FACHHOCHSCHULE TRIER STUDIENGANG VERSORGUNGSTECHNIK Konzeptstudie einer Fernwärmeversorgung mit...

FACHHOCHSCHULE TRIER

STUDIENGANG VERSORGUNGSTECHNIK

„Konzeptstudie einer Fernwärmeversorgung

mit Holzhackschnitzelfeuerung am Beispiel

der Stadt Daun“

Diplomanden: Christine Berens, Ralph Conrad

Aufgabenstellung und Zielsetzung

a) Ökonomische Aspekte

Kostengleichheit der Wärmelieferungspreise von

Fernwärme und Gas-/ Öleinzelfeuerungen

Regionale Wertschöpfung

Langfristig kalkulierbare Energiepreise

Aufgabenstellung und Zielsetzung

b) Ökologische Aspekte

Minimierung des Energieverbrauchs durch Ersetzen der

einzelnen Feuerungen durch eine Großkesselanlage

Schonung der Ressourcen an fossilen Energieträgern durch

Verbrennung von Biomasse

Minimierung des CO2-Ausstoßes durch den Einsatz von CO2-

neutraler Biomasse

„Schwerpunkte dieser Arbeit sind

nicht die technischen Details.

Es sollen die ökonomischen Aspekte

einer solchen Anlage untersucht

werden.“

Vorgehensweise

Datenerfassung Erstellen einer Jahresverbrauchskurve Erarbeitung technischer Konzepte für

Netzvarianten und Kesselvarianten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Sensitivitätsanalyse Energie- und Umweltbilanz Bewertung

Abgrenzung

Beschränkung auf reine Heißwasserlieferungen

(Heizwärme, 130°C Vorlauftemperatur)

Alle Wärmeverbraucher außer Privathaushalte

Begrenzung auf drei Fernwärme-Leitungsvarianten

-

Standortfrage

Drei Standorte stehen zur Auswahl:

Gelände oberhalb des Autohauses Knötgen

Gelände oberhalb des Schulzentrums

Gelände am Bahnhof

Gelände am Bahnhof

Gelände oberhalb des Schulzentrums

Gelände oberhalb des Autohauses Knötgen

Ausgewählter Standort:

Lage in gemäßigtem Höhenniveau

Gute Verkehrsanbindung

Großes weitläufiges Gelände

Geschützte Lage Unmittelbare Nähe zu

Großverbrauchern Eigentum der Stadt

Daun

Gelände oberhalb des Autohauses Knötgen

Vorstellung der Fernwärmeleitungsvarianten

Netzvariante 1: Verbraucher im Norden der Stadt (Großverbraucher)

Netzvariante 2: Verbraucher im Stadtzentrum(Mittel- und Kleinverbraucher)

Netzvariante 3: Verbraucher von Netzvariante 1 und Netzvariante 2(alle Verbraucher)

Vergleich der Fernwärmeleitungsvarianten

Leitungsnetz- variante

Anzahl der Verbraucher

Jahresenergiemenge in kWh/a

Feuerungsmaximal-leistung in MW

1 10 27.628.118 12,75

2 41 27.483.501 14,16

3 56 51.003.584 25,92

Vorstellung der Feuerungsvarianten

Feuerungsvariante 100/0: Abdeckung der Maximal-leistung mit 100% HHS-Kessel

Feuerungsvariante 60/40: Abdeckung der Maximal-leistung mit 60% HHS-Kessel und 40% Gaskessel

Feuerungsvariante 30/70: Abdeckung der Maximal-leistung mit 30% HHS-Kessel und 70% Gaskessel

Vergleich der Feuerungsvarianten

  HHS-Anteil an der Spitzenleistung in %

HHS-Anteil an der Jahresenergiemenge in %

Feuerungsvariante 100/0 100 100

Feuerungsvariante 60/40 60 85

Feuerungsvariante 30/70 30 60

Jahresdauerlinie, Variante 30/70

(HHS)

(Gas)

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Berechnung basiert auf VDI 2067

Ermittlung der Investitionskosten und der

spezifischen Jahreskosten (Annuität) für alle 9

Anlagenvarianten

Vergleich der Energielieferpreise in €/kWh

Kostenübersicht der Varianten

Anlagenvariante Bezeichnung

Investkosten Kessel in €

Investkosten Netz in €

Brennstoff-kosten in €/a

Netzvariante 1

1 -100/0 3.267.850 2.899.940 276.281

1 - 60/40 2.625.608 2.899.940 317.519

1 - 30/70 1.399.909 2.899.940 351.898

Netzvariante 2

2 -100/0 3.611.850 3.348.395 274.835

2 - 60/40 2.649.064 3.348.395 328.519

2 - 30/70 1.685.117 3.348.395 482.294

Netzvariante 3

3 -100/0 6.629.500 6.500.485 510.035

3 - 60/40 4.753.734 6.500.485 586.330

3 - 30/70 2.851.819 6.500.485 676.947

Übersicht Energielieferpreise*

Anlagenvariante Bezeichnung

Annuität in €/a kWh-Preis in

€/kWh

Netzvariante 1

1 -100/0 1.445.083 0,050

1 - 60/40 1.314.775 0,045

1 - 30/70 1.110.726 0,038

Netzvariante 2

2 -100/0 1.508.349 0,055

2 - 60/40 1.332.087 0,048

2 - 30/70 1.167.826 0,042

Netzvariante 3

3 -100/0 2.730.114 0,054

3 - 60/40 2.360.438 0,046

3 - 30/70 2.115.942 0,041

* :Minimalpreis

Ergebnisse Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Keine großen Kostenunterschiede der Energie- lieferpreise zwischen den drei Netzvarianten

Erkennbare Kostenunterschiede bei den Feuerungsvarianten aller Netzvarianten

Günstigste Feuerungsvariante ist immer Variante 30/70

Folge: Weiter Untersuchungen nur für die Feuerungsvarianten von Netzvariante 3

Bezugsvariante (Gas/Öleinzelfeuerungen)

Abschätzung des Energielieferpreises mittels

begründeter Annahmen

Vergleich mit den Energielieferpreisen der

Fernwärmevarianten (statisch)

Vergleich unter Variierung der

Kostenbestandteile (Sensitivitätsanalyse)

Sensitivitätsanalyse

In dieser Einflussgrößenbetrachtung werden

folgende Kostenbestandteile im Abschreibungszeitraum variiert:

Gasbezugspreis (jährliche Preissteigerung)

HHS-Bezugspreise

Bezug von Fördergeldern

SenitivitätsanalyseErhöhung Gaspreis: 6%/a

HHS-Preis: 10 €/MWh

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

0,0550

0,0600

0,0650

0,0700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Abschreibungsjahr

kWh-

Prei

s in

€/k

Wh

3 - 100/0 o.F. 3 - 100/0 m.F. 3 - 30/70 o.F. 3 - 30/70 m.F. Einzelanlagen

Ist-Zustand

SensitivitätsanalyseErhöhung Gaspreis: 3%/a

HHS-Preis: 10 €/MWh

0,0250

0,0300

0,0350

0,0400

0,0450

0,0500

0,0550

0,0600

0,0650

0,0700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Abschreibungsjahr

kWh-

Prei

s in

€/k

Wh

3 - 100/0 o.F. 3 - 100/0 m.F. 3 - 30/70 o.F. 3 - 30/70 m.F. Einzelanlagen

Ist-Zustand

Übersicht Kostengleichheit

AnlagenvarianteGaspreissteigerung

in %/aKostengleichheit

nach Jahren

3 - 100/0 o.F. 3 203 - 100/0 m.F. 3 173 - 30/70 o.F. 3 153 - 30/70 m.F. 3 14

3 - 100/0 o.F. 6 11,53 - 100/0 m.F. 6 9,53 - 30/70 o.F. 6 8,53 - 30/70 m.F. 6 7,5

Ergebnis Sensitivitätsanalyse

Je höher die Gaspreissteigerung ist, desto früher rechnet sich die Fernwärmeversorgung

Je höher der Gasanteil, desto höher die Preissteigerung über den Abschreibungszeitraum

Ökologische Betrachtung

Vorteil:

Hohes Einsparpotential bei den HHS-

Feuerungsvarianten in Bezug auf die CO2-Emis-

sionen (jährl. Einsparung von bis zu 11.022 t)

Nachteil:

Luftschadstoffwerte für CO, NOx, SO2 und Staub

sind bei den HHS-Varianten höher, je mehr HHS anteilig verbrannt werden

Vorteile der HHS-Varianten überwiegen!

Klimaschutz

-

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

100/0 60/40 30/70 Einzelfeuerungen

Varianten

CO

2 A

uss

toß

[T

on

nen

CO

2/a]

Abschließende Bewertung

Kostengleichheit zwischen einer Fernwärmeversorgung und Einzelfeuerungen ist schwer zu realisieren

Investitionskosten der HHS-Feuerungen und des Fernwärmenetzes sind sehr hoch

Anlagenvarianten mit höchstem Gasanteil an der Maximalleistung sind am wirtschaftlichsten