Solare Nah- und Fernwärme

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1 Solare Nah- und Fernwärme Expertenworkshop Solarthermische Großanlagen für Biomasse-Nahwärmenetze 3. Februar 2015 in Stuttgart 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 2013: über 140 Mio. 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 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:

5 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:

6 SolnetBW-Studie Handlungsempfehlungen: Projektanbahnung neue Wärmenetze mit Anteil solarer Wärme Projektanbahnung Integration solarer Wärme in bestehende Wärmenetze Informations- und Beratungsaktivitäten Bürgerbeteiligung Geschäftsmodelle solare Wärmelieferung Verbesserung Rechts- und Förderrahmen Übergeordnete Handlungsfelder

7 Eingangsthesen zur Solarthermie in der Fernwärme Anlagen entstehen auf internationaler Ebene im Leistungsbereich bis 50 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

8 Solare Fernwärme Marktstatus für Europa

9 Zentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze

10 Dezentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze

11 Typen von Solarthermieanlagen in der Fernwärmeversorgung 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)

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

13 Solarkollektoren in Crailsheim Quelle: Stadtwerke Crailsheim

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

15 Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte - Beispiel Bioenergiedorf Büsingen Wärmeerzeugung ca MWh/a Gesamtinvestition Bioenergiedorf ca. 3,5 Mio. Trassenlänge ca. 5 km 107 Anschlüsse Wohngebäude, Gewerbe, öffentliche Gebäude

16 Bioenergiedorf Büsingen - Solaranlage Vorlauftemperatur C Bruttokollektorfläche m² Solarer Deckungsanteil ca. 13% Quelle: Ritter XL Solar

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

18 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

19 Zentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Fallstudie für großstädtische FW) Bild: Fotolia

20 Wirtschaftlichkeit

21 Kombination Solarthermie und Biomasse Jährliche Netzeinspeisung 8 GWh/a Erforderliche Erzeugerleistung ~4 MW Netztemperaturen VL (80/70), RL(50/60) C Solarer Deckungsanteil % in den Sommermonaten % Kollektorfläche 3000 m² Speichervolumen l/m² 450 m3

22 Wärmeeinspeisung und solarer Deckungsanteil

23 Wofür wird der Speicher genutzt? 1. Überbrückung von Schlechtwetterperioden (3-5 Tage) zur Deckung der Sommerlast 2. Stagnationsvermeidung (gemeinsam mit aktiven Maßnahmen, Hackschnitzeltrocknung) 3. Betriebsoptimierung Biomassekessel (450 m³, ~32 MWh Wärmeinhalt) 4. Spitzenlastabdeckung

24 Auswirkungen auf den Betrieb des Biomasse-Heizwerks Quelle: Gallien, FH Joanneum

25 Kostenrechnung Kollektorfeld (3000 m²) Speicher (450 m³) Anlagen- und MSR-Technik, Aufschläge Investitition ohne Förderung Investitition nach Förderung Jährliche Kapitalkosten (Verzinsung 4%, 25 Jahre) Instandhaltung und Betrieb Summe Jahreskosten Jährlicher Nutzwärmeertrag /a /a /a MWh/a

26 Fallstudie der KEA 140 Neuhengstett; HHW kw und große Solarthermie; EK konst. Wärmevollkosten, netto [ /MWh] ,4 121,1 121,1 120,4 0 Flachkollektor Studie 2013 Biomasse & Solar Röhrenkollektor Quelle: KEA

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

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

29 Kontaktdaten Internetseite: Koordination: Solites Dipl.- Ing. Thomas Pauschinger In Kooperation mit: 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.