14. Symposium Energieinnovation Feb. 2016, TU Graz. Nachhaltigkeitsindikatoren zur Bewertung der Wertigkeit von Energieversorgungssystemen

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1 14. Symposium Energieinnovation Feb. 2016, TU Graz Nachhaltigkeitsindikatoren zur Bewertung der Wertigkeit von Energieversorgungssystemen auf Basis erneuerbarer Energien Referentin: Prof. Dr. Hehenberger-Risse

2 Forschungsthemen und Professoren am TZE Netz- und Systemintegration Energiespeicher (elektrisch und chemisch) Dezentrale Energiesysteme Energieeffizienz Das TZE unterstützt primär den Forschungsschwerpunkt Energie der Hochschule Landshut.

3 Ressourcen am TZE Technologiezentrum Energie 2

4 Ausbau des TZE Planung für 2016/2017/2018 T T T Titanat- Speicher (100kW/70kWh ) Aufbau Wärmenetz für Neubau und Bestandsgebäude mit Simulation verschiedener carbonfreier Betriebsweisen (z. B. kalte Nahwärme) integr. Labor Energie- Effizienz Technikumshalle (ca. 20 * 8 * 6 m) Laborfläche Energieeffizienz OG bzw. Neubau (Praktikum, > 25 Plätze) Redox-Flow-Speicher (10kW/40kWh) 3

5 Inhalt 1. Potentiale Wärmenetze 2. Nachhaltigkeitsindikatorensystem mit Gewichtung 3. untersuchte Systemkomponenten, Nahwärmeversorgungsvarianten und Systemgrenze 4. Auszug Ergebnisse Nachhaltigkeitsanalyse 5. Ausblick 4

6 1. Potentiale Wärmenetze Quelle: 5

7 1. Potentiale Wärmenetze 6

8 1. Potentiale Wärmenetze 7

9 2. Nachhaltigkeitsindikatorensystem und Gewichtung 5,00% 1,00% 2,00% 10,00% 5,00% 30,00% KEA nicht erneuerbar KEA erneuerbar CO2-Äquivalent SO2-Äquivalent TOPP2-Äquivalent Fläche 7,00% Abwasser 10,00% 0,01% Abfall Kosten/Wärmepreis 20,00% NG/Netzverlust 10,00% Wertschöpfung 8

10 3. Untersuchte Systemkomponenten - Systemgrenze Kesselanlagen Biogas-BHKW Solarkollektor, Erdwärmespeicher Geothermieanlage sowie das Wärmenetz. Berechnung Gesamtenergieaufwand und Emissionen - Lebenszyklusanalyse mittels Indikatoren Berechnung der Prozesse und Szenarien bezogen auf die gesamte erzeugte Nutzwärme (Endenergie), mit Programm GEMIS

11 3. Untersuchte Nahwärmeversorgungsvarianten Referenzvariante Varianten großes Nahwärmenetz Speichersdorf Netz m Varianten kleines Nahwärmenetz Speichersdorf m kleines Nahwärmen. Mittert. 360 m V1ÖlGas V2 V2aBG V3Solark20 V4Solark20 V4aBGSolar20 V6Geoth V5VG1b V5VG1bSolar8 Mitterteich Bezeichnung Einheit Brennstoffeinsatz MWh/a Wärmebedarf MWh/a Anschlussleistung kw th Gesamtinvestition Brennstoffkosten /a spezifischer Wärmepreis /MWh regionale Wertschöpfung /MWh Tabelle: Zusammenfassung Wirtschaftlichkeitsvergleich Wärmeversorgungsvarianten inkl. Wärmenetz ohne Hausübergabestationen - eigene Berechnung auf Basis Machbarkeitsstudie Speichersdorf und Mitterteich 10

12 4. Auszug Ergebnisse Nachhaltigkeitsanalyse kwh/nutzwärme gesamt Vergleich kumulierter Energieaufwand der Versorgungsvarianten ohne und mit Wärmenetz nicht erneuerbar erneuerbar V1 ÖlGas V2 BiomÖl V2 mnetz V2a BiomBGÖl V2a mnetz V3 Biom Solar40 Abb.: Vergleich kumulierter Energieaufwand der Wärmeversorgungsvarianten V1-4, 6 und Mitterteich ohne und mit Wärmenetz - eigene Darstellung auf Basis GEMIS V3 mnetz V4 Biom Solar20 V4 mnetz V4aBiom BGSolar V4a mnetz Geothermie Geothermie mnetz Mitterteich Mitterteich mnetz -

13 4. Ergebnis Vergleich Umweltauswirkungen Wärmeversorgungsvarianten ohne/mit Wärmenetz und Erdwärmespeicher 0,50 KEA nicht erneuerbar KEA erneuerbar CO2-Äquivalent SO2-Äquivalent TOPP2-Äquivalent Fläche Abwasser Abfall Kosten/Wärmepreis Nutzungsgrad Wertschöpfung 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00-0,10 V1ÖlGas V2 V2mNetz V2aBG V2amNetz V3Solark40 V3mNetzSo Abbildung: Ergebnis Vergleich Umweltauswirkungen der Wärmeversorgungsvarianten ohne und mit Wärmenetz und Erdwärmespeicher eigene Darstellung auf Basis GEMIS V4Solark20 V4mNetzSo V4aBGSolar20 V4amNetzSo V6Geoth V6mNetz Mitterteich MittertmNetz 12

14 4. Ergebnisse Nachhaltigkeitsanalyse Bilanzindikator 120,00% 100,00% 80,00% Ergebnis Bilanzindikator - vermiedene Umweltauswirkungen Nahwärmeversorgungsvarianten ohne und mit Wärmenetz und Erdwärmespeicher vermiedene Umweltauswirkungen 86,63% 86,75% 91,16% 114,08% 112,50% 91,74% 94,02% 95,92% 96,20% 99,63% 101,87% 102,45% 103,51% 105,41% 60,00% 40,00% 20,00% 0,00% 0,00% V1ÖlGas V3mNetzSo V6mNetz V4amNetzSo V4mNetzSo V2mNetz V2amNetz V6Geoth V3Solark40 V4aBGSolar20 V4Solark20 V2 V2aBG MittertmNetz Mitterteich S Abbildung: Darstellung Gesamtergebnis mit Bilanzindikator vermiedene Umweltauswirkungen - eigene Entwicklung und Darstellung auf Basis GEMIS 13

15 4. Ergebnisse Emissionen CO 2 -, SO 2 - und TOPP-Äquivalent Wärmeversorgungsvarianten kg Äquivalent / Gesamtnutzwärme , , ,00 TOPP-Äquivalent SO2-Äquivalent CO2-Äquivalent , ,00 100,00 10,00 1,00 S Abbildung: CO 2 -, SO 2 - und TOPP- Äquivalent der Wärmeversorgungsvarianten eigene Darstellung auf Basis GEMIS 14

16 4. Ergebnisse Emissionen Wärmenetz SO 2 -, CO 2 -, TOPP-Äquivalent Wärmenetz Speichersdorf kg , , ,000 SO2-Äquivalent TOPP-Äquivalent CO2-Äquivalent 1.000, ,000 10,000 1,000 Stahlblech PEHD-Rohr PUR-Hart-schaum S Abbildung 82: CO 2 -, SO 2 - und TOPP- Äquivalent Wärmenetz Speichersdorf eigene Darstellung auf Basis GEMIS 15

17 4. Ergebnisse Abfallaufkommen Abfallaufkommen Wärmeversorgungsvarianten kg Abfälle / kwh Nutzwärme gesamt Asche Klärschlamm Abraum Gülle (Reststoff) Stapelmist REA-Reststoff Produktionsabfall Aschen-Schlacken zur Verwertung Müll-atomar (hochaktiv) SUMME V1ÖlGas V2 V2aBG V3 Solark40 V4 Solark20 V4aBG Solar20 V5VG1b V5bVG1b Solar8 V6 Geoth Mitterteic h Abbildung : Abfallaufkommen Wärmeversorgungsvarianten eigene Darstellung auf Basis GEMIS 16

18 4. Abfallaufkommen Wärmenetz Abfall kg/gesamtnetz , , , ,000 10,000 Abfallaufkommen Wärmenetz Speichersdorf Müll-atomar (hochaktiv) Abraum Produktionsabfall Klär-schlamm REA-Reststoff Asche 1,000 Baustahl PE-HD-Rohr PUR-Hartschaum Abbildung: Abfallaufkommen Wärmenetz Speichersdorf eigene Darstellung auf Basis GEMIS 17

19 4. Ergebnisse Flächenbedarf m² / kwh Nutzwärme gesamt Flächenbedarf V1ÖlGas V2 V2aBG V3 Solark40 V4 Solark20 V4aBG Solar20 V5VG1b V5bVG1b Solar8 V6 Geoth Mitterteich Abbildung : Flächenbedarf Wärmeversorgungsvarianten eigene Darstellung auf Basis GEMIS 18

20 4. Ergebnisse Flächenbedarf Wärmenetz m²/gesamtnetz 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 Flächenbedarf Wärmenetz Speichersdorf Stahlblech PE-HD-Rohr PUR-Hartschaum S Abbildung 89: Flächenbedarf Wärmenetz Speichersdorf auf Basis GEMIS 19

21 4. Ergebnisse Abwasseranfall 0, , Abwasserbelastung kg/kwh Nutzwärme Abwasserbelastung kg/kwh Nutzwärme 0, , , , , , Abbildung : Abwasserbelastung der Wärmeversorgungsvarianten eigene Berechnung und Darstellung auf Basis GEMIS 20

22 5. Ausblick: Integration der Energieeffizienz Nachhaltige Energiesysteme suffizient effizient regenerativ 21

23 5. Ausblick: Ganzheitliche Betrachtung Gebäudeeffizienz Strom EE- und koventionelle Anlagen Brennstoffzelle Wärme/Kälte EE- und konventionelle Anlagen Power to Heat Power to Gas etc. etc. Ganzheitliche Betrachtung - Intelligentes Erzeugungsund Lastmanagement Mobilität Elektromobilität Systemvernetzung Biokraftstoffe Gebäude-/Energieeffizienz etc. Kaskadennutzung 22

24 Literaturverzeichnis Hehenberger-Risse, D. (2013): Nachhaltigkeitsanalyse Entwicklung verschiedener Nachhaltigkeitsindikatoren zur umwelttechnischen Analyse und Bewertung von Nahwärmeversorgungsnetzen auf Basis regenerativer Energien im Vergleich zu fossilen Energieträgern: URL: URN: urn:nbn:de:gbv:luen4-opus KEWOG Energie und Dienste GmbH, D. H.-R. (2010). Machbarkeitsstudie / Realisierungskonzept für Biomasse-Nahwärmeversorgung im Betreibermodell für die Stadt Mitterteich - Mehrzweckhalle, Hauptschulemit Hallenbad und Grundschule, Förderschule Lebenshilfe. Tirschenreuth KEWOG Städtebau GmbH - Geschäftsbereich ZREU. (Juli 2010). Präsentation Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnungen Nahwärmeversorgung Speichersdorf. Speichersdorf Sperber, E.; Nast, M. (2014). Nahwärmenetze als zentrale Komponente für die künftige Energieversorgung. Bayern Innovativ Kooperationsforum Zentrale Wärmeversorgung in Kommunen. DeutschesZentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Ingolstadt ZAE Bayern/ZREU, ZAE Bayern und KEWOG Städtebau GmbH - Geschäftsbereich ZREU. (2010). Machbarkeitsstudie Solare Nahwärme Speichersdorf. Garching, Regensburg. 23

25 Technologiezentrum Energie Wiesenweg 1 D Ruhstorf Tel.: Fax: info@technologiezentrum-energie.de