Sinnvolle Wärmenutzung mit Wärmenetzen ein Überblick über Konzeption und Perspektiven

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1 Sinnvolle Wärmenutzung mit Wärmenetzen ein Überblick über Konzeption und Perspektiven Dipl.-Ing. Helmut Böhnisch Fachtagung Nahwärme kompakt, Abwärmenutzung von Biogasanlagen Stuttgart,

2 Ausgangssituation: Biogasanlage in Ortsnähe ohne Wärmenutzung Bioenergie Bittelbronn eg Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 1

3 Gebäude des Ortes als mögliche Wärmesenke Bioenergie Bittelbronn eg Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 2

4 Nahwärme Infrastruktur für mögliche Lösung des Problems 7 5 Leistungsbereich Holzkessel: kw th : Heizzentrale (BHKW, SpK) 2: Angeschlossene Gebäude 3: Nahwärmenetz 4: Biogaserzeugung 5: Stromeinspeisung 6: Kurzzeitspeicher 7: Holzkessel (Mittellast) Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 3

5 Kernbestandteile eines Nahwärmekonzepts Aktueller Wärmebedarf Räumliche Auflösung zeitliche Entwicklung Grobkonzeption des Nahwärmenetzes GIS-Anwendungen Auswahl Wärmequellen Anlagenkonzept Wirtschaftlichkeitsrechnung Sensitivitätsanalyse THG-Bilanz Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 4

6 Wärmebedarfsermittlung Vorgehensweise Wohngebäude Baualtersklassen E F G H EFH Ein-/ Zweifamilienhaus RH Reihenhaus Systematische Erfassung des gesamten Gebäudebestandes Einteilung der Wohngebäude in Gebäudetypen (Gebäudeart und BAK) Erfassung während einer Begehung KMH Kleines Mehrfamilienhaus Anschließend Wärmebedarfsberechnung mit vereinfachter Gebäudesimulation Berücksichtigung der Klimazone (Daten des DWD) MMH Mittleres Mehrfamilienhaus Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 5

7 Gebäudedatenbank Wohnhäuser Typologie nach IWU Insgesamt 82 Gebäudetypen BAK A B C D E F G H I J KFW 70 PH Zeitraum vor EFH_U REH_U RMH_U KMH_U KMEH_U KMMH_U GMH_U HH_U seit Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 6

8 Parameter zur Beschreibung der Gebäudetypen in der Datenbank Geometriedaten GMH-D m 2 Außenwand 504,0 Fenster 137,1 Dachfläche 330,0 Grundfläche 330,0 Sonstige 4,6 U-Werte in W/m 2 *K GMH-D Ur TS 1 TS 2 VS 1 VS 2 Außenwand 1,40 1,40 1,40 0,40 0,24 Fenster 2,70 1,80 1,30 1,80 1,30 Dachfläche 0,92 0,40 0,24 0,40 0,24 Grundfläche 0,92 0,92 0,92 0,50 0,30 Sonstige 3,50 3,50 3,50 3,50 3,50 Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 7

9 Erläuterungen zur Vorgehensweise Wärmebedarfsberechnung durch zweigleisige Methode: Bedarfsberechnung auf der Grundlage der Gebäudetypen Ermittlung des Brennstoffverbrauchs (Umfrage, Stichprobe) Vergleich der Wärmebedarfsberechnung mit den auf das Gesamtgebiet hochgerechneten Verbrauchswerten Ermittlung von Teilbeheizungsfaktoren, Plausibilitätscheck Vor allem für ländliche Regionen ohne leitungsgebundene Wärmeversorgung (Öl, Flüssiggas, Scheitholz) bessere Absicherung der Wärmebedarfsberechnung Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 8

10 Entwicklung von Wärmebedarfskarten - Wärmeatlas Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 9

11 Gelieferte Wärmemenge [MWh] Wärmebedarfsszenarien Anschlussgrad und Wärmedämmung Jahre Grundvariante o. WD Grundvariante m. WD Langsame Entwicklung o. WD Langsame Entwicklung m. WD Nahwärmebegeisterung o. WD Nahwärmebegeisterung m. WD Gesamter Ort o. WD Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 10

12 Netzauslegung Konzeption mit GIS Netzerstellung Geobasisdaten als Grundlage Netzverlauf orientiert sich an Straßennetz Routingverfahren zum Finden kürzester Wege Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 11

13 Konzeption des Nahwärmenetzes mit GIS Netzauslegung Eigens entwickelte Software Wärmenetz Analyst WNA Automatische Dimensionierung der Haupt- und Hausanschlussleitungen Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 12

14 Visualisierung Wärmebedarfskarte und Netzdimensionierung Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 13

15 Berechnung der Netzverluste Anschlussgrad Berechnete Netzverluste HL + HAL [MWh/a] Netzverluste Transportleitung [MWh/a] Gelieferte Wärme o. WD [MWh/a] Relative Netzverluste [%] Gelieferte Wärme mit WD [MWh/a] Relative Netzverluste [%] AG ,7% AG ,4% ,1% AG ,5% ,0% AG ,5% ,0% AG ,9% ,0% Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 14

16 Funktionsschema 1: Anbindung des Ortes mit Wärmeleitung ~ HHS HHS Wärmeleitung zum Ort Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 15

17 Funktionsschema 2: Gasleitung bis zum Ortsrand ~ ~ HHS HHS Gasleitung zum Ortsrand Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 16

18 Investitionskosten [T ] Übersicht über die Investitionskosten (Beispiel) Anfangsinvestition T T T Planung /NK Heizung Bürgerhaus Bauwerke T Hausanschlüsse+HÜS Hauptleitungen Technik Heizzentrale Holzkessel+Filter KG_AG0 KG_AG16 KG_AG33 KG_AG33 HHS Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 17

19 Übersicht über die Förderung (Beispiel) KG_AG0 KG_AG16-33 KG_AG33-82 Wärmenetz (KWKG) Wärmenetz (MAP) Holzkessel (MAP) Pufferspeicher (MAP) Bioenergidörfer BW Summe Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 18

20 Wärmekosten, netto [ /MWh] Wärmekosten an der Gewinnschwelle (Kapitalwertmethode) Beispiel ,6 96,1 83,9 76, ,2 72, AG AG AG keine Dämmung zunehmende Dämmung Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 19

21 Wärmevollkosten, netto [ /a] Vergleich der jährlichen Wärmevollkosten für Referenzgebäude Beispiel Ölheizung im Einzelgebäude WG heutiger Dämmstandard ,60 /l 0,77 /l 0,80 /l 1,00 /l AG16-33 AG33-82 Kapitalkosten Solar Kapitalkosten Öl Betriebskosten Öl Brennstoffkosten Öl Grundpreis NW Energiekosten NW Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 20

22 Strategische Bedeutung - Positionspapier Nahwärme gemeinsam mit Bedeutung von Wärmenetzen für die Energiewende Positionspapier 3/ Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 21

23 Biogas-BHKW: Stromgeführter Betrieb / PIXELIO Merkmale Größerer Gasspeicher Größere BHKW-Leistung Größerer Pufferspeicher für Wärme ~ NT HHS Biogas NT: Spitzenlastkessel HHS: Holzkessel Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 22

24 Einsatz erneuerbarer Energien Solarthermie, saisonale Speicher Saisonaler Wärmespeicher 5 2 1: Heizzentrale 2: Angeschlossene Gebäude 3: Nahwärmenetz 4: Solarthermische Kollektoren 5: Saisonaler Wärmespeicher 6: Bivalenter Kessel Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 23

25 Solarthermie Beispiel: Braedstrup, Dänemark Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 24

26 Zusammenfassung Gründliche Wärmebedarfsberechnung liefert das Fundament für jedes Nahwärmekonzept Wichtig: Wärmebedarf keine statische Größe Szenarien Netzauslegung: Minimierte Trassenlänge und möglichst geringe Verluste als Auslegungskriterien Dimensionierung der Anlagentechnik an den Randbedingungen orientieren. Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsrechnung: eine Grundlage für Kommunikation mit den Bürgern und die Investitionsentscheidung Bestands-Biogasanlagen: Bisherige Fassungen des EEG. Was bringt die EEG-Novelle 2014? Nahwärmenetz für die Einspeisung von Biogaswärme bietet Grundlagen für spätere Erweiterung und Ergänzung der Anlagentechnik Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 25

27 Bei weiteren Fragen Helmut Böhnisch KEA Kaiserstr. 94a Karlsruhe Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 26

28 Anhang Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 27

29 Netzverluste [MWh/a] Verlustminderung durch Einsatz von Doppelrohren (λ = const.) Netz für Bioenergiedorf; 250 Gebäude HL: m; Hausanschl.: m λ = 0,027 W/(m*K) ,1 % KMR Stufe 1 KMR Stufe 2 KMR Stufe 3 Doppelrohr Standard Doppelrohr verstärkt Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 28

30 Beispiel für Energieflussberechnungen über 20 Jahre Wärmenutzung mit Nahwärmenetzen 29