Seminar Abwärmenutzung von Biogasanlagen

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1 Seminar Abwärmenutzung von Biogasanlagen Planung von Abwärmekonzepten in Verbindung mit regenerativen Nahwärmenetzen Lengdorf, 6. März 2013 Viessmann Werke GmbH & Co. KG Bioenergiedörfer und -systeme Dipl.-Ing. Georg Stegemann Folie Viessmann Werke

2 Die Viessmann Unternehmensgruppe Firmendaten Mitarbeiter: Umsatz: 1,86 Mrd. Euro o* Auslandsanteil: 55 % Gegründet: 1917 Sitz: Allendorf (Eder) Die Viessmann Unternehmensgruppe ist einer der international führenden Hersteller von Heiztechniksystemen. * Stand 2011 Folie Viessmann Werke

3 Die Viessmann Unternehmensgruppe Gruppenfirmen im Bereich Bioenergie Holz Gas Feuerungsanlagen für feste Biomasse von 35 kw kw Biogasanlagen auf Basis des Nass- oder Trockenfermentationsprozesses Biogasaufbereitungsanlagen für die Einspeisung von Biomethan Folie Viessmann Werke

4 Die Viessmann Unternehmensgruppe Das Komplettangebot 1,5 kw kw Flächenvertrieb Anlagentechnik Systemlösungen für alle Energieträger und Heiztechnik und Kraft-Wärme-Kopplung. jeden Anwendungsbereich der Folie Viessmann Werke

5 Biogasanlagen und Nahwärmenetze WIN WIN Langfristig gesicherte Wärmeabnahme günstige Heizkosten Abwärme aus Biogasanlage stellen eine sehr kostengünstige Grundlastversorgung für ein Nahwärmenetz dar und erhöhen damit die Attraktivität gegenüber der konventionellen (Heizöl-) Heizung sowie ein ner Nahwärmeversorgung ohne KWK (Kraft Wärme Kopplung). Die (Voll-) Kosten der Biogaswärme sind häufig deutlich günstiger als die reinen Brennstoffkosten anderer (auch regenerativer) Brennstoffe Nahwärmenetze mit einem KWK-Anteil von mehr als 60% bekommen über die BAFA (KWKG) eine deutlich höhere Förderung (bis zu 100 /Trassenmeter) als die KfW-Förderung von Nahwärmenetze ohne KWK (60 /Trassenmeter) Für den Biogasanlagenbetreiber bedeutet die Einspeisung der Abwärme in ein (z.b. genossenschaftlich) betriebenes Nahwärmenetz gegenüber anderen Szenarien (z.b. Abwärme an einen Industriebetrieb o.ä.) eine langfristig gesicherte Wärmeabnahme mit geringem Ausfallrisiko (gerade bei EEG2012 wichtig!) Folie Viessmann Werke

6 Vergütungsvoraussetzungen für Wärmeeinspeisung in ein Nahwärmenetz Trassenlänge > 400m, Netzverluste < 25% des Nutzwärmebedarfs Länge: > 400m Verlust: < 25% Microgasleitung Folie Viessmann Werke

7 Berechnung der prozentualen Nahwärmeverluste Definitionen Wärmemengenzähler 2 (Je Anschlussnehmer) Netzverluste Wärmemengenzähler 1 Trassenlänge Wärmebedarf Abnehmer Wärmebedarf Abnehmer + Verlustwärme Nutzwärme Prozesswärme Nutzwärme = in das Nahwärmenetz eingespeiste Wärme der Biogasanlage ohne Prozesswärme z.b. für die Beheizung der Fermenter = Wärmebedarf der Abnehmer + Verlustwärme (Netzverluste) Gemessen über Wärmemengenzähler WMZ 1 Wärmebedarf Abnehmer gemessen je Haushalt mit Wärmemengenzähler WMZ2 Verlustwärme = Wärmeverluste des Nahwärmenetzes (siehe nächste Folie) Messbar über: WMZ1 - Σ WMZ2 Prozentuale Nahwärmeverluste = Verlustwärme / Nutzwärme (! < 25%) = (WMZ1 - Σ WMZ2) / WMZ1 Wärmebelegungsdichte = Wärmebedarf Abnehmer / Trassenlänge Folie Viessmann Werke

8 Betrachtung Wärmeverluste Überschlägige Abschätzung zur Vorklärung (ohne Detailberechnung) Ermittlung der minimalen Wärmebelegungsdichte als Vergütungsparameter Erdverlegte Wärmenetze haben abhängig von der Ausführung (Dämmung, Einzel- eine Verlustleistung von im Mittel 22 Watt pro oder Doppelrohr, etc.) sowie der Vor-/Rücklauftemperatur Trassenmeter Bei ganzjähriger Betriebsweise des Nahwärmenetzes (8.760 Stunden) ergeben sich daraus Verluste in Höhe von 22 W/m * h/a = Wh/(m*a) = 192 kwh/(m*a) Die minimale KfW-förderfähige* Wärmebelegungsdichte (= Wärmebedarf Abnehmer / Trassenmeter) eines Nahwärmenetzes beträgt 500 kwh/(m*a) Die prozentualen Netzverluste bei minimaler KfW-Belegungsdichte liegen bei 192 kwh/(m*a) / (500 kwh/(m*a) kwh/(m*a)) = 27,75 % Minimale Wärmebelegungsdichte für Biogasnetze: 576 kwh/(m*a) * Hier nur als Referenzwert. KfW-Förderung ist nur für Nahwärmenetze mit KWK-Anteil < 60% relevant Folie Viessmann Werke

9 Betrachtung Wärmebelegungsdichte Überschlägige Abschätzung zur Vorklärung (ohne Detailberechnung) 15 kw 25 MWh/a 15 kw 20 MWh/a 130 kw 170 MWh/a Ermittlung der Wärmebedarfe z.b l Heizöl / a l/a * 0,8 * 10 kwh/l = 24 MWh/a 20 kw 30 MWh/a Planungswert: Jahresnutzungsgrad Brennwert Heizöl: 320 m 30 kw 40 MWh/a 15 kw 25 MWh/a 25 kw 40 MWh/a 150 kw 200 MWh/a Länge der Hauptleitung: 770 m (z.b. aus Google Earth) Hausanschlussleitung (pauschal): 8 x 10 m = 80 m Trassenlängee Nahwärmenetz gesamt: 850 m Abgenommene Wärmemenge: Σ 550 MWh/a Wärmebelegungsdichte abgeschätzt: 647 kwh/(m*a) Folie Viessmann Werke

10 Betrachtung Wärmeleistung Kann die Biogasanlage die benötige Wärmeleistung zur Verfügung stellen? 400 kw Abgenommene Wärmemenge: Σ 550 MWh/a Wärmem menge = Wärmeleistung * Jahresstunden 550 MWh Wann wird welche Leistung benötigt? h? 400 kw 400 kw 550 MWh h 550 MWh h Folie Viessmann Werke

11 Folie Viessmann Werke Nahwärmeversorgungskonzepte Grundversorgung versus Vollversorgung Grundversorgung Vollversorgung

12 Planungsbasis für die Detailauslegung eines Nahwärmenetzes Jahresdauerlinie Die Jahresdauerlinie ist ein in der Energiewirtschaft gebräuchliches Diagramm, das den Leistungsbedarf eines Versorgungsobjekts auf Basis der jeweiligen Nutzungszeit darstellt. Aus der Jahresdauerlinie wird also ersichtlich, wie viele Stunden im Jahr eine e bestimmte Energiemenge nachgefragt wird. (Quelle: Wikipedia) Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Netzverluste Januar Dezember Februar März November April Oktober Mai Juni September Juli August Vorlage Viessmann Werke

13 Kennzahlen eines Nahwärmenetzes Beispiel Musterdorf Kennzahlen Werte Einheit Folie Viessmann Werke

14 Folie Viessmann Werke Beispiel für eine Realisierung in Mus sterdorf Grundlast Biogasanlage, Spitzenlast Pelletke essel

15 Beispiel für eine Realisierung in Musterdorf Grunddaten der technischen Auslegung Wärmebezug (Grundlast) Biogasanlage BGA Wärmebezug (Spitzenlast) - Pelletkessel Pufferspeicher Folie Viessmann Werke

16 Biogasanlagen und Nahwärmenetze Fazit Ohne professionelle Planung geht es nicht Die Einkopplung der Abwärme aus Biogasanlagen in Nahwärmenetze ist unter geeigneten Voraussetzungen für beide Seiten wirtschaftlich attraktiv. Mit der vorgestellten groben Abschätzung der Wärmebelegungsdichte ist mit einfachen Mitteln eine Einschätzung möglich, ob die minimalen Vergütungs- Betrieb überhaupt gegeben voraussetzungen als Basis für einen wirtschaftlichen sind. Ist das Minimalkriterium einer ausreichenden Wärmebelegungsdichte erfüllt, ist der wirtschaftliche Betrieb eines regenerativen Nahwärmenetzes jedoch nicht automatisch sicher gestellt. In jedem Einzelfall ist eine professionelle und detaillierte Planung mit Wirtschaft- lichkeitsberechnung unumgänglich. Dabei sollte unabhängig vom Förderkriterium eine möglichst hohe Wärme- belegungsdichte angestrebt werden. Folie Viessmann Werke

17 Prozessablauf zur Planung und Umsetzung eines Nahwärmenetzes Von der Idee zur Realisierung Prozessphasen für Bioenergiedörfer und -systeme Dienstleistung Wartung & Service Zeit Beratung & Studien Prüfung der Machbarkeit Projektentwicklung Technisches Konzept Detailplanung WKB & Businessplan Fördermöglichkeiten Projektumsetzung Ausführungsplanung Bau & Bauleitung Inbetriebnahme Prozessablauf In allen Phasen zur Realisierung dezentraler Bioenergiesysteme ist Viessmann der kompetente Partner von der Beratung bis zum Generalunternehmer, der alle Leistungen und Komponenten aus einer Hand liefert. Folie Viessmann Werke

18 Konzeptentwicklung: Energieerzeuger und Leistungsklassen Beispiel (abhängig von den lokalen Ressourcen) Wärmeleistung (kw) Öl-/Gas-/Biogaskessel* Pellet-Kessel Hackschnitzel- Kessel Biogas- / Biomethan- / Satelliten-BHKW * z.b. Kessel mit bivalentem Brenner (Öl- / Biogas) als Spitzenlast und Fackelersatz Pufferspeicher / Netztrasse laden Pufferspeicher / Netztrasse entladen Betriebsstunden pro Jahr Winter Übergangsze eit Sommer Vorlage Viessmann Werke

19 Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Die Technik 178 Haushalte (max. 200HA) = kwh/a Wärmebedarf (ohne Verluste) Anlagentechnik - 100% Erneuerbare Energien 1 BHKW Vitobloc 200: 366 kwel. / 437 kwth. (IBN: ; EEG 2009) Grundlast Biogasanlage: 536 kwel. / 546 kwth. (Ausbau der BGA) Grund- / Mittellast 3 Pelletkessel Pyrotec: insgesamt kwth. Spitzenl. / Redundanz 1 Biogaskessel Vitoplex 200: ca kwth. Notfallkessel / Fackel m Nahwärmeleitung 33,81 kwp Photovoltaik auf BHKW und Heizzentrale 156 m³ Pufferspeicher Keyfacts Spitzenlast & Redundanz: 3 Pelletkessel in Kaskadenschaltung Substituiert mehr als Liter Heizöl Ca t CO2-Einsparung im Jahr Nachhaltigkeit 100 0% Gesamte Anlagentechnik aus einem Haus Vorteil Betrieb, Wartung und Instandhaltung 0 80% 60% 40% 20% 0% 95% Einsparung 100% 0% Fossile Brennstoffe 100% Einsparung 53% 47% CO2-Emissionen Folie Viessmann Werke

20 Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Dimensionierung der Wärmeerzeuger Anlagentechnik - 100% Erneuerbare Energien Spitzenleistung: Jahreswärmearbeit: kw MWh/a Folie Viessmann Werke

21 Folie Viessmann Werke Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Heizzentrale, BHKW-Gebäude Gebäude und Biogasanlage

22 Viessmann Werke Kontakt: Viessmann Werke GmbH & Co. KG Bioenergiedörfer und -systeme Dipl.-Ing. Georg Stegemann Phone: