Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung im deutschen Wärmemarkt: Wie heizt Deutschland morgen?

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1 Dezentrale vs. zentrale Wärmeversorgung im deutschen Wärmemarkt: Wie heizt Deutschland morgen? Dr.-Ing. Bernadetta Winiewska Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH

2 Leitfragen Ob und unter welchen Bedingungen können dezentrale und zentrale Wärmeversorgungssysteme einen bedeutsamen Beitrag zur Erreichung der Effizienz- und Klimaziele leisten? Unter welchen Bedingungen ist der Einsatz von dezentraler und zentraler Wärmeversorgung für die Akteursgruppen wirtschaftlich? Dezentral gebäudeweise Wärmeerzeugung und -versorgung Zentral netzgebundene Wärmeversorgung

3 Status quo Beheizungsstruktur Wohnungsbestand Gebäudebestand Zentrale Wärmeversorgung (Nah-/Fernwärme) Dezentrale Wärmeversorgung

4 Status quo Versorgungskonzepte Nah-/Fernwärme Zentral- und Etagenheizung außer Nah-/Fernwärme Einzel-/ Mehrraumöfen Wohngebäude mit 1 Wohnung 2 Wohnungen 2% 2% 88% 90% 3 6 Wohnungen 9% 84% 7 12 Wohnungen 29% 66% Wohnungen 21 und mehr Wohnungen 34% 47% 50% 61% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Anteil der beheizten bewohnten Wohnungen an der gesamten Anzahl der bewohnten Wohnungen in der jeweiligen Gebäudegröße in Abhängigkeit vom Versorgungskonzept

5 Status quo Energieträger im Neubau Erdgas + Heizöl Elektro-Wärmepumpen Fernwärme Strom Holz/Holzpellets Sonstige 50,6% 50,5% 49,0% 49,1% 51,3% 51,6% 52,6% 61,4% 68,9% 71,4% 80,5% 85,9% 86,5% 86,8% 87,1% 90,3% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 20,7% 19,9% 22,5% 23,8% 22,6% 23,5% 23,9% 19,8% 14,3% 11,2% 20,6% 21,5% 19,8% 18,6% 16,3% 14,6% 13,1% 5,4% 12,0% 10,2% 9,0% 3,1% 2,8% 8,6% 7,3% 7,0% 7,2% 7,5% 5,2% 6,1% 6,4% 6,3% 5,6% 5,0% 5,0% 4,0% 3,0% 6,0% 7,0%

6 Methodisch verfolgen wir einen bottom-up Ansatz mit idealtypischen Wärmeversorgungsfällen Betrachtete Fallbeispiele kleines Versorgungsgebiet, repräsentativ für ein Dorf oder Stadtrandgebiet repräsentativ mittleres Versorgungsgebiet, repräsentativ für eine Kleinstadt großes Versorgungsgebiet, repräsentativ für eine Großstadt mit hoher Siedlungsdichte Repräsentative Gebäudetypen Einfamilienhaus mit einer Wohnfläche von 150 m² (EFH) mittelgroßes Mehrfamilienhaus mit 12 Wohneinheiten (M_MFH) großes Mehrfamilienhaus mit 24 Wohneinheiten (G_MFH) Szenarien hinsichtlich des Energieverbrauchs unsanierter Altbau teilsanierter Altbau nach 2009 fertiggestellter Neubau

7 Methodisch verfolgen wir einen bottom-up Ansatz mit idealtypischen Wärmeversorgungsfällen Idealtypische Anlagenvarianten Zentrales Wärmenetz mit Wärmeerzeugung aus KWK regenerativ, KWK fossil oder Heizwerk fossil Dezentrale Wärmeversorgung: Gas- oder ölbetriebener Brennwertkessel jeweils mit/ohne solare Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung Elektrowärmepumpen (Außenluft, Erdreich), Pelletkessel Anlagenvarianten abhängig vom Fallbeispiel Abbildung der Marksituation Differenzierte Wichtung Neubau/Bestand, EFH/MFH Eingangsdaten bundesweite Mittelwerte Mittlere Energiepreise im Zeitraum Mai 2015 bis April 2016 Fernwärmepreis nach AGFW-Angaben Preise weiterer Energieträger nach Brennstoffspiegel, DEPV, BDEW Netzverluste nach AGFW-Angaben

8 Berechnung energetischer und finanzieller Wirkungen der Heizungserneuerung pro Versorgungsfall Erneuerung des Wärmesystems in jedem Versorgungsfall Energetische Wirkung Primärenergieeinsparung Endenergieeinsparung CO 2 -Emissionsminderung Finanzielle Wirkung Im Projekt Für Eigentümer Für Mieter Für Selbstnutzer Vermeidungskosten pro Einheit Primärenergie Endenergie CO 2 aus Sicht des Projektes Eigentümers Mieters Selbstnutzers Bearbeitungszeitraum ca. 12 Monate, Berechnung von mehreren Duzend Versorgungsfällen aus technischen und immobilienwirtschaftlichen Perspektiven, über Finanzpläne

9 Dezentrale Versorgungssysteme Fernwärme Dezentrale Versorgungssysteme Fernwärme Dezentrale Versorgungssysteme Fernwärme Energieverbrauch in kwh/a Energetische Bewertung End- und Hilfsenergieverbrauch im EFH Endenergieverbrauch, absolut Hilfsenergieverbrauch, absolut EFH unsaniert EFH teilsaniert EFH Neubau

10 Primärenergiebedarf in kwh/m²a CO 2 -Emissionen in kg CO 2 /m²a Energetische Bewertung Primärenergieverbrauch und CO 2 -Emissionen Status quo Primärenergieverbrauch CO2-Emissonen ,3 25, ,2 14,5 64,3 14, Dezentrale Versorgungssysteme 2,5 0,8 Fernwärme aus KWK, regenerativ * Fernwärme aus KWK, fossil Fernwärme aus Heizwerk, fossil 0 * bzw. Fernwärme aus industrieller Abwärme Vorteil der dezentralen Versorgungssysteme gegenüber Fernwärme aus KWK, fossil am Beispiel EFH Neubau

11 Primärenergiebedarf in kwh/m²a CO 2 -Emissionen in kg CO 2 /m²a Energetische Bewertung Primärenergieverbrauch und CO 2 -Emissionen zukünftig? Primärenergieverbrauch CO2-Emissonen ,2 14,5 64,3 64,3 9,1 14,7 88,3 16, Dezentrale Versorgungssysteme 2,5 0,8 Status quo höhere Netzverluste, Carnot-Methode Fernwärme aus KWK, regenerativ Status quo höhere Netzverluste, Carnot-Methode Fernwärme aus KWK, fossil 5 0 Primärenergetischer Vorteil der dezentralen Versorgungssysteme auch gegenüber Fernwärme aus KWK, regenerativ möglich Großer Einfluss der Allokationsmethode auf Bewertung von Wärme aus KWK

12 Ökonomische Bewertungen aus drei Perspektiven Bsp. Einfamilienhaus mit l/a Heizölverbrauch im Ausgangszustand Betrachtungszeitraum: 20 Jahre Mieter: Barwert der Δ Wärmekosten in /m² Dezentral erwärmt Durchschnitt -33,2 Fern-/Nahwärme 4,1 Kostensteigerung Dezentral erwärmt Durchschnitt Maximierung des Werts des in Immobilien gebundenen Kapitals Projektsicht: Barwert der Δ Wärmekosten in /m² 41,4 Fern-/Nahwärme -53,1 Projektverlust = Mehrkosten Vermieter: Barwert der Investition in /m² Dezentral erwärmt Durchschnitt 8,7 Fern-/Nahwärme 21,0 Projektgewinn = Ersparnis Projektgewinn

13 Ersparter Endenergieverbrauch in kwh/a pro m² Ersparter Primärenergieverbrauch in kwh/a pro m² Ersparte CO 2 - Emission in kg/a pro m² Projekt: Barwert d. Δ Wärmekosten in 20 Jahren Vermieter: Barwert der Investition Mieter: Barwert d. Δ Wärmekosten in 20 Jahren Selbstnutzer: Barwert der Investition Ergebnisse der ökonomischen Bewertung Zusammenfassung Bestandsgebäude (pro m²) Energetische Ergebnisse Finanzwirtschaftliche Ergebnisse in /m² Hausvarianten Bestand EFH unsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 57,8 68,0 17,4 41,4 8,7-33,2 42,2 EFH unsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 196,0 55,3 EFH unsaniert, Fernwärme KWK, fossil 106,4 35,1 EFH unsaniert, Fernwärme Heizwerk, fossil 48,9 29,6 20,3-53,1 21,0 4,1-49,9 EFH teilsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 38,2 48,8 20,6-9,8-2,5 0,9-3,6 EFH teilsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 138,8 39,2 EFH teilsaniert, Fernwärme KWK, fossil 66,6 22,9 EFH teilsaniert, Fernwärme Heizwerk, fossil 21,4 4,6 11,0-69,0 10,4 4,3-65,7 M_MFH unsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 39,8 45,0 11,0 39,7 1,8-34,5 36,4 M_MFH unsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 161,7 45,6 M_MFH unsaniert, Fernwärme KWK, fossil 80,1 27,2 M_MFH unsaniert, Fernwärme Heizwerk, fossil 30,2 10,2 13,6-55,0 7,0 2,9-54,3 Finanzwirtschaftlich schneiden dezentrale Wärmesysteme in jeder Hausvariante pro M_MFH teilsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 29,5 36,0 14,1 18,2-1,2-0,6 16,8 M_MFH teilsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 127,0 35,8 M_MFH teilsaniert, Fernwärme KWK, fossil 58,4 20,3 M_MFH m² deutlich teilsaniert, Fernwärme besser Heizwerk, ab, fossilals Wärmenetze 17,2-0,5 außer 8,9 für die Vermieter. -55,7 4,1 2,8-55,0 Primärenergetisch und gemessen an CO 2 -Emissionen schafft Fernwärme aus KWK G_MFH unsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 36,1 42,1 10,2 38,8 1,9-33,6 35,6 G_MFH unsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 154,8 43,6 G_MFH unsaniert, Fernwärme KWK, fossil 78,6 26,4 G_MFH mit unsaniert, regenerativen Fernwärme Heizwerk, Brennstoff fossil allerdings 31,7 13,2 einen absolut 13,8 gesehen -45,6 höheren 5,3 2,4-45,0 Umweltbeitrag. G_MFH teilsaniert, dezentrale Wärmeversorgung (Ø) 24,1 30,5 12,7 21,0-0,7-0,8 19,3 G_MFH teilsaniert, Fernwärme KWK, regenerativ 122,8 34,6 G_MFH teilsaniert, Fernwärme KWK, fossil 56,3 19,6 G_MFH teilsaniert, Fernwärme Heizwerk, fossil 16,6-0,7 8,6-52,0 3,1 2,6-51,5 Kardinalfrage: Können und wollen wir uns das leisten?

14 Wirtschaftlichkeitsunterschiede am konkreten Fallbeispiel Ausgangssituation Älteres Einfamilienhaus mit ca. 150 m² Wohnfläche und l/a Heizölverbrauch Ca. 20 Jahre alter NT-Kessel, funktionstüchtig Selbstnutzer Variante I: Neue Ölheizung mit Brennwerttechnik Durchschnittliche Heizkostenersparnis: 405 /a Variante II: Anschluss an ein Wärmenetz Durchschnittliche Wärmekostenerhöhung: 489 /a Vermieteter Wohnraum Vermieter: 1 % höhere Rendite bei Investition in den Netzanschluss des Hauses als bei Investition in eine neue Ölheizung Mieter: Neue Ölheizung - Ø Heizkostenersparnis: 316 /a Anschluss an ein Wärmenetz Ø Wärmekostenerhöhung: 754 /a

15 Barwerte in Milliarden Hochrechnung auf den gesamten Bestand Netzgebundene Wärmeversorgung 250 Mrd. teurer als dezentrale Wärmesysteme 150 Dezentrales Hauswärmesystem Wärmenetz KWK regenerativ 100 ca. 90 Mrd ca Mrd Projekt: Barwert d. Δ Wärmekosten Vermieter: Barwert der Investition Mieter: Barwert der Verringerung der Wärmekosten Selbstnutzer: Barwert der Investition Fiktiver Fall: alle Häuser entweder an Wärmenetze angeschlossen oder alle Häuser durch dezentrale Versorgungssysteme beheizt! Zweck: Veranschaulichung von der Größenordnung der Kosten auf volkswirtschaftlicher Ebene

16 Fazit (I/II) Ökologisch sinnvoller Ausbau der Wärmenetze in Deutschland hat Grenzen Vorteil dezentraler Versorgung gegenüber Wärme aus Heizwerken mit fossilen Energieträgern in allen untersuchten Fällen Abwärme aus Industrieprozessen oder Wärme aus regenerativ betriebenen KWK- Anlagen dagegen vorteilhafter Mit abnehmender Leistungsdichte verlieren Wärmenetze zukünftig an Effizienz Wirtschaftlichkeitsrechnungen zeigen: Wärmenetze sind teurer als dezentrale Systeme Immobilienwirtschaftliche Akteure im Interessenkonflikt Selbstnutzer und Mieter profitieren zumeist von erneuerten dezentralen Wärmesystemen, wohingegen sie bei Wärmenetzanschluss draufzahlen höhere Renditen für Eigentümer bei Anschluss an Wärmenetz als bei dezentraler Erneuerung, dezentrale Erneuerung in vielen Fällen trotz positivem Projektergebnis aus Eigentümer-Perspektive sogar unwirtschaftlich Energiepreissteigerungen haben vergleichsweise wenig Einfluss auf Ergebnisse

17 Fazit (II/II) Erneuerung von Wärmesystemen hat gesamtwirtschaftlich großes Potenzial Einsparung von 160 Mrd. kwh Primärenergie pro Jahr durch Ausstattung aller unsanierten und teilsanierten Gebäude mit einem neuen dezentralen Wärmesystem möglich Einsparungen bis zu 496 Mrd. kwh/a im Falle des fiktiven Anschlusses aller Gebäude an Wärmenetze mit einer Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Brennstoffen theoretisch möglich, jedoch weder technisch noch wirtschaftlich realisierbar Unter dem Aspekt der Investitionseffizienz ist das Mehr an Energieeinsparung allerdings teuer bezahlt. Investitionseffizienz von dezentraler Wärmeversorgung höher als bei Wärmenetzen Die netzgebundene Wärmeversorgung aller Bestandsgebäude wäre im Zeitraum von 20 Jahren um 250 Mrd. teurer als die Erneuerung durch dezentrale Wärmesysteme. Würde der gleiche Betrag zur Modernisierung von dezentralen Heizungen eingesetzt, könnten bis zu 1,7 Mrd. kwh/a an Primärenergie eingespart werden.

18 Datenquelle weitere Informationen Studie von Prof. Dr. Andreas Pfnür Dr.-Ing. Bernadetta Winiewska Dipl.-Ing. Bettina Mailach Prof. Dr.-Ing. Bert Oschatz im Auftrag von BDH, IWO, ZVSHK, DEPV, HKI und IPS

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Thank you for your attention Dr.-Ing. Bernadetta Winiewska Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden Forschung und Anwendung GmbH BDH