Technik und Wirtschaftlichkeit solarthermischer Großanlagen

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1 Technik und Wirtschaftlichkeit solarthermischer Großanlagen Solare Wärmenetze ein wichtiger Baustein der Wärmewende 24. September 2015, Karlsruhe Dipl.-Ing. Thomas Pauschinger Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme Meitnerstr. 8 D Stuttgart

2 Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Steinbeis Stiftung für Wirtschaftsförderung Deutschlands größtes Technologietransferunternehmen Zentrale in Stuttgart, Jahresumsatz 145 Mio. im Jahr 2013 Solites als Teil des Steinbeis Unternehmensverbundes 2005 gegründet von zwei ehemaligen Wissenschaftlern des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart. Forschung, Entwicklung und Beratung z.b. EU DG Tren, DG Energy, BMWi, BMU, BMFT, Wirtschaftsministerium Ba-Wü, Landwirtschaftsministerium Ba-Wü, Stadt München, Stadtwerke Crailsheim, E.On Hanse Wärme GmbH, Saga GWG AG, Rehau AG, Marstal Fjernwarme, Foster and Partners, Bauträger, Planungsbüros, Unternehmen, Industrieverbände, Forschungseinrichtungen Expertise für solarthermische Großanlagen und saisonale Wärmespeicher z.b. für IEA/ OECD, EU DG Energy, BMU, Expertenkreise

3 Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Solites: Forschungsinstitut F+E in den Bereichen Solarthermie, Geothermie, große Wärmespeicher, Systemintegration und integrale Energiekonzepte einschließlich Biomasse, KWK, Abwärme, Wind, PV und Mobilität Beratung von Wohnungsbau, Industrie und der öffentlichen Hand durch Konzeption, Simulation und wissenschaftlich-technische Projektbegleitung Marktentwicklung für solare Fernwärme, große solarthermische Anlagen, Multifunktions-Wärmespeicher in D und EU Produktentwicklungen und deren Markteinführung für die Industrie Wissenschaftlich-technische Begleitung von Pilot- und Demovorhaben Evaluation von Pilotanlagen (Monitoring und Auswertung)

4 SolnetBW Solare Wärmenetze Baden-Württemberg Ziele und Ergebnisse: Marktentwicklung von solaren Fernwärmesystemen in BW Verbesserung der politischen, rechtlichen und ökonomischen Randbedingungen Maßnahmen zur Markteinführung, Initiierung von Neuanlagen in BW Technische Ausrichtung: Solarthermische Großanlagen im Leistungsbereich 1-10 MW th für Energiedörfer (Bsp. Büsingen) Mittelgroße städtische Wärmenetze (Bsp. Crailsheim) Große städtische Fernwärme Laufzeit: November 2013 April 2016 Beteiligte Institutionen: Gefördert durch:

5 SDHplus Neue Geschäftsmodelle für Solarthermie in Wärme- und Kältenetzen Geschäftsmodelle für solare Nah- und Fernwärme Fallstudien zu first-of-its-kind -Anlagen und innovativen Netzintegrationen Marketingansätze für Fernwärme mit Solarthermie Begleitung von Einsteiger-Ländern ES, FR, HR, LT, PL, SI Internationale SDH-Konferenz Laufzeit: Juli 2012 Juni 2015 Umsetzung in 12 EU-Ländern Deutsche Partner (Koordination): Gefördert durch:

6 Eingangsthesen zur Solarthermie in der Fernwärme Anlagen entstehen auf internationaler Ebene im Leistungsbereich bis 100 MW th. Wärmegestehungskosten um 50 /MWh zzgl. Förderung von 40 % der Investition Veränderte Betriebssituation bei der Fernwärmeerzeugung durch Wandel am Strommarkt, hierdurch kürzere Laufzeiten der KWK und Möglichkeit zur Substitution von Heizkesselwärme

7 Solare Deckungsanteile von Solarthermie

8 Solare Fernwärme Marktstatus für Europa

9 Solare Nah- und Fernwärme

10 Typen von Solarthermieanlagen in der Fernwärmeversorgung Es gibt zahlreiche Integrationsmöglichkeiten für die großflächige Solarthermie in Wärmenetze. Konkurrenzfähig sind große (>1 MW th ) und einfache Anlagen mit solaren Deckungsanteilen <20 %, möglichst in Freilandaufstellung. 1. Solare Wärmenetze zur Quartiersversorgung 2. Solare Wärmenetze mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere 3. Dezentral eingebundene Solaranlagen in Quartieren (Beispiel SE) 4. Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte (Beispiele DK, AT und DE) 5. Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating, Beispiel DK) 6. Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Beispiel AT) 7. Zentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Fallstudie)

11 Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte - Beispiel Bioenergiedorf Büsingen Wärmeerzeugung ca MWh/a Trassenlänge ca. 5 km 107 Anschlüsse Wohngebäude, Gewerbe, öffentliche Gebäude Vorlauftemperatur C Bruttokollektorfläche m² Solarer Deckungsanteil ca. 13%

12 Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen Beispiele Wels und Graz (AT) Anlagenbetreiber: Kollektorfläche: FW-Netzparameter: Einspeisetemperatur: p VL,max Δp max Anlage Messe Wels Elektrizitätswerke Wels AG m² CPC-VRK 50 km / 173 GWh/a 85 C konstant 6,4 bar 4,7 bar Anlage Stadion Liebenau, Graz SOLID (Contractor) m² Flachkollektoren 700 km / 973 GWh/a 80 C konstant 8,7 bar 2,5 bar

13 Solare Wärmenetze mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere Beispiel Crailsheim Versorgungsgebiet Gebäude: 260 WE, Schule, Sporthalle Wärmenetzeinspeisung: MWh/a Kollektorfläche: m² (Apertur) Solarer Deckungsanteil: 50 % (gemessen) Wärmespeicher m³ Pufferspeicher m 3 Erdsondenwärmespeicher Sonstige Wärmeerzeugung Wärmepumpe 350 kw, Fernwärmenetz (BHKW)

14 Kollektorfelder auf Mehrfamilienhäusern in Crailsheim Source: Stadtwerke Crailsheim

15 Solarkollektoren in Crailsheim Quelle: Stadtwerke Crailsheim

16 Erdsonden-Wärmespeicher in Crailsheim, m³, 2007

17 Dezentral eingebundene Solaranlagen in Quartieren Beispiel Gardsten in Schweden Gebiet Renovierung einer 70er-Jahre-Wohnsiedlung Gardstenbostäder (Wohnbaugesellschaft) Fernwärmenetz Göteborg Wärmeabgabe: GWh/a Leitungslänge: km Solarthermie Kollektorfläche: 150 m² (Apertur) Solarertrag: ~300 kwh/(m² a) Einspeisetemperatur: konstant ~80 C Einspeisung Vorgefertigte Übergabestation von Armatec

18 Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating) Beispiele: Braedstrup, Dronninglund und Marstal (DK)

19 m³ Erdbeckenspeicher Heizwerk m² Kollektorfeld photo: Dronninglund Fjernvarme

20 Dronninglund (DK) Flächenverbrauch für Solarthermie

21 Flächenverbrauch für Solarthermie Volldeckung des Wärmebedarfs einer Gemeinde aus erneuerbaren Energien mit Biomasse mit Solarthermie

22 Wirtschaftlichkeit Wärmegestehungskosten um 50 /MWh erzielbar zzgl. Förderung der Investition

23 SolnetBW - Solare Wärmenetze für Baden-Württemberg Studie: Solare Wärmenetze für Baden-Württemberg - Grundlagen, Potenziale, Strategien Stand der Technik und der Markteinführung Wirtschaftlichkeit Rechtliche Rahmenbedingungen Möglichkeiten der Bürgerbeteiligung Fallstudien und Integrationsbeispiele Potenziale der Solarthermie in der Fernwärmeversorgung in BW Handlungsempfehlungen an Politik, Verwaltung und Verbände Aktionsplan für Verbreitungsaktivitäten (Kommunikation, Veranstaltungen, Umsetzungsunterstützung)

24 SDH Online-Rechner für zentrale und dezentrale Einbindung basierend auf dynamischen Simulationen nutzerfreundlich, mehrsprachig, kostenfrei nutzbar

25 SDH-Internetseite: News Marktstudien Anlagen-Datenbank SDH-Leitfaden Workshops + Kurse Branchenverzeichnis Kontaktstelle

26 Kontaktdaten Internetseite: Koordination: Solites Dipl.- Ing. Thomas Pauschinger Projektpartner: Gefördert durch: Haftungsausschluss: Die alleinige Verantwortung für den Inhalt dieser Präsentation liegt bei den Autoren. Sie gibt nicht unbedingt die Meinung der Fördermittelgeber wieder. Die Fördermittelgeber übernehmen keine Verantwortung für jegliche Verwendung der darin enthaltenen Informationen.