DEKARBONISIERUNG DER FERNWÄRME

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1 DEKARBONISIERUNG DER FERNWÄRME Wolfgang Schulz Berater des IFAM Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung OE Energiesystemanalyse (ehem. Bremer Energie Institut) Berliner Energietage 2016 Wie verschmelzen Strom- und Wärmesektor? Veranstalter: Agora Energiewende Berlin, 13. April 2016

2 INHALT Bestehende Spielräume für eine Dekarbonisierung der Fernwärme Ausgangspunkt Dänische Spezialitäten Solarthermieeinspeisung Integration von flexibler KWK, Wärmepumpen und PtH Upgrade der Fernwärmesysteme Fazit Folie 2

3 Bestehende Spielräume Allgemein: Bei der Fernwärmeversorgung ist Dekarbonisierung leichter anreizbar und umsetzbar als bei dezentraler Wärmeversorgung! Grundsätzliche Strategien: Umstellung der Erzeugungsbasis Zwischenschritt: kohlenstoffarme Brennstoffe Steigerung des Einsatzes von EE und Abwärme Steigerung der Wärmeerzeugungseffizienz Maximierung der durch KWK ermöglichten Brennstoffeinsparung Steigerung der energetischen Effizienz der Wärmeverteilung Folie 3

4 Ausgangspunkt Aktuelle Wärmeerzeugungsbasis der Fernwärmeversorgung Quelle: gemäß AGFW-Hauptbericht 2014 Die Darstellung enthält Vereinfachungen: Sie berücksichtigt lediglich den Brennstoffeinsatz der Fernwärmeversorger in eigenen KWK-Anlagen und lässt Brennstoffe, die einen geringen Anteil annehmen, unberücksichtigt. Außerdem sind die überwiegend mit Biobrennstoffen in Verbindung stehenden Fernwärmesysteme (z.b. der sog. Bioenergiedörfer) unberücksichtigt Für Hausmüll ist die Hälfte als biogener Anteil angenommen Folie 4

5 Ausgangspunkt Aktuelle Wärmeerzeugungsbasis der Fernwärmeversorgung Quelle: gemäß Energistyrelsen/Danish Energy Agency Fjernvarme-Udbredelse i DK - Brændsler i varmesystemet, 2012 in Verbindung mit District Heating Danish Experiences, 2014 S. 5 Bei Hausmüll ist die Hälfte als biogener Anteil unterstellt Folie 5

6 Ausgangspunkt Aktuelle Wärmeerzeugungsbasis der Fernwärmeversorgung Es lohnt sich offenbar zu schauen, was in Dänemark anders gelaufen ist Folie 6

7 Dänische Spezialitäten neben dem hohen Anteil an EE in der Fernwärmeerzeugung hoher Fernwärmeversorgungsanteil > 60% der Wohngebäude (D: 14%) Fernwärme fast in allen geschlossenen Ortschaften hoher KWK-Stromanteil von >50% (D: 16%) Wärmeabsatzdichte in den Wärmenetzen im Durchschnitt nur ein Drittel gegenüber deutschen Verhältnissen! (Dk: kwh/m, D kwh/m) Fernwärmepreise etwa auf deutschem Niveau vor dem Hintergrund: hoher Windkraftanteil in der Stromversorgung: >40% (D: 13%) Wie ist es dazu gekommen? Folie 7

8 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Öl Holz Kohle Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 8

9 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 9

10 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 10

11 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 11

12 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie PtH Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft PtH = Power to Heat Groß-WP = Großwärmepumpen Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 12

13 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie PtH Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 13

14 Dänische Spezialitäten Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie PtH Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 14

15 Dänische Spezialitäten Multivalente Wärmeerzeugung Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie PtH Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Weitere Optionen: - Abwärmenutzung - Tiefengeothermie - Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit Folie 15

16 Dänische Spezialitäten Fortsetzung folgt Neubau: keine Gas- oder Ölheizung ab 2013 zugelassen Gebäudebestand: keine neue Ölheizung ab 2016 zugelassen 50 % des Stroms aus Windkraft bis 2020 Biogasausbaustrategie Optimierung des Biomasseeinsatzes Steigerung der Gebäudeenergieeffizienz Folie 16

17 Solarthermieeinspeisung Bei Auslegung für < 20% der jährlichen Fernwärmeerzeugung: nutzbarer Energieertrag etwa 4mal höher als bei PV oder dezentraler Solarthermie Wärmegestehungskosten von 3 5 Ct/kWh möglich Foto: Wolfgang Schulz Folie 17

18 Integration von flexibler KWK, Wärmepumpen und PtH Fernwärme = gebündelter Wärmebedarf führt zu Leistungsklassen, die nebeneinander wirtschaftlichen Einsatz von KWK, Groß-WP und PtH erlauben, deren Einsätze sich strikt nach Wärmebedarf und momentanen Stromangebot orientieren Wärmebedarf Strom: Residuallast RL (ca. 2030) 100% Wärmelast 80% 60% 40% 20% Unterdeckung = positive RL Überschuss = negative RL 0% Zeit in h Beide Abb. gemäß eigener Studie Flexibilitätsreserven aus dem Wärmemarkt, 2013 KWK bei Stromunterdeckung (flexible KWK) Brennstoffeinsparung Groß-WP bzw. PtH bei Stromüberschüssen EE-Wärmeerzeugung Folie 18

19 Integration von flexibler KWK, Wärmepumpen und PtH BHKW der Megawattklasse: besonders flexibel und energieeffizent Sie weisen zudem auch bei verminderter Auslastung relativ niedrige Erzeugungskosten auf KWK ( Betrieb bei positiver RL) und Groß-WP ( Betrieb bei negativer RL) ergänzen sich in idealer Weise PtH sind besonders geeignet für extreme Überschusssituationen und steile Lastverläufe Dagegen ist multivalente Wärmeerzeugung bei gebäudebezogenen Lösungen im Allgemeinen unwirtschaftlich So sind dezentrale Elektro-Wärmepumpen vor dem Hintergrund der Flexibilitätsanforderungen problematisch (das Problem lässt sich auch nicht mithilfe von Wärmespeichern überwinden) Folie 19

20 Integration von flexibler KWK und PtH in Dänemark Beispiel: Protokoll (14 Tage) für das Fernwärmesystem in Ringköbing Strompreis Spotmarkt 1 = 7,5 DKr Strompreisprognose Heizkessel E-Heizkessel BHKW Solaranlage Speicherfüllstände Folie 20

21 Upgrade der Fernwärmesysteme Effizienzsteigerung der Fernwärmeverteilung mittels Absenkung der Systemtemperaturen besonders wichtig: Absenkung der Rücklauftemperaturen Diese sind in erster Linie von der gebotenen Temperaturspreizung der Gebäudeheizsysteme abhängig Abgesenkte Vor- und Rücklauftemperaturen vereinfachen Wärmespeicherung im Rahmen der Fernwärmeversorgung mindern die Wärmeverluste aus den Leitungen (die Leitungsverluste werden kaum von der Größe der Fernwärmesysteme beeinflusst!) verbessern die Einspeisebedingungen von Abwärme und EE Vermindern die mechanische Beanspruchung der Fernwärmesysteme Erhöhen die Vielfalt der möglichen Rohrsysteme Stärkere Wärmedämmung der Fernwärmerohre Folie 21

22 Upgrade der Fernwärmesysteme das Bemühen um niedrige Rücklauftemperaturen in Dänemark ohne Passwortschutz im Internet einsehbar! Folie 22

23 Fazit Dekarbonisierung: Umstellung der Erzeugungsbasis Zwischenschritt: Erdgas statt Kohle, später auch Gas aus PtG Steigerung des Einsatzes von Biomasse, Groß-WP, Solarthermie, Tiefengeothermie und Abwärme Steigerung der Wärmeerzeugungseffizienz Steigerung des Einsatzes flexibler KWK und von Biomasse-KWK Steigerung der energetischen Effizienz der Wärmeverteilung Temperaturabsenkung Ausbau der Fernwärme, um die betrachteten Strategien in großer Breite zur Verfügung zu haben Folie 23

24 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Wolfgang Schulz Berater des IFAM Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung OE Energiesystemanalyse Wiener Straße Bremen Germany Web: Folie 24

25 Ein Vortrag im Rahmen der Diese Seite darf nicht entfernt werden. Für die in diesen Unterlagen bereit gestellten Informationen kann keine Haftung übernommen werden. Die Verantwortung für die Inhalte in diesem Vortrag, auch urheberrechtlicher Natur, liegen bei der Referentin/dem Referent. Bei Fragen oder Ansprüchen kontaktieren Sie diese bitte direkt. Eine kommerzielle Weiterverbreitung darf nur nach schriftlicher Genehmigung der Rechteinhaberin erfolgen Referent(in) / Veranstalter(in) Die Leitveranstaltung der Energiewende in Deutschland fand in 2016 vom 11. bis zum 13. April im Ludwig Erhard Haus in Berlin statt. Weitere Informationen und viele Vortragsunterlagen zu über 300 Vorträgen aus 54 Veranstaltungen im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE 2016 finden Sie unter