Einsatzgrenzen und Gestaltung einer zukünftigen Nah- und Fernwärmeversorgung

Transkript

1 Einsatzgrenzen und Gestaltung einer zukünftigen Nah- und Fernwärmeversorgung Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff Ostfalia-Hochschule Wolfenbüttel Potsdam - 8. Juli

2 Jagnow/Wolff Studie Nah- und Fernwärmenetze Verfügbar unter: Empfehlungen werden gegeben für: die Abkopplung vom Netz die Beibehaltung des Anschlusses am Netz den Neubau eines Netzes die Erweiterung eines bestehenden Netzes 2

3 These 1: Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht vor, Nah- und Fernwärmenetze weiter auszubauen. Studien des Autors zu Nah- und Fernwärmenetzen und zur energetischen Sanierung von Stadtquartieren kommen zu dem Ergebnis: an vielen Standorten sind Wärmenetze weder wirtschaftlich noch ökologisch vertretbar. 3

4 These 2: Auf den bisherigen Ansatz der Primärenergiebewertung nach EnEV/EEWärmeG muss verzichtet werden, um den Ausbau von Fernwärme aus kohlebefeuerter Kraft-Wärme- Kopplung mit der Folge eines Anstiegs der Emissionen zu verhindern. 4

5 These 3: Entscheidungen zum Ausbau aber auch zum Rückbau sind künftig aufgrund korrekter Endenergie- und CO 2 -Bilanzen zu treffen. Neben dem Ausstieg aus der Kernenergie muss politisch auch der Kohleausstieg beschlossen werden, wenn Klimaschutz und Energiewende gelingen sollen. Dabei sind Strom und Wärme immer zusammen zu bilanzieren. 5

6 Festlegung von Systemgrenzen des betrachteten Versorgungsgebietes, insbesondere für die ggf. erforderliche Lieferung von Strom über diese Systemgrenzen Feststellung der heutigen und künftigen Bedarfswerte für Wärme incl. Warmwasser sowie Strom der Gebäude des Versorgungsgebietes. Bestand: Verbrauchsdaten, E-A-V und Neubau: Energiebilanzen Festlegung von verschiedenen Versorgungsalternativen, ggf. in Abstufungen zwischen einer Zentrallösung (mit Wärmenetz und einer Zentrale), Insellösungen (Teilnetze und mehrere Zentralen) und Dezentralversorgungen (ohne Wärmenetz, gebäudezentrale Erzeugung). Festlegung der möglichen Erzeuger. Netzneubau oder Ausbau: Inselbildung bzw. Zusammenfassung von Gebäuden mit ähnlicher Nutzung und räumlicher Nähe. Netzrückbau: Abkopplungen von Gebäuden der Peripherie prüfen Ermittlung der Verteilnetzverluste des Wärmenetzes (zwischen den Gebäuden) für alle Versorgungsalternativen mit Netz. Endenergiebilanz der Versorgungsalternativen: systematisch alle Versorgungsvarianten mit allen sinnvollen Erzeugern; jeweils Wärme und Strom Ressourcenbilanz in drei Anteilen: fossile, begrenzt regenerative und unbegrenzt verfügbare Energie ggf. CO 2 - und Primärenergiebilanzen, unter Berücksichtigung von heutigen und künftigen prognostizierten Faktoren für die Energieträger Kostenschätzungen und Wirtschaftlichkeitsbewertung der Versorgungsalternativen Systematische Auswertung mit Entscheidungsfindung Leitfaden für Nah- und Fernwärmeprojekte Ressourcen Strom/Wärme Konsequente Bilanzierung der eingesetzten Endenergien für Strom und Wärme Keine Verschleierung durch unterschiedliche Bewertung 6

7 Siedlungstyp Einfamilienhaussiedlung niedriger Dichte EFH-Siedlung hoher Dichte, Reihenhäuser Zeilenbebauung mittlerer Dichte (3-5 Geschosse) Zeilenbebauung hoher Dichte, Hochhäuser Verteilverlust bezogen auf die real beheizte Fläche, in kwh/(m²a) Bandbreite Mittelwert Quelle: IWU Planung NEH Verteilverluste nach Siedlungsstruktur - Ziel: max kwh/(m²a) Realisiert wurden sehr niedrige Werte 8 kwh/(m²a) in H - Kronsberg! 7

8 Energiekonzept Bund: Minus 50% im Bereich Wärme 2050: Gas/Öl > Biomasse 8

9 Prognose Bund: Gleich im Bereich Elektrizität 2050: Gas/fossil > Biomasse 9

10 Die Auswertung verschiedener Fernwärmeversorgungsnetze in Deutschland durch die Ostfalia ergab das paradoxe Ergebnis: Je höher bei fossil befeuerten Heizkraftwerken der Anteil des Brennstoffs Kohle, desto geringer sind Primärenergiefaktor und Primärenergiebedarf für die Fernwärme nach EnEV, während die CO 2 -Emissionsfaktoren für Strom und Fernwärme drastisch steigen. Erdgasbefeuerte KWK schneidet in der Primärenergiebewertung regelmäßig schlechter und in der Emissionsbewertung sehr viel besser ab 10

11 AKTUELLES ZUM THEMA: DER SPIEGEL 28/2014/ Energiewende: Vizekanzler Gabriel will alte Kohlekraft- Werke aus dem Markt drängen. Stromkonzerne und Gewerkschaften kündigen Widerstand an Strategie: Senkung der Mindesteinspeisung konventioneller Kraftwerke. und ein Flexibilisierungsgesetz Dort könnte geregelt sein, dass Kraftwerke innerhalb einer bestimmten Zeit ihre Leistung hoch- und herunterfahren müssen Auch so lassen sich alte Kohlenmeiler aussieben Parlament: Der SPD-Abgeordnete Ulrich Freese sitzt im Energieausschuss des Bundestags und in mehreren Aufsichtsräten von Vattenfall-Tochterfirmen. Ein Interessenskonflikt? Aber nein, meint er Es geht z. B. um: Tagebau Welzow-Süd II in der Lausitz 11

12 Die allgemeine Behauptung einer generellen CO2-Emissionsminderung durch Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung gegenüber getrennter Wärmeerzeugung und einem Stromverbrauch aus zunehmend regenerativen Quellen (Strommix Deutschland) steht derzeit auf dem Prüfstand: PE-Faktor versus CO2-Emissionsfaktor Für ein von der Ostfalia untersuchtes Quartier im Rahmen des DBU- Projekts Energiekonzepte mit Erfolgsnachweis wurden Varianten verglichen: Erdgaszentralheizkessel Strom (Strommix Deutschland) Erdgas BHKW (kleine Nahwärme) teilweise Eigennutzung Strom Anschluss an Fernwärme (auch Strom) aus Kohle-Heizkraftwerk 12

13 13

14 Nur die korrekte CO 2 -Bilanzierung führt zu ehrlichen Ergebnissen Entscheidend: Energieträger für die KWK: Kohle oder Erdgas und zukünftig? Biomasse, Windgas?? Biomassebudget: 35 kwh/(m²a) Oben: Kohle HKW [30 kwh/(m²a)] Unten: Kohle HKW [10 kwh/(m²a)] Oben: BHKW Netzverluste 30 kwh/(m²a) Mitte: Kessel im Gebäude Unten: BHKW Netzverluste 10 kwh/(m²a) 14

15 Solare Nahwärme - Macht das Sinn? 550 m² Kollektorfläche und 100 m³ Speicher mit Nahwärme für 61 Einfamilienhäuser 15

16 Solare Nahwärme Feldanlage Speyer Alter Schlachthof - BMU-Projekt: Solar Kessel 16

17 Jahresbilanz - Nullsummenspiel QV,Kessel 40 MWh QN, Kollektorkreis 209 MWh QV, Speicher+ Heizzentrale 14 MWh QV,Nahwärmenetz 197 MWh QF, Kessel 715 MWh Gas- Brennwertkessel Viessmann Vitocrossal 300 CT 575 kw QK, gesamt 675 MWh QN, Nahwärmenetz 870 MWh QN, Wohnhäuser 673 MWh 17

18 Zwischenfazit Neuplanungen/Vollsanierungen: kritische Anschlussdichte beachten Netzanschlüsse sind immer als Einzelfälle zu bewerten Ziel sind Netzverluste kwh/(m²a) Fernwärme mit Kraft-Wärme-Kopplung aus Kohle und Erdgas ist eine Auslauftechnologie Fernwärmenetze gespeist aus regenerativen Energiequellen (Solar Biogas) werden Ausnahmefälle bleiben. Besser dezentral zur Warmwasserbereitung und als Biogas in BHKWs 18

19 Neuerkerode 2015 Fehlentscheidungen nach 1973 DBU-Projekt:

20 Problem: Anschlussdichte - DBU-Projekt: Neuerkerode 5,3 ha Fehlentscheidung 1973 Neues Nahwärmenetz Verlust: 40 kwh/(m²a)! 5,6 ha Teilweiser Rückbau 2014 Beispiel: Evangelische Stiftung Neuerkerode Wohnort für 850 Menschen mit Behinderungen 7,9 ha 20

21 Energiebilanz des Bestandes Dorf 55 Gebäude ca m² Mittelwert 222 kwh/(m²a) 21

22 Energiebilanz langfristig Mittelwert 103 kwh/(m²a) 22

23 Nahwärmenetz in Neuerkerode Verlust: 40 kwh/(m²a)! Rückbau von ca. 25% des Netzes wurde 2014 beschlossen Ersatz durch dezentrale kleine Nahwärmeinsel mit BHKW 23

24 Nah- und Fernwärmenetze - Ergebnisse zusammengefasst: Für die Wirtschaftlichkeit eines Wärmenetzes ist der Wärmebedarf der zu versorgenden Gebäude entscheidend. Mit sinkendem Energieverbrauch durch energetische Modernisierungen werden Wärmenetze in der Zukunft unattraktiv. Energiezentralen für ein Nah-/Fernwärmenetz sind ohne einen hohen Anteil gleichzeitig erzeugten Stroms aus Kraft-Wärme-Kopplung ökonomisch und ökologisch nicht vertretbar. Die Werbung eines FVU ist kontraproduktiv: Bei Anschluss an FW kann der Wärmeschutz etwa um den Faktor 3 schlechter ausfallen In Neubaugebieten haben die Häuser aufgrund der gesetzlich geforderten Dämmstandards einen niedrigen Energieverbrauch. Daher ist Fernwärme in Neubaugebieten i. d. R. unwirtschaftlich Ausnahme: Dichte MFH-Bebauung ab ca. 20 Wohneinheiten. Beispiel: EXPO-Siedlung Hannover Kronsberg Der Ausbau von Fernwärmenetzen im Gebäudebestand ist aus Sicht der Nutzer selten zu rechtfertigen Grundsätzlich unwirtschaftlich und ökologisch zweifelhaft ist der Nah-/Fernwärmeausbau in ländlichen Regionen Bioenergiedörfer 24

25 Fragen? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25

26 Fehlentwicklungen in CO 2 -Bewertung Erdgas StrommixD DWHE Erdgas Strom H Erdgas StrommixD Keine Verschleierung durch Stromgutschriftmethode nach EnEV Abhilfe: brennstofforientierte Bewertung Erdgas Strom H Erdgas StrommixD Erdgas Strom H Wärme + Strom aus Kohle-HKW Wärme + Strom aus Kohle-HKW 26

27 Leistung aus Verbrauch, in kw Wolff - Fern- und Nahwärme Verbrauchsauswertung: Netzverluste 2500 Steigung H = 102 kw/k 2000 Netzverluste Steigung H = 93 kw/k Wärmeeinspeisung Grundleistung 619 kw Wärmeabnahme Gebäude Grundleistung 376 kw 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Außentem peratur, in C 27

28 Ergänzungen zum Thema: Veröffentlichungen Nah- und Fernwärme Bedarf - Verbrauch Modernisierung im Bestand mit Fernwärme DBU-Projekt: Energiekonzepte mit Erfolgsnachweis 28

29 TGA Fachplaner 09/2011 Erfolgsnachweis 29

30 TGA Fachplaner 06/2012 Erfolgsnachweis 30

31 TGA Fachplaner 01/2014 Erfolgsnachweis 31

32 Überschätzen des Energieeinsparpotenzials durch Bedarfsbilanzen 32

33 Vorschläge für eine Bestandsaufnahme auf Basis einer E A V Es ist zukünftig eine mindestens einjährige Verbrauchmessung von unterjährigen Messdaten mit Gas- und Wärmemengenzählern vor der Umsetzung einer energetischen Modernisierung durchzuführen. Zusätzlich sind Daten zur Gebäudesubstanz und Anlagentechnik aufzunehmen. Mit den Verbrauchswerten ist eine EAV zu erstellen, um reale Daten zur Gebäudequalität, zur Heizlast, zu den Anlagenverlusten und zur Grundlast aus der Warmwasserbereitung zu erhalten. Auf dieser Grundlage können anschließend Berechnungen zur Modernisierung von Gebäudehülle und Anlagentechnik stattfinden. Erfolgt vorher allein die Sanierung der Gebäudehülle, ist eine Verbrauchsmessung spätestens nach Abschluss der Modernisierung durchzuführen. 33

34 Fehlentwicklungen in Bilanzerstellung Verbrauchsbasierte Bilanzierung (E-A-V) 13,4 kwh/(m²a) 3,04 kw h/a 56,2 kwh/(m²a) 12,78 kw 21,1 kwh/(m²a) 3,80 kw h/a 17,1 kwh/(m²a) 3,09 kw 6,7 zzgl. Fingerabdruck des Wärmeerzeugers bzw. Fernwärme-Verluste 34