Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien - Gibt es den

Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien
Gibt es den optimalen Mix?
Averdung Ingenieurgesellschaft mbH
Planckstraße 13, 22765 Hamburg
Unternehmensvorstellung
Schlaglichter Averdung Ingenieure
 Averdung Ingenieure überzeugt als unabhängiger technischer
Dienstleister
 mit einem flexiblen, leistungsbereitem und interdisziplinärem Team
 durch ganzheitliche und innovative Lösungsansätze
 mit professioneller technischer Fachberatung, Planung und Bauleitung über
alle Leistungsphasen des Projektes
 mit den Schwerpunkten Erneuerbare Energien, Energieeffizienz und
dezentraler Energieversorgung
 seit über 35 Jahren Erfahrung bei der Gesamtplanung und Umsetzung von
verschiedensten Bauprojekten
21.11.2016, Seite 2
Averdung Ingenieurgesellschaft mbH
Averdung
Unternehmensgruppe
Standort Hamburg
(23 MA)
Standort Papenburg
(4 MA)
Standort Dresden
(2 MA)
Standort Falkenberg
(15 MA)
Standort Greifswald
(6 MA)
Gesamtes Leistungsspektrum
Photovoltaik
Biogas/
-masse
Beratung/
Konzepte
Betriebsführung
Heizungs-, Klimaund Lüftungstechnik
Energieeffizienz
Nah-/Fernwärme
Elektrotechnik
KUNDEN
(Banken und Fonds, Energieversorger, Kommunen, Gewerbe/Industrie, Projektentwickler)
21.11.2016, Seite 3
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 4
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 5
Wärmewende – Klimaneutraler Gebäudebestand bis 2050?
 Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien – wo stehen wir?
Erneuerbare Energien
Fossile Energien
21.11.2016, Seite 6
Status der Erneuerbaren Wärme in Deutschland
Quelle: Bundesumweltamt, 2016
21.11.2016, Seite 7
Status der Erneuerbaren Wärme in Deutschland
 Energiewende ist vom Teilbereich Strom dominiert
 Aber: 40 Prozent des Endenergiebedarfs in Deutschland werden für
die Wärmeversorgung von Gebäuden benötigt.
 Der größte Bereich sind Wohngebäude
 Der reale Zubau an Erneuerbarer Wärme (Anteil 2015: 13 %) hinkt
den klimapolitischen Erfordernissen und Zielen hinterher
 Aktuell große Konkurrenz durch (un-)günstigen Öl und Gaspreis
21.11.2016, Seite 8
Energiebedarf in Deutschland / im durchschnittlichen deutschen
Haushalt
Quelle: Leukefeld 2016
21.11.2016, Seite 9
Status der Erneuerbaren Wärme in Deutschland
Quelle: Bundesumweltamt, 2016
21.11.2016, Seite 10
Einfuhrpreisindex Erdgas, Erzeugerpreisindex leichtes Heizöl,
Erzeugerpreisindex Erdgas bei Abgabe an die Industrie und
Verbraucherpreise Erdgas 2010 = 100
Quelle: Destatis, 2016
21.11.2016, Seite 11
Index der Erzeugerpreise gewerblicher Produkte
Holz in Form von Plättchen oder Schnitzeln (ohne Waldhackschnitzel)
Pellets, Briketts, Scheiten o.ä. Formen aus Sägespänen u.a.
Sägenebenprodukten 2010 = 100
140,0
130,0
120,0
110,0
100,0
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
2005
2006
2007
2008
2009
HHS
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Pellets
Quelle: Destatis, 2016
21.11.2016, Seite 12
Wärmewende – Klimaneutraler Gebäudebestand bis 2050?
 Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien – wo stehen wir?
Erneuerbare Energien
Fossile Energien
Energie mit
Brennstoffen
Energie ohne
Brennstoffe
21.11.2016, Seite 13
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 14
Biomasse






Holzhackschnitzel/Pellets - Kessel
Holzvergasung
Biogas (Reststoffe, NaWaRo)
Bilanziell durchgeleitetes Biomethan in KWK-Anlagen
Klimaneutral – regional – begrenzt
Übergangslösung für den teil- bzw. nicht sanierten Bestand
21.11.2016, Seite 15
Umweltwärme - Wärmepumpen
 (Tiefe Geothermie in Kombination mit Wärmenetzen)
 Vielfältige Einsatzmöglichkeiten:




Oberflächennahe Geothermie / Agrothermie
Flusswasser
Luftwärmepumpen
Abwasserwärmepumpen
 Niedertemperatursysteme Voraussetzung für den wirtschaftlichen
Betrieb
 Kombination mit PV-Strom: Achtung, Saisonale Illusion!
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Die saisonale Illusion als Herausforderung
 Typische elektrische Speichersysteme bieten Energie für einige
Stunden
 Typische thermische Speichersysteme bieten Energie für
einige Stunden oder maximal einige Tage
21.11.2016, Seite 18
Solarthermie
 Anteil der Solarwärme am Wärmebedarf deutscher Haushalte 2012
ca. 1 %
 Potenzial 15 – 40 % (Corradini 2013)
 Genutztes Dachflächenpotenzial in Deutschland < 1 %
 Hohe Wärmegestehungskosten > 20 ct je kWh bei Aufdachanlagen
 Wärmegestehungskosten von Freiflächenanlagen 3 - 5 ct / kWh
 Wärmeerzeugung antizyklisch zum Heizwärmebedarf!
Quelle: BSW-Solar, 2013
21.11.2016, Seite 19
Abwärme





Abwärme z.B. aus Produktionsprozessen, Kühlbedarfe
Wärmeanfall und Heizwärmebedarf im Jahresverlauf?
Empfindliche Produktionsprozesse
Fehlende Planungs- und Investitionssicherheit
Ideologische Vorbehalte „Unabhängigkeit“
Quelle: BSW-Solar, 2013
21.11.2016, Seite 20
Erneuerbare Wärmeerzeugung - Technologien
 Biomasse begrenzt verfügbar
 Solare Energie, Abwärme (Kühlbedarfe) nur saisonal verfügbar
 Umweltwärme und Solarthermie sind nur in niedrigen
Temperaturbereichen effizient!
Das Optimale ist ein Mix!
Quelle: BSW-Solar, 2013
21.11.2016, Seite 21
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 22
Gesetzlicher Rahmen und Fördermittel-Dschungel
WLV
BAFA Solarthermie-Förderung
KWK-G
EEWärmeG
EEG
ENEV
IFB –
Förderprogramm
Solarthermie
KfW Programme Erneuerbare
Energien 270 - 280
BAFA APEE
PEF
StromStG
Ifb - UfR
AGFW FW 309-1
DIN V 18599
21.11.2016, Seite 23
Energieeinsparverordnung (ENEV)

Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende
Anlagentechnik bei Gebäuden (1. Februar 2002)

Wärmeschutzverordnung & Heizanlagenverordnung

Regelung von Wärme- und Energiebedarfsberechnung

Grenzwerte für maximalen Energiebedarf eines Gebäudes

Hauptziel: Jahres-Primärenergiebedarf senken
21.11.2016, Seite 24
Energieeinsparverordnung EnEV

Hauptziel: Jahres-Primärenergiebedarf senken
𝑄𝑝 = 𝑄ℎ + 𝑄𝑊 ∙ 𝑒𝑓
𝑄𝑝 : 𝑃𝑟𝑖𝑚ä𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒𝑏𝑒𝑑𝑎𝑟𝑓
𝑄ℎ : 𝐻𝑒𝑖𝑧𝑤ä𝑟𝑚𝑒𝑏𝑒𝑑𝑎𝑟𝑓
𝑄𝑤 : 𝑊𝑎𝑟𝑚𝑤𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟
𝑒𝑓 : 𝑃𝑟𝑖𝑚ä𝑟𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟
 Lösung:
=> Verbesserte Wärmeisolation
=> Erneuerbare Energien (Primärenergiefaktor)
21.11.2016, Seite 25
Energieeinsparverordnung EnEV
1,8
21.11.2016, Seite 26
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG

Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien (EE) im Wärmebereich
(1. Januar 2009)

Schonung fossiler Ressourcen

Nachhaltige Entwicklung der Wärme- und Klimaversorgung

Förderung Erneuerbaren Energien

Ziel: Anteil an EE bis 2020 auf 14% steigern

Gilt für private und öffentliche Bauherren
 50 m² Nutzfläche für Neubauten verpflichtet EEWärmeG den
Wärme-/Kälte bedarf anteilig mit erneuerbaren Energien zu decken!
21.11.2016, Seite 27
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EEWärmeG

Zu deckender EE-Anteil ist abhängig von der eingesetzten Technologie
abhängig von Investitions- und Brennstoffkosten
Regenerative Technologie Energieanteil

Solarthermie
15 %
Biomasse
50 %
Geothermie
50 %
Ersatzmaßnahmen:
 ≥ 50% KWK-Anlagen
 Erneuerbare/KWK Fernwärme/-kälte (bzw. Abwärme)
21.11.2016, Seite 28
Gesetzlicher Rahmen und Fördermittel-Dschungel
 ENEV und EEWärmeG bevorzugen derzeit Erdgas-KWK (System
Primärenergiefaktor)
 Flankierende Förderprogramme führen zu kurzfristigen Trends, bei
denen dann wieder gegengesteuert wird
 Häufige Änderungen, verschiedenste Förderinstitutionen führen zu
Unübersichtlichkeit und fehlender Planungssicherheit
21.11.2016, Seite 29
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 30
Anforderungen: Zieldreieck des konkreten Projekts
Wirtschaftlich/
bezahlbar
Sicher
Nachhaltig
21.11.2016, Seite 31
Anforderungen: Örtliche Gegebenheiten

Umweltwärme/Wärmepumpe
 Flächen für oberflächennahe Agrothermie (oder Sondenfeld)
 Gewässer
 Aktivierung der Gründungspfähle

Solarthermie
 Aufdach: Ausreichend große Fläche für mehrgeschossige Gebäude vorhanden?
 Freifläche: Ausreichend große Fläche ohne konkurrierende höherwertige
Nutzung vorhanden?
 Verschattung?

Biomasse




Störpotenzial abhängig von der Anlagengröße
Lagerfläche vorhanden
Empfindliche Umgebung hinsichtlich Lieferverkehr/Geräusche
Immissionsempfindlichkeit der Umgebung, Grenzwerte, Filtertechnologien
21.11.2016, Seite 32
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 33
Erneuerbare Wärmeerzeugung – der Abnehmer
 Solarhaus als Lösung für das Einzelgebäude im weniger dicht
besiedeltem Raum.
 Architektur, Solarthermie, PV,
Biomasse für Lastspitzen
Quelle: Leukefeld 2016
21.11.2016, Seite 34
Erneuerbare Wärmeerzeugung – im Bestand
Gebäudedämmung +

Solarthermie + Gasbrennwertkessel

Solarthermie + Holzkessel + Gasspitzenlastkessel

Lokales Nahwärmenetz mit (Biomethan-) BHKW + Gasspitzenlastkessel

Elektro WP (Oberflächennahe Geothermie/ ggf. mit Aktivierung der
Gründungspfähle)

Solarthermie + Elektro WP (Oberflächennahe Geothermie/ ggf. mit
Aktivierung der Gründungspfähle)
21.11.2016, Seite 35
Erneuerbare Wärmeerzeugung - Abnehmerstruktur
 Wärmenetze als Lösung im dicht besiedelten Raum
Quelle: HIC 2016
21.11.2016, Seite 36
Erneuerbare Wärmeerzeugung - Wärmenetze
 Ausgeglichenere Abnehmerstruktur (Gleichzeitigkeitsfaktor)
 Größere Auswahl an möglichen Quellen für Abwärme,
Umweltwärme, ggf. Freiflächensolarthermie
 Speicherlösungen werden wirtschaftlich
 Integration von Übergangstechnologien wie KWK auf höherem
Temperaturniveau bis zum Fortschritt in der Sanierung des
Bestands -> Zentrale Erzeugermodernisierung
21.11.2016, Seite 37
Gleichzeitigkeit
Quelle: BWK, 2012
21.11.2016, Seite 38
Übersicht
Netze und Speicher
Wo stehen wir?
Der Abnehmer
Erneuerbare
Wärme – der
optimale Mix?
Technologien
Anforderungen
Gesetzlicher
Rahmen
21.11.2016, Seite 39
Niedertemperatur-Wärmenetze



Definition von Low-Ex (Niedertemperatur-) Netzen nicht scharf
Unterschiedliche Verwendung je nach Erzeugertechnologien
Hohe Spreizungen / niedrige Rücklauftemperaturen sind jedoch immer
anstrebenswert
 Haustechnik und Vertrag!

Sinnvoller Einsatz/Definitionen
 90/60 für Standard-KWK
 Vorlauf 65/40 für Einhaltung
Trinkwasserhygiene
 40/30 für reine Heizungsnetze
 10/0 Kalte Netze als PrimärWärme für Wärmepumpen
21.11.2016, Seite 40
Niedertemperatur-Wärmenetze
Effiziente Haustechnik als Voraussetzung für Low-Ex-Wärmenetze
 Große (Heizungs-) Sanierungsprojekte in der Stadt Hamburg




Schulbau Hamburg (SBH)
Gebäudemanagement Hamburg (GMH)
SAGA
Private Wohnungswirtschaft
 Technische Komponenten für den effizienten Einsatz von Low-Ex





Flächenheizungen
Hydraulischer Abgleich
Frischwasserstationen (Haus- oder Wohnungsbezogen)
Mikrofiltration zur Einhaltung der Trinkwasserhygiene
Technisch-vertragliche Begrenzung der Rücklauftemperatur
21.11.2016, Seite 41
LowEx-Netz
 Vorteile
 Geringe Wärmeverluste durch geringe Temperaturdifferenz
 Breites Spektrum an Wärmequellen nutzbar
- Solarthermie, Geothermie, Gewässer, Umweltwärme
- Abwärme von Abwasser, Raumabluft, Industrie
 Individuelle gebäudebezogene Temperatur einstellbar
 günstigen Investitionskosten, da keine bzw. geringe Dämmung
notwendig
 Nachteil
 Strombedarf der Wärmepumpen zum Erreichen des benötigten
Temperaturniveaus
21.11.2016, Seite 42
LowEx – Das Konzept der Exergie
 Verschiedene Anwendungen
benötigen unterschiedliche
Energie-Qualitäten (ExergieNiveaus).
 Oben: konventionell
ausschließlich durch hochexergetische Quellen
 Unten: Low-ex
Unterschiedlichen Anwendungen
werden mit jeweils passenden
Energieformen (z.B.
 Solarwärme, Abwärme,
Wärmerückgewinnung) versorgt.
Quelle: BMVIT, 2012
21.11.2016, Seite 43
Speicherkonzepte: Speicherung bei 0°C – Eisspeicher
 Überschusshitze ohne Verluste
speichern (Kristallisationsenergie aus
dem Phasenübergang)
 Niedertemperaturwärme bis 0°nutzbar
machen
 Konstante Temperatur, oft besser als
Geothermie
 Großes Durchflussvolumen möglich
 Elektrisch betriebene Wärmepumpe
benötigt, um gewünschtes
Temperaturniveau zu erreichen (z.B.
35°C)
 Kombination mit Kühlung im Sommer
21.11.2016, Seite 44
Speicherkonzepte: Erdbeckenspeicher
Beispiel:
Dronninglund
 62.000 m³
 5.500 MWh
Quellen: Wärmewende-Info 2015
& Dronninglund Fjernvarme
21.11.2016, Seite 45
Mögliche Lösung: Erdsondenspeicher
Beispiel:
Crailsheim
 37.500 m³
Quellen: Solites 2016
21.11.2016, Seite 46
Erneuerbare Wärmeerzeugung - Wärmenetze
 Optimal ist ein Mix – dieser ist projektabhängig zu bestimmen
 KWK- und Bioenergie sind Übergangstechnologien bzw. begrenzt
 Zukunftssichere Wärmeversorgung ist unabhängig von
Brennstoffen, fossilen wie erneuerbaren
 Zukunftssichere Wärmeversorgung ist netzgebunden und damit
zentral modernisierbar
 Zukunftssichere Wärmeversorgung setzt auf Speicherlösungen
 Zukunftssichere Wärmeversorgung spielt im Niedertemperatur/LowEx-Bereich und ist damit maximal technologieoffen
21.11.2016, Seite 47
Ihr Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Sophie Brauer
Kontakt:
Tel.: 040 771 8501-52
[email protected]
www.ing-averdung.de
21.11.2016, Seite 48