Umwelt Campus Birkenfeld Postfach Birkenfeld. Erstellt von: Dipl. Wirtschaftsingenieur (FH) Antti Olbrisch

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1 Umwelt Campus Birkenfeld Postfach Birkenfeld Forschungsvorhaben für eine Nahwärmeversorgung auf Basis von Holzhackschnitzeln, Pellets und Solarthermie in der heilpädagogischen Einrichtung der Kreuznacher Diakonie, Bad Sobernheim Erstellt von: Dipl. Wirtschaftsingenieur (FH) Antti Olbrisch In Zusammenarbeit mit: Dipl. Betriebswirt (FH) Thomas Anton

2 Verantwortlich i. S. d. P. für den Inhalt sind die Autoren. Aus der Benutzung der Studie können gegenüber der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz keine Schadensersatzansprüche geltend gemacht werden. Die Forschungsanstalt ist bemüht, die Studien auf Wahrheit, Inhalte und Herkunft zu prüfen. Sie kann jedoch die Urdaten von Vor-Ort-Erhebungen, gegebenenfalls verwendete Algorithmen und Hintergrundinformationen ohne Quellenangaben nicht prüfen.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Ist Analyse Beschreibung der Untersuchungsszenarien Technische Auslegung Heizkessel Heizzentrale Bunker Pufferspeicher Wärmenetz Peripherie Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Investitionskosten Heizkessel Heizzentrale Bunker Pufferspeicher Wärmenetz Peripherie und Nebenkosten Gesamtinvestitionskosten Laufende Kosten Wärmepreise Sensitivitätsanalyse Solarthermische Anlagen Zusammenfassung Anhang...I Investitionskosten...I Wirtschaftlichkeit...IV I

4 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Hauptgebäude... 2 Abbildung 2: Lageplan... 3 Abbildung 3: Nebengebäude... 3 Abbildung 4: Schuppen... 4 Abbildung 5: Heizkessel... 6 Abbildung 6: Entwicklung der Jahreskosten Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Endenergiebedarfe der Gebäude... 7 Tabelle 2: Benötigte Heizleistungen der Gebäude... 7 Tabelle 3: Benötigte Leistung der Grundlastkessel... 8 Tabelle 4: berechnete Leistung der Spitzenlastkessel... 8 Tabelle 5: Benötigte Bunkervolumen... 9 Tabelle 6: Leitungsdimensionen Tabelle 7: Investitionskosten für Heizkessel Tabelle 8: Investitionskosten für Brennstoffbunker Tabelle 9: Leitungskosten Tabelle 10: Hausanschlusskosten Tabelle 11: Peripherie und Nebenkosten für Varianten 1 und Tabelle 12: Peripherie und Nebenkosten für Neubau Tabelle 13: Investitionskosten Tabelle 14: Jährliche Kosten Tabelle 15: Wärmepreise Tabelle 16: Preissteigerungsraten Tabelle 17: Wirtschaftlichkeit der Solarthermieanlage Tabelle 18: Investitionskosten Variante 1a...I Tabelle 19: Investitionskosten Variante 1b...I Tabelle 20: Investitionskosten Variante 2a...II Tabelle 21: Investitionskosten Variante 2b...II II

5 Tabelle 22: Investitionskosten Variante 2c...II Tabelle 23: Investitionskosten Referenzvariante... III Tabelle 24: Wirtschaftlichkeit Variante 1a: alle Gebäude Holzhackschnitzel...IV Tabelle 25: Wirtschaftlichkeit Variante 2a: Alle Gebäude mit Holzpellets... V Tabelle 26: Wirtschaftlichkeit Variante 1b: Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel...VI Tabelle 27: Wirtschaftlichkeit Kombination Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel und Neubau Holzpellets...VII Tabelle 28: Wirtschaftlichkeit Variante 2b: Haupt- und Nebengebäude Pellets... VIII Tabelle 29: Wirtschaftlichkeit Variante 2c: Neubau mit Holzpellets...IX Tabelle 30: Wirtschaftlichkeit Referenzvariante: Haupt- und Nebengebäude mit Heizöl... X Tabelle 31: Wirtschaftlichkeit Kombination Haupt- und Nebengebäude Heizöl und Neubau Holzpellets... X III

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7 1 Einleitung Das Institut für angewandtes Stoffstrommanagement (IfaS) wurde von der heilpädagogischen Einrichtung der Kreuznacher Diakonie beauftragt eine Untersuchung durchzuführen, in wie weit am Standort Bad Sobernheim eine Umstellung der Heizungen in den drei bestehenden Gebäuden Hauptgebäude, Nebengebäude und Scheune sowie einem geplanten Neubau auf Holzhackschnitzel oder Holzpellets sowie Solarthermie technisch machbar und wirtschaftlich darstellbar ist. In diesem Zuge werden die technische Machbarkeit und wirtschaftliche Rentabilität einer zentralen Wärmeversorgung aller Gebäude geprüft und mit der teilweisen Sanierung der bestehenden Ölheizung verglichen. Ziel der Studie ist die Prüfung der einzelnen Heizvarianten als Netz- und Einzelversorgung der Gebäude. Zu diesem Zweck werden Anlagen in verschiedenen Varianten unter den gegebenen örtlichen Bedingungen technisch ausgelegt. Hierzu werden anschließend die anfallenden Investitionskosten ermittelt. Aus den Investitionskosten und den Betriebskosten dieser Anlagen wird schließlich ein Wärmepreis ermittelt, um die verschiedenen Anlagenvarianten und den Bestand zu vergleichen. Weiterhin wird die Errichtung von Solarthermieanlagen auf den Dachflächen untersucht. Diese Studie ersetzt nicht die konkrete Planung der technischen Einrichtungen. Sie soll dazu dienen, vorab Entscheidungen bezüglich der Wahl des Energieträgers sowie der Installation einer Heizzentrale für alle Gebäude zu treffen. 1

8 2 Ist Analyse Die Objekte, die in die Betrachtung mit einfließen, sind das Haupt- und das Nebengebäude sowie eine Scheune, die sich auf dem Gelände befindet. Weiterhin wird ein geplanter Neubau berücksichtigt. Abbildung 1: Hauptgebäude Das Hauptgebäude ist ein ehemaliges Krankenhaus, welches 1893 errichtet wurde. Die Wände bestehen aus Sandstein. Das Haupt- und das Nebengebäude werden als Wohnhaus für Menschen mit geistigen Behinderungen genutzt. 2

9 Abbildung 2: Lageplan Das Nebengebäude befindet sich an der rückwärtigen Seite nördlich des Hauptgebäudes. Abbildung 3: Nebengebäude 3

10 Die Scheune befindet sich östlich der beiden Gebäude. Sie wird zur Zeit größtenteils als Lagerraum verwendet. Darin befindet sich ein Verschlag, der als Büro für den Hausmeister genutzt wird sowie ein Öllagerraum. Im Schuppen wird lediglich der Büroraum mit einem elektrischen Heizgerät beheizt. Abbildung 4: Schuppen Der geplante Neubau soll westlich der bestehenden Gebäude errichtet werden. Hierbei handelt es sich nach aktuellem Planungsstand um ein eingeschossiges Gebäude mit einer Grundfläche von etwa 478 m². Dieses Gebäude wird ebenfalls als Wohngebäude genutzt und der Verwaltungsbereich wird hierin angesiedelt werden. Der Wärmebedarf des Haupt- und Nebengebäudes beläuft sich zur Zeit durchschnittlich auf 412 MWh jährlich. Zur Zeit werden Haupt- und Nebengebäude über eine zentrale Heizanlage im Hauptgebäude mit Wärme versorgt. Die Heizzentrale befindet sich am nordöstlichen Ende des Gebäudes und von dort verläuft eine Wärmeleitung zum Nebengebäude. Die 4

11 Heizanlage besteht aus zwei Heizölkesseln. Der ältere Heizkessel, ein Vissman Paromat, Baujahr 1991, hat eine Leistung von 105 kw. Der zweite Kessel ist ein Buderus Logano GE 315, Baujahr 2005, mit einer Leistung von 136 kw. Weiterhin befindet sich in der Heizzentrale der Warmwassertank, mit dem zur Zeit die Warmwasserversorgung sichergestellt wird. 3 Beschreibung der Untersuchungsszenarien Es werden folgende Möglichkeiten zur Wärmeversorgung der Gebäude betrachtet: - Versorgung aller Gebäude über eine neue Heizzentrale - Versorgung des Haupt- und Nebengebäudes über eine neue Heizzentrale - Versorgung des Neubaus Diese Kombinationen werden mit unterschiedlichen Brennstoffen geprüft, so dass sich folgende Prüfvarianten ergeben: - Variante 1: Wärmeversorgung mit Holzhackschnitzeln, zur Bereitstellung der Grundlast und Heizöl zur Spitzenlastabdeckung a) Aller Gebäude b) Haupt- und Nebengebäude c) Neubau mit Pellets - Variante 2: Wärmeversorgung mit Holzpellets zur Bereitstellung der Grundlast und Heizöl zur Spitzenlastabdeckung a) Aller Gebäude b) Haupt- und Nebengebäude c) Neubau - Referenzvariante: Sanierung der bestehenden Heizanlage sowie Versorgung des Neubaus mit einer Holzpelletheizung 5

12 Weiterhin wird der Wärmebedarf der beiden bestehenden Gebäude und des Neubaus im Sommer ermittelt und zusätzlich wird eine Solarthermieanlage zur Abdeckung dieses Bedarfes ausgelegt. Die Auslegung der Solarthermieanlage geschieht separat in Kapitel Technische Auslegung 4.1. Heizkessel Der Endenergiebedarf der bestehenden Gebäude wurde mit Hilfe der jährlichen Verbrauchsübersichten des Heizöls berechnet. Hierbei wurden Verluste des Kessels, der Hausübergabestationen und der Wärmeleitungen berücksichtigt. Beim Neubau wird der Endenergiebedarf nach den Richtlinien der EnEV ermittelt. Abbildung 5: Heizkessel 6

13 Die in Tabelle 1 dargestellten Energiebedarfe wurden für das Haupt- und Nebengebäude aus den Durchschnittswerten der Jahre 2003, 2004 und 2005 ermittelt. Der Energiebedarf des Neubaus berechnet sich nach den Vorgaben der EnEV. Alle Gebäude Haupt- und Nebengebäude Neubau Endenergiebedarf Bestand Heizöl kwh Bestand Heizöl kwh Bestand Heizöl kwh Tabelle 1: Endenergiebedarfe der Gebäude Es wurden Vollbenutzungsstunden für die Heizung angenommen. Daraus ergeben sich folgende benötigte Heizleistungen für die Gebäude: Benötigteheizleistung der Gebäude Alle Gebäude 297 kw Haupt- und Nebengebäude 265 kw Neubau 32 kw Tabelle 2: Benötigte Heizleistungen der Gebäude Es wird in allen Varianten davon ausgegangen, dass der bestehende Kessel aus dem Jahr 2005, mit einer Leistung von 136 kw als Spitzenlastkessel genutzt wird. Die Leistungen der benötigten Grundlastkessel, die zusätzlich installiert werden müssen ergeben sich bei einer Aufteilung von etwa 40/60 zwischen Grund- und Spitzenlast wie folgt: 7

14 Benötigte Leistung der Grundlastkessel Variante 1 Versorgung aller Gebäude 120 kw Variante 2 Versorgung des Haupt- und Nebengebäudes 106 kw Variante 3 Versorgung des Neubaus 1 32 kw Tabelle 3: Benötigte Leistung der Grundlastkessel Da der zusätzliche Energieertrag der Solarthermieanlagen im Vergleich zur Gesamtmenge benötigter Energie gering ausfällt, unterscheiden sich die benötigten Leistungen für die Grundlastkessel nicht von denen in den Varianten ohne eine Solarthermieanlage. Es wird daher auch von den gleichen Kesselgrößen wie in diesen Varianten ausgegangen. Somit ergeben sich die benötigten Leistungen ebenfalls wie in Tabelle 2 und Tabelle 3. Die geringen Laufzeiten der Spitzenlastkessel rechtfertigen wirtschaftlich den höheren Anschaffungspreis für Holzkessel nicht. Daher werden die Spitzenlasten weiter über Heizöl geliefert. Die benötigten Leistungen der Spitzenlastkessel betragen: Benötigte Leistung der Spitzenlastkessel Variante 1 Versorgung aller Gebäude 177 kw Variante 2 Versorgung des Haupt- und Nebengebäudes 159 kw Tabelle 4: berechnete Leistung der Spitzenlastkessel 1 Beim Neubau wird aufgrund der geringen benötigten Leistung auf eine Aufteilung von Grund- und Spitzenlast verzichtet. 8

15 4.2. Heizzentrale In dieser Studie wird davon ausgegangen, dass die neuen Heizkessel in einer Heizzentrale errichtet werden, die sich in der Scheune befindet. Hierzu wird ein Raum in der Scheune errichtet, in welchem alle notwendigen Komponenten untergebracht sind. Dieser wird zum Feuerschutz eingemauert. Türen Fenster und Wasseranschlüsse sowie Öffnung für die Abgasanlage werden berücksichtigt. Von dieser Heizzentrale aus wird ein Wärmenetz zur alten Heizzentrale im Hauptgebäude verlegt Bunker Der Brennstoffbunker wird in den verschiedenen Varianten so ausgelegt, dass er bei Volllast den Brennstoffbedarf der Heizung über einen Zeitraum von 12 Tagen für Holzhackschnitzel und einen Jahresbedarf an Holzpellets abdecken kann. Dafür sind folgende Volumen erforderlich: Benötigte Bunkervolumen Beschreibung Volumen Variante 1 Versorgung aller Gebäude 50 m³ Variante 2 Versorgung des Haupt- und Nebengebäudes 50 m³ Variante 3 Versorgung des Neubaus 20 m³ Tabelle 5: Benötigte Bunkervolumen Die Bunkergrößen der Varianten 1 und 2 sind aufgrund der geringen Leistungsdifferenz als gleich angenommen. 9

16 4.4. Pufferspeicher Gewählt wurde in allen Varianten eine Pufferspeichergröße von Litern, außer beim Neubau, der eine Speichergröße von etwa 600 Litern benötigt. Diese Speichergrößen gewähren den Volllastbetrieb der Anlage für eine Stunde Wärmenetz Das Wärmenetz wird beginnend von der neuen Heizzentrale zu der alten Heizzentrale im Hauptgebäude führen und von dort aus schließt es an das bereits bestehende Wärme- und Warmwassernetz an. Die benötigten Leitungsdimensionen ergeben sich aus den Anschlusswerten der einzelnen Gebäude. Benötigt werden hier die in Tabelle 6 dargestellten Leitungsdimensionen. Leitungsdimensionen und -längen Leitungsdimension Leitungslänge Alle Gebäude inkl. Neubau DN m Nur Haupt- und DN m Nebengebäude DN m Tabelle 6: Leitungsdimensionen 4.6. Peripherie Nebenarbeiten, Kleinteile und eine Abgasanlage sind in den Peripheriekosten zusammengestellt. Hierzu zählen unter anderem Pumpen, Druckhalteanlagen, Absperrschieber und Verrohrungen in der Heizzentrale. 10

17 5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Um die verschiedenen Varianten vergleichbar zu machen, wurden für sie die jeweiligen Wärmepreise, also die Preise für jeweils eine kwh Wärme, berechnet. Der Wärmepreis berechnet sich über alle Kosten, die bei einer Laufzeit von 20 Jahren entstehen. Mit Hilfe der Annuitätenmethode werden die Investitionskosten auf eben diese Laufzeit umgelegt. Weitere Kosten sind die laufenden Kosten, wie Betriebs-, Wartungs- und Brennstoffkosten. Schließlich wird eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, welche prognostizierte Brennstoffpreise beinhaltet Investitionskosten Eine Zusammenstellung der in den folgenden Kapiteln aufgeführten Kosten ist im Anhang dargestellt Heizkessel Die Kosten für die Holzhackschnitzelkessel und Holzpelletkessel beruhen auf Angaben der Firma KÖB & Schäfer. Die Kosten für den Pelletkessel im Neubau beruhen auf Kostenangaben der Firma ÖkoFen. Aufgrund der niedrigen Kesselleistung wird beim Neubau nur die Heizvariante mit Holzpellets analysiert, da die Heizvariante mit Holzhackschnitzel unter 100 kw erfahrungsgemäß unwirtschaftlich ist, da ein zu hoher logistischer Aufwand und zu hohe Lagerkosten entstehen. Die Kosten, die sich für die verschiedenen Varianten ergeben sind in Tabelle 7 dargestellt. 11

18 Kosten für Heizkessel Beschreibung HHS Pellets Variante 1 Alle Gebäude Haupt- und Nebengebäude Variante Variante 3 Neubau Referenzvariante Ersatz eines alten Ölkessels Tabelle 7: Investitionskosten für Heizkessel Heizzentrale Für die Heizzentrale entstehen Kosten für den Bau des Heizraumes im Schuppen. Diese Kosten werden in allen Varianten gleich angesetzt. Sie betragen netto. Für den Neubau wird ein Heizraum im Neubau selber angenommen. Die Kosten für diesen werden mit einem pauschalen Preis von 350 pro m³ angesetzt. Für den Heizraum und das Brennstofflager wird eine gesamte Größe von 50 m³ angenommen und die Gesamtkosten betragen somit In der Referenzvariante bleibt der Heizraum im Hauptgebäude bestehen Bunker Die Kosten für den Brennstoffbunker beinhalten die Kosten für den Aushub sowie Betonierarbeiten und einen Silodeckel. Die Kosten für einen Gewebetank im Neubau sind bei den Kosten für den Heizkessel bereits mit eingerechnet und daher hier nicht mehr extra aufgeführt. Die Kosten ergeben sich wie folgt: 12

19 Kosten für Bunker Beschreibung HHS Pellets Variante 1 Alle Gebäude Variante 2 Haupt- und Nebengebäude Tabelle 8: Investitionskosten für Brennstoffbunker Für den Neubau sind die Lagerkosten in den Kosten für den Heizraum enthalten Pufferspeicher Der Pufferspeicher wurde, wie in Kapitel 4.4 beschrieben, für alle Varianten mit der gleichen Größe angegeben. Die Kosten von für den Pufferspeicher sind in allen Varianten gleich. Lediglich die Kosten für den Pufferspeicher des Neubaus betragen Wärmenetz Die Kosten für die Leitungsverlegung ergeben sich wie folgt: Leitungskosten Variante 1 Alle Gebäude Variante 2 Haupt- und Nebengebäude Tabelle 9: Leitungskosten Es wird angenommen, dass an allen Gebäuden Hausanschlussstationen neu installiert werden. Die Kosten für die Hausübergabestationen sind einem Angebot der Firma MB Brassen entnommen. Die Kosten für die Anschlüsse sind in Tabelle 10 dargestellt. 13

20 Hausübergabestationen Gebäude Leistung Kosten Hauptgebäude ,68 Nebengebäude ,00 Neubau ,00 Tabelle 10: Hausanschlusskosten Peripherie und Nebenkosten Die Kosten setzen sich aus der eigentlichen Peripherie der Heizanlage, Nebenarbeiten und der Abgasanlage zusammen. Peripherie und Baunebenkosten Varianten 1 und 2 Abgasanlage Baunebenkosten Peripherie Summe Tabelle 11: Peripherie und Nebenkosten für Varianten 1 und 2 Für den Neubau sind kleinere und weniger Komponenten notwendig. Die Kosten hierfür sind in Tabelle 12 dargestellt. Peripherie und Baunebenkosten Neunbau Abgasanlage Peripherie Summe Tabelle 12: Peripherie und Nebenkosten für Neubau 14

21 Gesamtinvestitionskosten Aus den in den vorigen Punkten genannten Kosten ergeben sich die Gesamtinvestitionskosten für die verschiedenen Varianten. Die geringsten Investitionskosten fallen an, wenn die Ölheizungen saniert werden. Investitionskosten Variante Beschreibung Kosten Alle Gebäude Holzhackschnitzel Alle Gebäude Pellets Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel; Neubau Pellets Referenz Haupt- und Nebengebäude Heizöl; Neubau Pellets Tabelle 13: Investitionskosten 5.2. Laufende Kosten Die laufenden Kosten werden in Brennstoff-, Betriebs-, Wartungs- und sonstige Kosten unterteilt. Weiterhin werden Verwaltungskosten angesetzt und ein kalkulatorischer Zuschlag für Unvorhergesehenes mit einbezogen. Die Investitionskosten werden, zur weiteren Betrachtung, mit Hilfe der Annuitätenmethode als laufende Kosten auf 20 Jahre Laufzeit umgelegt. Das beinhaltet auch eine Verzinsung der Investitionskosten, da angenommen wird, dass diese zu 100% aus Fremdkapital bezogen werden. 15

22 Im Einzelnen beinhalten die laufenden Kosten: - Investitionskosten nach der Annuitätenmethode - Brennstoffkosten 2 Kosten für Heizöl 0,0470 /kwh Kosten für Holzhackschnitzel 0,0225 /kwh Kosten für Holzpellets 0,0469 /kwh - Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh Ölkessel 0,75 /MWh Netzpumpen 0,58 /MWh Ascheentsorgung 0,35 /MWh Kaminfeger 250 pauschal - Wartungskosten Holz- und Hilfskessel 2,50 % bezogen auf die Investitionskosten der Kessel Wärmenetz 0,88 % bezogen auf die Investitionskosten des Wärmenetzes Hausanschlüsse 1,30 % bezogen auf die Investitionskosten - Sonstige Kosten Versicherung 0,70 % bezogen auf die Gesamtinvestition Verwaltungskosten 5,00 % bezogen auf die jährlichen Kosten Kalkulatorischer Zuschlag 3,00 % bezogen auf die jährlichen Kosten 2 Gerade bei den Brennstoffkosten liegen starke Schwankungen vor. So entspricht z.b. der zum Zeitpunkt der Berechnung ermittelte Preis von 0,0469 /kwh einem Preis von 235 /t. Zum Zeitpunkt der Berichterstellung liegt der Preis für eine Tonne Holzpellets hingegen schon unter

23 Die jährlichen Kosten für die verschiedenen Varianten ergeben sich wie in Tabelle 14 dargestellt. Zusätzlich wird der Bestand als Referenzvariante betrachtet. Diese beinhaltet die Kosten für alle Gebäude, wie sie zur Zeit beheizt werden sowie den Austausch des älteren Heizkessels. Jährliche Kosten Variante Beschreibung Jahreskosten 1 Alle Gebäude Holzhackschnitzel Alle Gebäude Pellets Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel; Neubau 3 Pellets Haupt- und Nebengebäude Heizöl; Referenz Neubau Pellets Tabelle 14: Jährliche Kosten 5.3. Wärmepreise Der Wärmepreis einer Anlage wird ermittelt, indem die Jahreskosten ins Verhältnis zu dem Nutzenergiebedarf einer Anlage gesetzt werden. Die sich hier ergebenden sind in Tabelle 15 dargestellt. 17

24 Wärmepreise Variante Beschreibung Wärmepreis 1 Alle Gebäude Holzhackschnitzel 0,0791 /kwh 2 Alle Gebäude Pellets 0,1013 /kwh Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel; Neubau 3 Pellets 0,0842 /kwh Haupt- und Nebengebäude Heizöl; Referenz Neubau Pellets 0,0714 /kwh Tabelle 15: Wärmepreise 5.4. Sensitivitätsanalyse In der Sensitivitätsanalyse werden die Jahreskosten für die nächsten zwanzig Jahre prognostiziert. Berücksichtig werden hierbei unterschiedliche Preissteigerungsraten der verschiedenen Energieträger. Die Preissteigerungsraten, die angenommen werden, beziehen sich auf die tatsächlichen Preissteigerungsraten der letzten Jahre. Preissteigerungsraten Inflation 2,00% Holz 5,00% Öl 9,00% Strom 4,80% Tabelle 16: Preissteigerungsraten Für Strom und die Inflation sind diese dem Energiebericht Rheinland Pfalz entnommen. Die Preissteigerungsrate für Holz entstammt der Homepage des Centralen Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwerk e.v. (C.A.R.M.E.N.). 3 Die Jahreskosten entwickeln sich unter den genannten Voraussetzungen wie in Abbildung 6 dargestellt

25 Entwicklung der Jahreskosten Jahr Kombinierter Wärmepreis Hauptund Nebengebäude Heizöl und Neubau Pellets Alle Gebäude Holzhackschnitzel Kombinierter Wärmepreis Hauptund Nebengebäude Holzhackschnitzel und Neubau Pellets Abbildung 6: Entwicklung der Jahreskosten Es wird deutlich, dass unter den getroffenen Annahmen der Wärmepreis der Referenzvariante bereits nach vier Jahren den Preis der anderen Varianten übersteigt. Langfristig gesehen ist daher die Beheizung des Haupt- und Nebengebäudes mit einer zentralen Holzhackschnitzelheizung sowie eine eigene Versorgung des Neubaus mit Holzpellets die ökonomischste Variante Solarthermische Anlagen Für die Installation solarthermischer Anlagen wurden die Dachflächen der Scheune betrachtet. Da diese nach Osten und Westen ausgerichtet sind und vom Hauptgebäude zeitweise verschattet werden, wurde im folgenden angenommen, dass Röhrenkollektoren installiert werden, welche im Gegensatz zu Flachkollektoren auch unter den genannten schlechten Voraussetzungen vergleichsweise hohe Erträge erzielen, in der Anschaffung dafür aber höhere Kosten verursachen. Die Wärme aus der Anlage soll mit in das Nahwärmenetz eingespeist werden. 19

26 Die Anlagengröße wurde an der Westseite der Dachfläche angepasst. Bei einer Ost- West-Ausrichtung ist die Westfläche aufgrund der höheren Nachmittagstemperaturen und der Vermeidung der Einbußen durch Morgennebel zu bevorzugen. Es wurde eine Anlage mit einer Fläche von 90 m² betrachtet. Die Kosten für die Anlage wurden mit /m² angenommen und betragen hier somit Bei einer Inanspruchnahme des Programms zur Förderung Erneuerbarer Energien von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) kann die Anlage mit bis zu 30% (hier ) der Investitionssumme gefördert werden. Die Investitionskosten betragen also Mit der Anlage können ca kwh Wärme in das Nahwärmenetz eingespeist werden. Das entspricht einem Gesamtdeckungsgrad von 12%. Der Nutungsgrad dieser Anlage beträgt 51%. 4 Um die Anlage wirtschaftlich zu betrachten, wurde zunächst der entsprechende Betrag für die unterschiedlichen Brennstoffe ermittelt, der für die produzierte Wärmemenge aufgebracht werden müsste. Dieser wird von den Jahreskosten abgezogen. Dieses Ergebnis ins Verhältnis zu der produzierten Wärmemenge gesetzt ergibt den Wärmepreis. Die Ergebnisse sind in Tabelle 17 dargestellt. Kostenersparnis durch Brennstoffeinsparung Summe der Jahreskosten abzüglich der Kostenersparnis des Brennstoffes Wärmepreis inkl. Kostenersparnis des Brennstoffes Heizöl Pellets Holzhackschnitzel Heizöl Pellets Holzhackschnitzel Heizöl 0,0761 Pellets 0,0762 Holzhackschnitzel 0,1006 Tabelle 17: Wirtschaftlichkeit der Solarthermieanlage Aufgrund der geringeren Brennstoffkosten ist der Wärmepreis der Anlage bei Holzhackschnitzeln am höchsten. Die zu zahlenden Jahreskosten bleiben nahezu konstant, da sich diese lediglich aus den Investitionskosten und einem sehr geringen zusätzlichem Strombedarf zusammensetzen. 4 Daten ermittelt mit Hilfe der Software T*Sol von Valentin 20

27 6 Zusammenfassung Für den Standort Bad Sobernheim der heilpädagogischen Einrichtungen Bad Kreuznach wurden unterschiedliche Möglichkeiten zur Beheizung der zwei vorhandenen und eines geplanten Neubaus untersucht. Diese umfassen die Beheizung mit Holzhackschnitzeln, Holzpellets sowie als Referenzvariante die Sanierung der vorhandenen Ölkessel. Für die Varianten mit regenerativen Energieträgern wurde die Scheune als Standort für die Heizzentrale gewählt. Von dort wird eine Nahwärmeleitung zum vorhandenen Heizraum verlegt. Für den geplanten Neubau wurde zum einen der Anschluss an die zentrale Heizversorgung und zum anderen eine eigene Beheizung geprüft. Aus technischer Sicht sind alle Möglichkeiten durchführbar. Betrachtet man die Investitionskosten der unterschiedlichen Varianten, so liegen diejenigen der Referenzvariante, also der Sanierung der bestehenden Ölheizung, weit unter denen, der Varianten mit regenerativen Energieträgern. Aufgrund höherer Betriebskosten und vor allem durch die deutlich höheren Preise der Energieträger liegen die Jahreskosten der unterschiedlichen Heizanlagen auf etwa gleichem Niveau. Die Jahreskosten der weiteren Beheizung mit Heizöl liegen nur noch geringfügig unterhalb der Jahreskosten der anderen Varianten. Geht man nun davon aus, dass sich die Kosten der Energieträger ähnlich entwickeln wie in den letzten Jahren, so wird bereits innerhalb kürzester Zeit die Beheizung mit Heizöl deutlich teurer sein, als die anderen Varianten. Zusätzlich zu den Biomasseheizungen können thermische Solaranlagen auf dem Dach der Scheune errichtet werden. Die Ausrichtung der Dachflächen ist Ost-West, so dass die Errichtung der teureren Röhrenkollektoren betrachtet wurde. Mit diesen ist bei einer Investitionssumme von , abzüglich 30% Fördermittel von der Bafa, ein Wärmepreis von bis zu unter acht Cent pro Kilowattstunde möglich. Die Errichtung einer solarthermischen Anlage kann somit ebenfalls empfohlen werden. 21

28 Durch den Einsatz Erneuerbarer Energien werden die Emissionen vermieden, die bei der Verbrennung des Heizöls entstehen. Mit jeder durch Heizöl EL produzierten MWh Wärme werden 263 kg CO 2 freigesetzt. Insgesamt werden am Standort Bad Sobernheim mehr als 534 MWh Endenergie benötigt, was somit einer Menge von etwa 140 t CO 2 entspricht, die jährlich freigesetzt werden und somit eingespart werden können. Mit der Errichtung der geprüften Anlagen werden für den Betreiber nicht nur wirtschaftliche Vorteile und ökologische Vorteile erzielt. Die Nutzung regionaler Produkte führt zu einer Stärkung der ansässigen Wirtschaft, da hierdurch nicht nur Arbeitsplätze gesichert werden, sondern zusätzlich Geldflüsse in der Region bleiben, welche vorher in die Erdöl exportierenden Länder geflossen sind. Mit der Errichtung von Anlagen zur Nutzung Erneuerbarer Energien und der öffentlichen Darstellung dieser, nimmt die Kreuznacher Diakonie eine Vorreiterrolle in der Gesellschaft ein. Menschen, die in Kontakt mit den Einrichtungen der Diakonie stehen, werden für dieses Thema sensibilisiert. Weiterhin kann der soziale Charakter der Einrichtungen unterstrichen werden. 22

29 Anhang Investitionskosten Alle Gebäude Holzhackschnitzel Heizkessel Pufferspeicher Holzhackschnitzelbunker Wärmeleitung Hausübergabestation Abgasanlage und weiteres Zubehör Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 18: Investitionskosten Variante 1a Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel Heizkessel Pufferspeicher Holzhackschnitzelbunker Wärmeleitung Hausübergabestation Abgasanlage und weiteres Zubehör Baukosten Heizzentrale Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 19: Investitionskosten Variante 1b I

30 Alle Gebäude Pellets Heizkessel Pufferspeicher Pelletlager Wärmeleitung Hausübergabestation Abgasanlage und weiteres Zubehör Baukosten Heizzentrale Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 20: Investitionskosten Variante 2a Haupt- und Nebengebäude Pellets Heizkessel Pufferspeicher Pelletlager Wärmeleitung Hausübergabestation Abgasanlage und weiteres Zubehör Baukosten Heizzentrale Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 21: Investitionskosten Variante 2b Neubau mit Pellets Heizkessel Pufferspeicher Heizraum und Brennstofflager Abgasanlage und weiteres Zubehör Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 22: Investitionskosten Variante 2c II

31 Ersatz des alten Ölkessels Heizkessel Zwischensumme Planungskosten (10%) Summe Tabelle 23: Investitionskosten Referenzvariante III

32 Wirtschaftlichkeit Alle Gebäude Holzhackschnitzel Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 3,70% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Holzhackschnitzel kWh Brennstoffbedarf Heizöl kWh Kosten Holzhackschnitzel 0,0225 /kwh Kosten Heizöl 0,0470 /kwh Gesamtkosten Holzhackschnitzel Gesamtkosten Heizöl Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh 534 Ascheentsorung 0,35 /MWh 150 Betriebsstromkosten Ölkessel 0,75 /MWh 80 Stromkosten Netzpumpen 0,58 /MWh 310 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt Wartungskosten Wartung und Instandhaltung Holzund bezogen auf die Investitionskosten Hilfskessel 2,50% der Kessel Wartung und Instandhaltung des Wärmenetzes bezogen auf die Investitionskosten 0,88% des Wärmenetzes 418 Wartung und Instandhaltung der Hausanschlüsse bezogen auf die Investitionskosten 1,30% der Hausanschlüsse 188 Wartungskosten gesamt sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition sonstige Kosten gesamt Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0791 Wärmepreis brutto 0,0917 Tabelle 24: Wirtschaftlichkeit Variante 1a: alle Gebäude Holzhackschnitzel IV

33 Alle Gebäude Pellets Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 3,70% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Pellets kWh Brennstoffbedarf Heizöl kWh Kosten Pellets 0,0469 /kwh Kosten Heizöl 0,0470 /kwh Gesamtkosten Pellets Gesamtkosten Heizöl Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh 534 Ascheentsorung 0,35 /MWh 150 Betriebsstromkosten Ölkessel 0,75 /MWh 80 Stromkosten Netzpumpen 0,58 /MWh 310 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt Wartungskosten Wartung und Instandhaltung bezogen auf die Investitionskosten Holz- und Hilfskessel 2,50% der Kessel Wartung und Instandhaltung des Wärmenetzes bezogen auf die Investitionskosten 0,88% des Wärmenetzes 418 Wartung und Instandhaltung der Hausanschlüsse bezogen auf die Investitionskosten 1,30% der Hausanschlüsse 188 Wartungskosten gesamt sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition sonstige Kosten gesamt Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,1013 Wärmepreis brutto 0,1155 Tabelle 25: Wirtschaftlichkeit Variante 2a: Alle Gebäude mit Holzpellets V

34 Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 3,70% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Holzhackschnitzel kWh Brennstoffbedarf Heizöl kWh Kosten Holzhackschnitzel 0,0225 /kwh Kosten Heizöl 0,0470 /kwh Gesamtkosten Holzhackschnitzel Gesamtkosten Heizöl Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh 482 Ascheentsorung 0,35 /MWh 135 Betriebsstromkosten Ölkessel 0,75 /MWh 72 Stromkosten Netzpumpen 0,58 /MWh 280 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt Wartungskosten Wartung und Instandhaltung Holzund bezogen auf die Investitionskosten Hilfskessel 2,50% der Kessel Wartung und Instandhaltung des Wärmenetzes bezogen auf die Investitionskosten 0,88% des Wärmenetzes 193 Wartung und Instandhaltung der Hausanschlüsse bezogen auf die Investitionskosten 1,30% der Hausanschlüsse 140 Wartungskosten gesamt sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition sonstige Kosten gesamt Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten 926 Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0768 Wärmepreis brutto 0,0890 Tabelle 26: Wirtschaftlichkeit Variante 1b: Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel VI

35 Kombinierter Wärmepreis Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel und Neubau Pellets Brennstoffkosten Nutzenergiebedarf kWh Gesamtjahreskosten netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0842 Wärmepreis brutto 0,0974 Tabelle 27: Wirtschaftlichkeit Kombination Haupt- und Nebengebäude Holzhackschnitzel und Neubau Holzpellets VII

36 Haupt- und Nebengebäude Pellets Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 3,70% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Pellets kWh Brennstoffbedarf Heizöl kWh Kosten Pellets 0,0469 /kwh Kosten Heizöl 0,0470 /kwh Gesamtkosten Pellets Gesamtkosten Heizöl Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh 482 Ascheentsorung 0,35 /MWh 135 Betriebsstromkosten Ölkessel 0,75 /MWh 72 Stromkosten Netzpumpen 0,58 /MWh 280 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt Wartungskosten Wartung und Instandhaltung bezogen auf die Investitionskosten Holz- und Hilfskessel 2,50% der Kessel Wartung und Instandhaltung des Wärmenetzes bezogen auf die Investitionskosten 0,88% des Wärmenetzes 193 Wartung und Instandhaltung der Hausanschlüsse bezogen auf die Investitionskosten 1,30% der Hausanschlüsse 286 Wartungskosten gesamt sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition sonstige Kosten gesamt Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0993 Wärmepreis brutto 0,1131 Tabelle 28: Wirtschaftlichkeit Variante 2b: Haupt- und Nebengebäude Pellets VIII

37 Neubau Pellets Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 3,70% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Pellets kWh Kosten Pellets 0,0469 /kwh Gesamtkosten Pellets Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Holzkessel 1,25 /MWh 71 Ascheentsorgung 0,35 /MWh 20 Stromkosten Netzpumpen 0,58 /MWh 33 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt 374 Wartungskosten Wartung und Instandhaltung bezogen auf die Investitionskosten Holz- und Hilfskessel 2,50% der Kessel 341 Wartungskosten gesamt 341 sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition 320 sonstige Kosten gesamt 320 Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten 349 kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten 209 Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,1474 Wärmepreis brutto 0,1692 Tabelle 29: Wirtschaftlichkeit Variante 2c: Neubau mit Holzpellets IX

38 Referenzvariante Investitionskosten als Jahreskosten nach der Annuitätenmethode Investitionskosten realer Zinssatz 6,50% Betrachtungsdauer 20Jahre Annuitätenfaktor 0, Brennstoffkosten Endenergiebedarf kWh Nutzenergiebedarf kWh Brennstoffbedarf Heizöl kWh Kosten Heizöl 0,0470 /kwh Gesamtkosten Heizöl Brennstoffkosten gesamt Betriebskosten Betriebsstromkosten Ölkessel 0,75 /MWh 362 Kaminfeger 250 Betriebskosten gesamt 612 Wartungskosten Wartung und Instandhaltung Holzund Hilfskessel bezogen auf die Investitionskosten 2,50% der Kessel 341 Wartungskosten gesamt 341 sonstige Kosten Versicherung 0,70%bezogen auf die Gesamtinvestition 105 sonstige Kosten gesamt 105 Zwischensumme Verwaltungskosten 5,00%bezogen auf die jährlichen Kosten kalkulatorischer Zuschlag 3,00%bezogen auf die jährlichen Kosten 752 Gesamtsumme netto Mehrwertsteuer 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0624 Wärmepreis brutto 0,0743 Tabelle 30: Wirtschaftlichkeit Referenzvariante: Haupt- und Nebengebäude mit Heizöl Kombinierter Wärmepreis Haupt- und Nebengebäude Heizöl und Neubau Pellets Brennstoffkosten Nutzenergiebedarf kWh Gesamtjahreskosten netto Mehrwertsteuer Holz 7% Mehrwertsteuer Rest 19% Gesamtsumme brutto Wärmepreis netto 0,0714 Wärmepreis brutto 0,0843 Tabelle 31: Wirtschaftlichkeit Kombination Haupt- und Nebengebäude Heizöl und Neubau Holzpellets X

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