Wärmebereitstellung für die fernwärmeversorgten Objekte im Großraum Graz

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1 Wärmeversorgung Graz 2020/2030 Wärmebereitstellung für die fernwärmeversorgten Objekte im Großraum Graz Statusbericht 2016 Fachliche und organisatorische Begleitung: Stand: 3. Mai 2016

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3 1 Ausgangssituation Rund 80% der jährlichen Wärmemenge für die Fernwärme (ca GWh/a für den Großraum Graz in 2013) kamen in den vergangenen Jahren als günstiges Nebenprodukt der Stromerzeugung aus dem Kraftwerkspark Mellach. Die erforderliche Maximalleistung für den Großraum Graz an einem sehr kalten Wintertag beträgt ca. 530 MW. Die vertraglich vereinbarte Wärmeleistung aus dem Kraftwerkspark Mellach beträgt derzeit bis zu 230 MW. Nachdem sich die Situation am mitteleuropäischen Strommarkt in den letzten Jahren dramatisch geändert hat, sind moderne erdgasbetriebene Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen, wie das GDK Mellach obwohl energetisch hocheffizient- derzeit nicht wirtschaftlich betreibbar. Wärmelieferungen aus Mellach nach 2020 sind daher äußerst ungewiss. Um insbesondere keine Engpässe bei der Versorgung der Bürgerinnen und Bürger in Graz und den Gemeinden südlich von Graz entstehen zu lassen und um ein zukunftsorientiertes, emissionsarmes und nachhaltiges Fernwärmesystem zu entwickeln, wurden daher Alternativen für die Bereitstellung der Fernwärme über das Jahr 2020 hinaus entwickelt. Das Projektteam Wärmeversorgung Graz 2020/2030 unter der Leitung des Umweltamtes der Stadt Graz, bestehend aus Energie Steiermark, Energie Graz und Graz Holding, unterstützt durch die Grazer Energieagentur und unter Mitwirkung einer großen Zahl von FachexpertInnen sowie Industrie- und Interessensvertretern analysiert und entwickelt seit 2014 verschiedene Optionen für die Versorgung der fernwärmeversorgten Objekte im Großraum Graz. Der Bearbeitungsprozess im Rahmen eines sog. Calls for Contributions erfolgte 2014 in einer erweiterten Arbeitsgruppe und in intensivem Dialog mit insgesamt ca. 80 FachexpertInnen in 9 Workshops. Dabei wurden 38 Vorschläge eingebracht, diskutiert und geprüft. Für die besten daraus und die in weiterer Folge erarbeiteten wird die Umsetzung nun konkret vorbereitet. Die Information der interessierten Öffentlichkeit und ein Dialog mit der Fachwelt erfolgen weiterhin laufend: die ersten Ergebnisse wurden Anfang 2015 der Bevölkerung vorgestellt und im Rahmen der Grazer Energiegespräche ( ) öffentlich diskutiert. Im Bericht Optionen für die Wärmebereitstellung fernwärmeversorgter Objekte im Großraum Graz vom Dezember 2014 sind die Ausgangssituation, die Ziele, der Stakeholderprozess Wärmeversorgung Graz 2020/2030 konkret beschrieben. Nachfolgend werden die wesentlichen Eckpunkte und Fortschritte im Jahr 2015 bei der Gestaltung eines sicheren, kostengünstigen und umweltfreundlichen Fernwärmesystems der Zukunft dargestellt

4 2 Der Prozess im Jahr 2015 Im Jahr 2015 lag der Fokus der Aktivtäten der Arbeitsgruppe Wärmeversorgung Graz 2020/2030 und dessen Kernarbeitsteams bei: der Information der Politik und der Bevölkerung zum aktuellen Status der Arbeiten (Grazer Energiegespräche Zukunft der Wärmeversorgung im Großraum Graz, Pressekonferenz ) der Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen für konkrete Maßnahmen (Abwärmenutzung Kläranlage der Stadt Graz, Abwärmenutzung Papier- und Zellstoffwerk Sappi, Big Solar Graz ) der regelmäßigen Prüfung neuer Entwicklungen (Abwärmenutzung Rechenzentren, Langzeitspeicher, Power to Heat, dezentrale KWK mit Wärmepumpen ) der Entwicklung eines Simulationsmodells für viele verschiedene Einspeiser und der Durchführung von Simulationsrechnungen zur Optimierung einem regionalen und internationalen Erfahrungsaustausch um weitere Inputs zu gewinnen (Exkursionen Dänemark, Schweden, Schweiz, Deutschland zu den Themen Großsolaranlagen mit Langzeitspeichern, Abwärmenutzung, Geschäftsmodelle und Anreizsysteme für Fernwärme, Anergienetze, Energieraumplanung, etc.) der Aktualisierung des Maßnahmenplans 3 Maßnahmenplan Folgende Grundsätze werden für die Gestaltung des zukünftigen Fernwärmesystems angelegt: Größtmöglicher Anteil an Alternativenergie (Erneuerbare & Abwärme & Umweltwärme) Zusätzliche Steigerungen der Energieeffizienz bei Gebäuden, Kundenanlagen und im Gesamtsystem Fernwärme Beibehaltung der Versorgungssicherheit durch Errichtung erdgasbasierter Erzeugungskapazitäten als Reserve für nicht durchgängig verfügbare Erzeugungsanlagen (KWK, Abwärme, Solar etc.) und für die Bereitstellung der erforderlichen Leistung auch an kalten Wintertagen. Eine ganze Reihe von Projekten befindet sich bereits in Umsetzung oder in konkreter Vorbereitung! Der aktuelle Status ist im Folgenden dargestellt:

5 3.1 Maßnahmen in Umsetzung oder bereits umgesetzt Energie Graz: HELIOS - solares Speicherprojekt Neufeldweg: Solarfläche m² (Endausbau m²), druckloser Fernwärmespeicher mit m³, max. Entladeleistung 10 MW, Deponiegas-BHKW, Power to Heat, Option Wärmepumpe; Inbetriebnahme erste Ausbaustufe Weitere Abwärmenutzung mit Wärmepumpen in der Marienhütte (bis 11,7 MW): Nutzung industrieller Abwärme mit hocheffizienten Großwärmepumpen; Einspeisemöglichkeit ins Niedertemperatur-Nahwärmenetz Reininghaus, in den Wärmespeicher im Power Tower und ins Fernwärmenetz; aktuell Inbetriebnahme-Tests, Inbetriebnahme im Juni Energiemodell Reininghaus : Errichtung eines wärmetechnisch optimierten Niedertemperatur Nahwärmenetzes inkl. Pufferspeicher (2.000 m³) für das neue Stadtentwicklungsgebiet für ca BewohnerInnen; Inbetriebnahme NT-Netz und Speicher für Q4/2017 geplant. Abwärmenutzung aus Papier- und Zellstoffwerk Sappi (25-35 MW): gemeinsames Projekt der Energie Graz mit SAPPI/Bioenergie. Nutzung der Abwärme aus der Eindampfanlage und aus der kombinierten Strom-Wärme Produktion sowie Energie von biogenen Brennstoffen (Rinde, Ablauge) daher sehr geringe CO 2 -Werte. Energielieferung von ca. 15% des Grazer Wärmebedarfs. Beschlüsse liegen vor, Projektstart im Mai Abwärmenutzung Eishalle Graz (0,7 MW): Nutzung der Abwärme der Kältemaschinen und Anhebung des Temperaturniveaus über Wärmepumpe; Inbetriebnahme im Sommer Energie-Effizienzmaßnahmen bei Fernwärme-Kundenanlagen inkl. Absenkung der Rücklauftemperaturen: Pilotprojekte bei Großkunden in Umsetzung. Adaptierung der Heizzentrale Waagner-Biro Straße (14 MW): Planung, Einreichung und Demontage der Altanlage und Baubeginn sind erfolgt; Inbetriebnahme September Energie Steiermark: Ausbau der Solaranlage am Areal FHKW Graz: zus m² umgesetzt 2014/2015; weitere Solarmodule für 2016 (ca. 220 m²); Endausbau somit m² und damit die größte Thermosolaranlage Mitteleuropas. Wärmeeinspeisung FARINA-Mühle (im Endausbau 0,25 MW): Einspeisung von Überschusswärme aus der mit biogenen Abfällen befeuerte Verbrennungsanlage ins Fernwärmenetz; Inbetriebnahme 12/2015. Hackgut-Biomasseanlage in Raaba/Hart (5 MW aus regionaler Aufbringung): Vertrag mit Betreibergesellschaft unterzeichnet; die Genehmigungen liegen vor; Grundstücke wurden erworben; Inbetriebnahme Herbst

6 Errichtung von zusätzlichen erdgasgefeuerten Kesselanlagen im FHKW Graz (Nennleistung 185 MW): behördliche Bescheide liegen vor; Baubeginn erfolgte Anfang Jänner 2016; Inbetriebnahme ab Herbst Weiters Erneuerung von drei erdgasbefeuerten Heißwasserkesseln in Containerbauweise (je 7 MW) im FHKW Graz (Q1/2016). Die neuen Kesselanlagen erreichen höhere Wirkungsgrade und haben niedrigere Emissionen als die Altanlagen, welche seit mehr als 30 Jahren in Betrieb standen. 3.2 Maßnahmen in Vorbereitung bzw. vertiefter Prüfung Abwärmenutzung Kläranlage der Stadt Graz (7-14 MW): Nutzung der Abwärme des Abwassers der Kläranlage mit Temperaturanhebung über Wärmepumpen zur ökologischen Bereitstellung von Wärme für das FW-Netz mit sehr geringen CO 2 -Emissionen. Potential: bis zu 10% der jährlichen Wärmeaufbringung des Grazer Fernwärmenetzes. Machbarkeitsstudie mit verschiedenen Varianten und modular erweiterbar in Bearbeitung. Geothermie Campus Eggenberg: Ein innovatives Energiekonzept der Energie Graz auf den ehemaligen Siemensgründen in Eggenberg. Durch den Einsatz von Wärmepumpentechnologie in Verbindung mit Geothermie und konventioneller Fernwärme, einer PV-Anlage, Wärmespeicher und einem umfassenden Dienstleistungsangebot wird eine ökologisch nachhaltige Energieversorgung demonstriert. Inbetriebnahme September 2017 geplant. Big Solar Graz: Großsolaranlage in Verbindung mit Langzeitspeicher mit dem Ziel einer 20%-igen Deckung des jährlichen Fernwärmebedarfs. Konzept: Kollektorfeld (bis m²) in Verbindung mit einem Saisonspeicher (Erdbeckenspeicher bis m³) und Absorptionswärmepumpen. Machbarkeitsstudie ist mit positivem Ergebnis abgeschlossen. Derzeit Abklärung genehmigungsrechtlicher Erfordernisse und Erarbeitung von Umsetzungsmodellen. Maßnahmen zur Verbesserung der Gesamteffizienz des Fernwärme- Systems wie Nutzung unterschiedlicher Temperaturniveaus, Ausbau Leckwarnsystem, thermografische Untersuchungen, etc. Power to Heat Anlage Gössendorf (10 MW): Wärmeerzeugung mit Überschussstrom aus erneuerbarer Stromproduktion

7 3.3 Planung weiterer Maßnahmen für den Zeitraum nach 2020 Es werden im Kernarbeitsteam (KAT) laufend Maßnahmen analysiert und erarbeitet, die eine weitere Ökologisierung und Effizienzsteigerung im Fernwärmesystem nach dem Jahr 2020 ermöglichen sollen. Wesentliches Merkmal des Prozesses Wärmeversorgung Graz 2020/30 ist die Offenheit und Flexibilität gegenüber neuen Lösungsansätzen und die regelmäßige Prüfung der verfügbaren Optionen. Falls sich neue technologische Entwicklungen, wirtschaftlichere Lösungen oder geänderte rechtliche Rahmenbedingung zeigen, werden die beteiligten Unternehmen diese bei der weiteren Entscheidungsfindung berücksichtigen. Mittelfristig (bis 2030) soll ein 50%-iger Anteil an Alternativenergie im Fernwärmesystem erreicht werden. Langfristig wird im Einklang mit den Pariser Klimaschutzzielen ein möglichst weitgehender Ausstieg aus der fossilen Wärmebereitstellung und insbesondere aus der Nutzung von Kohle angestrebt. Weitergehende Maßnahmen beinhalten, neben der Fortführung zusätzlicher Energieeffizienzsteigerungen im Gebäudebestand und bei Heizungsanlagen, Erzeugungsanlagen auf Basis biogener Brennstoffe, Solarenergie, Wärmepumpen zur Nutzung der Quellen Abwärme, Abwässer, Grundwasser, Erdwärme, etc. Insbesondere sollen intensiver geprüft werden: Weitere Effizienzsteigerungen im Gebäudebestand und bei Heizungsanlagen Weitere Abwärmenutzungen Hochtemperatur-Wärmepumpen mit den Quellen Grundwasser oder Erdwärme Aufgrund der speziellen Situation von Graz (Kessellage, Luftgüte) bzw. energiepolitischen Gesichtspunkten ist bei folgenden Maßnahmen vorab eine vertiefende Diskussion und Bewertung erforderlich: Weitere Hackgut-Biomasseanlagen Weitere Power to Heat Anlagen Biogas-/Biomethan Kraft-Wärme-Kopplung (Biomethan aus dem Erdgasnetz) Thermische Reststoffverwertung (inkl. Sperrmüll und Klärschlamm)

8 3.4 Weitere Maßnahmen Wärmelieferung aus Mellach nach 2020 Die Weiterführung der Wärmelieferung aus Mellach nach 2020 ist ungewiss. Laut Zeitungsberichten besteht Interesse von Investorengruppen, den gesamten Standort zu übernehmen. Die Energie Steiermark steht weiteren Wärmelieferungen aus Mellach grundsätzlich offen gegenüber, allerdings sind wirtschaftliche und ökologische Rahmenvorgaben einzuhalten, insbesondere darf eine mögliche Vereinbarung eine weitere Ökologisierung des Fernwärmesystems nicht verhindern. Wärmeaufbringung aus Erneuerbarer Energie oder Abwärme - sofern diese wirtschaftlich darstellbar sind - haben Vorrang. Kritisch zu hinterfragen wäre jedenfalls eine langfristige Wärmeerzeugung auf Basis Steinkohle, auch unter dem Gesichtspunkt, dass das FHKW Mellach, das aktuell bereits seit 30 Jahren in Betrieb ist, gemeinsam mit dem EVN-Kraftwerk Dürnrohr die letzten (für die öffentliche Stromversorgung) in Betrieb befindlichen Steinkohlekraftwerke Österreichs sind. Die EVN hat bereits angekündigt, das Kraftwerk Dürnrohr spätestens 2025 stillzulegen Netzverdichtung im Fernwärmegebiet Die weitere Verdichtung im bestehenden Fernwärmegebiet soll fortgeführt werden, da dies auch die Effizienz des Netzes verbessert. Gebietserweiterungen in neue, heute noch nicht fernwärmeversorgte Gebiete sollen in Abhängigkeit von der gesicherten Wärmebereitstellung erfolgen. Die Fernwärme-Anschlussgebiete gemäß KEK-Beschluss aus dem Jahr 2011 sollen entsprechend adaptiert werden Niedertemperatur-Fernwärmenetze in neuen Entwicklungsgebieten Bei neuen Stadtentwicklungsgebieten wird versucht, (dezentrale) Niedertemperatur-Wärmeversorgungssysteme ähnlich dem Energiemodell Reininghaus umzusetzen. Damit werden bessere Voraussetzungen für die Einbindung erneuerbarer Energien und Abwärme in Kombination mit Wärmepumpen geschaffen

9 4 Bewertung 4.1 Versorgungssicherheit Mit den aktuell von Energie Steiermark und Energie Graz in Umsetzung befindlichen Maßnahmen (s.o.) kann auch bei Wegfall der Wärmelieferung aus Mellach eine Leistung von etwa 575 MW abgedeckt und damit die Versorgung der Bestandskunden gewährleistet werden. Mit den Maßnahmen, die derzeit vertiefend hinsichtlich der Umsetzbarkeit geprüft werden (Abwärmenutzung Kläranlage der Stadt Graz, Big Solar Graz) kann ab 2020 am kältesten Tag eine Maximalleistung von ca. 640 MW bzw. 700 MW bis 2030 aufgebracht werden. Damit könnte, auch bei Berücksichtigung der erforderlichen Reservekapazitäten (Ausfalls der größten Erzeugungsanlage), der laut KEK Graz 2020 bzw. KEK-Beschluss aus dem Jahr 2011 angestrebte Fernwärme-Ausbau abgedeckt werden. 4.2 Wärmepreise Die Grazer FW-Preise liegen derzeit im mitteleuropäischen Vergleich im unteren Mittelfeld. Bislang stand die Wärme aus den VTP-Anlagen in Mellach als Koppelprodukt der Stromerzeugung günstig zur Verfügung. Es ist davon auszugehen, dass dies aufgrund der dargestellten Marktentwicklungen nach 2020 nicht mehr der Fall sein wird. Der Preis wird in hohem Maße von der Entwicklung der Energiemärkte abhängen. Durch brennstoffunabhängige Wärmeerzeugung (z.b. Solar) kann eine bessere Preisstabilität erreicht werden. Die Ausrichtung der zukünftigen Wärmeaufbringung auf eine größere Anzahl von (dezentralen) Erzeugungsanlagen auf Basis unterschiedlicher Energieträger wird zusätzlich eine größere Unabhängigkeit von einzelnen Energieträgern (Rohstoffunabhängigkeit) und einzelnen Erzeugungsanlagen (Ausfallsreserve) bewirken. 4.3 Umwelt Lt. VDI 4661 gibt es für die Zurechnung von Emissionen zu Strom und Wärme bei gemeinsamer Erzeugung derzeit keine Methode, die insgesamt, d.h. nach thermodynamischen, wirtschaftlichen und ökologischen Kriterien, gleichermaßen zwingend anzuwenden wäre und somit existiert derzeit keine naturwissenschaftlich richtige Lösung (Mauch et al. 2010). Aus diesem Grund erfolgt obwohl aufgrund der veränderten Marktbedingungen nicht mehr optimal geeignet - die nachfolgende Betrachtung der Fernwärme-Emissionen aus den Erzeugungsanlagen im Großraum Graz nach der gleichen Methode wie bei den bisherigen Emissionsbetrachtungen für die Fernwärme Graz (nach CEN/CENELEC). Bei dieser Berechnungsmethode erfolgt die Ermittlung der fernwärmebezogenen Anlagen-Emissionen über Zurechnung der über die Stromerzeugung hinausgehenden Brennstoffemissionen auf die eingespeiste Wärmemenge ins FW-Netz

10 Die Entwicklung der spezifischen CO 2 -Emissionen zeigt, dass mit den in Umsetzung und in vertiefender Prüfung befindlichen Maßnahmen bei dem Szenario mit Annahme ohne Wärmelieferung aus Mellach ab 2020 bereits eine deutliche Verbesserung zur Situation im Jahr 2013 erreicht werden kann. Bei Berücksichtigung der zusätzlich geplanten Maßnahmen (siehe Trendlinie in der nachfolgenden Grafik) kann sogar eine Unterschreitung des unteren Grenzwertes der spezifischen CO 2 -Emissionen für das Vergleichsszenario mit Wärmelieferungen aus Mellach (Annahme ca. 80% aus Gas-KWK Mellach, Rest aus Gas-FHKW Graz) erzielt werden! Bei den NO x -Emissionen kann mit den in Umsetzung und in vertiefender Prüfung befindlichen Maßnahmen bei dem Szenario mit Annahme ohne Wärmelieferung aus Mellach ab 2020 bereits eine Reduktion um 50% im Vergleich zur Fernwärmeaufbringung im Jahr 2013 erreicht werden. Unter Berücksichtigung der zusätzlich geplanten Maßnahmen kann auch hier eine Unterschreitung des unteren Grenzwertes der spezifischen NO x -Emissionen für das Vergleichsszenario mit Wärmelieferungen aus Mellach erzielt werden. Bei dem Szenario ohne Wärmelieferung aus Mellach werden die in Summe deutlich niedrigeren Emissionen (ca. Faktor 8) nicht mehr 11 km südlich der Stadtgrenze sondern im Stadtgebiet erfolgen. Durch die konkret in Vorbereitung befindlichen Projekte zur verstärkten Nutzung von Abwärme und alternativen Energieträgern kann somit die positive Umweltbilanz der Fernwärme mittelfristig sukzessive weiter verbessert werden. Aus den Darstellungen ist auch erkennbar, dass die Wärme aus den gasbetriebenen Kraft-Wärme Kopplungsanlagen mittelfristig (bis zum Erreichen eines hohen Anteils an Alternativenergie) im Gegensatz zur Wärmeerzeugung aus Steinkohle einen positiven Beitrag zur Emissionsbilanz leisten kann (oberer Grenzwert für Wärmelieferung aus Mellach in den Grafiken = 80% aus Kohle-KWK und 20% aus Gas-FHKW Graz und unterer Grenzwert = 80% aus Gas-KWK und 20% aus Gas-FHKW Graz)

11 Anmerkungen zu den Berechnungen: Für die Berechnung der spezifischen Emissionen wurden für die bestehenden Wärmeerzeugungsanlagen die Emissionsdaten aus den aktuellen Umwelterklärungen verwendet. Für Neuanlagen wurden die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte bzw. bei Biomasseanlagen die strengeren Grenzwerte zum Erhalt der Förderung der Kommunalkredit Public Consulting angesetzt. Für Wärmepumpenanlagen wurde sofern nicht Ökostrom/Naturstrom zum Einsatz kommt - der Ganzjahres-Strommix für Österreich aus dem Jahr 2013 lt. Umweltbundesamt hinterlegt. Bis zum Jahr 2020 kann mit den derzeit in Umsetzung bzw. in konkreter Prüfung befindlichen Maßnahmen der Anteil der Erneuerbaren Energien auf ca. 35% und bis zum Jahr 2030 auf etwa 44% angehoben und im Gegenzug der fossile Anteil an der Wärmeaufbringung für die Fernwärme im Vergleich zum Jahr 2013 um über 40% bis 2030 reduziert werden. Damit wird ein zukunftsorientierter, innovativer Pfad eingeschlagen, auf dem mittelfristig der Anteil an Alternativenergie drastisch erhöht, die Emissionen verringert und somit ein Beitrag zum globalen Klimaschutz geleistet werden kann!