Fernwärme. Rolle der Wärmenetze in der Stromversorgung

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1 Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE Rolle der Wärmenetze in der Stromversorgung Michael Nast Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Technische Thermodynamik, Stuttgart Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne

2 Gliederung 1. Bedeutung des Stromsektors in der Fernwärme Beheizungs- und Stromerzeugungsstruktur in Dänemark Interaktion von Strom- und Wärmeerzeugung Nutzung von Überschussstrom aus erneuerbaren Energien 2. Fernwärmesystemoptimierung und Tendenzen in der dänischen Energieversorgung 1. Wärmenetze auch im ländlichen Raum 2. Geringe Vor- und Rücklauftemperaturen % erneuerbare Energien bis zum Jahr Fazit Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 2

3 Beheizungsstruktur Dänemark 2010 (nach Energieträgern) Raumwärme für Haushalt und Dienstleistung Fern-/Nahwärme nach Brennstoffen 2% 7% 35% 24% 3% 30% 100 % = 150 PJ (inkl. Industrie und GHD) (davon 77 % aus Kraft-Wärme-Kopplung) DISTRICT Update_2010.xls Quelle: Dänische Energiebilanz

4 Stromerzeugung in Dänemark Der Strom wird in Dänemark entweder in KWK-Anlagen (teils im Kondensationsbetrieb) oder mit Windkraft erzeugt. Der Rest liegt unter 1%. Bruttostromerzeugung in % (39 TWh) davon Windkraft 20% große KWK-Anlagen 60% kleine KWK-Anlagen 14% KWK-Eigenerzeuger 6% Anteil der Stromerzeugung im KWK-Betrieb: 61%

5 Nutzung von Wind-Überschussstrom in Dänemark Quelle: desire/skagen/

6 Dänemark Interaktion zw. Strom- und Wärmeversorgung Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Elektro-Boiler Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Kein Pilotprojekt, sondern tägliche Praxis! Strom aus Win dkraft Strombedarf Quelle: Bremer Energieinstitut Zeit

7 Solare Nahwärme, Braedstrup, Dänemark (Kollektorfläche m², Investition 220 /m² ) Vorteil Nahwärme Große, Große, kostengünstige Kollektorfelder

8 Be- und Entladen von Wärmespeichern mit Überschusstrom Strandby Flue gas Flue gas Condens. To customer Heat pump Evaporator Condensator Engine Boiler Solar heat Heat akkumu- Lation 2 Heat akkumu- Lation 1 Quelle: John Tang, Danish District Heating Association Return

9 Strom aus 100% erneuerbaren Energieträgern Ergebnisse für unterschiedliche Verbundsysteme und Anteile nationaler Selbstversorgung /kwh oder dimensionslos Speicherbedarf in d. Stromgestehungskosten inklusive Ferntransport in /kwh Systemauslastung (= Kapazitätsfaktor = Volllaststunden / 8760) Überschuss im Verhältnis zur gesamten Stromerzeugung Stromübertragungskosten im Verhältnis zu den gesamten Systemkosten SVp_DE 85SV_EUNA 0SV_EUNA 85SV_NS9 0SV_NS Speicherkapazität im Verhältnis zum durchschnittlichen Tagesstrombedarf (rechte y-achse) 100SVp: 85SV: 0SV: DE: NS9: EUNA: Inselsystem, 100 % Selbstversorgung in jeder Stundenbilanz mindestens 85 % nationale Selbstversorgung in der Jahresbilanz kein Mindestwert für nationale Selbstversorgung gefordert Deutschland Nordseeanrainer + Irland und Luxemburg Europa (ohne Russland), Nordafrika

10 Ganglinien und Vollbenutzungsstunden für den Überschussstrom Deutschland Ganglinie Überschussstrom (100DSp_DE) Überschussleistung[MW] Zeit [h] Jahresarbeit bezogen auf Maximalleistung = 580 h/a Nordseeanrainer Ganglinie Überschussstrom (0DS_NS9) Überschussleistung[MW] Jahresarbeit bezogen auf Maximalleistung = 170 h/a

11 Zur Kopplung von Strom- und Wärmemarkt (1) Nutzung von Überschussstrom ist in großen Fernwärmespeichern sehr kostengünstig möglich (geringe Investition für Tauchsieder, geringe Speicherkosten, geringe Wärmeverluste). Hemmnis: Verzicht auf die Stromsteuer muss bei einer Verwertung von Überschussstrom verlässlich geregelt sein. Die Nutzung von solarer Wärme aus Großanlagen wird interessanter, da sie in KWK-Netzen zunehmend Wärme aus Spitzenkesseln verdrängt. Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 11

12 Zur Kopplung von Strom- und Wärmemarkt (2) Es gibt eine Reihe weiterer Möglichkeiten, den Strombedarf an die fluktuierende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien anzupassen (Lastmanagement, Pumpspeicherkraftwerke, Elektroautos, Erzeugung von H 2 oder CH 4 ). Eine vergleichende Bewertung aller Optionen gibt es bisher nicht. Der niedrige Wert für die Vollbenutzungsstunden der Überschussleistung spricht aber für die Nutzung als Heizstrom in Fernwärmespeichern. Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 12

13 Verkaufte Wärmemengen je Trassenmeter in DK Wärmemenge in kwh je Trassenmeter Deutscher Mittelwert Dänischer Mittelwert Verkauf [kwh/m] Einspeisung [kwh/m] 212 dänische Fernwärmeunternehmen Quelle: Dansk Fjernvarme, Ohne 53 Netze mit unklarer Datenlage. Fördergrenze im MAP (seit 2008) Dänischer Zielwert für neue Erschließungen (F&E) In Dänemark werden auch Gebiete mit sehr geringen Wärmedichten für Wärmenetze erschlossen. Trass-B.pre

14 Netztemperaturen in Dänemark im Winter 150 Vorlauf [ C] Rücklauf [ C] Netztemperatur [ C] Typisch für Deutschland: T Vor/Rück = 100 / 65 C 0 Im Sommer sind die Vorlautemperaturen im Mittel um 5 C geringer und die Rücklauftemperaturen um 4 C höher. 254 dänische Fernwärmeunternehmen Quelle: Dansk Fjernvarme, Ohne 11 Netze mit fehlenden Temp.angaben NetzTemp.pre Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 14

15 Minimierung der Rücklauftemperaturen in Dänemark durch Nutzung des Internets Quelle: Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 15

16 100% erneuerbare Energien in Dänemark bis 2050 (offizielles Ziel der dänischen Regierung) Quelle: Klimakommissionen, Green energy the road to a Danish energy system without fossil fuels. Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 16

17 Fazit Wärmenetze begünstigen den Übergang in eine nachhaltige Energieversorgung auf vielfältige Weise. Fernwärme kann merkliche Beiträge zum Ausgleich von Angebot (Wind, PV) und Nachfrage in zukünftigen Stromnetzen leisten. In Dänemark kann dies schon heute beobachtet werden. Dänemark ist beispielgebend bei hohem Anteil an Fernwärme, KWK und erneuerbaren Energien geringen Vor- und Rücklauftemperaturen in den Wärmenetzen Transformation des Energiesystems hin zu erneuerbaren Energien Empfehlung: Flächendeckende Aufstellung von einheitlich strukturierten, kommunalen Wärmeversorgungsplänen nach dänischem Vorbild. Wärme- und Kälteversorgung in der Energiestrategie Schweiz 11. Tagung vom 26. Januar 2012 in Biel-Bienne 17