wärme-Systemen Hans Hertle

21 Wärmeströme nach Temperaturniveau im KWK System. Automatische Berechnung z.b. im BICO2 oder KSP => Grafische Darstellung als E SANKEY Temperaturniveau in 7 Stufen (CF = Carnotfaktor) o Hochtemperatur / Dampf CF: 0,30 o Fernwärme groß CF: 0,24 > t m ca. 98 C o Fern /Nahwärme neu CF: 0,17 > t m ca. 65 C o BHKW / Objekt CF: 0,14 > t m ca. 55 C o Low Ex System CF: 0,11 > t m ca. 45 C o Abwärme CF: 0,08 > t m ca. 35 C o Raumwärme CF: 0,04 > t m ca. 20 C 21 Hans Hertle

22 Exergieausweis Die Berechnungsmethoden des Exergieausweises und der kommunalen Bilanzierung wurden aufeinander abgestimmt. exergieausweis siehe auch: 22 Hans Hertle Quelle: Richtvert

23 .. und noch in eigener Sache: Klimaschutz + Der gemeinwohlorientierte Ökostrom! 23 Hans Hertle

24 Herzlichen Dank für Ihren Aufmerksamkeit! Hans Hertle ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Wilckensstraße Heidelberg Fon: +49 (0) 6221 / Fax: +49 (0) 6221 / hans.hertle@ifeu.de 24 Hans Hertle