Wärmeversorgung der Zukunft: Ein Netz, viele Quellen?

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1 : Ein Netz, viele Quellen? Inhalt 1. Warum dezentrale, leitungsgebundene Wärmeversorgung? 2. Die virtuelle Energieversorgung 3. Adaptive Wärmenetze Dipl.-Ing. Michael Wigbels Dr. Ing. Christian Doetsch für Umwelt-, Sicherheits- und N; Osnabrück, 15./16. September 2004 Folie 1

2 1. Warum dezentrale, leitungsgebundene Wärmeversorgung? Hintergrund Verknappung fossiler Energieträger, Außenwirtschaftliche Abhängigkeit der EU Energieversorgung. Substitution konventioneller Energieträger, Diversifikation der Energieversorgung. Zunehmende Bedeutung erneuerbarer Energieträger. Folie 2

3 1. Warum dezentrale, leitungsgebundene Wärmeversorgung? Ökonomisch, ökologischer Vergleich 4-Pers. Haushalt Standardwohnung HEUTE mit thermischer Warmwassererzeugung Standardwohnung HEUTE mit elektrischer Warmwassererzeugung Standardwohnung ZUKUNFT mit thermischer Warmwassererzeugung Nutzung von KWK bietet trotz Transportverluste hohes Potenzial zur besseren Energieausnutzung Für betrachtet Varianten Primärenergieausnutzung um 11 % - 24 % besser Primärenergiebedarf [kwh] Version 1a: Kondkraftwerk (Dampf) + dez. Brennwertkessel Version 1b: Nahwärmenetz mit BHKW und BW-Kessel Version 2a: Kondkraftwerk (Dampf) + dez. Brennwertkessel Version 2b: Nahwärmenetz mit BHKW und BW-Kessel Version 3a: Kondkraftwerk (GuD) + dez. Brennwertkessel Version 3b: Nahwärmenetz mit BHKW und BW-Kessel Folie 3

4 1. Warum dezentrale, leitungsgebundene Wärmeversorgung? Charakteristik regenarativer Energiequellen häufig räumlich verteilt, vergleichsweise geringe Leistungen, flächengebunden (geringe Leistungsdichte), niedrige Vorlauftemperaturen, Anfall der Wärme auf unterschiedlichen Vorlauftemperaturniveau, Einbindung in derzeitige Netzstrukturen meist unwirtschaftlich. Folie 4

5 1. Warum dezentrale, leitungsgebundene Wärmeversorgung? Charakteristik der aktuellen Wärmeversorgungsstruktur Zentrale Einspeisung, große Einspeiser, starre Versorgungsbereiche relativ hohe Vorlauftemperaturen, hohe Versorgungsdrücke, direkte Anbindung der Verbraucher an Hauptversorgungsstruktur, unflexible Steuer-, und Kontrollstrategien. Kaum Möglichkeiten zur Nutzung regenerativer Energiequellen in derzeitiger, dezentraler Wärmeversorgung Folie 5

6 2. Die virtuelle Energieversorgung Das virtuelle Kraftwerk VPP Netzleitsystem räumlich verteilte Energiequellen über weit ausgedehntes Stromnetz verbunden, große und kleine Versorger speisen mit unterschiedlicher Spannung ein. Optimale Versorgung mittels übergreifendem Kommunikations-netz Biomasse HKW BHKW SOFC Brennstoffzelle Konzentrator Zählerfern auslesung verteilte kleine Brennstoffzellen Windpark PV-Anlage mit Batteriespeicher Strom Folie 6

7 2. Die virtuelle Energieversorgung Das virtuelle Heizwerk VHP Netzleitsystem räumlich verteilte Wärmequellen über Wärmenetz verbunden, optimale Versorgung mittels übergreifendem Kommunikations-netz. Aber: Konzept zur Einkopplung auf unterschiedlichem Temperatur und Druckniveau notwendig. Abwärme Solarthermi e Fernwärmenetz Biomasse HW Zählerfern auslesung Folie 7

8 2. Die virtuelle Energieversorgung Potenziale Einsetzbar in einem großen Regelbereich, sowohl strom- als auch wärmeseitig können Lastspitzen abgefangen werden, Verbesserung der Lastgangstruktur, Speicherfähigkeit des Fernwärmenetzes bietet Möglichkeit zur Entkopplung von Strom- und Wärmeerzeugung, elektrische Lastspitzen lassen sich wärmeseitig abfangen. Folie 8

9 2. Die virtuelle Energieversorgung Bestehedes VHP Konzept: 4-Leiter System Getrennte Systeme für Wärmeversorgung und -abnahme Doppelter Investitionsaufwand für doppeltes Rohrleitungssystem, für kleine Gebiete mit dichter Bebauungsstruktur geeignet, Nur geeignet für homogene Energiequellen, Im eigentlichen Sinn keine dezentrale Energieversorgung. Folie 9

10 3. Adaptive Wärmenetze Analogie Stromversorgung Unterteilung des Stromnetzes in unterschiedliche Spannungsebenen, Freileitung Generator/Turbine 400 kv Schaltanlage Stromeinspeisung auf jeder Ebene möglich, entsprechend dem Spannungsangebot des Versorgers, Stromabnahme auf jeder Ebene möglich, entsprechend dem Spannungsbedarf des Verbrauchers kv kv kv kv 400 V Transportnetz Verteilungsnetz Umspannhaus BHKW Hohes Dezentralisierungspotenzial Elektroherd Photovoltaik Folie 10 IUSE

11 3. Adaptive Wärmenetze Konzept Unterteilung des Wärmenetzes in unterschiedliche Temperatur- und Druckebenen, Wärmeeinspeisung auf jeder Ebene möglich, entsprechend dem Vorlauftemperaturangebot des Versorgers, GuD BHKW Industrie Industrie Ebene 1: z.b. 120/8 Ebene 2: z.b. 90/60 Wärmeabnahme auf jeder Ebene möglich, entsprechend dem Vorlauftemperaturbedarf des Verbrauchers. Übergabe an untergeordnete Ebene durch Wärmetauscher Solar Siedlung Übergabestation Übergabestation Ebene 3: z.b. 70/50 Übergabe an übergeordnete Ebene durch Wärmepumpe, Wärmetransformator etc. Folie 11

12 3. Adaptive Wärmenetze Struktur des Versorgungssystems Aufbau und Planung ausgehend von unterster Ebene. Investitionen angepasst an regionales Wachstum. Modularer Aufbau bietet hohes Standardisierungspotenzial für Planung, Aufbau und technische Komponenten. Folie 12

13 : Ein Netz, viele Quellen? Zusammenfassung Die dezentrale, leitungsgebundene Energieversorgung bietet ökonomische und ökologische Vorteile. Neue Konzepte zur Einkopplung verteilter, regenerativer Wärmequellen werden benötigt. Mögliche Ansätze auf dem Wärmeversorgungssektor sind virtuelle Heizwerke und Adaptive Wärmenetze. Folie 13