Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage in vertraulich-ort

Transkript

1 Entwicklung eines nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa Projekt Nr. IEE/11/025 der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage in vertraulich-ort Juli 2013

2 Autoren: Rita Mergner, WIP Renewable Energies, Deutschland Dominik Rutz, WIP Renewable Energies, Deutschland Kontakte: WIP Renewable Energies Rita Mergner, Dominik Rutz Tel: Sylvensteinstr München, Deutschland Bericht Nr. WP 3 - Task 3.3 / D 3.5 Die BiogasHeat Projekt (Entwicklung des nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa) wird von der Europäischen Kommission im Intelligent Energy for Europe Programm gefördert. Die alleinige Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Es muss nicht unbedingt die Meinung der Europäischen Union wiedergeben. Weder die EACI noch die Europäische Kommission sind verantwortlich für Verwendung der darin enthaltenen Informationen. Die BiogasHeat Projektlaufzeit ist von April 2012 bis April 2015 (Projekt Nr. IEE/11/025). BiogasHeat Website: Juli WIP

3 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 4 2. Ist-Analyse Beschreibung der Biogas Anlage Ausgangssituation 6 3. Optionen zur Wärmenutzung Option 1: Wärmeleitung nach vertraulich-ort Option 2: Biogasleitung nach vertraulich-ort Einnahmen durch den Wärmeverkauf beider Optionen Weitere Optionen Förderinstrumente für Nahwärmenutzung Wärmenetzförderung durch das BAFA Wärmenetzförderung durch die KfW Zusammenfassung Referenzliste Hilfreiche Adressen 22 Juli WIP

4 1. Einleitung Diese Machbarkeitsstudie wurde im Rahmen des BiogasHeat Projekts erstellt. Das BiogasHeat Projekt (Entwicklung eines nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa) ( wird von der Europäischen Kommission im Programm Intelligent Energy for Europe (IEE) gefördert. Ziel dieser Machbarkeitsstudie ist es, den Anlagenbetreibern eine Entscheidungshilfe zu geben, ob ein Wärmekonzept für seine Anlage sinnvoll ist und welche Möglichkeiten zur Umsetzung bestehen. Es handelt sich hierbei weder um eine detaillierte Planung noch um exakte Berechnungen. Zur Umsetzung eines Wärmekonzeptes müssten exakte Daten erhoben werden und gegebenenfalls professionelle Hilfe (Anlagenplaner, Ingenieursbüro) hinzugezogen werden. Die Studie kann außerdem zur Kontaktaufnahme mit professionellen Planern dienen, als Grundlage für weitere Planungen. Die Autoren der Studie garantieren ausdrücklich nicht für die Richtigkeit aller Inhalte. Die Studie wurde im Rahmen des BiogasHeat Projektes angefertigt und ist für den Anlagenbetreiber kostenlos. Die untersuchte Biogasanlage in vertraulich-ort (Abbildung 1) wurde von Herrn Dipl.-Ing. Dominik Rutz M.Sc. und Frau Rita Mergner M.A. am 16 Januar 2013 besucht, um einen ersten Eindruck der Anlage zu bekommen und um Daten aufzunehmen. Abbildung 1: Fermenter der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage in vertraulich-ort mit dem Bauernhaus vertraulich-betreiber2 im Hintergrund (Foto: D. Rutz) Juli WIP

5 2. Ist-Analyse 2.1 Beschreibung der Biogas Anlage Die Biogasanlage vertraulich-biogasanlage befindet sich in vertraulich-ort ca. 1,9 km Luftlinie von der Siedlung vertraulich-ort entfernt (Abbildung 2). Abbildung 2: Lageplan der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage in vertraulich-ort (Quelle: Google Maps) Die Landwirte vertraulich-betreiber2 und vertraulich-betreiber1 betreiben zusammen eine NawaRo Biogasanlage ( vertraulich-biogasanlage ). Die Anlage wurde in Jahr 2005 im Betrieb genommen und wird nach EEG2004 vergütet (Tabelle 1). Die Anlage wurde von der Firma Hochreiter ( geplant und gebaut. Damals wurde kein Wärmekonzept mitgeplant. Die gesamten Investitionskosten der Anlage waren ca netto. Die Biogasanlage hat zwei BHKWs (Deutz TCG 2015 V6) (Abbildung 3) mit einer installierten elektrischen Leistung von insgesamt 340 kw el (2*170 kw el ) und einer thermischen Leistung von 500 kw th (2*250 kw th ). Seit der Inbetriebnahme wurde ein 130 kw BHWK durch ein 170 BHKW ersetzt. Die Anlage produziert kwh Strom pro Jahr, der ins Netz eingespeist wird. Die Vollaststunden wurden mit ca Stunden angegeben, der Betreiber war sich aber nicht sicher. Setzt man die eingespeiste Strommenge 2012 ins Verhältnis zur installierten Leistung ( kwh / 340 kw) kommt man auf Betriebsstunden. Dieser Wert wird zu weiteren Berechnungen verwendet. Die Gesamtwärmeproduktion der Biogasanlage ist kwh/jahr (6.526* 500 kw th ). Ein Teil der Abwärme wird zur Beheizung des nahe gelegenen Bauernhofs eines Anlagenbetreibers verwendet, sowie zur Hackschnitzeltrocknung. Juli WIP

6 Die Betreiber setzen ca. 70% eigene NawaRos für die Biogasanlage (GPS, Mais und Gras) ein, sowie Rindergülle. Täglich werden 9 t Rindergülle, 8,5 t Silomais, 6,5 t GPS und 2,2 t Gras eingesetzt. Der Gärest wird ohne Aufbereitung als Dünger verwendet. Tabelle 1: EEG Vergütung der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage (mit Daten des Anlagenbetreibers berechnet) EEG Vergütungskategorie (Inbetriebnahme 2005) Vergütungshöhe [ ct / kwh] Angerechnete Strommenge [kwh] EEG Erlös [ ] Grundvergütung bis 150 kwel 11, Grundvergütung bis 500 kwel 9, Nawaro-Bonus bis 500 kwel KWK-Bonus Abbildung 3: BHKW der Biogasanlage vertraulich-biogasanlage in vertraulich-ort (Deutz TCG 2015 V6) (Foto: D. Rutz) 2.2 Ausgangssituation Momentan gibt es keine festen Pläne, die Biogasanlage zu erweitern, aber es besteht der Wunsch mehr Abwärme zu nutzen. Ein Teil der Abwärme ( kwh) wird derzeit für die Beheizung des Nachbarbauernhofs und des Stalls der Familie vertraulich-betreiber2 genutzt. Vor ein paar Jahren haben die Betreiber außerdem angefangen die Abwärme für die Hackschnitzeltrocknung (Abbildung 4) zu nutzen. Nach Angaben von Herrn vertraulich- Betreiber1 verbraucht die Hackschnitzeltrocknungsanlage MWh ( kwh) Juli WIP

7 Abwärme. Ca m 3 Holz wird pro Jahr getrocknet. Für die Trocknung von 1 m 3 Hackschnitzel wird ca. 2,50 verlangt. Die Betreiber bekommen den KWK-Bonus von 2 ct/kwh für die Hackschnitzeltrocknung. Abbildung 4: Technikgebäude der BHKWs und Anhänger zur Hackschnitzeltrocknung im Vordergrund (Foto: D. Rutz) Zusätzliche Wärmenutzer könnten der Bauernhof von Herrn vertraulich-betreiber1 sein, der sich in der Ortsmitte von vertraulich-ort befindet. Ein zusätzlicher Abnehmer könnte das Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage in vertraulich-ort (Abbildung 5) sein, das unter anderem die Grund- und Hauptschule des Ortes versorgt. Die potenziellen Wärmeabnehmer sind in vertraulich-ort in ca. 2,5 km Luftlinie von der Anlage entfernt. Erste Gespräche mit dem Betreiber der Hackschnitzelanlage, der Gemeinde, und der Schule wurden durchgeführt, das Interesse die Abwärme zu nutzen hielt sich aber bisher in Grenzen. 3. Optionen zur Wärmenutzung Im Rahmen dieser Studie wird nun untersucht, welche Möglichkeiten bestehen, die in Kapitel 2.2 genannten Wärmeabnehmer (Bauernhaus vertraulich-betreiber1, Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage mit Anschluss der Schule) mit Wärme zu versorgen. Es bieten sich eine Wärmeleitung oder eine Biogas-Leitung zu einem Satelliten BHKW an. Juli WIP

8 Abbildung 5: Potenzielle Wärmeabnehmer und Hackschnitzelanlage in vertraulich-ort (Quelle: Google Earth) Die Wärme- oder die Gasleitung würde teilweise über landwirtschaftliche Flächen und Siedlungsflächen verlegt werden. Es sollte geklärt werden wo genau die Trasse verlegt werden könnte, was natürlich von verschiedenen Faktoren wie z.b. den Eigentumsverhältnissen abhängt. Die gesamte Distanz ist ca. 2,46 km Luftlinie bis zur Hackschnitzelanlage und ca. 2,29 km Luftlinie bis zur Grund- und Hauptschule. Abbildung 6 zeigt eine mögliche Trassenverlegung zur Schule über das Bauernhaus von Herrn vertraulich-betreiber1. Die Trasse ist m lang. Verwendet man das Höhenprofil von Google Earth ergibt sich eine Höhendifferenz von 19 m (402 m m). Technisch sind viele Optionen machbar. Hersteller von Wärmeleitungen sprechen von erhöhten ökonomischen Auswirkungen ab einem Höhenunterschied von ca. 35 m. Obwohl die vorgeschlagene Trasse unter diesem Wert liegen, sollten die Höhenangaben überprüft werden. Juli WIP

9 Abbildung 6: Möglichkeit der Trassenverlegung über das Bauernhaus vom Herr vertraulich-betreiber1 zur Schule (Quelle: Google Earth) In den folgenden beiden Kapiteln werden die beiden Optionen, nämlich die Wärmeleitung zur Schule (Option 1) und die Biogasleitung zum Bauernhof vertraulich-betreiber1 mit anschließender Wärmeleitung zur Schule (Option 2) untersucht. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Wärmeeinspeisung in das bestehende Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage, an das die Schule angeschlossen ist, problemlos möglich ist. Juli WIP

10 Abbildung 7: Schule in vertraulich-ort, die an das Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage angeschlossen ist (Foto: D. Rutz) Abbildung 8: Hackschnitzelanlage in vertraulich-ort (Foto: D. Rutz) Abbildung 9: Bauernhof der Familie vertraulich-betreiber1 in vertraulich-ort (Foto: D. Rutz) Juli WIP

11 3.1 Option 1: Wärmeleitung nach vertraulich-ort Technische Details Eine Option wäre eine Wärmeleitung von der Biogasanlage zum Wärmenetz der Hackschnitzelanlage in vertraulich-ort zu legen. Die beiden BHKWs stellen kwh Wärme pro Jahr zur Verfügung. Davon werden kwh für den Fermenter und kwh für den Stall und den Bauernhof neben der Biogasanlage benötigt. Die Wärmeverluste der Wärmeleitung sind ca kwh, nimmt man 22 W/m Verlustleistung der Rohre an. Die Hackschnitzeltrocknung nicht berücksichtigt, da sie auch sporadisch, d.h. zu Zeiten des Wärmeüberschusses, eingesetzt werden kann. Zieht man die Verluste und die Verbraucher ab, wären noch kwh übrig, die an das Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage abgegeben werden könnte. Ein Teil davon könnte auch vom Bauernhof vertraulich-betreiber1 verbraucht werden. Der Wärmebedarf des Nahwärmenetzes der Hackschnitzelanlage sowie des Bauernhofes der Familie vertraulich-betreiber1 ist unklar. Daten dazu lagen nicht vor. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass die komplette Wärme abgenommen wird. Die Hackschnitzelanlage könnte dich dadurch Kosten für die Hackschnitzel einsparen. Die technischen Daten zu Effizienz des Wärmenetzes sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Trassenbelegung von 607 kwh/m/a ist gut, die Verluste von 32% (nach EEG Berechnung), bzw. 24% (technischer Wert) sind relativ hoch. Tabelle 2: Technische Daten zur Effizienz des Wärmenetzes (Trassenbelegung und Gesamtwärmeverlust) Länge Trasse [m] Wärmeverbrauch [kwh/a] Trassenbelegung [kwh/m/a] 607 Verlust W/m 22 Verlust der Gesamttrasse [W] Verlust der Gesamttrasse [kwh/a] Verlust der Gesamttrasse [kwh/m] 193 Gesamtwärmebedarf = Wärmeverbrauch [kwh/a] + Verlust der Gesamttrasse [kwh/a] Verluste auf entnommene Wärme in % (EEG Konform) 32% Verluste auf eingespeiste Wärme in % (Technischer Wert) 24% Investitionskosten Der Bau von Wärmeleitung ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Laut Herstellern von Rohrleitungen kann mit Gesamtkosten von ca /m in ländlichen Gebieten (mit einer Trasse die größten Teils über landwirtschaftliche Flächen verläuft) gerechnet werden. Dies beinhaltet auch die Verlege und Installationskosten. Dabei können die Kosten sehr stark variieren, je nachdem welche Rohre verwendet werden (Metall/Kunststoff, Einfach/Duplex), wie viel unter Straßen verlegt werden müsste, wie viel Eigenleistung vom Betreiber erbracht wird oder wie hoch die Höhendifferenz ist. Nimmt man Investitionskosten von 180 /m Trassenlänge an, würden die Gesamtinvestitionskosten für ein Wärmenetz der Biogasanlage in vertraulich-ort also bei (180 /m * m) betragen. Hinzu kommen noch Kosten für die Übergabestation an das Wärmenetz der Hackschnitzelanlage sowie an den Bauernhof vertraulich-betreiber1 (jeweils ca ) sowie Planungs- und Prüfungskosten (ca ) (siehe Beispiel von Friedl 2013). Juli WIP

12 Die Gesamtinvestitionskosten würden bei ca liegen ( x ). Genauere Berechnungen und Angebote müssten von Leitungsherstellern erfragt werden. KWK-Bonus Die Übergabe an das Nahwärmenetz ist nach dem KWK Bonus förderbar, was ein zusätzliches Einkommen sichern könnte. Nimmt man kwh abgenommene Wärme an, wäre der anrechenbare KWK Strom kwh ( kwh * 0,69). Gemäß EEG2004 ist der KWK Bonus bis 500 kw el 2 ct/kwh. Insgesamt könnte man also /Jahr KWK-Bonus bekommen, wenn die Verluste unter 25% liegen würden. BAFA und KfW Zuschuss Wenn man eine Trassenlänge von m annimmt und mit einem mittleren DN-Wert bis einschließlich DN 100 rechnet, wäre der BAFA Zuschlag Es können aber höchstens 40% der ansatzfähigen Investitionskosten ( ) finanziert werden. Dies wären Auch die Fördervoraussetzungen der KfW scheinen gegeben zu sein. Die Trassenbelegung ist höher als 500 kwh/m pro Jahr (607 kwh/m/a). Bei m Trassenläge, könnte man Förderung bekommen (2.660 * 60 ). Dazu werden die Übergabestationen von Bestandsgebäuden mit gefördert. Insgesamt würden KfW Förderung in Frage kommen. 3.2 Option 2: Biogasleitung nach vertraulich-ort Technische Details Als Alternative zur Wärmeleitung von der Biogasanlage nach vertraulich-ort wäre eine Gasleitung zum Bauernhof vertraulich-betreiber1 mit anschließender Wärmeleitung zum Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage. Dabei würde eines der beiden BHKWs zum Bauernhof vertraulich-betreiber1 verlegt werden. Die Trasse der Biogasleitung nach vertraulich-ort zum Bauernhof wäre ca m lang. Für die Gasleitung muss das Rohbiogas trocken und möglichst entschwefelt sein. Es wird ein leicht erhöhter Druck benötigt um das Gas in den Leitungen (Kunststoffrohre) zu transportieren. Die Leitungen sind nicht isoliert und werden normalerweise in einer Tiefe von 0,8 m bis 1 m verlegt. Vom Satelliten BHKW müsste die Wärmeleitung zur Schule verlegt werden die nur ca. 160 m lang wäre. Der Höhenunterschied ist vernachlässigbar, da er nur ca. 2 m ist. Ein BHKW produziert kwh Wärme pro Jahr (250 kw th * Vollaststunden). Die Wärme des an der Biogasanlage verbleibenden BHKWs würde für die Beheizung des Fermenters, Bauernhauses und des Stalls ausreichen (Tabelle 3), da diese kwh benötigen. Es wird angenommen, dass die (sehr geringen) Verluste hierbei schon mitgerechnet sind. Neben dem gesamten Wärmebedarf vor Ort ist der monatliche Wärmebedarf sehr wichtig um den Spitzenwärmebedarf in der kalten Jahreszeit zu berechnen. Da keine genauen Angaben zum Wärmebedarf pro Monat vorhanden waren, wurden in diesem Bericht durchschnittliche Erfahrungswerte für die Fermenterheizung und für Wohnhäuser genommen. Die Werte basieren auf anderen Machbarkeitsstudien des BiogasHeat Projektes (Machbarkeitsstudien von Reil und Falter; 2013, Rutz). Im kältesten Monat (Januar oder Dezember) würden kwh Wärme benötigt. Die im Januar zur Verfügung stehende Wärme des BHKWs ist kwh (250 kw * 744 h). Der monatliche Spitzenwärmebedarf kann also gedeckt werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass auch der tägliche Spitzenwärmebedarf gedeckt werden kann, zur Berechnung wären aber genauere Daten notwendig. Die Wärme des Satelliten BHKWs würde ebenfalls kwh Wärme pro Jahr (250 kw th * Vollaststunden) bereitstellen. Diese Wärme könnte in das Nahwärmenetz der Juli WIP

13 Hackschnitzelanlage eingespeist, sowie für die Beheizung des Bauernhofs vertraulich- Betreiber1 verwendet werden. Für das Wärmenetz zur Schule müssten in etwa 160 m Rohrleitungen (einfache Trassenlänge) verlegt werden. Die technischen Daten zu Effizienz des Wärmenetzes sind in Tabelle 4 dargestellt. Nimmt man an, dass die gesamte Wärme verbraucht wird sind die Leitungsverluste sehr gering. Auch im Fall, dass nur ein Teil der Wärme genutzt wird sind die Verluste relative gering, da die Trassenlänge sehr gering ist. Tabelle 3: Monatlicher Wärmebedarf des Fermenters und der Wärmeabnehmer (Angaben in Klammern in der Kopfzeile sind Jahresangaben) Monat Fermenter [%] Privathaus [%] Fermenter pro Monat, kwh ( kwh/jahr) Bauernhaus und Stall pro Monat ( kwh/jahr) Gesamter monatlicher Wärmebedarf [kwh] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov 11% 13% % 13% % 11% % 11% % 4% % 3% % 3% % 3% % 5% % 8% % 13% Dez 11% 13% Summe 100% 100% Tabelle 4: Technische Daten zur Effizienz des Wärmenetzes (Trassenbelegung und Gesamtwärmeverlust) Länge Trasse [m] 160 Wärmeverbrauch [kwh/a] Trassenbelegung [kwh/m/a] Verlust W/m 22 Verlust der Gesamttrasse [W] Verlust der Gesamttrasse [kwh/a] Verlust der Gesamttrasse [kwh/m] 193 Gesamtwärmebedarf = Wärmeverbrauch des Bauernhauses, der Schule(kWh/a) + Verlust der Gesamttrasse [kwh/a] Verluste auf entnommene Wärme in % (EEG Konform) 2% Verluste auf eingespeiste Wärme in % (Technischer Wert) 2% Juli WIP

14 Investitionskosten Zu den Investitionskosten für die Biogasleitung (Leitungen und Verlegung) existieren unterschiedliche Angaben zwischen /m. Krassowski und Urban (2010) sprechen von Kosten für Gasleitung je nach Verlegeart und Durchmesser von ca /m. Für die vertraulich-biogasanlage wird ein Wert von 80 /m angenommen. Bei m Trasse für die Rohbiogasleitung wären die Investitionskosten also Hinzu kommen Investitionskosten für die Verlegung des BHKWs von der Biogasanlage zum Bauernhof vertraulich-betreiber1, die hier mit geschätzt werden, sowie der Bau der Wärmeleitung vom Satelliten BHKW zum Wärmenetz. Nimmt man Investitionskosten von 180 /m Trassenlänge an, lägen die Kosten für die Wärmeleitung bei (180 /m * 160 m). Hinzu kommen noch Kosten für die Übergabestation für das Nahwärmenetz und für den Bauernhof vertraulich-betreiber1 (jeweils ca ) sowie Planungs- und Prüfungskosten (ca ) (siehe Beispiel von Friedl 2013). Die Gesamtinvestitionskosten für die Wärmeleitung kommt auf ca ( ). Die Gesamtinvestitionskosten für die Gas- und Wärmeleitung sowie für die Verlegung eines BHKWs würden bei ca liegen ( ). Genauere Berechnungen und Angebote müssten von Leitungsherstellern erfragt werden. KWK-Bonus Die Beheizung von der Schule und vom Bauernhaus ist auch über den KWK Bonus förderbar, was ein zusätzliches Einkommen sichern könnte. Nimmt man kwh/jahr abgenommene Wärme an, wäre der anrechenbare KWK Strom kwh ( kwh * 0,68). Gemäß EEG2004 ist der KWK Bonus bis 500 kw el 2 ct/kwh. Insgesamt könnte man also /Jahr KWK-Bonus bekommen. BAFA und KfW Zuschuss für Wärmenetze Die Fördervoraussetzungen des BAFA scheinen gegeben zu sein. Wenn man eine Trassenlänge der Wärmeleitung von 160 m annimmt und mit einem mittleren DN-Wert bis einschließlich DN 100 rechnet, wäre der Zuschlag (160 * 100 ). Es können aber höchstens 40% der ansatzfähigen Investitionskosten finanziert werden. Dies wären , da die Gesamtinvestitionskosten für das Wärmenetz auf ca geschätzt wurden. Auch die Fördervoraussetzungen der KfW scheinen in vorliegendem Beispiel gegeben zu sein. Die Trassenbelegung ist höher als 500 kwh/m pro Jahr (9.813 kwh/m/a; Tabelle 4). Bei 160 m Trassenläge, könnte man Förderung bekommen (160 * 60 ). Dazu werden die Hausübergabestationen mit gefördert (2 * ). Die kfw Förderung läge also bei KfW-Förderung für nicht aufbereitetes Biogas (Mikrogasleitungen) Im Rahmen der Richtlinien des BMU (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt in Deutschland werden auch Rohbiogasleitungen oder große Wärmespeicher gefördert. Die Förderung erfolgt über langfristige, zinsgünstige Darlehen der KfW mit Tilgungszuschüssen aus Bundesmitteln nach dem Marktanreizprogramm (Friedl 2013). Bezüglich der Antragstellung und Auszahlung gelten dieselben Voraussetzungen wie bei der Förderung der Wärmenetze (ibid.). Es werden nur Biogasleitungen für nicht zu Biomethan aufbereitetes Biogas mit einer Länge von mindestens 300 m Luftlinie gefördert. Die Förderung beträgt bis zu 30% der förderfähigen Nettoinvestitionskosten (Leitungen einschließlich des Gasverdichters, der Gastrocknungs- bzw. -entschwefelungseinrichtung und der Kondensatschächte). Das in den Leitungen transportierte Biogas wird einer KWK-Nutzung (vergütet nach dem EEG in der ab geltenden Fassung) oder einer Nutzung als Kraftstoff zugeführt. Nicht förderfähig sind KWK-Nutzungen gemäß EEG 2009 (gebrauchte BHKWs/Altanlagen) sowie Biogasleitungen für unaufbereitetes Biogas, die das Biogas zu einer Juli WIP

15 Biogasaufbereitungsanlage transportieren. Es können aber höchstens 30% der ansatzfähigen Da die vertraulich-biogasanlage nach EEG 2004 vergütet wird, wäre zu prüfen, ob ein Wechsel in das EEG 2012 möglich und sinnvoll wäre um die kfw Förderung für die Biogasleitung zu bekommen. Investitionskosten finanziert werden. Dies wären , da die Gesamtinvestitionskosten für die Gasleitung auf ca geschätzt wurden. 3.3 Einnahmen durch den Wärmeverkauf beider Optionen Einnahmen können durch den Wärmeverkauf erzielt werden. Langfristige Wärmelieferverträge (möglichst mehr als 10 Jahre) sollten mit den Wärmeabnehmern geschlossen werden. Die Versorgungsart (Grundlast, Spitzenlastversorgung) sollte klar im Wärmeliefervertrag ersichtlich sein. Vorschläge für die Gestaltung eines Wärmeliefervertrages werden in einem Bericht von Wagner (2010) gemacht. Zusätzlich zu den Wärmelieferverträgen sollten in jedem Fall Verträge zur Grunddienstbarkeit mit den Eigentümern der Grundstücke, durch die die Trasse geht, abgeschlossen werden. Die Wärme sollte auf keinen Fall zum Nulltarif an die Wärmeabnehmer abgegeben werden. Zum Wärmeverkauf und dessen Einnahmen gibt es verschiedene Modelle. Kosten für den Wärmebezieher können z.b. aufgeteilt werden in einen einmaligen Anschlusspreis (z.b /kw), jährlichen Grundpreis (z.b. 15,00 /kw) und Arbeitspreis (z.b. 7,8 ct/kwh). Diese Zahlen wurden aus einem realen Beispiel eines Nahwärmenetzes mit garantierter Wärmeversorgung der Biogasanlage Gut Sochenberg entnommen (siehe Folien von Bader 2013). Generell kann für die Grundlastversorgung mit Preisen von 0,01-0,04 /kwh gerechnet werden, für die garantierte Versorgung mit Preisen von 0,05-0,09 /kwh pro Kilowattstunde. Für beide Optionen ist die zum Verkauf zur Verfügung stehende Wärme an das Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage in etwa gleich hoch, nämlich bei ca kwh. Werden z.b kwh an das Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage verkauft, können jährliche Einnahmen von , je nach Wärmeverkaufsmodell, erzielt werden. Will der Anlagenbetreiber vertraulich-betreiber1 selbst einen Teil der Wärme nutzen, reduziert sich der Betrag natürlich. Es ist zu beachten, dass in Option 1 ein nicht zu verachtender Wärmeanteil aufgrund der Wärmeverluste nicht genutzt werden kann. Dieser Anteil steht in Option 2 dagegen zur Verfügung, da die gesamten Energieverluste durch die Gasleitung gering gehalten werden können. Die in Option 2 nicht genutzte Wärme des BHKWs an der Biogasanlage könnte weiter zur Hackschnitzeltrocknung verwendet werden. 3.4 Weitere Optionen Neben den in den Kapiteln 3.1 und 3.2 beschriebenen Optionen wäre eine weitere Option eine Wärmeleitung nach vertraulich-ort 2, ein kleiner Ort mit ca. 20 Haushalten (Abbildung 10). Der Vorteil wäre, dass die Biogasanlage nur ca. 650 m Luftlinie entfernt ist (Abbildung 11). Die Trasse würde außerdem weitgehend über landwirtschaftliche Flächen gehen. Aufgrund der begrenzten Anzahl an Haushalten wäre eventuell eine garantierte Vollversorgung des Dorfes möglich. Laut Herrn vertraulich-betreiber1 gab es aber vor kurzem zahlreiche Verlegearbeiten im Dorf so dass die Akzeptanz der Bewohner seiner Meinung nach begrenzt wäre. Außerdem heizen viele der Bewohner mit eigenem Brennholz. Aufgrund der Nähe zur Biogasanlage sollte diese Möglichkeit aber trotzdem überprüft werden. Eine andere sehr einfache Möglichkeit die Wärme zu nutzen, wenn auch wirtschaftlich und ökologisch nicht gleichzusetzen mit der Beheizung von Wohnhäusern, ist die Ausweitung der bestehenden Hackschnitzeltrocknung. Diese Möglichkeit ist aber begrenzt durch limitierte Nachfrage nach Trocknungsleistungen. Juli WIP

16 Abbildung 10: Blick vom Ortsrand vertraulich-ort 2 zur Biogasanlage ((Foto: D. Rutz) Abbildung 11: Lageplan der Biogasanlage und dem Ort vertraulich-ort 2 (Quelle: Google Earth) Juli WIP

17 4. Förderinstrumente für Nahwärmenutzung 4.1 Wärmenetzförderung durch das BAFA Für die Förderung von Nahwärmenetzen aus KWK-Anlagen steht dem Bundesamt für Wirtschaft- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) ein Fördertopf zur Verfügung. BHKWs von Biogasanlagen fallen auch unter dieser Förderung. Das Kraft-Wärmekopplungsgesetz (KWKG) regelt die Voraussetzungen für die Förderung. KWK-Strom, der nach dem EEG vergütet wird, fällt nicht in den Anwendungsbereich dieses Förderprogramms. Folgende Voraussetzungen müssen für die Förderung durch das BAFA erfüllt werden: - Der Neu- oder Ausbau wurde nach dem begonnen. - Das Wärmenetz muss bis spätestens zum in Betrieb genommen werden. - Bei Inbetriebnahme des Wärmenetzes muss die Wärmeeinspeisung aus KWK- Anlagen mehr als 50% betragen. - Für den geplanten Endausbau des Wärmenetzbereiches (Prognose) muss die Wärmeeinspeisung aus KWK-Anlagen mindestens 60% betragen. - Die Wärmeleitung muss über die Grundstücksgrenze (Flurstück), auf dem die KWK- Anlage steht, hinausgehen. - Es muss die Möglichkeit des Anschlusses einer unbestimmten Anzahl von Abnehmern bestehen. - An das Wärmenetz muss mindestens ein Abnehmer angeschlossen sein, der nicht der Eigentümer oder der Betreiber der KWK-Anlage ist. - Bei Netzverstärkungsmaßnahmen muss sich der transportierbare Wärmevolumenstrom um mindestens 50% im betreffenden Trassenabschnitt erhöhen. Die Berechnung des KWK-Zuschlags hängt vom mittleren Nenndurchmesser (DN) der Leitungsrohre ab. Bei Projekten mit einem mittleren DN-Wert bis einschließlich DN 100 beträgt der Zuschlag 100 je laufender Meter der neu verlegten Leitung, höchstens jedoch 40% der ansatzfähigen Investitionskosten. Der Zuschlag ist auf 10 Millionen je Projekt begrenzt. Bei Projekten ab einem mittleren DN-Wert von mehr als DN 100 beträgt der Zuschlag immer 30% der ansatzfähigen Investitionskosten. Der Zuschlag ist auf 10 Millionen je Projekt begrenzt (BAFA 2013). 4.2 Wärmenetzförderung durch die KfW Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) unterstützt mit ihrem Programm Erneuerbare Energien Premium" förderungswürdige größere Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt. Die Förderung ist mit zinsgünstigen Darlehen der KfW und mit Tilgungszuschüssen vorgesehen, die vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) finanziert werden (KfW 2012a). Die Kombination einer Finanzierung der aus dem KfW-Programm Erneuerbare Energien Premium" geförderten Anlagen mit anderen Programmen ist nicht möglich (z.b. mit BAFA). Gefördert wird die Errichtung und die Erweiterung eines Wärmenetzes (inklusive der Errichtung der Hausübergabestationen), sofern das Wärmenetz - zu mindestens 50% mit Wärme aus erneuerbaren Energien stammt und - im Mittel über das gesamte Netz einen Mindestwärmeabsatz von 500 kwh pro Jahr und Meter Trasse hat. Wärmenetze werden nicht gefördert wenn sie überwiegend zur Bereitstellung von Wärme zur Deckung des Wärmebedarfs in Neubauten errichtet werden oder wenn sie nach dem Gesetz Juli WIP

18 für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWKG) gefördert werden können. Für förderfähige Wärmenetze gibt es 60 je neu errichteten Meter (höchstens jedoch 1 Mio. ). Zuzüglich zu der Wärmenetzförderung pro Meter Trasse können die Hausübergabestationen von Bestandsgebäuden mit jeweils bis zu gefördert werden, wenn die Investitionen vom Investor und Betreiber des Wärmenetzes durchgeführt werden und kein kommunaler Anschlusszwang besteht (KfW 2012b). Das Programm wendet sich an natürliche Personen (Eigenbedarf), gemeinnützige Antragsteller, freiberuflich Tätige, kleine und mittlere Unternehmen, Unternehmen, an denen zu mehr als 25% Kommunen beteiligt sind, Kommunale Gebietskörperschaften und rechtlich unselbstständige Eigenbetriebe von kommunalen Gebietskörperschaften und Gemeindeverbände und Großunternehmen. Der Antrag kann vor Beginn des Vorhabens bei Kreditinstituten gestellt werden. Der Antragsteller ist entweder Eigentümer, Pächter oder Mieter des Grundstücks, auf dem die geförderte Investitionsmaßnahme durchgeführt wird (Ausnahme: Energiedienstleister). Investoren sind nur antragsberechtigt, wenn sie auch gleichzeitig die Betreiber der Anlagen sind. Trifft dies nicht zu, kann eine Förderung nur erfolgen, wenn Investor und Betreiber für das Darlehen gesamtschuldnerisch haften. 5. Zusammenfassung Das Ziel dieser Studie ist es, den Biogasanlagenbetreibern Herrn vertraulich-betreiber2 und Herrn vertraulich-betreiber1 Optionen zur Wärmenutzung aufzuzeigen. Die Vor-und Nachteile wurden erklärt um dem Anlagenbetreiber Informationen zu liefern mit welchen er selber weitere Planungen in die Hand nehmen kann. Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass viele Angaben ungenau waren und die Ergebnisse mit genaueren Daten anders aussehen könnten. Es wird empfohlen Planer oder Hersteller von Wärmeleitungen zu kontaktieren. Sie erstellen in Zusammenarbeit mit dem Biogasanlagenbetreiber genauere Planungen und Berechnungen. Oft ist dieser Service kostenlos. Außerdem sollte zu einigen Detailfragen (z.b. zum EG; KWK Bonus) rechtlicher Rat eingeholt werden. Zusätzlich sollte mit der Hausbank geklärt werden, wie gut die Aussichten sind, Investitionszuschüsse (BAFA, KfW) zu bekommen. Tabelle 5 stellt die wichtigsten Kenndaten beider Optionen gegenüber. Juli WIP

19 Tabelle 5: Zusammenfassende Kenndaten zu beiden Optionen Wärmeabnehmer Option 1 Option 2 Wärmenetz der Hackschnitzelanlage Wärmenetz der Hackschnitzelanlage Länge Trasse (Wärmeleitung) m 160 m Länge Trasse (Gasleitung) m Jährlicher Wärmelieferung an das Nahwärmenetz kwh/a kwh/a Trassenbelegung [kwh/m/a] 607 kwh/m/a kwh/m/a Verlust der Gesamttrasse [kwh/a] kwh/a kwh/a Verlust der Gesamttrasse [kwh/m] 193 kwh/m 193 kwh/m Verluste auf entnommene Wärme (EEG Konform) 32% 2% Verluste auf eingespeiste Wärme (Technischer Wert) 24% 2% KWK Bonus pro Jahr (Verluste unter 25%) (22.080) Gesamtinvestitionskosten Förderung BAFA (nicht kombinierbar mit KfW) Förderung KfW (nicht kombinierbar mit BAFA) Förderung KfW Gasleitungen Einnahmen vom Wärmeverkauf (Vollversorgung) pro Jahr Hackschnitzeltrocknung mit der Restwärme möglich? nein ja Abbildung 12 gibt eine Zusammenfassung der zwei Optionen in einer Spinnennetz-Grafik wider. Die Optionen berücksichtigen die folgende Kriterien: Technik, Ökonomie, Rechtliche Klarheit, Akzeptanz Vertragspartner, Risiko, und Ökologie. Jedes Kriterium wurde für die unterschiedlichen Optionen anhand von Schulnoten (1 = sehr gut,, 6 = ungenügend) bewertet. Die Bewertung erfolgte dabei frei nach Einschätzung der Studienbearbeiter. Die Ergebnisse sind an Hand von so genannten Spinnennetz-Grafiken dargestellt. Je voller das Spinnennetz ist, desto besser sind die Bewertungen. Der äußerste Spinnenkreis ist die beste Bewertung, das Zentrum die schlechteste. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgelistet und in Abbildung 12 dargestellt. Tabelle 6: Bewertung der beiden Optionen anhand von unterschiedlichen Kriterien Option 1 Option 2 Technik 1 2 Ökonomie 2 6 Rechtliche Klarheit 2 2 Akzeptanz Vertragspartner 5 5 Risiko 3 5 Ökologie 3 2 Juli WIP

20 Abbildung 12: Spinnennetz-Grafik der Beiden Wärmenutzungsoptionen der Biogasanlage in vertraulich-ort Abschließend kann man sagen, dass aus technischer Sicht sowohl die Wärmeleitung, als auch die Gasleitung zum Satelliten BHKW in Frage kommt. Eine Herausforderung beider Optionen ist es, eine geeignete Trasse durch das Siedlungsgebiet zu finden, andere Beispiele zeigen aber dass das kein Problem sein sollte. Dazu wäre die Akzeptanz der betroffenen Anwohner wichtig. Aus energetischer Sicht ist Option 2 besser, da die Verluste hier sehr gering sind. Beide Optionen können ökonomisch machbar sein, das hängt aber von den Details (kfw- Förderung, BAFA, KWK Bonus) ab. Hierzu sollten Experten hinzugezogen werden. Für beide Optionen kann davon ausgegangen werden, dass die Investitionen sehr langlebig sind, da Nahwärmenetze und Gasleitungen eine Lebensdauer von weit über 30 Jahren haben. Dies muss bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung berücksichtigt werden. Für beide Fälle wurde die komplette Einspeisung in das bestehende Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage angenommen. Hier muss beachtet werden, dass es, bedingt durch die Bedarfsschwankungen Abweichungen geben kann. Es standen leider keine genaueren Angaben zur Berechnung des Wärmebedarfs (z.b. der Schule) zur Verfügung. Das sollte genauer untersucht werden. Wird Wärme in das bestehende Nahwärmenetz der Hackschnitzelanlage eingespeist, müsste mit dem Nahwärmenetzbetreiber ein Tarif pro kwh gefunden werden, der unter den kwh Kosten für die Hackschnitzel liegt. So würden sowohl der Biogasanlagenbetreiber, als auch der Nahwärmenetzbetreiber der Hackschnitzelanlage profitieren. Schließlich sollte noch geprüft werden, ob statt dem Ersatz der Hackschnitzel durch die Wärmelieferung der Biogasanlage nicht auch das bestehende Wärmenetz erweitert werden kann und zusätzlich noch weitere Haushalte an das Wärmenetz angeschlossen werden könnten. Die Grundlastversorgen könnte dabei von der Biogasanlage und die Spitzenlastversorgung von der Hackschnitzelanlage gedeckt werden. Dies wäre die Option mit den größten positiven Auswirkungen für die Umwelt, würde aber eine enge Kooperation des Hackschnitzelheizungsbetreibers und des Biogasanlagenbetreibers voraussetzen. Juli WIP

21 6. Referenzliste Bader U. (2013) Das Nahwärmenetz in der Hand des Energiewirts. Präsentation im RegIn+ Workshop Das 1x1 Der Wärmenutzung am an der FH in Ingolstadt Friedl G. (2013) kfw- und BAFA-Förderung einfach erklärt. Nr. V -11/2013; Fachverband Biogas; KfW (2012a); Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt DB/Navigation/Foerderrecherche/suche.html?get=4aa561e46fff16fb87d819d09c ;views;document&doc=7739 KfW (2012b); KfW-Programm Erneuerbare Energien %28Inlandsf%C3%B6rderung%29/barrierefreie-Dokumente/KfW-Programm- Erneuerbare-Energien-Premium-% %29/ Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz, KWKG-2012 Krassowski J., Urban W. (2010) Biogaseinspeisung in Erdgas-/Mikro-gasnetze Möglichkeiten und offene Fragen NRW-Biogastagung, 25. März 2010, Landwirtschaftszentrum Haus Düsse, biogastagung-04.pdf Rutz D. (2013) Machbarkeitsstudien von Reil und Falter Rutz D., Mergner R., Janssen R. (2012) Nachhaltige Wärmenutzung von Biogasanlagen Ein Handbuch. WIP Renewable Energies, München Deutschland; Viessmann (2013) Planung von Abwärmekonzepten in Verbindung mit regenerativen Nahwärmenetzen. Präsentation im Seminar Abwärmenutzung von Biogasanlagen am 6. März 2013 in Lengdorf; Wagner R. (2010) Vorschläge für die Gestaltung eines Wärmeliefervertrages. Nr. V 8/2010; CARMEN e.v.; Juli WIP

22 7. Hilfreiche Adressen Biogasforum Bayern Arbeitsgemeinschaft Landechnik und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.v. (ALB Bayern e.v) Vöttinger Str. 36, Freising Tel.: 08161/ Fax: 08161/ Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle Referat 425 KWK Frankfurter Straße 29 35, Eschborn Tel.: 06196/ , - 941, oder (Wärmenetze) C.A.R.M.E.N. e.v. Schulgasse 18, Straubing Telefon: +49 (0) Telefax: contact@carmen-ev.de, biogas@carmen-ev.de Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR) OT Gülzow, Hofplatz 1, Gülzow-Prüzen Telefon / Fax / info@fnr.de Internet: Fachverband Biogas e.v. Georg Friedl M.Sc. (Information über BAFA, KfW) Angerbrunnenstraße 12, Freising Telefon: 08161/ Telefax: 08161/ info@biogas.org KfW Bankengruppe Palmengartenstraße 5-9, Frankfurt am Main Tel.: 0800/ Energien-Premium-% %29/ WIP Renewable Energies Dipl.-Ing. Dominik Rutz M.Sc., Rita Mergner M.A. Juli WIP

23 Sylvensteinstr. 2, D Muenchen Germany Telefon: Fax: URL: Juli WIP