Kommunales Energiekonzept für die Realschule, Dreifachturnhalle und das Gymnasium Hilpoltstein

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1 Energiekonzept Schulen Hilpoltstein Kommunales Energiekonzept für die Realschule, Dreifachturnhalle und das Gymnasium Hilpoltstein Kreisausschusssitzung am Dipl.-Ing. (FH) Stefan Schedl Institut für Energietechnik an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden Kaiser-Wilhelm-Ring 23a Amberg

2 Inhalt l Ist-Zustand l Die dezentralen Energieversorgungsvarianten l Der Gebietsumgriff Die Nahwärmeverbundlösung l Zusammenfassung 2

3 Ist- Zustand l Der Energieverbrauch und die Energiekosten Dreifachturnhalle Strom Stromkosten (Brutto) Wärme bereinigt Wärmekosten (brutto) bereinigt [kwh/a] [ /a] [kwh/a] [ /a] Mittelwert Gymnasium Strom Stromkosten (Brutto) Wärme bereinigt Wärmekosten (brutto) bereinigt [kwh/a] [ /a] [kwh/a] [ /a] Mittelwert Energieverbrauch Realschule Hilpoltstein Strom Stromkosten (Brutto) Wärme bereinigt Wärmekosten (brutto) bereinigt [kwh/a] [ /a] [kwh/a] [ /a] Mittelwert l Stromkosten: l Wärmekosten: /a ( kwh/a) /a ( kwh/a) l Der Primärenergiebedarf und die CO 2 - Emissionen: mit Ökostrom ohne Ökostrom l Primärenergiebedarf: MWh/a (3.762 MWh/a) l CO 2 - Emissionen: 685 t/a (855 t/a) 3

4 Inhalt l Ist- Zustand l Die dezentralen Energieversorgungsvarianten l Der Gebietsumgriff Die Nahwärmeverbundlösung l Zusammenfassung 4

5 Gymnasium - dezentral l Die spezifischen Energieverbräuche im Ist- Zustand 150 kwh/m²a 60 kwh/m²a 123 kwh/m²a 115 kwh/m²a 123 kwh/m²a 300 kwh/m²a 108 kwh/m²a l Datenermittlung auf Grundlage des Baualters l Berücksichtigung des allgemeinen Gebäudezustandes (Teilklimaschutzkonzept Lkr. Roth) l Berücksichtigung der Grundflächen 80 kwh/m²a 5

6 Gymnasium - dezentral l Die geplanten Baumaßnahmen l Abriss Mendel l Abriss Pestalozzi l Ersatzneubau -> geplanter Wärmebedarf 30 bis 40 kwh/m²a (Besprechung vom ) l Der künftige Wärmebedarf (Einstein bleibt bestehen) Baujahr Gebäudeteil NGF (NF+VF) Heizwärmebedarf Strombedarf [m²] [kwh/a] [kwh/a] 1970 Pestalozzi Mendel und Verbindungsbau Einstein und Verbindungsbau Dürer TRH zu Pestalozzi Sporthalle Hausmeister Valentin Scholl und Verbindungsbau Zwischensumme Neubau Mendel Neubau Pestalozzi Zwischensumme Gesamt

7 Gymnasium - dezentral l Die Energieversorgungsvarianten (ohne Gebäudekühlung) l 1.0: Erdgaskessel (Referenzvariante) l 1.1: Biomethan- BHKW mit Stromeinspeisung nach EEG und Erdgasspitzenlastkessel l 1.2: Erdgas- BHKW mit max. Eigenstromnutzung und Erdgasspitzenlastkessel l 1.3: Pelletkessel (ggf. mit Spitzenlastkessel) l 1.4: Erdgas- BHKW mit max. Eigenstromnutzung und Erdgasspitzenlastkessel l 1.5: Biomethan- BHKW mit Biomethan- Spitzenlastkessel l 1.6: Hackgutkessel (ggf. mit Spitzenlastkessel) l 1.7: Gas- Absorptions- Wärmepumpe mit Spitzenlastkessel l 1.8: Luft- Wasser- Wärmepumpe mit Spitzenlastkessel 7

8 Gymnasium - dezentral l Die 1.2: Erdgas- BHKW mit Erdgasspitzenlastkessel 600 ca. 35% Eigenstromnutzung therm. Leistungsbedarf [kw] Erdgaskessel thermische Leistung: 440 kw Erdgas-BHKW thermische Leistung: 94 kw elektrische Leistung: 50 kw Jahresstunden [h] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 8

9 Gymnasium - dezentral l Die 1.3: Pelletkessel (ggf. mit Erdgasspitzenlastkessel) 600 therm. Leistungsbedarf [kw] Erdgaskessel thermische Leistung: 310 kw Pelletkessel thermische Leistung: 220 kw l täglicher Pelletverbrauch (1,1 t/d bzw. 1,7 m³/d) l Lagervolumen 10-Tage- Betrieb (17 m³) l Lagervolumen ca. 34 m³ (Tanklastzug) l ca. 1 Lieferung alle zwei Wochen Jahresstunden [h] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 9

10 Gymnasium - dezentral l Die 1.7: Gas- Absorptions- Wärmepumpe mit Erdgasspitzenlastkessel Erdgaskessel thermische Leistung: 360 kw therm. Leistungsbedarf [kw] Gas- Wärmepumpe thermische Leistung: 177 kw Kälteleistung: 84,5 kw l Hohe Lärmentwicklung (ca. 70 db pro Gerät) lt. Buderus l Keine Innenaufstellung möglich l Enorme Schallschutzanforderungen erforderlich Jahresstunden [h] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 10

11 Gymnasium - dezentral l Die Investitionskosten Investitionskosten [ ] x Erdgaskessel Wärmeerzeuger und Anlagenteile Bauliche Maßnahmen Technische Installation Projektabwicklung Unvorhergesehenes Summe Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 11

12 Gymnasium - dezentral l Die jährlichen Ausgaben jährliche Kosten [ /a] Summe kapitalgebundener Kosten Summe betriebsgebundener Kosten Summe verbrauchsgebundener Kosten Summe sonstiger Kosten x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 12

13 Gymnasium - dezentral l Die jährlichen Einnahmen jährliche Einnahmen [ /a] Steuerrückerstattung KWKG- Vergütung Eigenstromnutzung Stromeinspeisung EEG-Vergütung x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 13

14 Gymnasium - dezentral l Die Jahresgesamt- und Wärmegestehungskosten ,0 12, ,0 Jahresgesamtkosten [ /a] , , , , , ,5 8, , ,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] Zusätzlich erforderliche Schallschutzmaßnahmen bei den 1.7 und 1.8 noch nicht berücksichtigt. 0 0,0 Jahresgesamtkosten - Mit Einstein [ /a] Wärmegestehungskosten - Mit Einstein [Cent/kWh] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Eigenstromanteil: 35% 80% mit Einstein und kleinerer Pestalozzi Eigenstromanteil: 30% 70% ohne Einstein und größerer Pestalozzi 14

15 Gymnasium - dezentral l Die Jahresgesamt- und Wärmegestehungskosten - ohne Einstein (GRÜN) ,7 14,0 Jahresgesamtkosten [ /a] ,5 7,2 11,2 10,4 7,0 6,8 8,5 8,1 6,6 6,4 12,3 8,1 7,5 8,7 8,0 9,6 9,2 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] Zusätzlich erforderliche Schallschutzmaßnahmen bei den 1.7 und 1.8 noch nicht berücksichtigt. 0 0,0 Jahresgesamtkosten - Mit Einstein [ /a] Wärmegestehungskosten - Mit Einstein [Cent/kWh] Jahresgesamtkosten - Ohne Einstein [ /a] Wärmegestehungskosten - Ohne Einstein [Cent/kWh] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Eigenstromanteil: 35% 80% mit Einstein und kleinerer Pestalozzi Eigenstromanteil: 30% 70% ohne Einstein und größerer Pestalozzi 15

16 Gymnasium - dezentral l Die CO 2 - Bilanz CO 2 - Emissionen [t/a] CO2- Bilanz mit Substitution konventionell erzeugten Stroms CO2- Bilanz unter Berücksichtigung von Ökostromeinsatz x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 16

17 Inhalt l Ist- Zustand l Die dezentralen Energieversorgungsvarianten l Gymnasium l Dreifachturnhalle l Realschule l Der Gebietsumgriff Die Nahwärmeverbundlösung l Zusammenfassung 17

18 Gebietsumgriff l Der mögliche Netzverlauf l Integration der Heizzentrale in den Neubau Mendel oder Pestalozzi Kenndaten des Wärmenetzes Netzlänge 595 [m] Heizleistung [kw] Erzeugte Wärme [kwh/a] Nahwärme ab HH* [kwh/a] Verlustwärme [kwh/a] Verlust 12,6 [%] Wärmebelegung [kwh/m a] 18

19 Gebietsumgriff l Die Energieversorgungsvarianten l 4.0: dezentrale Erdgaskessel (Referenzvariante) l 4.1: Biomethan- BHKW mit Stromeinspeisung nach EEG und Erdgasspitzenlastkessel l 4.2: Erdgas- BHKW mit max. Eigenstromnutzung im Gymnasium und Erdgasspitzenlastkessel l 4.3: Pelletkessel (ggf. mit Spitzenlastkessel) l 4.4: Erdgas- BHKW mit max. Eigenstromnutzung im Gymnasium und Erdgasspitzenlastkessel l 4.5: Hackgutkessel (ggf. mit Spitzenlastkessel) l 4.6: Anschluss an Südwärme Biomasseheizwerk 19

20 Gebietsumgriff l Die Jahresgesamt- und Wärmegestehungskosten Investitionskosten [ ] Nahwärmeleitungen und Übergabestationen Wärmeerzeuger und Anlagenteile Bauliche Maßnahmen Technische Installation Projektabwicklung Unvorhergesehenes Summe Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Erdgaskessel Pelletkessel Hackgutkessel BHKW 268kW th, 250kW el 94kW th, 50 kw el dezentral Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 20

21 Fazit dezentrale Energieversorgung l Die Wärmeverbundlösung: ohne mögliche Förderungen Investitionskosten [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,4 13,4 10,9 9,6 8,4 9,1 mit möglichen Förderungen maximale Projektförderung [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,4 13,2 10,7 9,1 8,4 8,7 CO 2 -Emissionen [t/a] CO 2 -Emissionen [t/a] Erdgaskessel Biomethan- BHKW Erdgas- BHKW 268kW th, 250kW el Pelletkessel Erdgas- BHKW 94kW th, 50 kw el Hackgutkessel dezentral Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Eigenstromanteil: 5% 30% 21

22 Inhalt l Ist- Zustand l Die dezentralen Energieversorgungsvarianten l Der Gebietsumgriff Die Nahwärmeverbundlösung l Zusammenfassung 22

23 Zusammenfassung l Gymnasium: ohne mögliche Förderungen Investitionskosten [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,2 10,4 6,8 8,1 6,4 12,3 7,5 8,0 9,2 mit möglichen Förderungen maximale Projektförderung [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,2 10,4 6,8 7,9 6,4 12,3 7,3 5,6 7,2 CO 2 -Emissionen [t/a] CO 2 -Emissionen [t/a] x Erdgaskessel Biomethan- Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Gas- Luft- Wasser- Pelletkessel Biomethan- BHKW Hackgutkessel BHKW 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Wärmepumpe Wärmepumpe Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Biomethankessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel l Berücksichtigung der Anforderungen von EnEV und EEWärmeG 23

24 Zusammenfassung l Dreifachturnhalle: ohne mögliche Förderungen Investitionskosten [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,9 12,5 8,8 11,5 9,8 mit möglichen Förderungen maximale Projektförderung [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,9 12,2 8,4 10,0 8,5 CO 2 -Emissionen [t/a] CO 2 -Emissionen mit Ökostrom [t/a] Erdgaskessel Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Biomethan- BHKW 20kW th, 7,5kW el Pelletkessel 33kW th, 16kW el Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 24

25 Zusammenfassung l Realschule: ohne mögliche Förderungen Investitionskosten [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,4 10,7 7,2 8,8 6,6 mit möglichen Förderungen maximale Projektförderung [ ] Jahresgesamtkosten [ ] Wärmegestehungskosten [Cent/kWh] 7,4 10,7 7,2 8,8 6,6 CO 2 -Emissionen [t/a] CO 2 -Emissionen mit Ökostrom [t/a] Erdgaskessel Erdgas- BHKW Erdgas- BHKW Biomethan- BHKW Pelletkessel 94kW th, 50kW el 44kW th, 22kW el Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel Erdgaskessel 25

26 Zusammenfassung l Die Energieversorgungsvarianten l Dezentrale Energieversorgung günstiger als Wärmeverbund; obwohl eigenständiges Heizhaus noch nicht berücksichtigt l Jährliche Kostenersparnis über /a möglich gegenüber günstigster Energieversorgung im Wärmeverbund l Anschluss an Südwärme- Heizzentrale: laut vom werden die Wärmegestehungskosten der Südwärme über denen einer dezentralen regenerativen Lösung liegen. l Wahl der dezentralen Energieversorgung für das Gymnasium in Abhängigkeit der Erfüllung des EEWärmeG und der EnEV => Detailberechnungen Bauphysiker 26