Potenzialerhebung von Kraft-Wärme. Wärme- Kopplung in Nordrhein-Westfalen

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1 Potenzialerhebung von Kraft-Wärme Wärme- Kopplung in Nordrhein-Westfalen Dr. Bernd Eikmeier, Bremer Energie Institut Dr. Marian Klobasa, Fraunhofer-ISI

2 Inhalt 1. Zielsetzung und Projektablauf 2. Potenzialermittlung Siedlungs-KWK - Methodik - Digitale Wärmebedarfskarten für 7 Modellstädte - Ergebnisse der Modellstädte (Auswahl) - KWK-Einzelobjektversorgung - Gesamtpotenzial in NRW 3. Potenzialermittlung Industrielle KWK - Methodik - Ergebnisse (Auswahl) - Fallbeispiele 1

3 Zielsetzung und Projektablauf Zentrale Aufgabenstellung Ermittlung der technisch realisierbaren und zudem wirtschaftlichen KWK-Potenziale für Nordrhein-Westfalen auf Basis einer Vollversorgung mit leitungsgebundener Wärme Teilziel Siedlungs-KWK (private Haushalte, GHD) Erarbeitung von hoch aufgelösten, digitalen Wärmebedarfskarten auf Basis von Laserscanningdaten für ausgesuchte Modellstädte Methodenentwicklung (als Multiplikatoroption) Bearbeitung und Projektleitung: Teilziel Industrie-KWK Ermittlung von sektorspezifischen KWK-Potenzialen Bearbeitung: Redaktionsteam: Vertreter von EVU, Verbänden, Ministerium, EnergieAgentur etc. zur regelmäßigen Diskussion der Methodik, der Ergebnisse; zudem fachlicher Input (z.b. Kostendaten) 2

4 Vorgehensweise Siedlungs-KWK 3

5 7 Modellstädte als Fallbeispiele Herscheid Einw. Waltrop Einw. Voerde Einw. Lemgo Einw. Paderborn Einw. Essen Einw. Düsseldorf Einw. (Stand: ) Quelle: 4

6 Inhalt 1. Zielsetzung und Projektablauf 2. Potenzialermittlung Siedlungs-KWK - Methodik - Digitale Wärmebedarfskarten für 7 Modellstädte - Ergebnisse der Modellstädte (Auswahl) - KWK-Einzelobjektversorgung - Gesamtpotenzial in NRW 3. Potenzialermittlung Industrielle KWK - Methodik - Ergebnisse - Fallbeispiele 5

7 Nutzung von Laserscanning-Daten In diesem Projekt werden erstmals 3D-Laserdaten zur Erstellung eines Wärmeatlas für mehrere Städte eingesetzt Laserscanning-Daten einer Befliegung liefern ein 3D-Rohbild des Geländes und aller Objekte (Punktewolke), durch eine geeignete Aufbereitung der Daten lassen sich Gebäude als 3D-Objekte extrahieren NRW ist komplett erfasst; aufbereitete 3D-Laserdaten sind flächendeckend verfügbar (über Bez.-Regierung Köln) Grundlage für wiederholte Anwendung der Methodik durch EVU ist gegeben 6

8 Aufbereitung von Laserscanning-Rohdaten Laserscanning-Rohdaten Einfärbung nach Höhe Klassifizierte Daten Einfärbung grün = Gelände, rot = Objekte Quelle: AGFW-Forschungsvorhaben Pluralistische Wärmeversorgung, 2004 (Innenstadt von Stuttgart, Punkte je km 2, Höhengenauigkeit 15 cm) 7

9 3D-Gebäudemodelle aus Laserscanning Informationsgehalt u.a.: Gebäudegrundflächen Gebäudehöhen Geschosszahl (meistens) Nutzungsart der Objekte (über Objektschlüssel) Datenverarbeitung: GIS-System Excel Im KWK-Projekt in 2D-Darstellung Innenstadt von Bonn archiv_2009/presse_043_200/bildmaterial/index.html 8

10 3D-Gebäudemodelle aus Laserscanning Vorteile - Größtmögliche Auflösung (gebäudescharf) - Keine starre Gebäudetypologie-Einteilung - Exakte Erfassung der räumlichen Lage der Gebäude (bei der Wärmeabgabe / bei Versorgungsstrukturen) - Vielfältige Auswertungs- / Nutzungsmöglichkeiten Nachteile - Sehr große Objektzahl / große Datensätze automatisierte Arbeitsschritte erforderlich, manuelles Vorgehen auch für Teilmengen eng begrenzt - Identifikation und Beseitigung von Datenfehlern ist aufwändig/ viele Kontrollrechnungen und Vergleiche notwendig (vor allem beim Verschneiden von Datensätzen) erheblicher Zeitaufwand durch die hohe Auflösung - 3D-Objekt Gebäude - Uneinheitliche Vergabe der Objektschlüssel ( Klassen), Kontrolle / Nacharbeit vor Zuweisung spez. Wärmebedarfswert 9

11 Klassifizierung der Objekte (Objektschlüssel OS) Eine OS kann falsch oder ungeeignet sein bzw. eine heterogene Objektstruktur beinhalten: 2521 Elektrizitätswerk beinhaltet Hallen, Kühltürme, Bürogebäude etc. Sonderfall Garagen Sonderfall Kleingärten 10

12 Datengrundlage Siedlungs-KWK Modellstadt Anzahl Objekte Wärmerelevant PHH Wärmerelevant GHD Herscheid Waltrop Voerde Lemgo Paderborn Essen Düsseldorf Summe Insgesamt werden Objekte (= 59 %) als wärmerelevant eingestuft und jeweils mit einem Wärmebedarfswert belegt Nicht wärmerelevante Gebäude sind vor allem Garagen, Schuppen, Kleingärtenhütten und sonstige Kleinstgebäude 11

13 GIS-Zusatzdaten 12

14 Zentrale Arbeitsschritte Wärmebedarfskarte Aufbereitung und Zuweisung von Verbrauchsdaten Wohngebäude Ermittlung fehlender Geschosszahlen und der Bruttogeschossfläche (BGF) Zuweisung von Baualtersklassen (BAK) Berechnung A*/V-Verhältnis Berücksichtigung der Mitversorgung von benachbarten Gebäuden über je 4 Teilkollektive je Energieträger Berechnung des BGF-spezifischen Wärmebedarfes Erstellung einer Wohngebäudetypologie auf Basis von A*/V-Verhältnis und BAK (keine starre Gebäudeeinteilung!) Ermittlung von differenzierten Wärmebedarfskorrelationen und Anwendung auf Objekte ohne Verbrauchswerte Berücksichtigung der Brauchwasserbereitung Nicht-Wohngebäude / GHD viele Schritte wie bei Wohngebäuden Klassifizierung nach Nutzungsart in 17 Grundklassen Ausfiltern großer Industriecluster Ermittlung von spezifischen Bedarfswerten aus Verbrauchsdaten Analyse von Gewerbeinformationen und Firmendatenbanken sowie Auswertung von Literaturwerten Zuweisung spezifischer Bedarfswerte für rund 140 OS-Klassen Abgleich mit Industrie-Branchenkennwerten bei Einzelunternehmen 13

15 Wohngebäude: Berechnung A*/V-Verhältnis Verhältnis Wärmeabgabe an Wänden, die an Nachbargebäude grenzen (blau) ist viel geringer als bei freien Außenwänden (rot) Der Flächenanteil der warmen Wände geht bei jedem Gebäude in die Berechnung des A*/V- Verhältnisses ein keine starre Gebäudetypologie, individuelle Berücksichtigung realer Gegebenheiten 14

16 Verbrauchsdaten Zugewiesene und genutzte Verbrauchsdaten (nach Filterung) WG-Objekte Abdeckungsquote NWG-Objekte Düsseldorf % Essen % 273 Paderborn % Lemgo % 399 Gesamt

17 Spez. Wärmebedarf bzgl. Bruttogeschossfläche (BGF) 180 spez. Raumwärmebedarf [kwh/ m² BGF*a] bis Dominierende Energieträger: Düsseldorf + Paderborn: Erdgas Essen: Fernwärme + Strom Düsseldorf Paderborn Essen Baualter Basis: Wohngebäude-Objekte mit Verbrauchszuweisung, Werte einer BAK sind ungewichtet gemittelt

18 Wärmebedarfskarte Düsseldorf (Beispiel 1) 17

19 Wärmebedarfskarte Düsseldorf (Beispiel 2) 18

20 Rasterkarten / Clusterung der Städte Auf Basis der Rasteranalyse lässt sich das Siedlungsgebiet einer Stadt automatisiert erfassen Wärmebedarfsgebiete werden von anderen Gebieten getrennt 19

21 Rasterkarte Düsseldorf + Clusterung Rasterung auf 40*40 m-zellen vermeidet Nachteile von Fluren sowie Datenschutzprobleme; zudem viel höhere Auflösung Rasterkarte ist Grundlage für automatische und manuelle Clusterung der Siedlungsflächen (2.950 Cluster in den 7 Städten) 20

22 Wirtschaftlichkeitsberechnung Fernwärme-KWK Dynamische Wirtschaftlichkeitsrechnung für KWK-Versorgung erfolgt wärmebedarfsseitig inkl. des KWK-Spitzenkessels über die technische Lebensdauer der KWK-Anlagen und Wärmenetze (unter Berücksichtigung der aktuellen Förderung, des notwendigen Vorlaufs beim Netzausbau, Netzverlusten, Rückgang des Wärmebedarfs in 2 Szenarien etc.) Prüfung auf Wirtschaftlichkeit: Anlegbarer Fernwärmepreis - Wärmeerzeugungskosten - Wärmeverteilungskosten (inkl. Hausstationen) = x /MWh Eine KWK-Lösung ist wirtschaftlich, wenn sie einen marktfähigen Fernwärmepreis ermöglicht (x > 0) Die Ergebnisdarstellung erfolgt in Form von Wirtschaftlichkeitsstufen für x-werte in Klassen von 5 /MWh Effekte anderer Eingangsdaten und Annahmen werden deutlich zeigt Robustheit einzelner KWK-Potenziale an ermöglicht detaillierte Interpretation der Ergebnisse 21

23 Wärmeerzeugungskosten Siedlungs-KWK 120 Wärmeerzeugungskosten [ /MWh] Szenario 2 (REF) Szenario 1 (HIGH) y = 117,71x -0,0637 y = 112,14x -0, Wärmeabsatz [MWh/a] 22

24 Automatisierte Netzlängenberechnung je Cluster 5 Abbildungen von Fernwärmeversorgungsgebieten sind hier aus Datenschutzgründen nicht dargestellt Ergebnisse sind erstaunlich genau, insbesondere bei etwas größeren Gebieten, keine systematische Abweichung 23

25 Inhalt 1. Rahmendaten des Projekts + Zielsetzung 2. Potenzialermittlung Siedlungs-KWK - Methodik - Digitale Wärmebedarfskarten für 7 Modellstädte - Ergebnisse der Modellstädte (Auswahl) - KWK-Einzelobjektversorgung - Gesamtpotenzial in NRW 3. Potenzialermittlung Industrielle KWK - Methodik - Ergebnisse - Fallbeispiele 24

26 Wirtschaftlichkeit Cluster - Düsseldorf (REF) Cluster ID Besonderheit Cluster /MWh Wärmebedarf GWh/a KWK- Potenzial REF [GWh/a] d2_758_3 16, d2_758_2 14, d2_758_7a 13, d2_758_5 10, d2_644_13 9, d2_758_8 8, d2_448 7, d2_644_9 6, d2_708 Kleinstcluster 5, d2_758_4 4, d2_487_12 4, d2_487_11 2, d2_747 Kleinstcluster 2,6 8 8 d2_758_7b 0, d2_758_6 0, Summe der wirtschaftlichen Cluster d2_757 Kleinstcluster -0,6 4 - d2_751 Kleinstcluster -1,7 4 - d2_472 Kleinstcluster -2,5 4 - d2_488 Kleinstcluster -3,6 5 - d2_575-3,8 8 - d2_724 Kleinstcluster -5,4 3 - d2_758_1-5, d2_730-6, d2_786-7, d2_554-8, d2_420-10, d2_710-10, d2_455-11, d2_510-13, von Gesamtsumme GWh/a GWB 25

27 Ergebnisse Referenzfall, 90 % Anschlussgrad Verbesserung der Rahmenbedingungen in GWh/a > 15 /MWh Wärmenachfrage in den Fernwärme-KWK geeigneten Clustern > 10 /MWh > 5 /MWh > 0 /MWh > -5 /MWh > -10 /MWh > -15 /MWh Wärmebedarf der Stadt KWK- Potenzial > 0 /MWh Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid Summe: Ergebnisangaben beziehen sich auf den Nutzwärmebedarf, der durch ein KWK- System inklusive Spitzenkessel bereitgestellt wird Der Wert einer Spalte ist eine Teilmenge der Werte in rechts davon liegenden Spalten Wesentliche Wirtschaftlichkeitsfaktoren sind: 1) hohe Wärmenachfrage ( niedrige Erzeugungskosten) und 2) hohe Wärmedichte ( niedrige Wärmeverteilkosten) 26

28 Potenziale Fernwärme-KWK - Referenzfall 90% Anteile des Wärmebedarfs der Fernwärme-KWK geeigneten Cluster am GWB der Stadt in Abhängigkeit der Wirtschaftlichkeitsanforderungen 100% Anteil des KWK geeigneten Clusterbedarfs am GWB 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid > 15 /MWh > 10 /MWh > 5 /MWh > 0 /MWh > -5 /MWh > -10 /MWh > -15 /MWh 27

29 Wirtschaftlichkeit Cluster - Referenz, 90% Anschluss Ein hoher Wärmebedarf ist nicht nur von der Größe des Clusters, sondern auch von einer hohen Siedlungsdichte bzw. der Anzahl großer Einzelobjekte abhängig 28

30 Wirtschaftlichkeit Cluster - Referenz, 90% Anschluss Wärmedichte ist für die Wirtschaftlichkeit von zentraler Bedeutung 29

31 Einfluss des Anschlussgrades: 90% vs. 30% 100% Anteil des Cluster-Wärmenbedarfs am GWB 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Kleinstclustern mit weniger als 10 Hausanschlüssen: Anschlussquote wird nicht reduziert, da Nahwärmeinseln stets vollständig eingerechnet sind In Voerde und Herscheid sind nur solche Kleinstcluster wirtschaftlich keine Änderung 0% 90% 30% 90% 30% 90% 30% 90% 30% 90% 30% 90% 30% 90% 30% Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid > 15 /MWh 15 bis 10 /MWh 10 bis 5 /MWh 5 bis 0 /MWh 0 bis -5 /MWh -5 bis -10 /MWh -10 bis -15 /MWh schlechter als -15 /MWh Anschlussgrad 30

32 Einfluss des Anschlussgrades (AG) 90% vs. 30% in GWh/a AG: 90 % > 15 /MWh Wärmenachfrage in den FW-geeigneten Clustern > 10 /MWh > 5 /MWh > 0 /MWh > -5 /MWh > -10 /MWh > -15 /MWh Wärmebedarf der Stadt KWK- Potenzial bei > 0 /MWh Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid Summe AG: 30 % > 15 /MWh > 10 /MWh > 5 /MWh > 0 /MWh > -5 /MWh > -10 /MWh > -15 /MWh Wärmebedarf der Stadt KWK- Potenzial Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid Summe Wärmebedarf in FW-geeigneten Clustern sinkt auf 56 % des REF-Wertes 31

33 Wirtschaftlichkeit Cluster Düsseldorf: Anschlussgrad 32

34 Potenziale Fernwärme-KWK: Szenarien Einfluss des Wärmerückgangs ist vergleichsweise gering (Summe 7 Modellstädte: GWh/a statt GWh/a) Grund: Bedarfswerte gehen erst nach 2030 deutlich auseinander für die nächste KWK-Generation noch nicht sehr relevant aber: je geringer der zukünftige Wärmebedarf, desto schwieriger wird die Refinanzierung der Investitionen in Fern-/Nahwärmenetze Versorgungsstrukturen rechtzeitig aufbauen! Szenario hoher Energiepreise: Einfluss ist nicht unerheblich (Summe 7 Modellstädte: GWh/a statt GWh/a) Grund: Stromerlöse können die höheren Wärmezeugungskosten vor allem in kleineren Clustern nicht kompensieren aber: erheblicher Einfluss des Verhältnisses vom Anstieg Strompreis zum Anstieg Energieträgerpreis; Prognosen sind recht unsicher 33

35 KWK-Einzelobjektversorgung Wirtschaftlichkeitsberechnung der Einzelobjekt-KWK erfolgt analog zur Fernwärme-KWK mit geringen Wärmeverteilkosten (ggfs. Gebäudeverbindungen erforderlich statt Wärmenetze) Geringere Belastbarkeit der Ergebnisse, da höherer Einfluss lokaler Gegebenheiten (realer Sanierungsstand, Bedarfsverlauf) Clusterweiser Abgleich der Potenziale mit den Fernwärme-KWK- Ergebnissen zur Vermeidung von Doppelzählungen erforderlich 34

36 Potenzial KWK-Einzelobjektversorgung Ergebnisse ohne Berücksichtigung von Doppelzählungen Angaben in [GWh[ GWh/a] Teilmenge 1 Teilmenge 2 (ein Gebäude) (eine Adresse) Gesamt Anteil an Wärme- bedarf der Stadt Düsseldorf % Essen % Paderborn % Lemgo % Voerde % Waltrop % Herscheid % Anteil KWK-Potenzial am Gesamtwärmebedarf steigt mit der Stadtgröße an, Grund: höherer Anteil von großen Wohngebäuden oder Gewerbeobjekten 35

37 Gesamtpotenzial der Siedlungs-KWK (REF) 100% Anteil wirtschaftliches KWK-Potenzial am GWB 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Düsseldorf Essen Paderborn Lemgo Voerde Waltrop Herscheid nur Fernwärme-KWK Fernwärme oder Objekt KWK nur Objekt KWK nicht wirtschaftlich 36

39 Hochrechnung auf NRW für die Siedlungs-KWK Hochrechnung erfolgt auf Basis der 3D-Daten Daten für den kompletten, realen Gebäudebestand in NRW mit mehr als 9 Mio. Objekten! 38

40 Auswahl der Hochrechnungsstädte 39

41 Fernwärme-KWK KWK-Potenzial NRW (90% Anschluss) Stadtkategorie + 10 /MWh + 5 /MWh 0 /MWh - 5 /MWh - 10 /MWh Anteil des wirtschaftlichen KWK-Potenzials am Gesamtwärmebedarf der Stadt / NRW gesamt (222 TWh/a) bis Einw. 0 % 0 % 4 % 6 % 10 % Einw. 1 % 2 % 14 % 24 % 47 % Einw. 0 % 4 % 34 % 51 % 61 % ab Einw. 23 % 35 % 56 % 76 % 84 % NRW gesamt 10 % 17 % 36 % 50 % 61 % Fernwärme-KWK-Potenzial [GWh/a] bis Einw Einw Einw ab Einw NRW gesamt NRW Fernwärme-KWK-Potenzial (Nutzenergiebedarf): 79 TWh/a (inkl. Spitzenkessel), entspricht 75 TWh/a KWK-Wärmenetzeinspeisung / 20 GW el / 80 TWh el Fernwärmenetzeinspeisung NRW in 2009: ca. 19 TWh, davon ca. 14 TWh aus KWK Verdopplung ist auch wärmeseitig möglich Hinzu kommt noch ein KWK-Einzelobjektpotenzial; die Hochrechnung auf NRW ist aber nicht so ohne weiteres möglich 40

42 Fernwärme-KWK KWK-Potenzial für NRW Anteil am Nutzwärmebedarf in Nordrhein-Westfalen [GWh/a] Wirtschaftliches Fernwärme-KWK- Potenzial im Referenzfall [GWh/a] % % % % % % % % bis Einw Einw Einw. ab Einw. bis Einw Einw Einw. ab Einw. 41

44 Vorgehensweise Industrie-KWK Statistik zum Endenergiebedarf nach Wirtschaftszweigen (WZ) Einflussparameter Ermittlung des Wärmebedarfes nach Temperaturniveau und WZ Annahmen zu Anwendungsarten und Nutzungsgraden Fortschreibung des Wärmebedarfes in die Zukunft Annahmen zur Entwicklung branchenspezifischer Kennzahlen (kwh/t, kwh/, etc) sowie zur wirtschaftlichen Entwicklung Hochrechnung des technischen Potenzials zur Strom/Wärmeerzeugung aus KWK Anzahl der Unternehmen, Betriebsgröße nach WZ, Annahmen zur KWK-Erzeugung 43

45 Randbedingungen für Industrie-KWK Dezentrale Lösungen, da hoher lokal konzentrierter Wärmebedarf Abschätzung anhand des Niedertemperaturwärmebedarfs Prozesswärme (meist Dampfbedarf) Warmwasser und Raumwärmebedarf Kraftfahrzeug Büromaschine, DV-Geräte Maschinenbau Herstellung von Metallerzeugnissen Erzeugung von Roheisen Glas+Keramik, Steine, Erden Gummi +Kunststoff Chemische Industrie Endenergiebedarf nach Temperaturniveau Raumwärme Brauchwasser bis 100 C C C über 1000 C Anzahl Beschäftigte Anzahl Beschäftigte nach Unternehmensgröße > < 50 ohne Angabe Papiergewerbe Textil Ernährung 0% 20% 40% 60% 80% 100% Bessere Wirtschaftlichkeit durch lange Produktionszeiten Abschätzung anhand der Mitarbeiterzahlen Energieintensive bzw. große Betriebe häufig mit 2 und 3- Schichtbetrieb 44

46 Wirtschaftlichkeit von Industrie-KWK Bewertung der Wirtschaftlichkeit von industriellen KWK-Anlagen Kosten Erlöse Investitionen (12 20 Jahre Lebensdauer, Stromvergütung (bzw. vermiedener 8 % realer Zinssatz) Strombezug) fixe Betriebskosten Wärmevergütung variable Betriebskosten KWK-Förderung Brennstoffkosten Vermiedene Netznutzungsentgelte CO 2 -Zertifikate Stromerzeugungskosten in -Cent/kWh Stromerzeugungskosten (inkl. KWK-Förderung/Wärmegutschrift) ,5 kwel 18 kwel 54 kwel 310 kwel 500 kwel 1,08 MWel 2,0 MWel 5 MWel 10 MWel 20 MWel 90 MWel 100 MWel 220 MWel 400 MWel Definition Wirtschaftlichkeit Vergleich zwischen externem Strombezug und KWK-Eigenstromerzeugung KWK-Wärme wird mit vermiedenem Brennstoffbezug einer getrennten Wärmeerzeugung bewertet 45

47 Entwicklung des Wärmebedarfs <500 C Entwicklung des Brennstoffbedarfes für Niedertemperaturwärme in der Industrie von 2007 bis Brennstoffbedarf in GWh sonstige Textil Kraftwagen Glas, Steine/Erden Maschinenbau Gummi-/Kunststoffe Herst. Metallerzeugnisse Metallerzeugung Papier Ernährung Chemie *Nachrichtlich für 2007: Einsatz von Biomasse in der Industrie: ca GWh (Sektoren: Chemie, Holz, Zement) 46

48 KWK-Strom und Wärmeerzeugung KWK-Stromerzeugung im verarbeitenden Gewerbe (inkl. Bergbau) 2007 bis in GWh KWK-Nettostromerz KWK-Nettowärmeerz Stromkennzahl 0,29 0,26 0,27 Quelle: DESTATIS Fachserie 4, Reihe 6.4 KWK-Strom in der Industrie TWh Status Quo KWK-Erzeugung Stagnation bzw. leichter Rückgang seit 2007 Erzeugung 2008 und 2009 stark von negativer wirtschaftlicher Entwicklung beeinflusst Chemie Steinkohlebergbau Braunkohlebergbau Papierindustrie Ernährung Holzindustrie Eisen, Stahl Mineralölverarbeitung Druckereien Industriesektoren mit KWK Chemiesektor hat größten Anteil an KWK- Stromerzeugung Papier-, Ernährungs- und Holzindustrie weitere Sektoren mit höherem KWK-Anteil sonstige 47

49 Zusätzliche Industrie-KWK KWK-Wärmepotenziale Wärmepotenziale in NRW KWK-Wärme Stromkennzahl 0,5 Stromkennzahl 0,8 GWh th /a GWh el /a GWh el /a Erschließung neuer Wärmesenken Wirtschaftliches Potenzial Status davon aus Anlagen im ETS Energiepreisszenario Energiepreisszenario Modernisierung des Anlagenbestandes KWK-Anlagen Bestand zusätzliche KWK-Stromerzeugung Quelle: Eigene Abschätzung KWK-Ausbaupotenziale in NRW Status heute ca. 6 TWh KWK-Strom in NRW Modernisierung auf Stromkennzahl 0,5 steigert KWK-Strom auf ca. 12 TWh Erschließung neuer Wärmesenken steigert KWK-Strom nochmals auf ca TWh 48

50 Nicht genutzte KWK-Wärmepotenziale Wärmepotenziale Deckung des Wärmebedarfs <500 C mit Fernwärme, KWK bzw. getrennter Wärmeerzeugung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Fernwärme KWK Nicht Wirtschaftlich Wirtschaftlich Bisher getrennt versorgt, Potenzial für KWK- Wärmever sorgung Quelle: Eigene Abschätzung 49

51 Branchen mit KWK-Wärmepotenziale Wärmepotenziale Zusätzliches wirtschaftliches KWK-Wärmepotenzial in NRW Insgesamt 10,8 TWh 6% 3% 3% 5% 11% 6% 6% 7% 21% 14% Chemie Ernährung Papier Herst. Metallerzeugnisse Metallerzeugung Gummi-/Kunststoffe Maschinenbau Kraftwagen Textil Glas, Steine/Erden sonstige Quelle: Eigene Abschätzung 18% 50

52 Bewertung der Wirtschaftlichkeit Fallbeispiel Currenta (Standort Leverkusen) Ersatz bestehender Dampfkessel durch GuD-Anlagen Steigerung Stromkennzahl auf 0,5 KWK-Stromerzeugung steigt um 1 TWh auf ca. 1,7 TWh Investitionsvolumen ca. 200 Mio. CO 2 -Minderung des gesamten Standorts ca. 10 %, spezifischer CO 2 -Faktor für Strom dann 275 g CO 2 /kwh el Bewertung der Wirtschaftlichkeit Großer Einfluss politischer Rahmenbedingungen Stromerzeugungskosten liegen bei ca. 48 /MWh (bei Volllaststunden) Veränderung der Einflussgrößen Stromerzeugungskosten KWK-Förderung (15 /MWh über 4 Jahre, umgerechnet auf 15 Jahre) - 3,67 /MWh vermiedene Netznutzung - 5,00 /MWh Anrechnung EEG-Umlage auf KWK-Strom 35,30 /MWh CO 2 -Zertifikate Stromanteil (15 /t) 4,00 /MWh CO 2 -Zertifikate Stromanteil (30 /t) 8,00 /MWh 51

53 KWK-Potenzial im rheinischen Revier 52

54 KWK-Potenzial im rheinischen Revier Wärmeauskopplung Kraftwerk Niederaußem Kunde Entfernung Dampfbedarf Wärmeleistung Wärmemenge Chemieunternehmen 7,5 km 100 t/h 72 MW 0,5 TWh Industriepark 20,5 km 400 t/h 289 MW 2,1 TWh Industrieunternehmen 8,5 km (von 80 t/h 56 MW 0,4 TWh bestehender Trasse) Summe 35,5 km 580 t/h 417 MW 3,1 TWh Technische und ökonomische Kenndaten Steigerung des Nutzungsgrades von 43 % auf bis zu 55 % Investitionen in die Dampftrasse ca. 206 Mio. KWK-Stromerzeugung von ca. 2 TWh möglich bei ca Volllaststunden Wirtschaftliche und ökologische Bewertung Wärmeversorgung der Industriekunden für unter 30 /MWh (davon ca /MWh für Transport), bei einer Fernwärmeversorgung von Haushalten liegen die Wärmekosten bei mehr als 90 /MWh. CO 2 -Minderung durch die Wärmeauskopplung sehr gering, da Stromverluste, Leitungsverluste und Verdrängung von Erdgas im Wärmebereich durch Braunkohle. Spezifischer Emissionsfaktor des Braunkohleblocks sinkt nur leicht von 820 g CO 2 /kwh el auf 819 g CO 2 /kwh el. 53

55 Kontakt und weitere Informationen Gesamtprojekt/ Siedlungs-KWK Industrielle KWK Dr. Bernd Eikmeier Bremer Energie Institut College Ring 2 / Research V Bremen Dr. Marian Klobasa marian.klobasa@isi.fraunhofer.de Felipe Toro f.toro@irees.de Gerald Menzler g.menzler@vik.de 54