13. Holzenergie-Symposium!
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- Calvin Diefenbach
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1 13. Holzenergie-Symposium! Leitung:!Prof. Dr. Thomas Nussbaumer!! Zürich und Hochschule Luzern! Patronat:!Bundesamt für Energie! Ort:!ETH Zürich! Datum:!Zürich, 12. September 2014!
2 TITEL-FOLIE! Ist-Analyse von Fernwärme, Leipzig 1986, DDR! Fernwärmenetzen! Stefan Thalmann, Zürich! Thomas Nussbaumer, Zürich! Andres Jenni, Ardens GmbH Liestal! 13. Holzenergie-Symposium, Zürich, 12. September 2014!
3 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
4 Bedeutung der Fernwärme! Bequem und gut geeignet für erneuerbare Energien! Standard-Fernwärme über 60 C zur direkten Nutzung! Optionen: "LowEx" Fernwärme (direkt) "kalte" Fernwärme für Wärmepumpen (Anergienetze) Fernkälte!
5 Ziel! 1. Ist-Situation der Technik und Wirtschaftlichkeit von Fernwärmenetzen in der Schweiz erheben.!!! Wärmeerzeugung! Anschlussdichte (in MWh/a m)*! Wärmeverteilverluste! ΔT aus Vor- und Rücklauftemperaturen! Vollbetriebsstunden! Rohrdurchmesser und Netzstruktur! 2. Beurteilung der Netze!! im Vergleich zu Erfahrungswerten und QM Holzheizwerke!! mit unter optimalen Bedingungen erzielbaren Werten! *1 m = 1 Meter Trasselänge ("Trassemeter")
6 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
7 Datenerhebung! Fragebogen an Contractoren, Betreiber und Planer!! Fernwärmenetze! ab 10 MW Anschlussleistung! oder! ab 400 kw neuer als 10 Jahre oder 30% erweitert! Daten zu 52 Fernwärmenetzen erhoben!
8 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
9 Technik!
10 Maximale Vor- und Rücklauftemperaturen! Temperatur [ C]! maximale Vorlauftemperatur n=44! maximale Rücklauftemperatur n=44! 180! 160! 140! 120! 100! 80! 60! 40! 20! 20! 40! 60! 80! 100! Temperaturspreizung [K]! Auslegefall bei einer Aussentemperatur -10 C:! Alle Netze mit Vorlauftemperatur über 70 C! 10% der Netze (KVA) über 100 C! 90% haben eine Temperaturspreizung von 20K bis 40K!
11 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
12 Einfluss der Wärmeerzeugung! Wärmeverteilverluste [%]! Feuerung n=37! WKK n=11! Wärmepumpe n=1! Wärmerückgewinnung n=1! 22! 20! 18! 16! 14! 12! 10! 8! 6! 4! 2! 0! 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 7! Anschlussdichte [MWh/(a m)]! Streuung Verluste um Faktor > 3! Wärmeverteilverluste sinken mit steigender Anschlussdichte! grosse Streuung bei konstanter Anschlussdichte (Faktor > 3)!
![Einfluss der Betriebsart! Wärmeverteilverluste [%]! Jahresbetrieb VL 70/90; n=33!](/docs-images/66/55242314/images/13-0.jpg "Saisonbetrieb VL 70/90; n=4! 22! 20! 18! 16! 14! 12! 10! 8! 6! 4! 2! 0! 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 7! Anschlussdichte [MWh/(a m)]!")
13 Einfluss der Betriebsart! Wärmeverteilverluste [%]! Jahresbetrieb VL 70/90; n=33! Saisonbetrieb VL 70/90; n=4! 22! 20! 18! 16! 14! 12! 10! 8! 6! 4! 2! 0! 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 7! Anschlussdichte [MWh/(a m)]!
14 Einfluss der Dämmstärke! Wärmeverteilverluste [%]! KMR Dämmstärke 1; n=2! KMR Dämmstärke 2; n=21! KMR Dämmstärke 3; n=12! 22! 20! 18! 16! 14! 12! 10! 8! 6! 4! 2! 0! 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 7! Anschlussdichte [MWh/(a m)]! Dämmstärke 1 hohe Netzverluste! Dämmstärke 2 und 3 Unterschiede gering (wegen anderer Einflüsse)!
15 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
16 Wärmebezugskosten für 50 kw Hausanschluss und Kapitalkosten Netz! Rp./kWh! 30! 25! Wärmebezugskosten n=39! Kapitalkosten Wärmeverteilnetz inkl. Hausstation n=22! Kapitalkosten Wärmeverteilnetz exkl. Hausstation n=14! 16.3! 20! 15! 10! 3.05 = 19% 2.35 = 14%! +47%! Modell 1.60! 5! 0! 0! 1! 2! 3! 4! 5! 6! 7! Anschlussdichte [MWh/(a m)]!
17 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
18 Vorgehen! Fernwärme, Leipzig 1986, DDR!
19 Berechnungs-Schritte! 1. IST-Analyse als Basis und Plausibilitätskontrolle! 1.!! Ist-Situation erhobener Daten mit Plausibilitätskontrolle! 2. Optimierung der wichtigsten Einflussparameter:! OPT DN! Optimierung der Nenndurchmesser! OPT DN-dT!... und Temperaturspreizung + 10K! OPT Daemm maximale Dämmstärke!
20 Reduktion der Wärmeverluste! Resultate! Reduktion der Gesamtkosten! Spezifischer Druckverlust! Optimum! QM!
21 Resultate! Aufteilung der Gesamtkosten! Bandbreite IST und OPTIMIERT! Durch Optimierung des Durchmessers sinken die Kapitalkosten und steigen die Stromkosten.! Auch im optimierten Fall bleiben jedoch die Kapitalkosten dominierend und die Stromkosten unter 15%!
22 Vergleich Wärmeverteilverluste! Anlage 008! Anlage 037! Durchmesser- Durchmesser- q V! Optimierungspotenzial gering! q V! Optimierungspotenzial gross! %!! %!
23 q V! Anlage 008 Anlage 037! Gründe für erhöhte Wärmeverteilverluste (und somit deren Streuung)! %! Dimensionierung! Dämmung! Temperaturspreizung!! à Optimierungspotenzial!! MWh/(m a)!
24 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
25 Kennlinien-Diagramm! Wärmezentrale! Dimensionslose Anschlussleistung! Dimensionslose Trasselänge!
26 Kennlinie weitest entfernter Abnehmer! Wärmezentrale! Dimensionslose Anschlussleistung! Dimensionslose Trasselänge!
27 Kennlinie gesamte Trasselänge! Wärmezentrale! Dimensionslose Anschlussleistung! Dimensionslose Trasselänge!
28 Flächenverhältnis A*! Wärmezentrale! Dimensionslose Anschlussleistung! A 2! A 1! A* = A 1 A 2 0 < A* < 2 Dimensionslose Trasselänge!
29 Kompaktheits-Verhältnis CR! Wärmezentrale! Dimensionslose Anschlussleistung! CR = x max x 0 < CR < 1 Dimensionslose Trasselänge!
30 1 Q i Q Vergleich! Anlage 008! Anlage 037! x i x max 1 Q i Q x i x max x i x x i x Flächenverhältnis:!!!A* = 1.04!!!!A* = 1.37! Kompaktheits-Verhältnis:!!!CR = 0.209!!!!CR = 0.926!
31 I N H A L T ! 1. Einleitung und Zielsetzung! 2. Datenerhebung! 3. Technikvergleich! 4. Bewertung der Effizienz! 5. Kosten und Anschlussbedingungen! 6. Vergleich mit optimalem Netz! 7. Einfluss der Netzstruktur! 8. Schlussfolgerungen!
32 1/3 Ist-Analyse! Mit steigender Anschlussdichte sinken die Wärmeverluste und die spezifischen Kosten! Grosse Bandbreite der Wärmeverteilverluste bei identischer Anschlussdichte!!!!!! à Optimierungspotenzial!
33 2/3 Kosten! Die Kapitalkosten dominieren die Wärmeverteilkosten mit über 60%! Die realen Netze weisen 47% höhere Kapitalkosten auf als das optimale Modell-Fernwärmenetz!!! à Optimierungspotenzial!
34 3/3 Optimierungspotenzial! Dimensionierung der Fernwärmeleitungen!à kleinster möglicher Nenndurchmesser!à Einfache Kontrolle durch spez. Druckverlust! Absenkung der Rücklauftemperatur!à Optimierung der Wärmeübergabe!à Anwendung bei gebauten Fernwärmenetzen! Maximale Wärmedämmung einsetzen! Charakterisierung der Netzstruktur!à Methode mit Kennlinien-Diagramm!
35 Verdankung! Bundesamt für Energie, Bern! Betreiber von 52 Fernwärmenetzen! AEK Energie AG!!!AEW Energie AG! AXPO Contracting AG!!EBL Elektra Baselland! EKT AG EW des Kantons TG!!ERZ Zürich! ewl energie wasser luzern!!iwb Industrielle Werke Basel! Regio Energie Solothurn!!Renercon! Sol-E Suisse AG!!!AVARI AG! Fernwärmeversorgung Horgen!!St. Galler Stadtwerke! Wärmeverbund Gähwil!!Wärmeverbund Gais! Wärmeverbund Kägiswil!!Wärmeverbund Menzingen! Wärmeverbund Nesslau!!Wärmeverbund Stein am Rhein! Allotherm AG!!!Gunep GmbH!
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www.holzenergie-symposium.ch! 13. Holzenergie-Symposium! Leitung:!Prof. Dr. Thomas Nussbaumer!! Zürich und Hochschule Luzern! Patronat:!Bundesamt für Energie! Ort:!ETH Zürich! Datum:!Zürich, 12. September
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