Post on 31-Jan-2021
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POTENZIALE FÜR FERN- UND NAHWÄRME AUF KWK-BASIS – ERGEBNISSE DER NEUEN POTENZIALSTUDIE
GEMÄß EU-ENERGIEEFFIZIENZRICHTLINIE
Dr. Bernd Eikmeier
Kraft-Wärme-Kopplung bei lokalen und regionalen Energieversorgern
Koblenz, 24.02.2015
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Integration Bremer Energie Institut in Fraunhofer-IFAM
01.09.2013: Integration des BEI ins IFAM (550 Mitarbeiter) als neue Abteilung
„Energiesystemanalyse“
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Projektinformationen
Auftraggeber: BMWI
Fertiggestellt: September 2014
Bearbeiterkonsortium:
Prognos (Evaluierung des KWKG)
Fraunhofer IFAM (Kosten-Nutzen-Analyse und Potenziale in den Sektoren Priv. Haushalte / GHD)
IREES (KNA und Potenziale im Sektor Industrie)
BHKW Consult (Mitarbeit insbesondere bzgl. BHKW)
Kostenloser Download der Studie unter: http://www.bmwi.de/DE/Mediathek/publikationen,did=657404.html
http://www.bmwi.de/DE/Mediathek/publikationen,did=657404.htmlhttp://www.bmwi.de/DE/Mediathek/publikationen,did=657404.htmlhttp://www.bmwi.de/DE/Mediathek/publikationen,did=657404.html
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Inhalt des Vortrags
Kurzinformation:
Ergebnisse der Kosten-Nutzen-Analyse
Potenziale der Objekt-KWK (Sektoren Private Haushalte und GHD)
Der nationale Blick: Potenziale von Fern- und Nahwärme-KWK in Deutschland (Sektoren Private Haushalte und GHD, ohne Objekt-KWK)
Kurz: der lokale/regionale Blick: Nutzung digitaler Wärmebedarfskarten zur Ermittlung von KWK-Potenzialen in einem einzelnen Versorgungsgebiet
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Ergebnisse der Kosten-Nutzen-Analyse
Sektor Private Haushalte
Im Regelfall ist die Wirtschaftlichkeit einer Objekt-KWK-Anlage derzeit nicht gegeben
Bei betriebswirtschaftlicher Rechnung ist die KWK gegenüber einer Wärmedämmung aber konkurrenzfähig bzw. wirtschaftlicher (je nach Umfang der Sanierung)
Sektor GHD
Es sind keine pauschalen Aussagen möglich, die Nutzungsart ist entscheidend
Wirtschaftliche Fälle können z.B. Gewerbe oder Krankenhäuser sein, wohnähnliche Nutzungen (Büros) meist nicht
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Potenziale der Objekt-KWK (Sektoren PHH und GHD)
Zur Vermeidung von Doppelzählungen werden Objekt-KWK-Potenziale in wirtschaftlichen Fernwärme-Clustern nicht betrachtet
Das hier ausgewiesene Potenzial ist aus rein methodischen Gründen deutlich geringer als das tatsächliche Potenzial! (Ziel der Studie war die Ermittlung der maximalen KWK-Potenziale)
Wirtschaftliche Potenziale außerhalb von wirtschaftlichen Fernwärme-KWK-Clustern (Szenario 90 % Anschlussgrad):
Die Stromeigennutzungsquote ist von entscheidender Bedeutung
Es werden auch viele nicht wirtschaftliche KWK-Anlagen errichtet, 685.000 erneuerte Wärmeerzeuger pro Jahr sind ein sehr großer Markt
Betrachtungsweise Objekt-KWK-Potenzial Einheit Wert
betriebswirtschaftlich KWK-Wärmeerzeugung TWh/a 20,9
betriebswirtschaftlich KWK-Stromerzeugung TWh/a 14,1
volkswirtschaftlich KWK-Wärmeerzeugung TWh/a 3,3
volkswirtschaftlich KWK-Stromerzeugung TWh/a 2,7
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Bearbeitungsschema
Wirtschaftlichkeitsrechnung
für 1.403 Cluster
Ermittlung des wirtschaftlichen KWK-
Potenzials je Stadtkategorie
41 Modellstädte
Rasterung + Clusterung
der Städte
Objektscharfe
Wärmebedarfsermittlung
Ermittlung Inputdaten
Wirtschaftlichkeitsrechnung
Typologiewerte
je Gebäude
Hochrechnung des
Fernwärme-KWK-Potenzials
in Deutschland
Wärmebedarf der
Stadtkategorien
Wärmebedarf
je Gemeinde-
verband/Stadt
Gebäudestatistik der 4.598
Gemeindeverbände/Städte
in Deutschland
Einteilung in 9
Stadtkategorien
Hochrechnungsteil Analyseteil
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Bildung von Stadtkategorien
Kategorie Beschreibung Anzahl
Alte Bundesländer
I Gemeindeverbände mit mehr als 350.000 Einwohnern 14
II Gemeindeverbände mit 150.001 bis 350.000 Einwohnern 30
III Gemeindeverbände mit 80.001 bis 150.000 Einwohnern 48
IV Gemeindeverbände mit 50.001 bis 80.000 Einwohnern 79
V Gemeindeverbände mit 20.000 bis 50.000 Einwohnern 476
VI Gemeindeverbände mit 20.000 bis 80.000 Einwohnern in der Peripherie einer Großstadt
22
Summe Alte Bundesländer: 669
Neue Bundesländer:
VII Gemeindeverbände mit mehr als 80.000 Einwohnern 14
VIII Gemeindeverbände mit 20.000 bis 80.000 Einwohnern 97
Summe Neue Bundesländer: 111
Gesamt in Deutschland: 780
Sonstiges :
IX Alle Gemeindeverbände mit weniger als 20.000 Einwohnern 3.818
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Karte des Nutzwärmebedarfs von PHH und GHD
Nutzwärmebedarf gesamt: 762 TWh/a
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Datengrundlage der Modellstädte
41 Modellstädte aus 6 Bundesländern
GIS basierte Wärmebedarfskarte für jede Modellstadt
Gebäude(teil)scharfe Auflösung (gesamt 1,1 Mio. Objekte)
Angaben zum Wärmebedarf (individuelle Gebäudetypologien basierend auf mehr als ¼ Mio. Verbrauchsdaten)
Fortschreibung Bedarf (Sanierungseffekte, Wohnflächenzuwachs differenziert nach Raumordnungsregionen)
Angaben zur Nutzungsart
Angaben zur Gebäudegeometrie und zu Wohn-/Nutzflächen
Angaben zur Baualtersklasse
Hausanschlusslänge (eigene Berechnung durch IFAM)
Verteilnetzebene auf Clusterebene (eigene Berechnung durch IFAM)
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Clusterung der Modellstädte: Rasterkartendarstellung
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Clusterung der Modellstädte: Clusterbildung
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Clusterung der Modellstädte: Verbund-/Inselcluster
Inselcluster
Verbundcluster
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Methodik Wirtschaftlichkeitsrechnungen
Bilanzierung erfolgt wärmeseitig
Kapitalwertermittlung für Betrachtungszeitraum von 30 Jahren
Umrechnung auf einen spezifischer Wert (€/MWh): Discounted Mean Value (DMV), Angabe als Realwert in €2013 ohne MwSt.
Prüfung auf Wirtschaftlichkeit erfolgt getrennt für alle 1.403 Cluster, ohne Berücksichtigung bestehender Netze (Datengrundlage fehlt)
Prüfung auf Wirtschaftlichkeit:
Anlegbarer Fernwärmepreis
- Wärmeerzeugungskosten
- Wärmeverteilungskosten
= x €/MWh
Wirtschaftlichkeit ist gegeben für x > 0
Angabe der Ergebnisse in „Wirtschaftlichkeitsstufen“ (+/- 5 €/MW): zeigt Sensibilität an
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Szenarien
Zwei Betrachtungsweisen:
B = betriebswirtschaftlich (8% Zins)
V = volkswirtschaftlich (3% Zins), ohne Steuern, EEG, KWKG, CO2
Zwei Anschlussgrade:
AG 90 = 90% der Wärmenachfrage im Cluster werden angeschlossen
AG 45 = 45% der Wärmenachfrage im Cluster werden angeschlossen
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Inputwerte (1)
Anlagebarer Fernwärmepreis
Ermittelt aus Vollkostenvergleichsrechnungen mit einem Gaskessel für eine relevante Bandbreite an Gebäuden
89,5 €/MWh betriebswirtschaftlich / 79,4 €/MWh volkswirtschaftlich
Erzeugungskosten
Ermittelt anhand von BHKW und GuD-Musteranlagen
Inselcluster: ergeben sich aus Korrelationsgleichungen bzgl. Bedarf
Verbundcluster: Anlagenmix ist Freiheitsgrad, 58 €/MWh betriebswirtschaftlich / 44 €/MWh volkswirtschaftlich
Angesetzt: Mix aus großen BHKW / kleinen GuD-Anlagen
Bei betriebswirtschaftlicher Sicht steigen die Wärmeerzeugungskosten bei GuD-Anlagen mit der Größe an (Grund: Stromkennzahl steigt)
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Inputwerte (2)
Wärmeverteilkosten
Individuell ermittelt für jedes Cluster und Szenario
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000
Vert
eil
ko
ste
n [€
/MW
h]
Cluster-Wärmedichte [MWh/km2]
Szenario AG 90 B
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Ergebnisse im Szenario AG 90 Betriebswirtschaftlich
Stadtkategorie
Anteil des Wärmebedarfs in den KWK-geeigneten Clustern
KWK-Potenzial
> + 10 €/MWh
> + 5 €/MWh
> 0 €/MWh
> - 5 €/MWh
> - 10 €/MWh
> 0 €/MWh
I 27,6% 43,4% 55,1% 65,7% 78,5% 49,6%
II 18,8% 28,4% 37,2% 56,5% 73,9% 33,5%
III 17,7% 23,2% 31,8% 39,4% 52,7% 28,6%
IV 13,2% 18,2% 30,7% 43,3% 52,3% 27,6%
V 7,0% 8,6% 15,2% 21,3% 32,8% 13,7%
VI 9,1% 15,0% 15,8% 18,6% 28,5% 14,2%
VII 20,7% 33,2% 52,6% 62,7% 71,4% 47,3%
VIII 1,0% 8,2% 35,6% 53,5% 55,0% 32,1%
IX 3,6% 3,6% 3,6% 5,9% 16,4% 3,2%
Ergebnisse weisen hohe Sensitivität auf
(Annahmen zur) Entwicklung des Strommarktes entscheidend
Der Novellierung des KWKG kommt eine hohe Bedeutung zu
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Versorgter Nutzwärmebedarf im Szenario AG 90 B
52% entfällt auf Städte in den ABL mit mehr als 150.000 Einwohnern (deren Anteil am Nutzwärmebedarf in Deutschland ist nur 24%)
57,537%
22,515%
13,09%
12,68%
18,212%
1,01%
11,37%
8,15%
9,76%
I: ABL, > 350 Tsd. Einw.
II: ABL, 150 - 350 Tsd. Einw.
III: ABL, 80 - 150 Tsd. Einw.
IV: ABL, 50 - 80 Tsd. Einw.
V: ABL, 20 - 50 Tsd. Einw.
VI: ABL, Peripherie Großstadt
VII: NBL, > 80 Tsd. Einw.
VIII: NBL, 20 - 80 Tsd. Einw.
IX: ABL/NBL, < 20 Tsd. Einw.
Angaben in TWh/a
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Potenziale der KWK-Fernwärme/Nahwärme (AG 90 V)
Konzentration der Potenziale auf Ballungsräume und Großstädte ist klar erkennbar
Verteilung ist sehr ähnlich bei betriebswirtschaftlicher Rechnung
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Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (1)
Dargestellt ist der Anteil des Wärmebedarfs in den anschließbaren Clustern, d.h. vor der Berücksichtigung des Anschlussgrades
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
I II III IV V VI VII VIII IX
An
teil
wir
tsch
aft
lich
er
Clu
ste
r am
Nu
tzw
ärm
eb
ed
arf
Stadtkategorie
AG 90 V AG 90 B AG 45 V AG 45 B
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Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (2)
Szenario AG 90 B AG 90 V AG 45 B AG 45 V
Stadt- kategorie
KWK-Potenzial (Nutzwärmebedarf)
I 49,6% 63,9% 13,2% 22,9%
II 33,5% 61,5% 8,1% 12,9%
III 28,6% 39,6% 8,3% 10,4%
IV 27,6% 41,7% 5,9% 10,0%
V 13,7% 24,5% 2,9% 3,9%
VI 14,2% 21,2% 4,1% 6,7%
VII 47,3% 59,9% 6,6% 14,0%
VIII 32,1% 49,3% 0,4% 4,7%
IX 3,2% 11,8% 0,6% 0,6%
Dargestellt ist der mit KWK versorgte Anteil des Wärmebedarfs in den anschließbaren Clustern, d.h. inkl. Berücksichtigung des Anschlussgrades
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Ergebnisse der Szenarien im Vergleich (3)
KWK-Potenzial AG 90 AG 45
Betriebswirtschaftlich [TWh/a]
Wärmenachfrage 154 35
KWK-Wärmeerzeugung 128 29
KWK-Stromerzeugung 113 25
Volkswirtschaftlich [TWh/a]
Wärmenachfrage 249 56
KWK-Wärmeerzeugung 207 47
KWK-Stromerzeugung 182 41
Zum Vergleich:
KWK-Stromerzeugung der allgemeinen Versorgung: 50 TWh/a (Stand 2013)
KWK-Wärmeerzeugung: 64 TWh/a (AGFW-Hauptbericht 2012)
Höhe des Anschlussgrades ist entscheidend
Bewertung Szenario Betriebswirtschaftliche Sicht und AG 45: Die bestehenden Fernwärmestrukturen könnten bei den aktuellen Rahmenbedingungen nur etwa zur Hälfte aufgebaut werden
Wirtschaftliche Potenziale entwickeln sich nicht automatisch
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Inhalt des Vortrags
Kurzinformation:
Ergebnisse der Kosten-Nutzen-Analyse
Potenziale der Objekt-KWK (Sektoren Private Haushalte und GHD)
Der nationale Blick: Potenziale von Fern- und Nahwärme-KWK in Deutschland (Sektoren Private Haushalte und GHD, ohne Objekt-KWK)
Kurz: der lokale/regionale Blick: Nutzung digitaler Wärmebedarfskarten zur Ermittlung von KWK-Potenzialen in einem einzelnen Versorgungsgebiet
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Aufbau einer digitalen Wärmebedarfskarte
Baualter Sanierungszustand Eigentümer Flächennutzungsplan Solardachkataster …
Verbrauchsdaten
Jahreswerte Energieträger ggfs. Tarifinformationen …
Digitaler Wärmeatlas
Zusatzdaten, z.B.:
Gebäudegrundflächen Gebäudehöhen Geschosszahl Nutzungsart …
Gebäudedaten
Netzdaten
Anschlusszuordnung ggfs. Mitversorgung …
ggfs . 3D-Laserscanningdaten
©
Ziel: Integrale Betrachtung von Versorgungsaspekten
Folie 26
Anwendungsbeispiele einer digitalen Wärmekarte
Darstellung und Filterung nach Einzelgebäudemerkmalen, z.B.:
Höhe des Wärmebedarfs
Energieträger
Gebäudeeigentümer (z.B. Wohnungsbaugesellschaft)
Nutzungsart
Szenarienrechnungen, z.B. Sanierungsauswirkungen auf den Bedarf
Clusteranalysen, z.B.
Höhe des Wärmebedarfs
Anteil von Einzelmerkmalen (z.B. Erdgas-Anschlussquote)
Wärmedichten / mittlere Wärmeliniendichten
Netzlängen(bedarf)
Weitergehende Auswertung (z.B. KWK-Potenziale)
gut geeignet für eine Vorauswahl / Rankingbildung
Raster-/ Dichtekarten
Bufferanalysen zum Netzausbau
Datenübernahme in weitere Tools, z.B. für Wirtschaftlichkeitsanalysen
Ergebnisvisualis ierung
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Dortmund: Dichtekarte / Ausfilterung von Clustern
Zelle: 20 * 20 m, Radius 160 m
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Düsseldorf: Wärmedichtekarte der Anschlusschance
Auf Basis exemplarischer Werte
Zelle: 20 * 20 m,
Radius 160 m
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Quelle: Stadtwerke Bielefeld Stadtwerke-Award 2011
Fernwärme-Optionen Nahwärme-Optionen
Bielefeld: „Ausgezeichnete” Anwendung
Verdichtungen im Fernwärmegebiet
Fernwärme-Ausbaumaßnahmen
große FW-Ausbaumaßnahmen
heutiges Fernwärmenetz
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Kontaktdaten
Dr. Bernd Eikmeier
Projektleiter Energiesystemanalyse
Fraunhofer IFAM
Wiener Straße 12
28359 Bremen
Tel.: 0421 / 2246 – 7023
Email: bernd.eikmeier@ifam.fraunhofer.de