Innovative Systeme für die Versorgung von Quartieren und Siedlungen

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1 Innovative Systeme für die Versorgung von Quartieren und Siedlungen Multivalente Wärmeversorgungskonzepte für Neubau und Bestand Von der Containerlösung über die Quartiersversorgung bis zum Bioenergiedorf Viessmann Deutschland GmbH Commercial Systems (CS) - Bioenergiedörfer & Systeme (BED) Dipl.-Ing. Marco Ohme

2 Die Viessmann Group Commercial Business Ein- und Zweifamilienhaus Mehrfamilienhaus Industrie Gewerbe/Kommunen Nahwärmenetz Öl Gas Solar Biomasse Luft-/Erdwärme Heizsysteme Industriesysteme Kühlsysteme Gründung: 1917 Familienunternehmen Mitarbeiter davon ca in Allendorf (Eder) Ca. 2.4 Mrd. Umsatz

3 Produkte und Systemlösungen für alle Anwendungsbereiche Heizsysteme von 1 bis 2200 kw Industriesysteme bis 120 MW Kühlsysteme Gas- und Öl-Brennwertkessel Kraft-Wärme-Kopplungs-Systeme, Weltneuheit Brennstoffzellen-Heizgerät Hybridgeräte Wärmepumpen und Eisspeicher- Systeme Holzheizsysteme (Pellets, Hackschnitzel, Scheitholz) Thermische Solarsysteme und Photovoltaik, Speicher, Systemtechnik und Zubehör Dampf- und Heißwasserkessel Abhitzekessel Biomassefeuerung Biogasanlagen: Nass- und Trockenfermentation Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Power-to-Gas-Anlagen mit biologischer Methanisierung Kühlmöbel Kühl- und Tiefkühlzellen Kühlaggregate Regalsysteme und Zubehör

4 Kommunale Energieversorgung Energie und Klimaschutz Motivation von Viessmann Schutz des Klimas und der Umwelt Gestaltung der zukünftigen Energieversorgung Förderung der lokalen Wertschöpfung In jedem Quartiersprojekt zu Hause Projektpartner ab der Stunde Null Eine sichere und nachhaltige Energieversorgung zu gestalten ist die größte Herausforderung unserer Zeit

5 Strategisches Nachhaltigkeitsprojekt Effizienz Plus Energiezentrale (Erzeugerseite) Brennwertkessel Biomassefeuerung Kraftwärmekopplung Solarthermie Wärmepumpen Photovoltaik Einkauf von grünem Strom aus Wasserkraft kw thermisch 972 kw elektrisch

6 Strategisches Nachhaltigkeitsprojekt Effizienz Plus Einsatz von erneuerbaren Energien Kurzumtriebsplantagen (KUP) Biogasanlagen mit Power-to-Gas-Anlage Solaranlage Biogasanlage I (Trockenfermentation) mit lokalem Blockheizkraftwerk Biogasanlage II (Nassfermentation) mit Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Weltweit erste Power-to-Gas-Anlage mit biologischer Methanisierung Anbau von Energiepflanzen zur Hackschnitzelproduktion Solaranlagen (thermisch/pv) Wärmepumpen

7 Strategisches Nachhaltigkeitsprojekt Effizienz Plus Ergebnis im Vergleich zu politischen Zielen % 80 % CO 2 Fossile Brennstoffe 70 % CO 2 Fossile Brennstoffe 70 % 60 % 60 % Anteil der erneuerbaren Energien Anteil der erneuerbaren Energien Die Bundesregierung hat energie- und klimapolitische Ziele für 2050 festgelegt Viessmann hat diese Ziele am eigenen Stammsitz mit marktverfügbarer Technik schon heute erreicht

8 Strategisches Nachhaltigkeitsprojekt Effizienz Plus Ergebnis im Vergleich zu politischen Zielen 2050 Energieverbrauch nach Anwendung Veralteter Heizungsbestand Beispiel Deutschland Strom 21% Sonstige 13%** Wärme 38%* Stand der Technik 20% Verkehr 28% Veraltet 80% * Raumwärme, Warmwasser (ohne industr. Prozesswärme) ** Insb. industr. Prozesswärme, industr. mech. Energie etc. Der Wärmemarkt bietet das größte Potential zur Einsparung fossiler Energie und zur Reduzierung von CO2-Emissionen Quelle: Verband der dt. Elektrizitätswirtschaft (VDEW) / Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien (AGEE), Eurostat

9 Entwicklung der Beheizungsstruktur im Neubau und Bestand Einzellösungen (de-zentral) vs. Nahwärmesysteme (zentral) Neubau 22.5% (2016) Modernisierung 13.6% (2015) In den vergangenen 10 Jahren hat sich der Markt für Nah- und Fernwärme in Deutschland für Neubauten mehr als verdoppelt In der Modernisierung liegt der Anteil Fernwärme in Deutschland bei circa 14% - Tendenz zunehmend Zeit

10 Politische Entwicklungen begünstigen den Ausbau von Nahwärmenetzen Treiber & Benefits von Nahwärmelösungen Politische Rahmenbedingungen Treiber Förderungen Anforderungen EnEV, GEG Energie-Autarkie Benefits Erhöhung der Förderungen für Quartierslösungen (KfW, BAFA, Wärmenetze 4.0) Erfüllung der Klimaziele in 2050 Anstieg der regenerativen Energiesysteme und weg von Einzellösungen Nachhaltigkeit Energie Effizienz Reduktion der CO2 Emissionen Green Economy Energieeinsparungen durch effiziente und smarte Technologie Regenerative Energiesysteme arbeiten zumeist CO2-neutral Nutzung lokaler Energieressourcen Wirtschaft Lösungsanbieter Erschließung neuer Geschäftsmodelle Urbanisierung Abbildung von End-to-End Prozessen im gewerblichen Sektor Geschäftsmodelle der Stadtwerke und EVU s und Zusatzgeschäfte durch Mieterstrom und Mobilitätslösungen Platzeinsparung in Wohneinheiten Zeit

11 Die Energiewende macht Strom zum wichtigsten Energieträger der Zukunft (von der Förderung zur Transformation) Strommarkt Strommarkt 2.0 Energiemarkt 2.0 Sektorenkopplung Energieeffizienz Wärmewende Digitalisierung EE Strom Wichtigster Energieträger 33% Erneuerbarer Strom EE-Strom ist bestimmende Größe am Strommarkt EE-Strom beeinflusst Netzauslastung Dekarbonisierung ist ohne die Nutzung vom EE-Strom in allen Energiesektoren nicht umsetzbar Phase 1: Technologieförderung Phase 2: Weiterer Ausbau / Marktintegration Phase 3: Transformation / Systemadaption

12 Vernetzte Energieströme das Quartier der Zukunft Ganzheitliche Quartierslösungen

13 Ganzheitliche Quartierslösungen

14 Sommer Übergang Winter Dezentrale Energiesysteme in Quartieren Jahresdauerkennlinien für unterschiedliche Anwendungen (Heizlast)

15 Vernetzte Energieströme das Quartier der Zukunft Planung und Konzeption von Quartieren Bestand (Bioenergiedorf) / Neubau

16 Planung und Umsetzung von Nahwärmeprojekten und Systemlösungen Mit Viessmann von der Idee bis zur Umsetzung Zeit

17 Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Projektstatus - Technik das Quartier der Zukunft (178) (191) 214 Haushalte* (max. 220HA) = kwh/a Wärmebedarf (o. Verluste) * Stand 06/2016 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 (10.340) m Nahwärmeleitung 33,81 kwp Photovoltaik auf BHKW und Heizzentrale 156 m³ (120+36) Pufferspeicher Keyfacts Spitzenlast & Redundanz: 3 Pelletkessel in Kaskadenschaltung Nachhaltigkeit 100% 95% 80% 100% Substituiert mehr als Liter Heizöl 60% 47% Ca t CO2-Einsparung im Jahr 40% Gesamte Anlagentechnik aus einem Haus Vorteil Betrieb, Wartung und Instandhaltung 20% 0% 0% Fossile Brennstoffe CO2-Emissionen

18 Erforderliche und vorhandene Wärmeleistung ab Heizhaus (HH) [kw] Dezentrale Energiesysteme in Quartieren Vernetzte Viessmann Energieströme Referenzprojekt: das Bioenergiedorf Quartier der Wettesingen Zukunft Durchführung / Umsetzung Vitocontrol - Systemregler PV 33,81 kwp Erforderliche Leistung kw thermisch Definierte Leistung kw thermisch Biomasse 720 kw (0,63%) Redundanz 0I0III Biomasse 530 kw (5,13%) Biomasse 390 kw (12,4%) Redundanz 500 BGA 400 kw (28,6%) BHKW 366 kwel (53,2%) 0 1 Stunden [h]

19 Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Technik, Planung und Realisierung aus einer Hand Vernetzte Energieströme das Quartier der Zukunft Hausübergabestationen 100% Erneuerbare Energien Heizzentrale Nahwärmenetz Biogasanlage Regelungstechnik Photovoltaik Satelliten-BHKW

20 Viessmann Referenzprojekt: Bioenergiedorf Wettesingen Impressionen Produkte, Anlagentechnik und Baue das Quartier der Zukunft Heizzentrale Heizzentrale Pelletkessel-Kaskade Pelletkessel-Kaskade Satelliten-BHKW Biogasanlage

21 ct/kwh Dezentrale Energiesysteme in Quartieren Dynamischer Vollkostenvergleich Ölheizung ggü. regenerativer Nahwärme (Basis: Heizölpreis 01/2013) Entwicklung des Wärmepreises (Beispiel: Preisgleichheit in 2013) 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 Wärmearbeitspreis 2013 Biogaswärme + Pellets Biogaswärme + Pellets 11,3 Heizöl (Vollkosten) 11,6 Heizöl (inkl. Wirkungsgrad) 9,3 Systempreis Heizöl AfA Heizöl 500 /a Betriebskosten 200 /a Öl (Brennstoffkosten) 0,79 /l Wärmeverbrauch Wirkungsgrad 0,85 Wettesingen: 500 Genossenschaftsbeitrag Baukostenzuschuss Wärmepreis 8,3 ct/kwh 20,0 15,0 Biogaswärme & Pellets 10,0 5,0 Basis: Steigerung Heizölpreis 8,5%/Jahr Steigerung Pellets / Wärmezukauf / etc. 3,0% Jahr 0,

22 Sonnen- und Bioenergiedorf Mengsberg Neustadt (Hessen) Netzkennwerte und Trassenplan 146 vertragliche Anschlussnehmer (weitere 14 Optionen in Planung) Nutzwärmebedarf (146 Abnehmer) ca MWh Versorgung über ein m langes Nahwärmenetz (KMR- Duo-Rohr) Netztemperatur gleitend 85 /55 (Winter) bzw. 70 /40 (Sommer) Inbetriebnahme 1. Bauabschnitt geplant für Dezember 2017 Fertigstellung Gesamtnetz Aktuelle Informationen: geplant für Ende

23 Sonnen- und Bioenergiedorf Mengsberg Neustadt (Hessen) Technische Auslegung und Energiezentrale Anzahl Kollektoren im Solarfeld: 224 Stck. (Vitosol 100-F XL13) Brutto-Kollektorfläche / Aperturfläche: m² / m² Wärmeanteil Solarthermie (Gesamt / Sommer): ca. 17 % / ca. 99% Wärmeanteil Holzhackschnitzel: ca. 81 % Wärmeanteil Bio-Propan ca. 2 % (in erster Linie Redundanz)

24 Sonnen- und Bioenergiedorf Mengsberg Neustadt (Hessen) Hydraulik-Schema Bioenergiedorf 2.0 Intelligente Regelungstechnik Freiflächen Solarthermie Heizzentrale Wärmespeicher Wärmenetz 4 2 Grundlast Biomasse HHS 3 Spitzenlast NT-Kessel Bio-Propan M Solarspeicher 2 oben Solarspeicher 1 unten M 85 / 70 C (Winter / Sommer) 1 M M (Winter / Sommer) 55 / 40 C 4 Wärmemengenzähler: Solarthermiefeld Biomassekessel Bio-Propankessel Wärmenetz

25 Sonnen- und Bioenergiedorf Mengsberg Neustadt (Hessen) Impressionen: Anlieferung 2 x 150 m3 Pufferspeicher am Heizzentrale Heizzentrale Pelletkessel-Kaskade Pelletkessel-Kaskade

26 Solare Nah- und Fernwärme Ausbaustand in Deutschland

27 Beispiel Quartierslösung Städtebauliches Konzept und Anforderungen Wohneinheiten 769 x Mehrfamilienhäuser 391 x Reihen- und Zweifamilienhäuser 239 x Einfamilienhäuser m² Gewerbe und Soziale Infrast m Wärmenetz (Auslegung Warmes Netz) kwh/a ab Heizzentrale kwh/a an Wärmeabnehmer Netzverluste 10 % (pauschal) Jahresdauerlinie als Berechnungsgrundlage Szenario 1: Innovative Lösung (Insel) Szenario 2: Konventionelle Lösung Netztemperatur VL/RL 40/25 C BHKW, Wärmepumpen, Gasspitzenlast T Wärmenetz 15 K Netztemperatur VL/RL 75/45 C BHKW, Gasspitzenlast T Wärmenetz 30 K Zeit

28 Beispiel Quartierslösung Wärmeverteilung Wärmeverteilung Wärmemenge Verbraucher [kwh/a] Leistung Verbraucher über 30 W/m² [kw] Netzverluste [kwh/a] Netzverluste 10 [%] Netzlänge [m] Verlustleistung 19,8268 [W/m] Netzleistung 158,61 [kw] Wärmemenge ab Heizzentrale (HZ) [kwh/a] max. Leistung ab HZ ohne GF [kw] Gleichzeitigkeit (GF) Verbraucher 0,6 [-] max. Leistung ab HZ mit GF 3.932,98 [kw] Pufferspeicher [L] Wärmebelegungsdichte Netz [kwh/m*a] Zeit

29 Berechnung Anlagentechnik Lastaufteilung Szenario 1 Lastprognose ungeortnet Lastprognose geortnet Erdgasbezug Redundanzabsicherung Eigenstrom - - Erdgasbezug 4 Wärmepumpen mit je 4 Laststufen!

30 Beispiel Quartierslösung Systemkonfiguration Multivalenter Systemregler Spitzenlastkessel Wärmepumpen Eisspeicher BHKW Puffer Übergabe- Netzpumpen Stationen 4 Wärmepumpen mit je 4 Laststufen!

31 Vernetzte Energieströme das Quartier der Zukunft Systembausteine

32 Energiesystembaukasten Quartierslösungen Photovoltaics Solar Thermal Biogas Power-to-Gas Heatpumps CHP Condensing Boilers Biomass Electric Heating E-Mobility Power Storage Thermal Storage Energiewende bedingt steigende Komplexität bei gleichzeitiger Dezentralisierung

33 Energieströme und Schnittstellen Netzbetreiber Quartier, Bio-Energiedorf Komplexe Energieströme müssen verstanden und intelligent geregelt werden

34 Vernetzte Energieströme das Quartier der Zukunft Energiemanagement

35 Berücksichtigung vielschichtiger Informationen Nutzerverhalten Lebensgewohnheiten Tarife Fahrpläne Anreize Gebäude Regulativ Wettervorhersagen Vitocontrol Planung Neue Geschäftsmodelle Gravierende äußere Einflussfaktoren müssen Berücksichtigung finden

36 Energiemanagement Energiemanagement (Lokal) Orchestrierung lokaler Instanzen Sicherstellung Komfort u. Effizienz Verarbeiten von Fahrplänen Auswertung von Kundenwünschen Energiemanagement (Cloud) Erstellen von Prognosen Erstellen von Fahrplänen Koordination mit anderen Marktteilnehmern Informationen für lokales Energiemanagement Digitalisierung ist Enabler und Voraussetzung für das Energiesystem der Zukunft

37 Zukünftige Kooperation dezentraler Systeme Cloud Cloud Cloud EMS EMS Quartier A Quartier B Quartier C Quartiere wandeln sich von reinen Consumern zu Prosumern

38 Top 5 Key takeaways 1. Unternehmen Wandel vom Komponentenhersteller zum Full Solution Provider ganzheitlicher Energiesysteme 2. Systemplanung Durchgängige Planungsprozesse erforderlich. Simulation zur Bewertung und Auslegung multivalenter Systeme 3. Systembausteine Dezentralisierung bedingt steigende Komplexität und die Beherrschung technologischer Vielfalt 4. Systemregelung Intelligente Systemregler ermöglichen Flexibilisierung und effizienten Einsatz von Ressourcen bei gleichzeitiger Sicherstellung des Komforts 5. Verantwortung... Energie- und klimapolitische Ziele 2050 der Bundesregierung (-80% weniger CO2, -70% weniger Fossile Brennstoffe, 60% EE) schon heute erreichbar 13. Textmasterformat Gebäudeenergietag bearbeiten in Rheinland-Pfalz

39 Marco Ohme Leiter Commercial Systems & Engineering Viessmann Deutschland GmbH Viessmannstraße Allendorf (Eder) phone.: mobile: omco@viessmann.com Zukunftswerkstatt Quartiersversorgung Forum WärmeWende 20. Juni 2018 Pricewaterhousecoopers GmbH, Kapelle-Ufer 4, Berlin