KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG UND ERNEUERBARE ENERGIEN: ZUKUNFTSPOTENZIALE DER KOMMUNEN Wärmenetze zur Erschließung hoher KWK-Potenziale und hoher Anteile an Erneuerbaren Energien in den Kommunen Wolfgang Schulz Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM OE Energiesystemanalyse (ehem. Bremer Energie Institut) Fachtagung Zukunftsfähige Wärmeversorgung in Kommunen Kiel, 11. November 2013
INHALT Hintergrund der Betrachtung Einführung zur Effizienztechnik Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Praxisbeispiel Dänemark Strategieempfehlung für mehr KWK- und EE in Kommunen
Hintergrund Entwicklung des Endenergiebeitrages der EE gemäß Leitstudie 2011 Fernwärme (-KWK) bei Tiefengeothermie wichtig Fernwärme bei Solarthermie unterstützend Fernwärme (-KWK) bei Biomasse wichtig fast die Hälfte der Wärmeversorgung könnte auf Wärmenetzen basieren damit verbunden: massiver KWK-Ausbau gemäß Vortrag von Nitsch Langfristige Entwicklungspfade in der Energieversorgung, DLR-Energiespeichersymposium Stuttgart 7.3.2012
Hintergrund Weitere Herausforderung der Zukunft: Senkung des Wärmeverbrauchs insbesondere im Gebäudebestand bleibende Wärmeschutzdefizite müssen durch rationelle Wärmeerzeugungstechnik kompensiert werden! Das spricht für maximale Ausnutzung des KWK-Prinzips!
Effizienztechnik KWK-Technik ist inzwischen für alle Größenklassen und Einsatzfälle verfügbar Beispiele: 5 kw-bhkw www.asue.de 2 MW-BHKW Foto: W. Schulz
Effizienztechnik Motor-BHKW + Spitzenkessel 100% Primärenergieeinsatz Kraftwerk (bestandsdurchschn.) + Heizkessel 147% Primärenergie
Effizienztechnik Motor-BHKW + Spitzenkessel 100% Primärenergieeinsatz Kraftwerk (bestandsdurchschn.) + Heizkessel 147% Primärenergie bei hoher elektr. Effizienz erhebliche Brennstoffeinsparung u.co2-minderung!
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Bündelung des Wärmebedarfs zu großen Wärmeleistungseinheiten multivalente Wärmeerzeugung möglich günstige Voraussetzungen für Wärmespeicher Potenzial für energieeffiziente Erzeugung und Einbindung von EE Vergleichmäßigung des Wärmeabsatzes aufgrund einer zeitlichen Durchmischung der Wärmeentnahmen Leistung Charakteristik der Jahresdauerlinie mit/ohne Wärmenetz Spitzenkessel KWK- bzw. EE-Anlage ohne Wärmenetz KWK- bzw. EE-Anlage mit Wärmenetz Einzelobjekt (ohne Wärmenetz) mit Wärmenetz Stunden pro Jahr
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Bündelung des Wärmebedarfs zu großen Wärmeleistungseinheiten multivalente Wärmeerzeugung möglich günstige Voraussetzungen für Wärmespeicher Potenzial für energieeffiziente Erzeugung und Einbindung von EE Vergleichmäßigung des Wärmeabsatzes aufgrund einer zeitlichen Durchmischung der Wärmeentnahmen durch Investitions- und Betriebskostenvorteile bei der Wärmeerzeugung lassen sich Wärmeverteilungskosten (über-)kompensieren es ergeben sich gute Voraussetzungen durch Erzeugungsflexibilität Stromnetze zu entlasten Hierbei spielen auch günstige Einsatzbedingungen für Wärmespeicher eine Rolle 9
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Die Kosten ( /m³) für Wärmespeicher sinken mit zunehmender Speichergröße 1.500 dezentrale Wärmespeicher 1.400 Großspeicher 1.000 / m³ 500 spez. Investition ( /m³) 1.200 1.000 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 m³ 0 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 Wärmespeichervolumen (m³)
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Welche Rolle spielt die Auslastung der KWK-Anlagen bei den Erzeugungskosten? Große KWK-Anlagen (in Wärmenetzen) verkraften eine reduzierte Auslastung besser als kleine
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Wo liegen die Erzeugungskosten im Vergleich zu neuen Kraftwerken?
Wärmenetze unterstützen Effizienztechnik Wärmenetze stellen eine wirtschaftliche Voraussetzung für flexible Erzeugungsoptionen dar Wärmenetze bieten zudem gute Möglichkeiten EE und Abwärme einzubinden derartige Konzepte sind in Dänemark bereits Praxisalltag
Praxisbeispiel Dänemark hoher Fernwärmeversorgungsanteil > 60% der Wohngebäude (D: 14%) Fernwärme fast in allen geschlossenen Ortschaften hoher KWK-Stromanteil von >50% (D: 16%) hoher Anteil an EE in der Fernwärmeerzeugung von ca. 50% (D: <10%) Wärmeabsatzdichte in den Wärmenetzen nur ein Drittel gegenüber deutschen Verhältnissen! (Dk: 1.260 kwh/m, D 4.130 kwh/m) Fernwärmepreise etwa auf deutschem Niveau vor dem Hintergrund: hoher Windkraftanteil in der Stromversorgung: >30% (D: 8%)
Praxisbeispiel Dänemark Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit
Praxisbeispiel Dänemark Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit
Praxisbeispiel Dänemark Fernwärme Groß- Speicher Holz Stroh Erdgas Silage, Fäkalien,.. Heizkessel Solar-Thermie Groß-WP BKHW Biogasanlage Windkraft Weitere Optionen: - Abwärme - Tiefengeothermie - Strom aus Windkraft Strombedarf Zeit
Praxisbeispiel Dänemark
Praxisbeispiel Dänemark Beispiel Ringköbing: Erzeugungsprotokoll für 14 Tage
Strategieempfehlung für mehr KWK- und EE in Kommunen KWK besonders beachten, weil sie aktuell einen wichtigen Treiber für den Ausbau von Wärmenetzen darstellt und eine rasche CO2-Minderung bietet auch berücksichtigen, dass KWK zukünftig zur besseren Erschließung und Ausschöpfung der Erneuerbaren Energien beitragen und wichtige Lastausgleichsfunktionen in den Stromnetzen übernehmen wird Abwärmenutzung mit oder ohne Einbindung von Groß-Wärmepumpen gleichrangig mitberücksichtigen Solarthermie in Verbindung mit Wärmenetzen insbesondere im Rahmen von Neubausiedlungen prüfen Hochgradige Wärmenutzung aus Biomasseanlagen vor allem mittels Wärmenetzen sicherstellen den allmählich zurückgehenden Wärmebedarf in den Wirtschaftlichkeitsberechnungen berücksichtigen
Strategieempfehlung für mehr KWK- und EE in Kommunen Wärmekataster erarbeiten
Strategieempfehlung für mehr KWK- und EE in Kommunen Kommunaler Wärmeatlas Kein Wert <750 kwh/m 750-1499 1500-1999 2000-2499 2500-2999 3000-3499 3500-3999 4000-4499 4500-4999 >5000 Stadtwerke-Award 2011!
Strategieempfehlung für mehr KWK- und EE in Kommunen Wärmekataster erarbeiten Gelegenheiten für Nahwärmeinseln ausnutzen, später untereinander verknüpfen über viele Jahre kontinuierlicher und intensiver Fernwärmeausbau: Verknüpfung mit anderen Infrastrukturmaßnahmen minimale Kosten nach und nach weitere Wärmeerzeugungsoptionen für Wärmenetze aktivieren Integration von Wärmespeichern: höhere Stromerlöse und Zukunftsoffenheit außerhalb verdichteter Siedlungen: Objekt-BHKW errichten
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt: Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung - IFAM OE Energiesystemanalyse Wiener Straße 12 28359 Bremen Germany Web: www.ifam.fraunhofer.de Wolfgang Schulz ++49 (0)421 2246 7022 E-Mail: Wolfgang.Schulz@ifam.fraunhofer.de