Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung für Haushalte in Schleswig Holstein am Beispiel Energieregion WindWärme Dithmarschen und Nordfriesland

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1 Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung für Haushalte in Schleswig Holstein am Beispiel Energieregion WindWärme Dithmarschen und Nordfriesland Prof. Dr. rer. nat. Rainer Duttmann Prof. Dr. Ing. Constantin Kinias Dr. rer. nat. Michael Nolde B.Eng Richard Steidel 1

2 Endenergieverbrauch in S-H Dienstleistung, Gewerbe, Handel 8,7 TWh 13% Stromverbrauch 5,5 TWh 8% Verkehr 21,2 TWh 31% Haushalt 25,6 TWh 38% Wärmeverbrauch 20,0 TWh 30% 78% Industrie 12,4 TWh 18% Quelle: MELUR 2013 [1] 2

3 Wärmeerzeugung in S-H Klärgas/ Deponiegas, biogene Abfälle 0,2 TWh Biomasse 1,8 TWh Solarenergie (Solarthermie) 0,1 TWh Fernwärme 3,7 TWh Kohle 1,0 TWh ca. 90% fossil Öl 8,4 TWh Erdgas 18,9 TWh Quelle: MELUR 2013 [1] 3

4 Mit welchen Maßnahmen kann der Anteil an regenerativer Wärmeerzeugung am wirksamsten erhöht werden? 4

5 Regenerative Wärmeerzeugung Solarthermie Biomasse Tiefen-Geothermie Abfall- & Prozesswärme Überschuss aus Windenergie und Photovoltaik sinnvoll jahreszeitabhängig technologisch ausgereift Speicherung derzeit begrenzt sinnvoll technologisch weitestgehend ausgereift Nutzerkreis begrenzt Effizienz variabel regional machbar sehr hoher Investitionsbedarf erfordert Wärmenetz sinnvoll standortabhängig begrenzt durch Wärmenetz Nutzungszugang derzeit nicht möglich Es gibt keinen Königsweg! 5

6 Wärmeversorgung zentral (mehrere Abnehmer) Vorteile Investitionskosten für Erzeugeranlagen verhältnismäßig gering Vorteil der Nutzung von Skaleneffekten Nutzung von Abfall/Abwärme möglich dezentral (häuslich) Vorteile Verbraucher sind hinsichtlich Energieform und Energiemenge flexibel und relativ unabhängig keine thermischen Transportverluste hohe Effizienz von Einzelfeuerungsanlagen Nachteile hohe Investitionskosten für Wärmenetz bedarfsunabhängige thermische und elektrische Verluste im Netz Wärmenetz ist nicht flexibel für Bedarfsänderungen Nachteile Aufwand der Selbstorganisation 6

7 Verluste in Wärmenetzen Wärmeverteilungsverluste nach Wärmebedarf Wärmeverteilungsverluste Einfamilienhäuser 120 m² mit 23 m Netzlänge pro Haus, Leitungsverluste von 25 W/m, ganzjährige Nutzung durchschnittlicher Wärmebedarf (170 kwh/m²/a) EnEv2009 Wärmebedarf (82,5 kwh/m²/a) Wärmebedarfsdichte (Wärmeliniendichte) = Energieverbrauch/ Netzlänge [MWh/m/a] Quelle: eta Energieberatung Juli 2013 [2], eigene Berechnungen Bsp. Netz Einfamilienhäuser in Kronshagen Häuser: 49 Netzlänge: 1135 m = 23m Wärmenetz/Haus 7

8 Effizienzverlust von Wärmenetzen Wohnflächenbezogene, thermische Netzverluste: 42 ² Netzverluste für EFH Bsp. für ein EFH 120m² mit 23m anteiliger Netzlänge (thermische Netzverluste 25W/m) bei ganzjähriger Netznutzung Quelle: IBP Fraunhofer (2011) Darstellung: Shell Hauswärme-Studie November 2011 [3], eigene Berechnungen 8

9 Solarthermie Biomasse Tiefen-Geothermie Abfall- & Überschuss Prozesswärme Windenergie und Photovoltaik Wärme vor Ort Strom Bei regenerativer Energie ist die Form der Energie entscheidend. Bei Wärme ist die Transportlänge entscheidend, bei Strom und Gas nicht. 9

10 Quelle: Bundesverband WindEnergie e.v. (August 2012) [4], Ecofys, weitere 10

11 Nutzung von EinsMan für die Substitution von fossilen Brennstoffen für die Wärmeversorgung 11

12 S-H WindWärme-Simulations-Software Windenergieanlagen und Haushalte Beispiel am Umspannwerk Wöhrden 3km 12

13 S-H WindWärme-Simulations-Software Region Anschlusspunkt Wöhrden 3 km - Radius Haushalte ca Wärmebedarf (inkl. Warmwasser) EinsMan-Potenzial Substitutionspotenzial ca. 22,6 GWh ca. 5,7 GWh ca t CO 2 ca l Heizöl ca m³ Gas Wärmebedarf und EinsMan-Potenzial der Region Wöhrden 3km-Radius (Auszüge Januar/Juli 2012) 13

14 S-H WindWärme-Simulations-Software gewonnene EinsMan-EnergieEnergie Substitutionspotenzial max [kwh/haushalt] Substitutionspotenzial min [kwh/haushalt] gewonnene EinsMan-Energie max [%] gewonnene EinsMan-Energie min [%] Anteil der Haushalte in 3km Zone um das Umspannwerk Wöhrden CO 2 Äquivalent unter Berücksichtigung von Vorketten für Ölheizung 375 kg/mwh Quelle: MELUR [5]. 14

15 Systemintegration Durchlauferhitzer ohne Speicher 15

16 Systemintegration Pufferspeicher mit Heizelement 16

17 Systemintegration Solarspeicher mit Heizelement 17

18 S-H WindWärme-Simulations-Software Windenergieanlagen Dithmarschen und Nordfriesland Installierte Windenergie-Leistung Deutschland MW Dithmarschen MW = 3,42% Nordfriesland MW = 3,26% Quelle: EnergyMap,

19 S-H WindWärme-Simulations-Software Biogasanlagen Dithmarschen und Nordfriesland Installierte Biogas-Leistung Deutschland MW Dithmarschen 31 MW = 3,42% Nordfriesland 75 MW = 3,26% Quelle: EnergyMap,

20 S-H WindWärme-Simulations-Software Erreichbare 100% EinsMan-Quote EinsMan-Quote: Abdeckung des Heizbedarfs aller Haushalte (100%= vollständig) im gekennzeichneten Gebiet durch EinsMan-Windenergie vollständig beheizbare Fläche 20

21 S-H WindWärme-Simulations-Software Erreichbare 20% EinsMan-Quote EinsMan-Quote: Teilweise Abdeckung des Heizbedarfs von allen Haushalten im gekennzeichneten Gebiet zu 20% (100%= wäre vollständig) Gebäude durch EinsMan-Windenergie zu 20% beheizbare Fläche Kreise 21

22 S-H WindWärme-Simulations-Software Daten der EinsMan-Abschaltungen öffentlich zugänglich machen Technologie der Komponenten für WindWärme weiter entwickeln Ergebnisse aus Modelregion zur Verifizierung der SH- WindWärme-Simulations-Software - Algorithmen nutzen Regelmechanismen zur Reduktion von EinsMan-Abschaltungen überprüfen und anpassen. 22

23 Energieregion WindWärme Dithmarschen und Nordfriesland ist technisch realisierbar, ökologisch erforderlich, wirtschaftlich sinnvoll, und muss als ein wesentlicher Beitrag für die Energiewende umsetzbar gemacht werden. Kurzfristig wirksame Energiewende mit und für die Menschen praktizieren! 23

24 Im Namen der Ersteller dieser Analyse: Ich hoffe, wir können und dürfen weiter Beiträge in diese Richtung leisten. 24

25 Quellen [1] MELUR: Energiewende und Klimaschutz in Schleswig-Holstein -Ziele, Maßnahmen und Monitoring Tabellen und Grafiken zum Bericht der Landesregierung Drucksache 18/889 [2] eta Energieberatung: Optimierung von Wärmenetzen (Straubing, den 02. Juli 2013) URL: [3] Shell Deutschland Oil GmbH: Shell Hauswärme-Studie (Hamburg, November 2011) [4] BWE: Abschätzung der Bedeutung des Einspeisemanagements (August 2012) URL: des-einspeisemanagements-nach-ss-11-eeg-und-ss-13-abs2- enwg/ _ecofy_studie_einsman_final.pdf [5] MELUR: Die Energiewende im Wärmesektor- Chance für die Kommunen (Kiel Februar 2014) 25