Integrierte Energiekonzepte und weitere Handlungsmöglichkeiten im Wärmesektor

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1 Integrierte Energiekonzepte und weitere Handlungsmöglichkeiten im Wärmesektor Michael Münch, Transferstelle Bingen (TSB) 16. Mai 2017, Dynamikum Science Center, Pirmasens 2. Regionalforum Zukunftsfähige Energieregion Pfälzerwald Energieagentur Rheinland-Pfalz GmbH

2 Über uns (1) Transferstelle Bingen (TSB) Gründung 1989 Als Institut an der Technischen Hochschule Bingen (TH Bingen) Integriert in die ITB ggmbh Themen: Regenerative Energiesysteme, Rationelle Energienutzung und Biogene Werkstoffe Mitarbeiter Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr. Oliver Türk Die TSB heute: 20 feste Mitarbeiter + 10 freie Mitarbeiter (Professoren & Studierende) Bundesweite Projekte mit Schwerpunkt RLP Etwa 120 abgeschlossene Energieprojekte pro Jahr Fachtagungen zu unterschiedlichen Energiethemen mit ca Besuchern pro Jahr 2

3 Über uns (2) Institut für Innovation, Transfer und Beratung gemeinnützige GmbH (ITB ggmbh) vom Land Rheinland-Pfalz getragene Gesellschaft Verschiedene Gesellschafter innerhalb der ITB ggmbh Ministerium der Finanzen- Beteiligungsverwaltung Industrie- und Handelskammer Rheinhessen Mainzer Volksbank, Sparkasse Rhein-Nahe Handwerkskammer Rheinhessen Die ITB organisiert den Transfer von Wissen aus den rheinland-pfälzischen Fachhochschulen zur Wirtschaft und hält dabei Kooperationsverträge mit der TH Bingen, FH Mainz, FH Worms Die TSB ist ein Geschäftsbereich der ITB ggmbh und nutzt diese auch als kaufmännische Organisation 3

4 Geschäftsführung TSB Prof. Dr. Oliver Türk Wissenschaftlicher Leiter der TSB Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe Energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe Verbundwerkstoffe neue Mobilität Dipl.-Ing. Joachim Walter Geschäftsführer der TSB Planung Energiedesign Forschung und Entwicklung Lüftungs- und Klimatechnik Energiemanagement Mobilitätskonzepte Biogene Werkstoffe Dipl.-Ing. Michael Münch Stellvertretender Geschäftsführer der TSB Gruppenleiter kommunale Projekte Umsetzungsbegleitung innovativer Energieprojekte Klimaschutz- und Quartierskonzepte Intelligente Stromnutzung / smart grids in Kommunen Konzepte für die Abfallwirtschaft Konzepte für die Wasserwirtschaft 4

5 Professoren an der TSB Prof. Dr. Ralf Simon Mitglied des Energiebeirats Rheinland-Pfalz Energiemanagement und - wirtschaft Virtuelles Kraftwerk Thermo- und Fluiddynamik Prof. Dr. Elke Hietel Wissenschaftliche Projektleitung Landschafts- und Bauleitplanung Landschaftsbildanalysen Naturschutz Artenschutz GIS und Landschaftsinformationssysteme Prof. Dipl.-Ing. Thomas Giel Wissenschaftliche Projektleitung Gebäudetechnik (Heizung, Sanitär, Lüftung, Elektro) Energieversorgung (KWK / Energieverteilnetze) Technisches Gebäudemanagement Prof. Dr. Markus Lauzi Wissenschaftliche Projektleitung Mess- und Regelungstechnik Beleuchtung Elektrische Antriebe Gebäude- und Industrieautomation Industrie 4.0 5

6 Tätigkeitsfelder Kommunen Energiewirtschaft Gewerbe & Industrie Biogene Werkstoffe Kommunale Energie- und Klimaschutzkonzepte Wärmeversorgung Gebäudeenergie Energiedesign Energieversorgung Geothermie Energiekonzepte für Abfall- und Abwasserbetriebe Energiewirtschaftliche Optimierung Zusatzvermarktungsmöglichkeiten Energiewirtschaftliche Bewertung der Eigenstromerzeugung Kommunikations- Hardund Software Studien zur Direktvermarktung Virtuelles Kraftwerk Erprobung von energietechnischen Anlagen am eigenen Prüfstand Energiekonzepte Energieaudit /- management Energiedesign/ Qualitätsmanagement Energiestrategien Ressourceneffizienz Prozessoptimierung Carbon Footprint Ökobilanzierung Nachhaltige Mobilität Wissenschaftliche Begleitung von Feldtests Biogene Werkstoffe Werkstoffliche Anwendung nachwachsender Rohstoffe Materialentwicklung Materialanalyse Alternativen zu petrochemischen Kunstund Verbundwerkstoffen Ressourceneffizienz Ökobilanzierung Veranstaltungen / Fachtagungen 6

7 Ziele der Energiewende Beispiel Masterplan 100% Klimaschutz Verbandsgemeinde Sprendlingen-Gensingen 7

8 Reduktionspotenziale (Bsp. Wärme/Haushalte) TSB / sweco 2016: Integriertes Klimaschutzkonzept für den Landkreis Mayen-Koblenz 8

9 Suffizienzpotenziale (Bsp. Wärme/Haushalte) Brauchen wir immer mehr Wohnraum pro Kopf? Ist das im Rahmen der Bevölkerungsentwicklung überall vermeidbar? (demografischer Wandel, Urbanisierung ) Wuppertal Institut entnommen:

10 Potenziale klimafreundliche Wärmeerzeugung Erneuerbare Energieträger / Effizienz (Bsp. Wärme/Haushalte) Rhein-Zeitung Koblenz, 11. Mai

11 Wärmewende im Quartier und in der Kommune anschieben Quartierskonzepte (~85 % - Förderung KfW 432 und über Wärmekonzept RLP) Klimaschutzkonzepte (~65 % Förderquote) sowie Klimaschutzteilkonzepte (insbesondere Integrierte Wärmenutzung ) (~50 % Förderquote) 1. identifizieren Potenziale zur Wärmenutzung in Siedlungen und Kommunen 2. erstellen GIS-basierte Wärmedichtenkarten / Quellen-Senken-Analysen 3. weisen Einsparpotenziale aus und 4. schaffen Perspektiven und Ziele für die Wärmeversorgung der Zukunft 5. kommunizieren die Wärmewende und Schaffen Multiplikationseffekte Wesentliche Aufgabe: kurzfristig konkrete Umsetzungen anschieben! 11

12 TSB-Tätigkeitsfeld: Kommunen Klimaschutzkonzepte und Quartierskonzepte Referenzen TSB: Gemeinden Städte Landkreise Klimaschutzkonzepte Integrierte Klimaschutzkonzepte Klimaschutzteilkonzepte: Klimaschutz in den eigenen Liegenschaften Klimaschutzteilkonzepte: Integrierte Wärmenutzung in Kommunen Klimaschutzteilkonzepte: Erschließung der Erneuerbare- Energien-Potenziale Klimaschutzteilkonzepte: Klimafreundliche Mobilität Klimaschutzteilkonzepte: Kommunale Anpassung an die Folgen des Klimawandels Energetische Quartierskonzepte nach KfW

13 Maßnahmen Bsp. Wärmeversorgung 1. Verringerung des spezifischen Bedarfs beheizter Flächen Mehrzwecknutzung von Gebäuden 2. Energieeinsparpotenziale insbesondere im Bestand heben 3. Perspektivisch die Wärmeerzeugung zu immer größeren Teilen brennstoffreduzierter umsetzen - Bioenergie und KWK(K) - (nicht nur!) als Brückentechnologien heute ausbauen - solare Unterstützung - zukünftig ergänzt um hocheffiziente elektrische Wärmeerzeugung (Wärmepumpen mit kalter Nahwärme, Abwärme und solarer Unterstützung) Flexibilitätspotenziale 4. Chancen aus der Stromwende nutzen Sektorenkopplung power to heat power to x 5. Optimierung der Wärmenutzung in Betrieb nach der Umsetzung guter Energiekonzepte 13

14 Strom zu Wärme? Heutiger nicht-regenerativer Primärenergiefaktor (PEF) Strom aus dem Netz der allgemeinen Versorgung: 1,8 CO 2 e-emission nahezu jeder betriebenen Wärmepumpe in der ökologischen Bewertung deutlich unter derer fossiler Feuerungen Zunehmender Einsatz von EE-Strom minimiert die Klimaschädlichkeit Herausforderung Altbaubestand / Temperaturniveau PEF schwankt stark im Jahresverlauf Flexibilisierung der Wärmeerzeugung Entwicklung des PEF-Faktors über das Jahr 2014 (qualitativ) ~-12 % Mittelwert Mittelwert bei Abruf SRL neg AP 300 /MWh 14

15 Power to Heat Demonstrationsanlage P2H- Demonstrationsanlage im Heizhaus der TH Bingen Nachbildung der Heizungsanlage eines Mehrfamilien- Wohnhauses mit Wärmeerzeuger (hier Mini BHKW), 1000-Liter-Pufferspeicher, Wärmeabgabe durch Einspeisung in das Wärmenetz der TH Bingen, Wärmeabgabe über eine Frischwasserstation. Der Pufferspeicher wird nur durch elektrische Heizstäbe im Rahmen der Erbringung von negativer SRL aufgeheizt (Powerto-Heat). Bei Überschreitung einer festgelegten Temperatur (z.b. 85 C) wird der eigentliche Wärmeerzeuger abgeschaltet und das Heizungs-Netz wird aus dem Pufferspeicher gespeist. Mehrere mögliche Montage-Positionen für die Heizstäbe, um den Einfluss auf die Temperaturschichtung zu variieren. 16 Tauchfühler und 16 Anlegefühler messen die Temperatur an vielen Stellen des Pufferspeichers um den Einfluss der Heizstäbe auf die Temperaturschichtung zu erfassen. Prof. Dr. Ralf Simon

16 Entwicklung eines virtuellen Kraftwerks für KWK - Anlagen 16 Integrierte Energiekonzepte / Wärmesektor Pirmasens, 16. Mai 2017 TSB - M. Transferstelle Münch Bingen

17 Virtuelles Kraftwerk made in Rheinland-Pfalz Betrieb und Weiterentwicklung von diversen virtuellen Kraftwerken in Deutschland Systembereitsteller 17 Aktuell gebündelte Leistung im Auftrag unserer Händler: über 450 MW in der MRL und der SRL in Deutschland und Österreich SP EnergyControl GmbH

18 Strom zu Wärme im Altbaubestand Bsp.: VG Bad Ems - Grubenwasserwärme 1. Absenken des Temperaturniveaus der Heizkreise und hydraulische Optimierung 2. Nutzung lokaler Potenziale aus warmen (Ab-)Wässern der Altbergbaus ~25 C und ~100 m³/h kalte Nahwärmeleitung ins Rathaus 3. Pilothafter Demonstrator Rathaus der VG Bad Ems 57% bzw. 92% CO 2 e-emissionsminderung In Umsetzung 18

19 Bad Breisig Römer-Thermen Beim Heizen Strom verbrauchen oder erzeugen? Optimierung Energieverbrauch durch Beckenabdeckung, In Umsetzung Modernisierung der Verteil- und Übergabeeinrichtungen, Modernisierung RLT / WRG, LED-Beleuchtung, effiziente Pumpen(antriebe) Nutzung des lokalen Potenzials von Thermalwasserwärme (~32 C) Vorrangiger Betrieb BHKW zur Eigenstromversorgung Energiewirtschaftliche Optimierung steht aus 19

20 Bad Breisig Römer-Thermen Beim Heizen Strom verbrauchen oder erzeugen? 20 Energieträgerbezug Ist-Analyse Umsetzung Variante 1 Einsparung Erdgas kwh/a kwh/a 40 % Strom kwh/a kwh/a 40 %

21 WHU Vallendar Otto Beisheim School of Management Energieversorgungskonzept Ganzheitliches Energiekonzept mit Potenzialen zur räumlichen Erweiterung 1. Klimaschutzteilkonzept Integrierte Wärmenutzung Verbandsgemeinde Vallendar 2. Nahwärmeverbund Innenstadt Insellösung WHU 3. Verhältnis Strom- zu Wärmeverbrauch zielt auf KWK-Lösung 4. Nach Umsetzung eines bedarfsgerechten, wärmegeführten BHKW 100 kw el im Nahwärmeverbund der Campusgebäude immer noch hoher Stromverbrauch 5. PV-Anlage 100 kw p Ergänzung durch Batterie? 21

22 VG-Werke Hachenburg Energiewirtschaftliche Optimierung insbesondere Nahwärmenetz Nahwärmeverbund Hachenburg 1. Heizwerk: Holz/KWK/Spitzenlast 2. Dezentrale BHKW 3. Versorgung (vor Allem) öffentlicher Einrichtungen Derzeitige Umsetzungsideen Entlastung des Netzes durch Lastmanagement (insbesondere Löwenbad) (Schloss Hachenburg mit 120 m³ Puffer läuft) Einbindung der BHKW in die Regelenergiemärkte (Zusatzerlöse) & Erweiterung BHKW Weiterer Ausbau und dezentrale Netze Power-to-heat 22

23 Energieverbrauch Energieverbrauch VG-Werke Hachenburg Energiecontrolling Klärwerk & Löwenbad smart technical object management Energiebilanzmanagement Energiebilanzmanagement Heute und in der Zukunft IST GA/GLT Verbrauchserfassung Massenströme IST-Verlauf (gradtagsbereinigt) Verbrauch Temperaturen Optimal??? Ventile SOLL GA/GLT, Verbrauchserfassung Ziele Simulation Klima Optimierung im Betrieb Funktioniert das Strom Zusammenspiel komplexer Anlagen Heizung (Wasser-, Strom-, Heizungs-, RLT- Technik )? Können die Experten- Prozesse sich gegenseitig wissen! entlasten und stärken? Wird zur idealen Zeit Strom und Wärme erzeugt, wo wird diese wann verbraucht? Ist der Verbrauch flexibel? IST-Verlauf Kosteneinsparung durch bessere optimal Auslastung / optimiertes Management der bereits vorhanden Anlagen Prof. Thomas Giel Bestands- und Anlagenaufnahme Benchmark Aktionsplan Energieeinsparmaßnahmen Weitere Maßnahmen 23

24 OG Gensingen Energiekonzept Null-Emissions-NBG Kalte Nahwärme / Eisspeicher / Virtuelles Kraftwerk 1. Null-Emissions-NBG Abwasser, Energieverbrauch, Energieerzeugung 2. B-Plan schließt Nutzung von fossilen Brennstoffen aus 3. B-Plan schreibt Solarenergienutzung (PV & ST) auf jedem Dach vor 4. Dezentrale Nutzung von Wärmepumpen für Heizen und passives Kühlen über Contractor wird angestrebt 5. Kaltes Nahwärmenetz mit dezentraler Wärmeeinspeisung (solare Luftabsorber und ggf. Erdwärmesonden) in Verbindung mit einem Eisspeicher soll den effizienten Betrieb der WP gewährleisten 6. Die Anlagen sollen zentral gesteuert und im Virtuellen Kraftwerk vermarktet werden Quelle: Viessmann Quelle: Entwurf B-Plan, igr 24

25 Abwasser sustreat Stadtentwässerung Koblenz Steuerungskomitee EU-life-Projekt Hocheffizientes Klärwerk, Modernisierung BHKW, Umsetzung PV Nachrüstung Trockner & Vergasung der bereits ausgefaulten Schlämme sustreat RZ 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Dipl. Ing. (FH) Michael Münch (06721) Mit Energie für Effizienz und Umwelt Transferstelle Bingen Berlinstraße 107a Bingen 26

27 Kontakt Dipl. Ing. (FH) Michael Münch (06721) Mit Energie für Effizienz und Umwelt Transferstelle Bingen Berlinstraße 107a Bingen 27