Wärmekraftkopplung und Abwärmenutzung in der Energiestrategie 2050 Prof. Dr. Hp. Eicher, VR Präsident eicher + pauli AG

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1 Wärmekraftkopplung und Abwärmenutzung in der Energiestrategie 2050 Prof. Dr. Hp. Eicher, VR Präsident eicher + pauli AG

2 Seite 2 Inhalt Ausgangslage Endenergieverbrauch 20 und 2060 Schlüsseltechnologien Einzelheizungen oder Wärmeverbundsysteme? Abwärmenutzung Wärmekraftkopplung Fazit

3 Seite 3 Politische Ausgangslage CO2 CO 2 Gesetz vom Reduktion 1990 bis 20 um 20% im Inland Reduktion 1990 bis 22 um 6.2 % CO 2 Abgabe Fr /t. Erhöhung auf max. Fr /t wenn Reduktionsziele nicht erreichbar Langfristige CO 2 Emissionen CO 2 Emissionen Mio. t/a = 4 t/person pro Jahr Langfristig 1 t/person pro Jahr

4 Seite 4 Politische Ausgangslage Energie Stromproduktion Ausstieg aus Kernenergie Energiegesetz Abgabe für KEV max. 1.5 Rp./kWh Elektrizität, reicht vermutlich nur für Abbau Warteliste bis Mitte 22 Globalbeiträge an Kantone aus CO 2 Abgabe (100 Mio./a lpus 100 Mio./a durch Kantone) für Förderung erneuerbare Energien, Abwärmenutzung und Gebäudetechnik.

5 Seite 5 Politische Ausgangslage Energie Botschaft Bundesrat Energiestrategie 2050 Erhöhung KEV auf 2.3 Rp./kWh. Dann Systemanpassung zu Einspeisevergütung mit Direktvermarktung CO2 Abgabe 84 Fr./t und Globalbeiträge an Kantone max. 450 Mio. Fr/a. Erhöhung durch Kantone um 1/3. Teilbefreiung WKK Anlagen von CO2 Abgabe. Rücknahmepflicht und angemessene Vergütung der Elektrizität durch Netzbetreiber Befreiung Strom-Grossverbraucher von CO2-Abgabe und Netzzuschlag, bei Verpflichtung zur Steigerung ihrer Stromeffizienz und zur Verminderung der CO2- Emissionen.

6 Seite 6 Endenergieverbrauch 20/2060 Langfristig starke Reduktion des Endverbrauchs bei: Raumwärme Mobilität Quellen: (1) und (2)

7 Seite 7 Raumwärme, Warmwasser Prozesswärme Quelle: (1)

8 Seite 8 Einzelheizung oder Nahwärme? Einzelheizung: Dort wo Verwendung erneuerbarer Energien oder Abwärme mit Einzelheizungen möglich ist. Nahwärme Falls technologiebedingt Einzelheizungen nicht möglich sind (Abwärmenutzung aus KVA, ARA, Industrie, tiefe Geothermie, Wärmekraftkopplung) Falls keine erneuerbaren Energien für Einzelheizungen verfügbar sind

9 Seite 9 Schlüsseltechnologien für Einzelheizungen Wärmepumpen für kombinierte Wärme- und Kälteerzeugung Wärme- und Kältequellen Umgebungsluft bis 50 kw Erdsonden bis 200 kw Grundwasser bis 500 kw Alters- und Pflegeheim Köniz. Wärme- und Kälteerzeugung mit Grundwasser

10 Seite 10 Schlüsseltechnologien Nah- und Fernwärme Externe Abwärmenutzung Wärmepumpen für kombinierte Wärme- und Kälteerzeugung Wärmeleistung 500 kw bis mehrere MW Natürliche Kältemittel, zum Beispiel Ammoniak

11 Seite 11 Schlüsseltechnologien Prozesswärme Wärmekraftkopplung Gasmotoren für Bio- und Erdgas. Leistungen ab 200 kwe bis einige MWe. Elektrische Wirkungsgrade 36 bis 45%. Nutzwärme bis 90 C ORC Anlagen für Abwärme, Holz, Geothermie. Elektrische Leistungen ab 500 kw bis 2 MW. Elektrische Wirkungsgrade stark abhängig von Kondensationstemperatur. Typischerweise 15% für Temperaturen von 80 bis 90 C Rost- oder Wirbelschichtfeuerungen(ab 20 MW thermisch) für Holz und Abfälle (KVA). Klassischer Wasserdampfprozess. Elektrische Leistungen ab 3 MW

12 Seite 12 Raumwärme und Warmwasser 2060 GIS Analyse Wärmebedarf % Reduktion Wärmebedarf bis /3 des Bedarfs für Raumwärme und Warmwasser werden mit Einzelheizungen gedeckt. (Wärmepumpen) 1/3 des Bedarfs ist geeignet für Nahwärme weil Verbrauchsdichte hoch Quelle: (3)

13 Seite 13 Wärmequellen für Nah- und Fernwärme Abwärme aus Kehrichtverbrennung Abwärme aus Prozessen Abwärme aus Abwasser Umweltwärme aus Grund- und Oberflächenwasser

14 Seite 14 Abwärme aus Prozesswärme in der BRD Quelle: (4)

15 Seite 15 Abwärme aus Prozesswärme Schweiz

16 Seite 16 GIS Analyse Wärmebedarf und Wärmequellen Quelle: (1)

17 Seite 17 Industrieabwärme Polyfeld Muttenz Ammoniakwärmepumpen nutzen Abwärme aus der Ölmühle Florin. WP Leistung im Endausbau 4 MW. Vorlauftemperatur WP 65 C. JAZ >4

18 Seite 18 Beispiel: Kombinierte Kälte- Wärmeerzeugung Gleichzeitige Kälteerzeugung für Rechenzentrum und Abwärmenutzung für COOP Verteilzentrum mit Wärmepumpe/Kältemaschine. Kombinierte JAZ > 6

19 Seite 19 Beispiel: Abwärmenutzung Swisscom Binz ewz erzeugt Kälte für Swisscom und nutzt Abwärme aus dem Kälteprozess für die Beheizung von 1000 Wohnungen. WP Leistung 2 MW, Genutzte Abwärme 10 GWh/a, JAZ kombiniert > 6

20 Seite 20 Prozesswärme und Elektrizität aus Biogas Biogasmotoren im Biomassezentrum der Oberland Energie AG Stromproduktion 3000 MWh/a Wärmeproduktion für Vergärungsprozess und Belieferung ABC Zentrum ca MWh/a Strom vergütet nach KEV Ansätzen CO2 Reduktion 1000 t/a

21 Seite 21 Prozesswärme und Elektrizität aus Erdgas Erdgasmotoren GVM AG Arlesheim Erdgasentspannungsanlage Stromproduktion 18 GWh/a Entspannungsturbine 1800 kwe 2 Gasmotor BHKW s à je 625 kwe für Aufwärmung Erdgas nach Expansion Stromgestehungskosten Gasmotor BHKW = 1.1 x Erdgaspreis (Rp./kWh/ Hu) plus 5 Rp./kWh

22 Seite 22 Elektrizität aus Prozessabwärme ORC Anlage in Zementwerk Untervaz ORC Anlagen mit 2 MWe Stromproduktion 15 GWh/a Investitionen 15 Mio. Fr. Stromgestehungskosten bei 10% Annuität 10 bis 12 Rp./kWhe Bildquelle: Südostschweiz Datenquelle (5)

23 Seite 23 Prozesswärme aus Biomasse (ohne Strom) COOP Verteilzentrale Schaffisheim Biomassefeuerung mit thermischer Leistung von 3 MW Erhitzung Thermoöl auf 300 C für Beheizung Backstrassen CO2 Einsparung t/a Inbetriebnahme 25 /26

24 Seite 24 Prozesswärme aus Biomasse (ohne Strom) Restholzheizung Biomassezentrum Spiez Dampfproduktion 2x6t/h Oberland Energie AG beliefert Nitrochemie mit Ferndampf Einsparung von ca. 4 Mio. l Heizöl EL CO2 Einsparung t/a Investition ca. 15 Mio.

25 Seite 25 Fazit Abwärmenutzung Abwärmenutzung aus Prozessen unter heutigen Rahmenbedingungen konkurrenzfähig. Relativ lange Paybackzeiten für Nahwärme daher Risiko des Wegfalls der Prozesswärme Bei CO2 Abgaben gemäss Botschaft des Bundesrates zur Energiestrategie 2050(84 Fr. t/co2) deutliche Reduktion des wirtschaftlichen Risikos Datenlage Abwärmeanfall (Temperaturen, Ort; Zeitraum) muss verbessert werden Einbezug Abwärmenutzung in Energierichtpläne von grosser Bedeutung

26 Seite 26 Fazit Wärmekraftkopplung Wärmekraftkopplung mittels erneuerbaren Energien über KEV wirtschaftlich, aber extrem lange Warteliste. Risiko Wegfall KEV bei Prozesswärme (Rückgang Wärmebedarf) Neue KEV Gesuche wahrscheinlich nicht mehr über heutiges KEV finanziert Fossile WKK nicht wirtschaftlich betreibbar Rahmenbedingungen für zukünftige WKK unklar sowohl bei erneuerbaren Energien wie auch fossil. Investitionsstop Prozesswärmeerzeugung mit Biomasse (ohne Strom) interessanter

27 Seite 27 Danke für Ihre Aufmerksamkeit

28 Seite 28 Quellenverzeichnis (1) Rainer Bacher, Armin Binz, Hanspeter Eicher, Rolf Iten, Mario Keller: Energierespekt Der Schlüssel für eine nachhaltige Energieversorgung. Faktor Verlag, Zürich, 24, ISBN: (2) Prognos, Basics, Infras, TEP 21: Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs nach Verwendungszwecken (3) Dr. Eicher + Pauli AG, Langfristperspektiven für erneuerbare und energieeffiziente Nah- und Fernwärme in der Schweiz, eine GIS Analyse, 23

29 Seite 29 Quellenverzeichnis (4) Wagner, H.-J., Unger, H., et al. (20): Validierung und kommunale Disaggregierung des Expertensystems HERAKLES, Abschlussbericht, Ruhr-Universität Bochum (5) Holcim (Schweiz) AG Markus Hepberger: Energiegewinnung aus Abwärme im Zementwerk Untervaz