Solare Nah- und Fernwärme Expertenworkshop Solarthermische Großanlagen für Biomasse-Nahwärmenetze 3. Februar 2015 in Stuttgart Dipl.-Ing. Thomas Pauschinger Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme Meitnerstr. 8 D-70563 Stuttgart
Solites Forschungsinstitut der Steinbeis Stiftung Steinbeis Stiftung für Wirtschaftsförderung Deutschlands größtes Technologietransferunternehmen Zentrale in Stuttgart, Jahresumsatz 2013: über 140 Mio. 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 Ba-Wü, Landwirtschaftsministerium Ba-Wü, Stadt München, Stadtwerke Crailsheim, E.On Hanse Wärme GmbH, Saga GWG AG, Rehau AG, Marstal Fjernwarme, 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
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)
SDHplus Neue Geschäftsmodelle für Solarthermie in Wärme- und Kältenetzen Geschäftsmodelle für solare Nah- und Fernwärme Fallstudien zu first-of-its-kind -Anlagen und innovativen Netzintegrationen Marketingansätze für Fernwärme mit Solarthermie Begleitung von Einsteiger-Ländern ES, FR, HR, LT, PL, SI Internationale SDH-Konferenz Laufzeit: Juli 2012 Juni 2015 Umsetzung in 12 EU-Ländern Deutsche Partner (Koordination): Gefördert durch:
SolnetBW Solare Wärmenetze Baden-Württemberg Ziele und Ergebnisse: Marktentwicklung von solaren Fernwärmesystemen in BW Verbesserung der politischen, rechtlichen und ökonomischen Randbedingungen Maßnahmen zur Markteinführung, Initiierung von Neuanlagen in BW Technische Ausrichtung: Solarthermische Großanlagen im Leistungsbereich 1-10 MW th für Energiedörfer (Bsp. Büsingen) Mittelgroße städtische Wärmenetze (Bsp. Crailsheim) Große städtische Fernwärme Laufzeit: November 2013 April 2016 Beteiligte Institutionen: Gefördert durch:
SolnetBW-Studie Handlungsempfehlungen: Projektanbahnung neue Wärmenetze mit Anteil solarer Wärme Projektanbahnung Integration solarer Wärme in bestehende Wärmenetze Informations- und Beratungsaktivitäten Bürgerbeteiligung Geschäftsmodelle solare Wärmelieferung Verbesserung Rechts- und Förderrahmen Übergeordnete Handlungsfelder
Eingangsthesen zur Solarthermie in der Fernwärme Anlagen entstehen auf internationaler Ebene im Leistungsbereich bis 50 MW th. Wärmegestehungskosten um 50 /MWh zzgl. Förderung von 40 % der Investition Veränderte Betriebssituation bei der Fernwärmeerzeugung durch Wandel am Strommarkt, hierdurch kürzere Laufzeiten der KWK und Möglichkeit zur Substitution von Heizkesselwärme
Solare Fernwärme Marktstatus für Europa
Zentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze
Dezentrale Einspeisung in Nah- und Fernwärmenetze
Typen von Solarthermieanlagen in der Fernwärmeversorgung 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 (Beispiele DK, AT und DE) 5. Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating, Beispiel DK) 6. Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Beispiel AT) 7. Zentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Fallstudie)
Solare Wärmenetze mit Langzeitwärmespeicher und hohen solaren Deckungsanteilen für Wohngebiete und Quartiere Beispiel Crailsheim Versorgungsgebiet Gebäude: 260 WE, Schule, Sporthalle Wärmelast: 4 100 MWh/a Kollektorfläche: 7 300 m² (Apertur) Solarer Deckungsanteil: 50 % (gemessen) Wärmespeicher 100 + 480 m³ Pufferspeicher 37 500 m 3 Erdsondenwärmespeicher Sonstige Wärmeerzeugung Wärmepumpe 350 kw, Fernwärmenetz (BHKW)
Solarkollektoren in Crailsheim Quelle: Stadtwerke Crailsheim
Dezentral eingebundene Solaranlagen in Quartieren Beispiel Gardsten in Schweden Gebiet Renovierung einer 70er-Jahre-Wohnsiedlung Gardstenbostäder (Wohnbaugesellschaft) Fernwärmenetz Göteborg Wärmelast: 3 867 GWh/a Leitungslänge: 1 000 km Solarthermie Kollektorfläche: 150 m² (Apertur) Solarertrag: ~300 kwh/(m² a) Einspeisetemperatur: konstant ~80 C Einspeisung Vorgefertigte Übergabestation von Armatec
Solare Wärmenetze für Dörfer und Kleinstädte - Beispiel Bioenergiedorf Büsingen Wärmeerzeugung ca. 4 200 MWh/a Gesamtinvestition Bioenergiedorf ca. 3,5 Mio. Trassenlänge ca. 5 km 107 Anschlüsse Wohngebäude, Gewerbe, öffentliche Gebäude
Bioenergiedorf Büsingen - Solaranlage Vorlauftemperatur 80-85 C Bruttokollektorfläche 1.090 m² Solarer Deckungsanteil ca. 13% Quelle: Ritter XL Solar
Mittelgroße solare Fernwärmesysteme mit gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung (Smart District Heating) Beispiele: Braedstrup, Dronninglund und Marstal (DK)
Dezentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen Beispiele Wels und Graz (AT) Anlagenbetreiber: Kollektorfläche: FW-Netzparameter: Einspeisetemperatur: p VL,max Δp max Anlage Messe Wels Elektrizitätswerke Wels AG 3 400 m² CPC-VRK 50 km / 173 GWh/a 85 C konstant 6,4 bar 4,7 bar Anlage Stadion Liebenau, Graz SOLID (Contractor) 1 407 m² Flachkollektoren 700 km / 973 GWh/a 80 C konstant 8,7 bar 2,5 bar
Zentral in städtische Fernwärmesysteme eingebundene solarthermische Großanlagen (Fallstudie für großstädtische FW) Bild: Fotolia
Wirtschaftlichkeit
Kombination Solarthermie und Biomasse Jährliche Netzeinspeisung 8 GWh/a Erforderliche Erzeugerleistung ~4 MW Netztemperaturen VL (80/70), RL(50/60) C Solarer Deckungsanteil 10-15 % in den Sommermonaten 70-90 % Kollektorfläche 3000 m² Speichervolumen 150 200 l/m² 450 m3
Wärmeeinspeisung und solarer Deckungsanteil
Wofür wird der Speicher genutzt? 1. Überbrückung von Schlechtwetterperioden (3-5 Tage) zur Deckung der Sommerlast 2. Stagnationsvermeidung (gemeinsam mit aktiven Maßnahmen, Hackschnitzeltrocknung) 3. Betriebsoptimierung Biomassekessel (450 m³, ~32 MWh Wärmeinhalt) 4. Spitzenlastabdeckung
Auswirkungen auf den Betrieb des Biomasse-Heizwerks Quelle: Gallien, FH Joanneum
Kostenrechnung Kollektorfeld (3000 m²) 729.000 Speicher (450 m³) 161.000 Anlagen- und MSR-Technik, Aufschläge 184.000 Investitition ohne Förderung 1.074.000 Investitition nach Förderung 592.150 Jährliche Kapitalkosten (Verzinsung 4%, 25 Jahre) Instandhaltung und Betrieb Summe Jahreskosten Jährlicher Nutzwärmeertrag 39.700 /a 5.700 /a 45.400 /a 1.050 MWh/a
Fallstudie der KEA 140 Neuhengstett; HHW 2.000 kw und große Solarthermie; EK konst. Wärmevollkosten, netto [ /MWh] 120 100 80 60 40 20 119,4 121,1 121,1 120,4 0 Flachkollektor Studie 2013 Biomasse & Solar Röhrenkollektor Quelle: KEA
SDH Online-Rechner www.sdh-online.solites.de für zentrale und dezentrale Einbindung basierend auf dynamischen Simulationen nutzerfreundlich, mehrsprachig, kostenfrei nutzbar
SDH-Internetseite: www.solar-district-heating.eu www.solare-fernwärme.de www.solnetbw.de News Marktstudien Anlagen-Datenbank SDH-Leitfaden Workshops + Kurse Branchenverzeichnis Kontaktstelle
Kontaktdaten Internetseite: www.solnetbw.de Koordination: Solites Dipl.- Ing. Thomas Pauschinger pauschinger@solites.de In Kooperation mit: 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.