Solare Wärmeversorgungskonzepte für Kommunen und Wohngebiete

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1 Solare Wärmeversorgungskonzepte für Kommunen und Wohngebiete klimaschutz konkret Solarthermische Großanlagen in der kommunalen Wärmeversorgung 18. Oktober 2016, St. Johann Dipl.-Ing. Oliver Miedaner Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme Meitnerstr. 8 D Stuttgart

2 Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Steinbeis Stiftung für Wirtschaftsförderung Deutschlands größtes Technologietransferunternehmen Zentrale in Stuttgart, Jahresumsatz 146 Mio. im Jahr 2015 Solites als Teil des Steinbeis Unternehmensverbundes 2005 gegründet von zwei ehemaligen Wissenschaftlern des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart. Forschung, Entwicklung und Beratung z.b. EU DG Tren, DG Energy, BMWi, BMU, BMFT, Wirtschaftsministerium BW, Landwirtschaftsministerium BW, Stadt München, Stadtwerke Crailsheim, E.On Hanse Wärme GmbH, Saga GWG AG, Rehau AG, Marstal Fjernvarme, Foster and Partners, Bauträger, Planungsbüros, Unternehmen, Industrieverbände, Forschungseinrichtungen Expertise für solarthermische Großanlagen und saisonale Wärmespeicher z.b. für IEA/ OECD, EU DG Energy, BMU, Expertenkreise

3 Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Solites: Forschungsinstitut F+E in den Bereichen Solarthermie, Geothermie, große Wärmespeicher, Systemintegration und integrale Energiekonzepte einschließlich Biomasse, KWK, Abwärme, Wind, PV und Mobilität Beratung von Wohnungsbau, Industrie und der öffentlichen Hand durch Konzeption, Simulation und wissenschaftlich-technische Projektbegleitung Marktentwicklung für solare Fernwärme, große solarthermische Anlagen, Multifunktions-Wärmespeicher in D und EU Produktentwicklungen und deren Markteinführung für die Industrie Wissenschaftlich-technische Begleitung von Pilot- und Demovorhaben Evaluation von Pilotanlagen (Monitoring und Auswertung)

4 Wärmenetze Plattform für erneuerbare Energien und Effizienztechnologien Biomasse (Heizwerke, KWK) Solarthermie Geothermie KWK Industrieabwärme Power-to-Heat aus EE (Elektrodenkessel, Wärmepumpe) Wärmespeicher

5 Solarthermie Eckpunkte zur Einbindung in Wärmenetze Emissionsfrei und echt erneuerbar Ausgereift und marktverfügbar Überall möglich, hohe Verfügbarkeit, jedoch Flächenbedarf Leistungsbereich bis 100 MW th Deckungsanteile bis 50 % Stabile Wärmekosten unter 50 /MWh Neue Chancen im Wärmemarkt

6 Wärmenetzeinbindung Zentral und dezentral Die Wärmenetzeinbindung einer thermischen Solaranlage kann zentral oder dezentral erfolgen: zentral dezentral

7 Solare Deckungsanteile von Solarthermie

8 Typen von Solarthermieanlagen in der Fernwärmeversorgung Es gibt zahlreiche Möglichkeiten die großflächige Solarthermie in Wärmenetze zu integrieren: 1. Solare Wärmenetze zur Quartiersversorgung 2. Solare Wärmenetze mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere 3. Dezentral eingebundene Solaranlagen in Quartieren (Beispiel SE) 4. Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte 5. Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating, Beispiel DK) 6. Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen 7. Zentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Fallstudie)

9 Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte Beispiel Bioenergiedorf Büsingen Wärmeerzeugung ca MWh/a Trassenlänge ca. 6 km 107 Anschlüsse Wohngebäude, Gewerbe, öffentliche Gebäude Vorlauftemperatur C Bruttokollektorfläche m² Solarer Deckungsanteil ca. 13 %

10 Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen Beispiel Senftenberg Anlagenbetreiber: Kollektorfläche: FW-Netzparameter: Einspeisetemperatur: Δp Vorlauf Stadtwerke Senftenberg GmbH m² CPC-VRK 33 km / 100 GWh/a C gleitend konstant ca. 5 bar (Auslegungsfall) Die Anlage ist seit August 2016 in Betrieb und aktuell Deutschlands größte solarthermische Anlage! Fotos: Ritter XL Solar

11 Dezentral eingebundene Solaranlagen in Quartieren Beispiel Gardsten in Schweden Gebiet Renovierung einer 70er-Jahre-Wohnsiedlung Gardstenbostäder (Wohnbaugesellschaft) Fernwärmenetz Göteborg Wärmeabgabe: GWh/a Leitungslänge: km Solarthermie Kollektorfläche: 150 m² (Apertur) Solarertrag: ~300 kwh/(m² a) Einspeisetemperatur: konstant ~80 C Einspeisung Vorgefertigte Übergabestation von Armatec

12 Solare Wärmenetze mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere Beispiel Crailsheim Versorgungsgebiet Gebäude: 260 WE, Schule, Sporthalle Wärmenetzeinspeisung: MWh/a Kollektorfläche: m² (Apertur) Solarer Deckungsanteil: 50 % (gemessen) Wärmespeicher m³ Pufferspeicher m 3 Erdsondenwärmespeicher Sonstige Wärmeerzeugung Wärmepumpe 480 kw th, Fernwärmenetz (BHKW)

13 Beispiel Crailsheim Kollektorfelder auf Mehrfamilienhäusern Source: Stadtwerke Crailsheim

14 Beispiel Crailsheim Kollektoren auf dem Lärmschutzwall Quelle: Stadtwerke Crailsheim Foto: Lorinser

15 Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating) Beispiele: Braedstrup, Dronninglund, Dronninglund, Marstal, Marstal, Gram Gram und Vojens und (DK) Vojens (DK)

16 Flächenverbrauch Solare Fernwärme Dronninglund, DK (1)

17 Flächenverbrauch Solare Fernwärme Dronninglund, DK (2)

18 Flächenverbrauch Flächeneffizienz der Solarthermie Volldeckung des Wärmebedarfs einer Gemeinde aus erneuerbaren Energien mit Biomasse mit Solarthermie

19 Solarthermische Großanlagen Eine wirtschaftliche Alternative (1) Systemkosten ohne Förderung [ /m² Flachkollektor ] Kostenbasis Gestehungskosten Solarwärme [ /MWh] (ohne Förderung) 0 Wärmeabgabe Netz ges.: Einbindung Solaranlage: Leistung Solaranlage: Solarer Deckungsanteil: Typ 1 Quartier 0,5-10 GWh/a zentral 0,2-2 MW th % Typ 2 Quartier Wärmespeicher 2-10 GWh/a zentral 2-20 MW th % Typ 3 Quartier GWh/a dezentral 0,2-2 MW th < 10 % Typ 4 Energiedorf GWh/a zentral 0,5-50 MW th % Typ 5 Energiedorf StromWärmeKoppl GWh/a zentral 0,5-50 MW th % Typ 6 Städtische Fernwärme GWh/a dezentral 0,5-10 MW th < 10 % Typ 7 Städtische Fernwärme GWh/a zentral 0,5-50 MW th < 20 % 0

20 Solarthermische Großanlagen Eine wirtschaftliche Alternative (2) Ökonomisch konkurrenzfähige Wärmegestehungskosten gegenüber fossiler Wärmeerzeugung werden insbesondere erreicht durch den Einsatz von: großen Anlagen (>1 MW th ), einfachen Anlagen (Freilandaufstellung), bei niedrigen Wärmenetztemperaturen und moderaten solaren Deckungsanteilen (< 20 %). Wärmegestehungskosten um 50 /MWh erzielbar Zusätzlich ist eine attraktive Förderung verfügbar! - BW Förderprogramm Energieeffiziente Wärmenetze - KfW Programm Erneuerbare Energien Premium

21 Solarthermische Großanlagen Eine wirtschaftliche Alternative (3) Solarwärmeanlagen ab 40 m² Bruttokollektorfläche, die ihre Wärme überwiegend einem Wärmenetz zuführen, werden über ein KfW-Darlehen mit einem Tilgungszuschuss von bis zu 40 % der Investitionskosten gefördert. Alternativ: Ertragsabhängige Förderung, hierbei wird der (ausgewiesene) jährliche Kollektorwärmeertrag einmalig mit 0,45 Euro/kWh gefördert. Info: Der Zuschuss wird unter Umständen durch Beihilfe-Limits der Allgemeinen Gruppenfreistellungsverordnung begrenzt, diese liegen zwischen 45 und 65 %. Wärmenetze, die überwiegend Wärme für den Gebäudebestand bereitstellen, werden mit einem Tilgungszuschuss von 60 je errichtetem Meter Trassenlänge gefördert. Darüber hinaus werden Hausübergabestationen in Bestandsgebäuden mit je Station gefördert. Für Wärmespeicher mit einem Speichervolumen über 10 m³ beträgt der Tilgungszuschuss 250 je m³ sofern sie überwiegend aus erneuerbaren Energien gespeist werden. Dabei ist die Förderung auf 30 % der für den Wärmespeicher nachgewiesenen Nettoinvestitionskosten beschränkt. Stand: Sept. 2016

22 SDH Online-Rechner für zentrale und dezentrale Einbindung basierend auf dynamischen Simulationen nutzerfreundlich, mehrsprachig, kostenfrei nutzbar

23 Solare Nah- und Fernwärme in Deutschland Rostock Brinckmanshöhe m² in Betrieb derzeit insgesamt ca m² in Planung/Realisierung derzeit insgesamt ca m² in Vorbereitung derzeit insgesamt ca m² Hamburg Bramfeld m² Hamburg Wilhelmsburg m² Hannover Kronsberg m² Hamburg Mümmelmannsberg m² Hamburg Harburg 477 m² Hennigsdorf Cohn'sches Viertel 854 m² Düsseldorf 200 m² Senftenberg m² Jena-Pößneck 99 m² Chemnitz m² Neuerkirch-Külz m² Hallerndorf m² Neckarsulm m² Eggenstein m² Crailsheim m² Stuttgart Brenzstraße m² Stuttgart Burgholzhof m² Esslingen m² in Vorbereitung 9 Anlagen mit m² Augsburg m² München m² Freiburg-Gutleutmatten m² Rosenheim 493 m² Büsingen m² Friedrichshafen m² Quelle: Solites Stand: Sept. 2016

24 SolnetBW - Solare Wärmenetze für Baden-Württemberg Studie Solare Wärmenetze für Baden-Württemberg Grundlagen, Potenziale, Strategien Stand der Technik und der Markteinführung Wirtschaftlichkeit Rechtliche Rahmenbedingungen Möglichkeiten der Bürgerbeteiligung Fallstudien und Integrationsbeispiele Solarthermiepotenziale in der Fernwärmeversorgung Leitfäden Planung und Genehmigung Förderung und Finanzierung

25 SDH-Internetseite: News Marktstudien Anlagen-Datenbank SDH-Leitfaden Workshops + Kurse Branchenverzeichnis Kontaktstelle

26 Kontaktdaten Dipl.-Ing. Thomas Pauschinger Dipl.-Ing. Oliver Miedaner Internetseite: Projektpartner: Gefördert durch: Haftungsausschluss: Die alleinige Verantwortung für den Inhalt dieser Präsentation liegt bei den Autoren. Sie gibt nicht unbedingt die Meinung der Fördermittelgeber wieder. Die Fördermittelgeber übernehmen keine Verantwortung für jegliche Verwendung der darin enthaltenen Informationen.