Energiegutachten Fördeland Therme Glücksburg Auftraggeber (AG): Fördeland Therme Glücksburg GmbH Sandwigstrasse 1a 24960 Glücksburg Auftragnehmer (AN): Arbeitsgemeinschaft Fördeland Therme Federführung: ife Ingenieurbüro für Energieeffizienz Torben Rist Lise-Meitner-Strasse 2 24941 Flensburg Dieses Projekt wird gefördert mit Mitteln der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Landwirtschaftsfonds für die Entwicklung des ländlichen Raums (ELER).
Grund der Untersuchung Das Energiekonzept wurde durch den damaligen Betriebsleiter Herr van Bebber im Jahr 2011 als Baustein zur Kostenreduktion, als auch zur Sicherung kalkulierbarer Eintrittspreise gesehen. Der Ansatz kam aus seiner Überzeugung, dass die vorhandenen Verbräuche der Bereiche Strom, Wärme und Wasser/Abwasser im Benchmark zu anderen Anlagen zu hoch seien. Durch die Überprüfung aller Bereiche und Erarbeitung eines Gesamtmaßnahmenkatalogs sollte es zu zusätzlichen positiven Synergien kommen. Dreh- und Angelpunkt war die Wasseraufbereitung. Hier liegt sowohl Wasser-, Wärme- und der Stromverbrauch in einem hohen Maß vor. Ferner wurde die Meinung vertreten, dass in Zukunft die Besteuerung der konventionellen Energiearten steigen werde. Insofern sollte der Einsatz regenerativer Energien innerhalb der Anlage dargestellt und unter Berücksichtigung der zu realisierenden Einsparmaßnahmen überprüft werden. Objektbeschreibung Die Fördeland Therme Glücksburg ist ein Freizeitbad. Es verfügt über drei unterschiedliche Bereiche. Diese sind das Sportbad mit einem 25m x 12,50m großen Sportbecken. Dazu kommt der Freizeitbereich mit einem Erlebnisbecken, einem Kinder Innen-, und Außenbecken, dem Meerwasserbecken und der 100m langen Röhrenrutsche. Ergänzt wird die Gesamtanlage um einen Saunabereich mit einem Whirlpool, einem Kaltwassertauchbecken und einem Sauna-Außenbecken. Die Fördeland Therme Glücksburg wird von über 180.000 Gästen im Jahr besucht und erfreut sich großer Beliebtheit. Darstellung Verbräuche In die Untersuchung wurden die Verbräuche der Energiearten und des Wassers einbezogen. Diese stellen sich wie folgt dar: Stromverbrauch/ Jahr Fernwärme / Jahr Wasser/ Jahr 1.651.490 kwh 2.764.085 kwh 38.427 m³ Der daraus resultierende Kostenblock und die absehbare Steigerung der Preise für die Energiearten bedeuteten gleichzeitig auch steigende Eintrittspreise für die Gäste.
Preis [ /MWh] Stromkostenentwicklung Die Tabelle zeigt die Entwicklung der Stromkosten Entwicklung der Strompreisbestandteile von 2010-2015 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00-2010 2011 2012 2013 2014 2015 Summe: [ /MWh] 110,7 130,6 123,5 142,8 138,6 138,6 Offshore Umlage - - - 2,40 2,40 2,40 Stromsteuer - - 20,50 20,50 20,50 20,50 KWK Umlage 19 0,30 0,30 0,50 0,50 0,50 0,50 Konzessionsabgaben - - 10,10 10,10 10,10 10,10 EEG Umlage 20,40 35,30 35,92 52,77 52,77 52,77 Strompreis 89,99 95,00 56,50 56,50 52,30 52,30 Hier kann erkannt werden, dass die Kosten für Strom selbst bei gleichbleibendem Verbrauch weiter steigen werden. Ein Weg zur Senkung der Stromkosten könnte die Nutzung regenerativer Energie sein, sofern dadurch die Abgaben und Steuern entfallen oder gesenkt würden. Fernwärme Der Wärmeverbrauch der Fördeland Therme Glücksburg ist entgegen den Heizverläufen von Wohnräumen nicht witterungsabhängig, sondern auf Grund der Nutzung statisch geartet. D.b. dass hier eine relativ konstante ganzjährig durchlaufende Verbrauchsmenge vorliegt. Durch interne Veränderungen ist es möglich die Verbräuche zu optimieren, und ein besseres Controlling zu gewährleisten.
Möglichkeiten zum Einsatz von regenerativen Energien Nachfolgend wird besonders auf den Einsatz von Geothermie als Alternative zur Fernwärme eingegangen. Hierbei wird neben der technischen Umsetzbarkeit ebenfalls der wirtschaftliche Einsatz geprüft. Für die Maßnahmen wird eine einwandfreie Verteilung der Wärme bzw. Regelbarkeit und Dimensionierung der Heizungskomponenten vorausgesetzt. Geothermie Bei der Geothermie werden drei verschiedene Arten der Geothermie unterschieden. 1. Oberflächennahe Geothermie 100 m - 200 m 2. Mitteltiefe Geothermie 1.000 m - 2.000 m 3. Tiefen Geothermie 2.000 m - 6.000m Die oberflächennahe Geothermie erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 200m. Hierbei ist jedoch zu beachten das bei Tiefen bis 100m das untere Bergbauamt und ab 100m das obere Bergbauamt zuständig sind. Dieser Umstand ist bezüglich der Genehmigung und der Beantragung relevant und veranlasst viele Sondensysteme nur bis zu einer maximalen Tiefe von 100m zu bohren. Allgemein sind diese Lösungen als Sole-Wasser Wärmepumpen bekannt. Diese Form der Geothermie ist nur für eine saisonale Entnahme von Wärme, hauptsächlich in den Wintermonaten geeignet, da die Erde den Sommer als Regenerationszeit benötigt. Das ist notwendig, da der Erde nicht unbegrenzt Wärme entzogen werden kann. Eine oberflächennahe Geothermie ist daher nur für 2.000-2.200 Volllaststunden pro Jahr geeignet. Die Einsatzdauer in der Fördeland Therme liegt bei ca. 4.500-5.000 h/a. Technisch bedingt diese Lösung weiter den Einsatz einer Wärmepumpe, weil der Erde eine mittlere Temperatur von 4-6 C entzogen wird. Für das Heizsystem bedeutet das, dass nur Vorlauftemperaturen von maximal 30-35 C effizient erreicht werden können zum Beispiel für das Beckenwasser oder für die Fußbodenheizung. Die vorhandenen Wärmetauscher sind allerdings für 80 C Vorlauftemperaturen ausgelegt und daher nicht für eine derartige Lösung geeignet. Aus diesen Gründen wird diese Lösung auch nicht weiter betrachtet. Es wäre ein sinnvoller und effizienter Ansatz gewesen, jedoch hätte dieser schon beim Bau der technischen Komponenten berücksichtigt werden müssen.
Im nachfolgenden Bild werden die Formen der Geothermie und die damit verbundenen Erdtemperaturen dargestellt. Bild 1 Quelle GeoDienste GmbH Die Bewertung des Erdbodens ergab, das die mitteltiefe Geothermie ab 1.200m Tiefe, für die Entnahme der Wärme geeignet wäre. Das zeigt das Bild auf Basis der Rhät Tiefe. Bild 2 Basis Rhät Quelle: Geologischer Landesdienst SH Standort
Die Gestehungskosten für die Entnahmemöglichkeiten liegen bei ca. 2,4 Mio., die Anlage würde mit ca.1,32 Mio. bezuschusst werden. Damit würde sich ein Eigenanteil von 1,08 Mio. ergeben. Um diese Investition mit dem Fernwärmeanschluss zu vergleichen wird ein äquivalenter Energiepreis gebildet. Dieser ergibt sich aus dem Quotienten des jährlichen Kapitaldienstes zu dem Energieertrag der geothermischen Anlage. Der äquivalente Energiepreis für die Geothermie beträgt 95,34 /MWh. Dieser Wärmepreis ist nicht mit der Fernwärme (44,43 /MWh) konkurrenzfähig. Neben der ökonomischen Betrachtung müssen auch die geologischen Risiken betrachtet werden. Diese sind bei der Lösung bis 1.200m erheblich, da auf Grund der Salzlinse (blaue Fläche Bild 2 und 3) das Wärmepotential erst nach einer Bohrung konkretisiert werden kann. Diese erste Bohrung stellt ein Investitionsrisiko von ca. 0,540 Mio. dar. Darüberhinaus wären maximal 300 kw Wärmeleistung zu erwarten und die Therme benötigte dann noch eine alternative Heizungsform. Weil nur 30-50 % der notwendigen Leistung abgedeckt werden könnten. Auf Grund der Salzlinse kann das Wärmepotential auch nur ein drittel (ca. 100kW) der zu erwartenden Wärme betragen. Erfolgt die Bewertung der Geothermie auf Basis des mittleren Buntsandsteines ergibt sich eine Bohrtiefe von mindestens 3.200m. Bild 3 Basis mittlerer Buntsandstein Quelle: Geologischer Landesdienst SH
Die Tiefen-Geothermie ist in dieser Tiefe (Größenordnung) erst ab einer Spitzenleistung von 10MW wirtschaftlich darstellbar. Der Fraunhofer IRB Verlag hat hierzu im Buch von Werner Bußmann Geothermie Energie aus dem inneren der Erde folgendes Fazit geschrieben. Im Norddeutschen Becken und im Oberrheingraben sind bei Konkurrenz Wärmekosten von 40 /MWh und moderaten jährlichen Energiepreissteigerungen von (2%p.a.) Netzgrößen von 25MW und Thermalwassertemperaturen von ca. 90 C und höher notwendig. Bei Preissteigerungen von (4%p.a.) sind Thermaltemperaturen schon ab 80 C und bei vergleichbarer Netzgröße wirtschaftlich. Als Untergrenze eines Wärmesystems können 10MW Spitzenlast angesetzt werden. Aufgrund dieser Fakten wurden bei den Untersuchungen nur die Mitteltiefe Geothermie weiter untersucht, mit dem Fazit, dass nur unter Betrachtung der Bohrkosten, sich der Wärmepreis schon verdoppeln würde. Die Investitionskosten für Geothermie wurden dem nachfolgenden Diagramm entnommen. Aus dem Diagramm geht weiter hervor, das die Kosten mit steigender Bohrtiefe erheblich steigen. Das sogar ein exponentielles Wachstum der Investitionskosten an den Tag gelegt wird vermittelt das Diagramm Nr. 17. Diagramm 17 Spezifische Investitionskosten pro Meter Bohrtiefe Quelle: Geologischer Landesdienst SH
BHKW Lösung für die Fördeland Therme Eine KWK Lösung ist in der Fördeland Therme generell wirtschaftlich darstellbar, weil der Energiebedarf für Wärme und Strom ganzjährig vorhanden ist. Auf Grund des Fernwärmeanschlusses (Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung) kann diese jedoch nicht eingesetzt werden, weil die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Flensburger Stadtwerke dies nicht zulassen. Im Kraftwärmekopplungsgesetz (KWK-G 2012) wird der Betrieb einer KWK-Anlage in einem Netzgebiet einer KWK-Anlage ebenfalls untersagt und nicht gefördert. Somit ist die Verdrängung von KWK (Wärme der Flensburger Stadtwerke) durch KWK (in der FLT) nicht gestattet. Würde die KWK Anlage dennoch in Betrieb gehen würde der KWK-Zuschuss aus dem KWK-G 2012 verweigert werden. Dadurch erwirtschafte die KWK Anlage ca. 21.040 /a (über zehn Jahre 210.040 ) weniger und ist damit nicht wirtschaftlich darstellbar. Weitere Details zur KWK Lösung: Die thermischen und elektrischen Bedingungen sind optimal für den Betrieb eines BHKW, infolgedessen würde das BHKW auf ca. 8.000 Betriebsstunden im Jahr kommen. Die Zahl der Betriebsstunden entscheidet über die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Lösung. Im Jahr können maximal 8.760 Stunden erreicht werden. Ab 6.000h/a sind KWK Lösungen allgemein wirtschaftlich darstellbar. Eine KWK Lösung wurde auf folgenden Gründen nicht weiter betrachtet. Zu geringes Platzangebot für die Aufstellung des Aggregates Zu geringes Platzangebot für die Aufstellung es notwenigen Pufferspeichers (Anlagenkomponenten) Geringes Platzangebot für die Aufstellung eines Flüssiggastanks (Außenaufstellung) Politische (KWK-G2012) sowie technische Anschlussbedingungen Keine Erdgasangebot am Standort in Glücksburg (optimale Antriebsenergie) Abwasserwärmepumpe & Abwasseraufbereitung Zur Wärmerückgewinnung wurden zwei Wärmepumpenlösungen untersucht. a) Abwasser Wärmerückgewinnung (Konstante Temperaturen auch im Winter) b) Luft Wasser Wärmepumpe mit KVS System Die Lösung unter a) wurde nicht weiter untersucht, weil die Abwassermengen über zwei Domschächte in das öffentliche Abwassernetz übergeben werden und dort sind die Temperaturen bereits stark abgekühlt. Der zweite Grund warum eine Abwasser Wärmepumpe nicht weiter betrachtet wird ist, dass erst die Wassermengen reduziert werden müssen, um das dann mögliche Wärmepotential zu berechnen. Die heutigen Wassermengen können nicht als Vorgabe genommen werden.
Die Lösung unter b) ist technisch nur bedingt umsetzbar, weil der Platzbedarf nicht ausreichend ist. Die Investitionskosten für eine 24kW Wärmepumpe würde ca. 36.800 excl. USt. betragen. Umgerechnet würde das einen Wärmepreis von ca. 70,20 /MWh produzieren. Diese müssten in die Beckenerwärmung eingespeist werden, weil Wärmepumpen nicht für einen Hochtemperatur Heizbetrieb geeignet sind. Der vorhandene Wärmetauscher (SAUNA Bereich) ist auf die geringen Temperaturen der Wärmepumpe ebenfalls nicht ausgelegt. Damit ein gleicher Wärmepreis, wie der der Fernwärme erreicht wird, müsste die Wärmepumpe mindestens 4.700 Stunden im Jahr betrieben werden. Solar-Thermie Die solarthermische Nutzung in der Fördeland Therme wurde durch das Simulationsprogramm T Sol Professionale durchgeführt. Eine Anlage mit 61,61m2 Absorptionsfläche und ca. 43kW thermischer Leistung wurde über die Lebensdauer von 20 Jahren bewertet. Dies ist erfolgt, weil die Amortisationszeiten der Solaranlage über 12 Jahre liegt. Für die Anlage wurden drei Szenarien berücksichtigt 3, 6 und 9% Energiepreissteigerung. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Energiepreissteiegerungen 9% 6% 3% Investition 52.540,00 Zuschuss 5.580,00 Betribskosteneinsparung im ersten Jahr - 10.340,00 10.340,00 10.340,00 Kapitalwert 17.996,00-1.996,00-15.958,00 Amortisation Jahre 16,70 20,60 29,00 Wärmepreis /MWh 90,00 90,00 90,00 Tabelle 9. Darstellung des Wirtschaftlichkeitsvergleichs der solarthermischen Anlage Die solarthermische Anlage erwirtschaftet einen äquivalenten Wärmepreis von 90 /MWh und ist damit nicht vergleichbar zu üblichen Fernwärmepreisen mit 44,43 /MWh. Darüberhinaus deckt die Anlage nur 10% des Wärmebedarfes ab. Das Anlagenschema Bild 4 zeigt, dass für die Anlagentechnik ein erheblicher Platzbedarf für drei Puffer mit je 1.000ltr zur Verfügung stehen muss, was derzeit in der Technikzentrale nicht möglich ist.
Das nachfolgende Bild 4 zeigt das Anlageschema einer Solaranalage. Fazit Unter den vorhandenen und bewährt funktionierenden Möglichkeiten zum Einsatz regenerativer Energien konnte auch unter Berücksichtigung von Preissteigerungen und Förderungen kein mittelfristiger Ansatz zur Senkung der Gesamtkostensituation im Energiebereich dargestellt werden. Betriebswirtschaftlich gesehen ist dies nur über Preissteigerungen finanzierbar. In wie weit dies durch den Kunden mitgetragen würde, ist fraglich. Aus dieser Situation heraus ist die energetische Optimierung der vorhandenen Anlagen, und deren empfohlenen Ergänzungen sinnvoller. Trotz allem sollte das Thema regenerative Energien nicht generell abgeschoben werden, da aufgrund der weiteren politischen Entwicklungen es in den nächsten Jahren durch evtl. Energieengpässe, Steuerentwicklungen und der allgemeinen Energiepolitik zu erheblich zunehmenden Kosten kommen kann, sodass es sinnvoll wird, regenerative Energien einzusetzen.