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Entwicklung eines nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa
Projekt Nr. IEE/11/025
Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung der Biogasanlage
Fischer & Jehle GmbH
Juli 2013
BiogasHeat Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung
Juli 2013 2 WIP
Autoren: Dominik Rutz, WIP Renewable Energies, Deutschland Rita Mergner, WIP Renewable Energies, Deutschland Kontakte: WIP Renewable Energies Dominik Rutz, Rita Mergner [email protected] [email protected] Tel: +49 89 720 12 739 Sylvensteinstr. 2 81369 München, Deutschland www.wip-munich.de Bericht Nr. WP 3 - Task 3.3 / D 3.5 Das BiogasHeat Projekt (Entwicklung des nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa) wird von der Europäischen Kommission im Intelligent Energy for Europe Programm gefördert. Die alleinige Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Es wird nicht die Meinung der Europäischen Union wiedergegeben. Weder die EACI noch die Europäische Kommission sind verantwortlich für die darin enthaltenen Informationen. Die Projektlaufzeit ist April 2012 bis April 2015 (Projekt Nr. IEE/11/025).
BiogasHeat Website: www.biogasheat.org
BiogasHeat Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ______________________________________________________ 4
2. Ist-Analyse _____________________________________________________ 4
2.1 Lage der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH ___________________________ 4
2.2 Beschreibung der Biogasanlage _______________________________________ 6
2.3 Derzeitige Wärmenutzung ____________________________________________ 8
3. Möglichkeiten zur Wärmenutzung _________________________________ 10
3.1 Option 1: Grundlastversorgung des Nahwärmenetzes ____________________ 14
3.2 Option 2: Garantierte Wärmeversorgung des Nahwärmenetzes ____________ 15
4. Förderung von Wärmeleitungen: BAFA und KFW ____________________ 16
4.1 BAFA Förderung ___________________________________________________ 16
4.2 KFW Förderung ____________________________________________________ 17
5. Zusammenfassung ______________________________________________ 18
6. Quellen _______________________________________________________ 20
7. Hilfreiche Adressen _____________________________________________ 20
BiogasHeat Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung
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1. Einleitung
Diese Machbarkeitsstudie wurde im Rahmen des BiogasHeat Projekts erstellt. Das BiogasHeat Projekt (Entwicklung eines nachhaltigen Wärmemarkts für Biogasanlagen in Europa) (www.biogasheat.org) wird von der Europäischen Kommission im Programm Intelligent Energy for Europe (IEE) gefördert.
Ziel dieser Machbarkeitsstudie ist es dem Anlagenbetreiber eine Entscheidungshilfe zu geben ob ein Wärmekonzept für seine Anlage sinnvoll ist und welche Möglichkeiten zur Umsetzung bestehen. Es handelt sich hierbei weder um eine detaillierte Planung noch um exakte Berechnungen. Zur Umsetzung eines Wärmekonzeptes müssten exakte Daten erhoben werden und gegebenenfalls professionelle Hilfe (Anlagenplaner, Ingenieursbüro) hinzugezogen werden. Die Autoren der Studie garantieren ausdrücklich nicht für die Richtigkeit aller Inhalte. Die Studie wurde im Rahmen des BiogasHeat Projektes angefertigt und ist für den Anlagenbetreiber kostenlos.
Die untersuchte Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH wurde von Frau Rita Mergner M.A. und Herrn Dipl.-Ing. Dominik Rutz M.Sc. am 16 Juli 2013 besucht, um einen ersten Eindruck der Anlage zu bekommen und um Daten aufzunehmen.
Im Gegensatz zu den anderen Machbarkeitsstudien, die im Rahmen des BiogasHeat Projekts durchgeführt werden (insgesamt werden in Deutschland 10 Anlagen untersucht), ist das Wärmekonzept der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH schon sehr weit fortgeschritten. Ein Nahwärmekonzept liegt vor und zwei Versammlungen mit den Anwohnern wurden durchgeführt. Das Wärmekonzept wird derzeit von Magg Bautechnik geplant. Die Entscheidung ob das Konzept verwirklicht wird hängt von den anzuschließenden Wärmeabnehmern ab, von denen einige noch nicht endgültig zugesagt haben. Im Rahmen der BiogasHeat Studie wird nun das Wärmekonzept untersucht, um dem Anlagenbetreiber und den potenziellen Wärmekunden eine Hilfestellung zur endgültigen Entscheidung zu geben.
2. Ist-Analyse
2.1 Lage der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH
Die Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH befindet sich in der Peter-Dörfler Str. 48 in Germaringen (PLZ 87656). Die Biogasanlage liegt am Rande von Untergermaringen in ca. 270 m östlicher Richtung (Abbildung 1, Abbildung 2, Abbildung 3).
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Abbildung 1: Übersichtskarte mit der Lage der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH (als A markiert) in Germaringen, Schwaben, Bayern (Quelle: Google Maps)
Abbildung 2: Ortsrand von Untergermaringen mit einigen anzuschließenden Häusern im Hintergrund (Foto: D. Rutz)
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Abbildung 3: Lageplan der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH (rechts unten, als A markiert) in Germaringen, Schwaben, Bayern (Quelle: Google Maps)
2.2 Beschreibung der Biogasanlage
Die Familie Fischer betreibt eine NawaRo Biogasanlage (Fischer & Jehle GmbH). Die Anlage wurde 2004 in Betrieb genommen und nach EEG2004 vergütet. Die anfängliche Leistung war 140 kWel. Die Anlage wurde nach Baurecht genehmigt. Seit 2004 gab es mehrere Veränderungen und Erweiterungen an der Anlage.
Momentan wird die Anlage nach EEG2009 vergütet und hat eine installierte elektrische Leistung von 380 kWel. Es sind zwei Hagl BHKWs mit jeweils 190 kWel Leistung installiert (Tabelle 1). Da eines der BHKWs schon lange in Betrieb ist plant der Anlagenbetreiber noch in 2013 den Austausch eines der beiden BHKWs mit einem 360 kWel BHKW. Die Biogasanlage hätte dann eine Leistung von 550 kWel. Dabei ist keine Steigerung der Biogasproduktion geplant. Die Steigerung der BHKW Leistung würde es dem Anlagenbetreiber aber ermöglichen, die Anlage flexibler zu betreiben (je nach Strom und Wärmebedarf). Es ist vorgesehen die Flexibilitätsprämie (EEG2012) zu beanspruchen. Im Falle der Erweiterung müsste die Anlage nach Bundesimmissionsschutzgesetz genehmigt werden. Der Antrag auf Änderung ist bei der zuständigen Behörde gestellt. Das Ergebnis hängt vor allem vom Lärmgutachten ab und wird jederzeit erwartet.
Die Anlage wurde von Gabriele Dyckhoff und Biogasprojekte D&K GmbH (www.biogas-dyckhoff.de, www.biogasdk.de) geplant und gebaut. Damals wurde kein allumfassendes Wärmekonzept mitgeplant. Es werden derzeit nur der Hof der Familie Fischer und ein Nachbarhaushalt mit Wärme der Biogasanlage versorgt.
Es sind zwei Fermenter, ein Nachgärer und drei Endlager in Betrieb. Die Fermenter und der Nachgärer sind beheizt.
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Tabelle 1: Eigenschaften der beiden BHKWs (nach Angaben von Elektro Hagl)
Aggregat und Kenngröße Leistung und
Verbrauch
Gesamte Feuerungswärmeleistung (Gas-Otto Motor) 2 x 493 kW
Leistung des Generators 2 x 190 kWel
Wärmeleistung 2 x 212 kWth
Stromkennzahl jeweils 0,90
Die im Jahr 2012 produzierte Strommenge betrug xxxxxx kWhel. Die ins Netz eingespeiste Strommenge betrug xxxxxx kWhel und der Eigenstromverbrauch xxxxxx kWhel (7,81%). Die Auslastung der BHKWs war im Mittel 96,85% was ca. xxxxxx Vollaststunden entspricht.
Die gesamte produzierte Wärmemenge im Jahr beträgt etwa xxxxxx kWh (xxxxxx h * 434 kWth).
Nach dem Bericht des Umweltgutachters 2012 war die gesamte Substratmenge 12.816 t. Hauptsächlich wurden Nawaros (Maissilage, Grassilage, GPS) eingesetzt. Der Gülleanteil bezogen auf den Gesamtinput belief sich im Durchschnitt auf 42,47%. Die Voraussetzungen für den Güllebonus wurden somit erzielt.
Die berechnete EEG Vergütung (EEG 2009) für das Jahr 2012 ist in Tabelle 2 dargestellt.
Abbildung 4: Fermenter der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH (Foto: D. Rutz)
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Abbildung 5: BHKW der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH (Foto: D. Rutz)
Tabelle 2: EEG Vergütung der Anlage 2012 (nach Umweltgutachten)
EEG Vergütungskategorie (Inbetriebnahme 2009)
Vergütungshöhe [€ ct / kWh]
Angerechnete Strommenge
[kWh]
EEG Erlös [€]
Grundvergütung bis 150 kWel xxxxxx xxxxxx xxxxxx
Grundvergütung bis 500 kWel xxxxxx xxxxxx xxxxxx
TA Luft xxxxxx xxxxxx xxxxxx
Nawaro-Bonus bis 500 kWel xxxxxx xxxxxx xxxxxx
Güllebonus bis 150 kWel xxxxxx xxxxxx xxxxxx
Güllebonus bis 500 kWel xxxxxx xxxxxx xxxxxx
Summe xxxxxx
2.3 Derzeitige Wärmenutzung
Die anfallende Wärme wird momentan zum Beheizen und zur Warmwasserbereitung des eigenen Wohngebäudes, einer Werkstatt sowie für das Wohngebäude eines Nachbarn verwendet (Familie Schäfer) (Abbildung 6). Für beide Haushalte sind Wärmemengenzähler vorhanden, leider wurden die Daten aber nur jährlich (Tabelle 3) und nicht monatlich abgelesen, so dass der Wärmebedarf im Jahresverlauf nicht dargestellt werden kann. Der Betreiber bekommt für die Wärme (Heizen und WW Bereitstellung der beiden Häuser) 2ct pro kWh nach EEG 2004.
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Tabelle 3: Wärmeverbrauch in kWhth der Familien Fischer und Schäfer (2010-2012)
2010 2011 2012
Landwirtschaft/Wohnhaus xxxxx xxxxx xxxxx
Werktstatt xxxxx xxxxx xxxxx
Familie Schäfer (Nachbar ab Oktober 2011)
xxxxx xxxxx xxxxx
Gesamt xxxxx xxxxx xxxxx
Zusätzlich wird in einer Maschinenhalle im Sommer sporadisch Scheitholz getrocknet (Abbildung 7).
Angaben zur benötigten Wärmemenge der beiden Fermenter und des Nachgärers liegen nicht vor, da diese Wärmemengen nicht gemessen werden. Der Anlagenbetreiber schätzt, dass die benötigte Wärmeleistung für die Fermenterheizung ca. 25% beträgt, in den weiteren Berechnungen dieser Studie wird ein Wert von 30% angenommen.
Abbildung 6: Mit Wärme der BGA versorgtes Wohnhaus der Familie Fischer (links) und des Nachbarn (rechts) (Foto: D. Rutz)
Abbildung 7: Scheitholztrocknung der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH (Foto: R. Mergner)
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3. Möglichkeiten zur Wärmenutzung
Die grundlegende Idee zur Wärmenutzung der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH ist die Wärmeversorgung naheliegender Häuser in der Ortschaft Untegermaringen. Vorgespräche und zwei Versammlungen wurden mit den potenziellen Wärmeabnehmern gemacht. Ein Plan der potenziellen Wärmeabnehmer mit den jeweiligen Leitungslängen wurden vom Planungsbüro MAGG Bautechnik angefertigt (Abbildung 8).
Abbildung 8: Plan der potenziellen Wärmeabnehmer mit Längen der Leitungen (Quelle: Magg Bautechnik)
Insgesamt scheinen die Voraussetzungen für ein Nahwärmenetz sehr gut zu sein. Die Trassenlänge des Nahwärmenetzes ist, bezogen auf die abgenommene Wärmeversorgung sehr gering. Sie beträgt 1.167 m.
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Die Verlegung der Wärmeleitung zu den Wohnhäusern wäre kein Problem, da die Trasse über (gepachtete) Grundstücke (landwirtschaftliche Flächen) des Anlagenbetreibers führen würde. Im Ort würden die Leitungen teilweise durch die Grundstücke der Wärmekunden sowie unter versiegelten Flächen verlegt werden. Laut Anlagenbetreiber wurde darüber schon mit den Behörden gesprochen, die grünes Licht gegeben haben.
Die Höhenunterschiede der gesamten Trasse von +/- 1-2 m (ca. 690 m ü NN) sind sehr gering, was sich positiv auf die Auslegung der Rohre auswirkt. Auch im Falle einer Netzerweiterung sind die Höhenunterschiede gering. Der Ortskern befindet sich auf 676 m ü NN. Nach Angaben von Leitungsherstellern sind für Höhenunterschiede erst ab ca. 35 m technische Maßnahmen und damit höhere Investitionen notwendig.
Wärmebedarf
Daten zum Wärmebedarf aller Haushalte wurden vom Anlagenbetreiber bereitgestellt. Sie sind in Tabelle 5 dargestellt. Der Gesamtwärmebedarf aller angeschlossenen Häuser beträgt 911.838 kWhth.
Daten zum Wärmebedarf aller Haushalte wurden vom Anlagenbetreiber bereitgestellt. Sie sind in Tabelle 5 dargestellt.
Der Wärmebedarf der Fermenter wurde nicht gemessen, er wurde deshalb berechnet, wobei 30% der BHKW Wärmeleistung angenommen wurde. Tabelle 4 zeigt einen Jahreswärmebedarf der Fermenter von 1.104.617 kWhth auf.
Der Gesamtwärmebedarf beträgt 2.016.455 kWhth. Dem steht eine Gesamtwärmeproduktion von 3.682.056 kWhth gegenüber. Die jährliche Wärmeproduktion würde also reichen um den Gesamtwärmebedarf pro Jahr zu decken. Allerdings muss auch der Spitzenwärmebedarf betrachtet werden. Des Weiteren sind die Verluste der Leitungen noch nicht beinhaltet.
Tabelle 4: Wärmebedarf Fermenter
Gesamtwärmeproduktion nach Angaben des BHKWs [kWh]
% der BHKW Leistung Gesamtwärmebedarf
Fermenter [kWh]
3.682.056 30% 1.104.617
Monatlicher Spitzenwärmebedarf
Tabelle 6 zeigt einen monatlichen Spitzenwärmebedarf von 237.737 kWh im Dezember auf. Hinzu kommt der Wärmebedarf durch Leitungsverluste (20%) für das Wärmenetz (siehe Tabelle 7). Somit ergibt sich ein Gesamtwärmebedarf von 260.984 kWh (116.230 kWh *1.20 + 121.508 kWh).
Die maximale Wärmeproduktion des BHKW im Dezember ist 315.456 kWh (424 kW * 744 h). Es wäre somit genügend Wärme zur Deckung der monatlichen Spitzenlasten vorhanden. Im Falle, dass eines der beiden 190 kWel BHKWs durch ein 360 kWel BHKW ausgetauscht wird, wäre noch mehr Spitzenlastkapazität vorhanden.
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Tabelle 5: Wärmebedarf aller Wärmeabnehmer des Nahwärmenetzes, einschließlich des Fermenters und der bestehenden Wärmeabnehmer (die Werte von Fischer und Schäfer sind gemessene Werte im Jahr 2012; der Bedarf des Fermenters wurde errechnet; alle anderen Angaben sind vom Anlagenbetreiber bereitgestellte Daten)
Wärmeabnehmer beheizte Wohnfläche
(m²) Anzahl Bewohner
Jahreswärmebedarf (kWh)
Fischer (Haus, WW, Werkstatt)
250 5 259.838
(Trocknung) - - ?
Fermenter - - 1.104.617
Schäfer ? ? 118.000
Anschluss 1 129 4 13.000
Anschluss 2 200 4 27.000
Anschluss 3 200 4 22.000
Anschluss 4 150 3 33.000
Anschluss 5 150 5 25.000
Anschluss 6 100 1 27.000
Anschluss 7 140 4 8.000
Anschluss 8 200 4 30.000
Anschluss 9 160 2 22.000
Anschluss 10 260 6 25.000
Anschluss 11 200 3 33.000
Anschluss 12 130 4 20.000
Anschluss 13 200 4 25.000
Anschluss 14 172 4 44.000
Anschluss 15 160 4 25.000
Anschluss 16 136 3 17.000
Anschluss 17 136 5 17.000
Anschluss 18 200 3 30.000
Anschluss 19 230 2 23.000
Anschluss 20 136 4 17.000
Anschluss 21 136 4 17.000
Anschluss 22 136 4 17.000
Anschluss 23 136 4 17.000
Total
2.016.455
Total (nur Häuser)
911.838
Total (nur externe Häuser)
652.000
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Tabelle 6: Wärmebedarf pro Monat (Prozentualer Wärmebedarf für die Häuser und den Fermenter wurden geschätzt)
Monat
Wärmebedarf Häuser pro Monat [%]
Wärmebedarf Fermenter pro Monat [%]
Wärmebedarf Häuser pro Monat [kWh]
Wärmebedarf Fermenter pro Monat [kWh]
Gesamtwärmebedarf pro Monat
Jan 13% 11% 114.161 121.508 235.669
Feb 13% 10% 118.476 110.462 228.938
Mrz 11% 10% 102.254 110.462 212.715
Apr 11% 9% 100.946 99.416 200.362
Mai 4% 8% 34.403 88.369 122.772
Jun 3% 6% 26.908 66.277 93.185
Jul 3% 6% 29.225 66.277 95.502
Aug 3% 6% 28.980 66.277 95.257
Sep 5% 6% 49.040 66.277 115.317
Okt 8% 8% 76.274 88.369 164.644
Nov 13% 9% 114.941 99.416 214.356
Dez 13% 11% 116.230 121.508 237.737
2.016.455
Leitungsverluste und Trassenbelegung
Zwei wichtige Kenngrößen für die Effizienz des Wärmenetzes sind die Leitungsverluste und die Trassenbelegung. Die verwendeten Rohre (Metall/Kunststoff; Einfach/Duplex, Dämmung), Bodenbeschaffenheit und klimatischen Verhältnisse beeinflussen die Rohrverluste. Nach Angaben von Viessmann (2013) kann im Mittel von 22 W/m Verlusten ausgegangen werden. Dieser Wert, sowie ein besserer Wert von 15 W/m wurden zur weiteren Berechnung verwendet.
Die errechneten Verluste sind, wie Tabelle 7 zeigt, relativ gering und liegen bei 14-20% nach technischer Berechnung, bzw. 17-25% nach EEG Berechnung, bei der die Verluste auf die entnommene Wärme und nicht auf die ins Netz eingespeiste Wärme berechnet wird. Im Vergleich zu anderen Nahwärmenetzen von Biogasanlagen sind die Verluste relativ gering.
Auch die Trassenbelegung ist mit 781 kWh/m/a sehr gut. Die minimale Anforderung der KfW von 500 kWh/m/a ist damit gegeben.
Tabelle 7: Leitungsverluste und Trassenbelegung für 22 und 15 W/m
Verlust W/m 22 15
Länge Trasse (m) 1.167 1.167
Wärmeverbrauch der Häuser (kWh/a) 911.838 911.838
Trassenbelegung [kWh/m/a] 781 781
Verlust der Gesamttrasse [W] 25.674 17.505
Verlust der Gesamttrasse [kWh/a] 224.904 153.344
Verlust der Gesamttrasse [kWh/m] 193 131
Gesamtwärmebedarf = Wärmeverbrauch der Häuser (kWh/a) + Verlust der Gesamttrasse [kWh/a] 1.136.742 1.065.182
Verluste auf entnommene Wärme in % (EEG Konform) 25% 17%
Verluste auf eingespeiste Wärme in % (Technischer Wert) 20% 14%
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Investitionskosten
Der Bau von Wärmeleitung ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Laut Herstellern von Rohrleitungen kann mit Gesamtkosten von ca. 140-200 €/m in ländlichen Gebieten (mit einer Trasse die größten Teils über landwirtschaftliche Flächen verläuft) gerechnet werden. Dies beinhaltet auch die Verlege- und Installationskosten. Dabei können die Kosten sehr stark variieren, je nachdem welche Rohre verwendet werden (Metall/Kunststoff; Einfach/Duplex), wie viel unter Straßen verlegt werden müsste, wie viel Eigenleistung vom Betreiber erbracht wird oder wie hoch die Höhendifferenz ist. Im bebauten Bereich können Kosten bis zu 300 €/m entstehen. Die Gesamtinvestitionskosten für ein Wärmenetz der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH würde also etwa 210.060 € (180 €/m * 1.167 m) betragen. Hinzu kommen noch Kosten für die Übergabestationen an den Häusern (jeweils ca. 3.000 €) sowie Planungs- und Prüfungskosten (ca. 7.000 €) (siehe Beispiel von Friedl 2013). Die Gesamtinvestitionskosten lägen also bei ca. 286.060 € (210.060 € + 3.000 € * 23 + 7.000 €). Genauere Berechnungen und Angebote müssten von Leitungsherstellern erfragt werden.
Zu den Investitionskosten muss erwähnt werden, dass Nah- und Fernwärmenetze eine hohe Lebensdauer haben, was sich positiv auf die langfristige Planung auswirkt. Üblicherweise wird von einer Lebensdauer von 40-50 Jahren ausgegangen.
Einnahmen durch den Wärmeverkauf
Einnahmen können zum einen durch den Wärmeverkauf erzielt werden. Langfristige Wärmelieferverträge (möglichst mehr als 10 Jahre) sollten mit den Wärmeabnehmern geschlossen werden. Vorschläge für die Gestaltung eines Wärmeliefervertrages werden in einem Bericht von Wagner (2010) gemacht. Zusätzlich zu den Wärmelieferverträgen sollten in jedem Fall Verträge zur Grunddienstbarkeit mit den Eigentümern der Grundstücke, durch die die Trasse geht, abgeschlossen werden.
Die Wärme sollte auf keinen Fall zum Nulltarif an die Wärmeabnehmer abgegeben werden. Zum Wärmeverkauf und dessen Einnahmen gibt es verschiedene Modelle. Kosten für den Wärmebezieher können z.B. aufgeteilt werden in einen einmaligen Anschlusspreis (z.B. 250 – 300 €/kW), jährlichen Grundpreis (z.B. 15,00 €/kW) und Arbeitspreis (z.B. 7,8 ct/kWh). Diese Zahlen wurden aus einem realen Beispiel eines Nahwärmenetzes mit garantierter Wärmeversorgung der Biogasanlage „Gut Sochenberg“ entnommen (siehe Folien von Bader 2013).
Generell kann für die Grundlastversorgung mit Preisen von 0,01-0,04 €/kWh gerechnet werden, für die garantierte Versorgung mit Preisen von 0,05-0,09 €/kWh pro Kilowattstunde. Werden z.B. 650.000 kWh an die neu anzuschließenden Häuser verkauft, können jährliche Einnahmen von 6.500 – 58.500 €, je nach Wärmeverkaufsmodell, erzielt werden.
3.1 Option 1: Grundlastversorgung des Nahwärmenetzes
In der Grundlastversorgung übernimmt der Anlagenbetreiber keine Garantie zur Wärmelieferung zu Spitzenlasten oder z.B. bei Wartung von Anlagenkomponenten. Dies würde bedeuten, dass jeder Haushalt seine bestehende Heizanlage betriebsbereit halten müsste. Der Biogasanlagenbetreiber hat ein geringeres Risiko als bei der garantierten Vollversorgung, kann aber nur einen geringeren Preis verlangen.
Momentan plant der Biogasanlagenbetreiber den potenziellen Wärmekunden die Grundlastversorgung anzubieten. Mit den potenziellen Wärmekunden wird derzeit ein Preis von 0,06 € pro kWh verhandelt. Der Anlagenbetreiber plant den Preis vertraglich auf 10 Jahre festzulegen. Werden 650.000 kWh verkauft würde der Anlagenbetreiber 39.000 € Einnahmen erzielen. Im Gespräch mit den Wärmekunden will der Anlagenbetreiber einen Pauschalpreis pro Kunde vereinbaren. Die Wärmeabnahme ist dabei durch die Anschlusskapazität begrenzt. Ein Pauschalpreis hätte den Vorteil, so der Anlagenbetreiber, dass die Tag-Nacht-Schwankungen reduziert würden.
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3.2 Option 2: Garantierte Wärmeversorgung des Nahwärmenetzes
Bei der Vollversorgung garantiert der Anlagenbetreiber die Wärmelieferung im ganzen Jahr, auch zu Spitzenlasten. Um dies einzuhalten müssen Spitzenlastkessel und/oder Pufferspeicher eingesetzt werden, falls die Wärmemenge zu Spitzenzeiten nicht ausreicht. Wie oben beschrieben, wurde ein monatlicher Spitzenwärmebedarf von 260.984 kWh im Dezember errechnet, sowie eine maximale Wärmeproduktion von 315.456 kWh im selben Monat. Es wäre somit genügend Wärme zur Deckung der monatlichen Spitzenlasten vorhanden. Im Falle, dass eines der beiden 190 kWel BHKWs durch ein 360 kWel BHKW ausgetauscht wird, wäre noch mehr Spitzenlastkapazität vorhanden.
Im gegebenen Fall lägen die Vorteile der garantierten Wärmeversorgung auf der Hand:
Der BGA Betreiber könnte einen höheren Wärmepreis verlangen.
Die Gesamtinvestitionskosten sind gleich wie bei Option 1, da wahrscheinlich kein zusätzlicher Spitzenlastkessel installiert werden muss. Der Ersatz des BHKWs durch eines mit größerer Leistung wäre von Vorteil.
Die Hausbesitzer könnten Ihre alten Heizanlagen entsorgen und hätten somit mehr Platz zur Verfügung (Heizraum, Öltank, Holzlager).
Die Hausbesitzer würden sich die Kosten für den Schornsteinfeger sparen.
Die Hausbesitzer müssten sich nicht mehr um die Beschaffung der Brennstoffe kümmern.
Die Hausbesitzer hätten Geruch durch das Öllager und Dreck durch die Holzlagerung aus ihren Häusern.
Als Beispiel für ein Vergütungsmodell kann man die oben genannten Werte (siehe Kapitel 3 unter „Einnahmen durch den Wärmeverkauf“) der Biogasanlage „Gut Sochenberg“ anwenden. Dabei ergeben sich Einnahmen durch den Wärmeverkauf, wie in Tabelle 8 und Tabelle 9 dargestellt.
Tabelle 8: Beispielrechnung der jährlichen Einnahmen aus dem Verkauf von Wärme (garantierte Versorgung) an die 23 Häuser
Anschluss-leistung der 23
Häuser kW
jährlicher Grundpreis (15,00
€/kW) [€]
Abgenommene Jährliche
Wärmeleistung
Einnahmen Wärmeverkauf
(Arbeitspreis 7,8 ct/kWh) [€]
Jährliche Einnahmen [€]
431 6.465 650.000 50.700 57.165
Tabelle 9: Beispielrechnung der einmaligen Einnahmen des Anschlusspreises der 23 Häuser
Anschlussleistung der 23 Häuser kW Anschlusspreis (einmalig) (250 €/kW) [€]
431 107.750
Zusätzliche Kosten könnten durch den Anlagenbetreiber anfallen falls die Heizanlage ausfällt und er einen Not-Heizdienst anfordern muss.
Bei Option 2 muss berücksichtigt werden, dass der Anlagenbetreiber kürzlich über die Clean Energy Sourcing GmbH (http://www.clens.eu/) am Regelenergiemarkt teilnimmt. Der Vertrag mit der Clean Energy Sourcing GmbH läuft noch gut 3 Jahre. Im Falle der Abschaltung der Biogasanlage durch die Bereitstellung negativer Regelenergie müsste die Wärmeversorgung
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weiterhin garantiert werden. Wie oft und wann das der Fall ist müsste geklärt werden, um technische und organisatorische Lösungen zu planen.
4. Förderung von Wärmeleitungen: BAFA und KFW
Schließlich muss noch geprüft werden, ob ein BAFA oder KfW Zuschuss für die Investition in Frage kommt. Einen guten Überblick über beide Zuschussmöglichkeiten wird von Friedl (2013) gegeben. Es wird dem Anlagenbetreiber empfohlen sich den Bericht durchzulesen und gegebenenfalls sich mit Herrn Friedl vom Fachverband Biogas in Verbindung zu setzen. Außerdem sollte man sich von der Hausbank beraten lassen, welches Förderinstrument in Frage kommt. Die Listen zur BAFA und KFW Förderung berufen sich auf Angaben von Friedl (2013).
4.1 BAFA Förderung
Fördervoraussetzungen des BAFA:
Gefördert wird der Aus-und Neubau von Wärmenetzen, in die bei der Inbetriebnahme mind. 50 % und im Endausbau mind. 60 % Wärme aus KWK-Anlagen (u. a. Blockheizkraftwerke) eingespeist wird.
Förderfähig sind nur Wärmenetze, mit deren Neu-und Ausbau ab dem 01.01.2009 begonnen wurde.
Die Wärmeleitung muss über die Grundstücksgrenze (Flurstück), auf dem die KWK-Anlage steht, hinausgehen.
An das Wärmenetz muss mindestens ein Abnehmer angeschlossen sein, der nicht gleichzeitig Eigentümer oder Betreiber der einspeisenden KWK-Anlage ist.
Es muss die Möglichkeit des Anschlusses einer unbestimmten Anzahl von Abnehmern bestehen (öffentliches Netz).
Bei Netzverstärkungsmaßnahmen muss sich der transportierbare Volumenstrom um mind. 50 % im betreffenden Trassenabschnitt
Fördersatz des BAFA
Mittlerer Nenndurchmesser ≤ DN 100: Zuschlag 100 € je laufender Meter der neu verlegten Leitung, höchstens jedoch 40% der ansatzfähigen Investitionskosten, max. 10 Mio. € je Projekt
Mittlerer Nenndurchmesser > DN 100: Zuschlag beträgt immer 30% der ansatzfähigen Investitionskosten, maximal jedoch 10 Mio. € je Projekt.
Anzusetzen ist die Trassenlänge der neu verlegten Wärmeleitung in Meter.
Trasse: Gesamtheit aller Komponenten, die zur Übertragung von Wärme vom Standort der einspeisenden KWK-Anlage bis zum Verbraucherabgang notwendig sind.
nur der Vorlauf, der Rücklauf ist bei der Ermittlung der Trassenlänge nicht anzusetzen
Ansatzfähige Investitionssumme des BAFA
Alle Kosten, die für die Leistungen Dritter im Rahmen des Neu-oder Ausbaus von Wärmenetzen tatsächlich angefallen sind.
auch Kosten für die Rückbauleitung
nicht ansatzfähig sind Kosten, die für Einrichtungen jenseits des Verbraucherabgangs angefallen (z.B. Übergabestationen) sind
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nicht ansatzfähig sind weiterhin interne Kosten für Konstruktion und Planung (Eigenleistungen), kalkulatorische Kosten, Kosten für Wirtschaftsprüfer sowie Grundstücks-, Versicherungs-und Finanzierungskosten
Bundes-, Länder-und Gemeindezuschüsse müssen abgezogen werden.
Erwarteter Zuschuss der BGA Fischer & Jehle GmbH
Die Fördervoraussetzungen des BAFA scheinen gegeben zu sein. Bei einer Trassenlänge von 1.167 m (neue Leitungen!) und unter der Annahme eines mittleren Nenndurchmessers von ≤ DN 100, ergäben sich somit 116.700 €. Da aber nur 40% der Gesamtinvestitionskosten zuschussfähig sind, die hier mit 286.060 € errechnet wurden, ergäbe sich ein maximaler Zuschuss von 114.424 €.
4.2 KFW Förderung
Fördervoraussetzungen der KfW
Aus-und Neubau von Wärmenetzen, die zu mind. 50% aus erneuerbaren Energien gespeist werden.
Mindestwärmeabsatz im Mittel über das gesamte Netz von 500 kWh pro Jahr und Meter Trasse (Trassenbelegung)
Bereitgestellte Wärme darf nicht überwiegend in Neubauten genutzt werden. Dies gilt nicht für Wärmenetze, die überwiegend Prozesswärme bereitstellen.
Wärmenetz besteht aus drei Komponenten: Hauptleitung, Hausanschlussleitungen und Hausübergabestationen (im Einzelfall auch nur eine Hauptleitung und eine Übergabestation)
Es gab noch keine Förderung durch BAFA (KWKG)
Fördersatz (Tilgungszuschuss) der KfW
60 €je neu errichtetem Meter (Neu-und Ausbau)
Förderhöchstbetrag 1 Million Euro
Ist eine Förderung nach KWKG (BAFA) möglich, ist keine Förderung mehr durch die KfW möglich
Förderung für Hausüberstationen mit bis zu 1.800 € je Station:
Förderfähige Trasse (KfW)
Summe der Trassenlängen aller Hauptleitungen und Hausanschlüsse (Hausanschlussleitungen)
Hausanschlussleitung: Leitungsabschnitt zur Wärmeverteilung von der Hauptleitung zum einzelnen Abnehmer (Hausübergabestation)
Nur der Anteil des Wärmenetzes ist förderfähig, der ausschließlich der externen Wärmenutzung dient und in der Verantwortung des Wärmeanbieters liegt.
nicht förderfähige Leitungen: Leitungen zur Wärmeverteilung innerhalb von oder zwischen Gebäuden (Hausverteilungsleitungen)
Erwarteter Zuschuss der BGA Fischer & Jehle GmbH
Die Fördervoraussetzungen der KFW scheinen gegeben zu sein. Die Trassenbelegung von 500 kWh/m/a wird erreicht.
Bei einer Trassenlänge von 1.167 m (neue Leitungen!) ergäben sich somit 70.020 € für die Leitungen und 41.400 € für die 23 Übergabestationen, also ein Zuschuss von bis zu 111.420 € insgesamt.
BiogasHeat Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung
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5. Zusammenfassung
Das Ziel dieser Studie ist es, dem Betreiber der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH Optionen zur Wärmenutzung aufzuzeigen. Da die Planung schon relativ weit fortgeschrittenen ist wird dem Betreiber mit dieser Studie eine weitere Meinung von außen gegeben, die ihm bei der Entscheidungsfindung behilflich sein sollte. Dabei sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Studie auf den Angaben und Daten des Anlagenbetreibers basieren und fehlende Daten zur Berechnung mit Durchschnittswerten ergänzt wurden. Die Studie unterliegt damit einer gewissen Bandbreite.
Es wird empfohlen Planer oder Hersteller von Wärmeleitungen zu kontaktieren (zum Teil schon geschehen durch die Planung des Bautechnikbüros Magg). Sie erstellen in Zusammenarbeit mit dem Biogasanlagenbetreiber genauere Planungen und Berechnungen. Oft bieten Hersteller von Wärmeleitungen diesen Service kostenlos an. Außerdem sollte zu einigen Detailfragen (z.B. Anlagenbegriff bei Erweiterung, Direktvermarktung) rechtlicher Rat eingeholt werden. Zusätzlich sollte mit der Hausbank geklärt werden, wie gut die Aussichten sind, Investitionszuschüsse (BAFA, KfW) zu bekommen.
Unter Berücksichtigung aller Annahmen und Ungenauigkeiten der Ausgangsdaten stellen Tabelle 10 die Investitionen und Tabelle 11 die Einnahmen dar. Es muss außerdem berücksichtigt werden, dass laufende Kosten nicht eingerechnet wurden.
Tabelle 10: Zusammenfassung: Investitionen der verschiedenen Optionen
Investitions-kosten [€]
Investitions-förderung (BAFA) [€]
Einnahmen Hausan-
schluss [€]
Differenz [€]
Bemerkungen
Option 1: Grundlastversorgung
286.060 114.424 0 171.636
Es wurde nur der Zuschuss der BAFA angegeben, da er höher als von der KFW ist. Bei der Grundlastversorgung will der Anlagenbetreiber keine Kosten für den Hausanschluss an die Hausbesitzer weitergeben.
Option 2A: Garantierte Wärmeversorgung
286.060 114.424 107.750 63.886
Es wurde nur der Zuschuss der BAFA angegeben, da er höher als von der KFW ist. Einnahmen für den Hausanschluss wurden anhand eines Beispiels (siehe Kapitel 3.2) errechnet.
Tabelle 11: Laufende Einnahmen
KWK Bonus Wärmeverkauf
pro Jahr[€] Bemerkungen
Option 1: Grundlastversorgung
? 39.000 Auswirkungen auf den KWK Bonus müssten rechtlich geklärt werden. Einnahmen durch den Wärmeverkauf wurden mit 6 €ct / kWh berechnet.
Option 2A: Garantierte Wärmeversorgung
? 57.165
Auswirkungen auf den KWK Bonus müssten rechtlich geklärt werden. Einnahmen durch den Wärmeverkauf wurden anhand eines Beispiels (siehe Kapitel 3.2) errechnet.
Die gesamte Bewertung der verschiedenen Optionen wurde anhand der folgenden Kriterien vorgenommen: Technik, Ökonomie, rechtliche Klarheit, Akzeptanz Vertragspartner, Risiko, und Ökologie. Jedes Kriterium wurde für die unterschiedlichen Optionen anhand von Schulnoten (1 = sehr gut, …, 6 = ungenügend) bewertet. Die Bewertung erfolgte dabei frei nach Einschätzung der Studienbearbeiter. Die Ergebnisse sind an Hand von so genannten Spinnennetz-Grafiken dargestellt. Je „voller“ das Spinnennetz ist, desto besser sind die
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Bewertungen. Der äußerste Spinnenkreis ist die beste Bewertung, das Zentrum die schlechteste.
Abbildung 9: Bewertung der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH anhand von Spinnennetzgrafiken
Zusammenfassend kann man sagen, dass das Nahwärmenetz der Biogasanlage Fischer & Jehle GmbH sehr vielversprechend ist, vor allem im Vergleich zu anderen Biogasanlagen. Dies liegt an den guten Werten der Trassenbelegung und den damit verbundenen relativ geringen Verlusten.
Die Planungen sind sehr weit fortgeschritten und die potenziellen Wärmekunden wurden umfangreich informiert und beraten. Trotzdem scheint die Unsicherheit der Wärmekunden ein Hauptproblem zu sein. Hier gilt es die letzten Wärmekunden von der Nahwärmeversorgung zu überzeugen. Es kann davon ausgegangen werden, dass wenn das Netz erst einmal installiert ist, weitere Anwohner angeschlossen werden wollen.
Beide untersuchten Optionen, Grundlastversorgung und garantierte Vollversorgung, sind technisch und wirtschaftlich machbar so dass sowohl der Anlagenbetreiber als auch die Anwohner stark profitieren könnten.
Die Wahl der Option hängt schließlich von der Entscheidung des Anlagenbetreibers, aber auch von dem Fortschritt der Verhandlungen mit den Wärmekunden ab. Es wird davon ausgegangen, dass langfristig die garantierte Wärmeversorgung (Option 2) das nachhaltigere Konzept ist. Dies würde aber bedeuten, dass der Betreiber mehr Verantwortung übernimmt. Sind schon Preise und Vertragsinhalte mit den Wärmekunden besprochen worden, könnte kurzfristig die Grundlastversorgung (Option 1) die bessere Lösung sein, da eine Änderung der momentan diskutierten Bedingungen die Kunden in der jetzigen Planungsphase verwirren könnte.
Es wäre auch möglich, den Wärmekunden nach einer Anfangsphase den Wechsel zur garantierten Wärmeversorgung (wenn erkannt wird, dass Ihre Heizanlagen überflüssig sind) anzubieten. Das könnte in einem Änderungsvertrag geregelt werden. Alternativ könnte den Kunden auch von Anfang an zwei unterschiedliche Verträge- einer mit Grundversorgung und einer mit Spitzenlastversorgung, angeboten werden.
BiogasHeat Machbarkeitsstudie zur Wärmenutzung
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6. Quellen
Bader U. (2013) Das Nahwärmenetz in der Hand des Energiewirts. – Präsentation im RegIn+ Workshop „Das 1x1 Der Wärmenutzung“ am 5.2.2013 an der FH in Ingolstadt
Friedl G. (2013) kfW- und BAFA-Förderung einfach erklärt. – Nr. V -11/2013; Fachverband Biogas; www.biogas-forum-bayern.de
Krassowski J., Urban W. (2010) Biogaseinspeisung in Erdgas-/Mikro-gasnetze – Möglichkeiten und offene Fragen. - 11. NRW-Biogastagung, 25. März 2010, Landwirtschaftszentrum Haus Düsse, http://www.duesse.de/znr/pdfs/2010/2010-03-25-biogastagung-04.pdf
Rutz D., Mergner R., Janssen R. (2012) Nachhaltige Wärmenutzung von Biogasanlagen – Ein Handbuch. – WIP Renewable Energies, München Deutschland; www.biogasheat.org
Viessmann (2013) Planung von Abwärmekonzepten in Verbindung mit regenerativen Nahwärmenetzen. – Präsentation im Seminar Abwärmenutzung von Biogasanlagen am 6. März 2013 in Lengdorf; www.biogasheat.org
Wagner R. (2010) Vorschläge für die Gestaltung eines Wärmeliefervertrages. – Nr. V – 8/2010; CARMEN e.V.; www.biogas-forum-bayern.de
7. Hilfreiche Adressen
Biogasforum Bayern
Arbeitsgemeinschaft Landechnik und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.
(ALB Bayern e.V)
Vöttinger Str. 36, 85354 Freising
Tel.: 08161/71-3460
Fax: 08161/71-5307
E-Mail: [email protected]
http://www.biogas-forum-bayern.de
Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle
Referat 425 – KWK
Frankfurter Straße 29–35, 65760 Eschborn
Tel.: 06196/908 - 421, - 941, - 451 oder - 959 (Wärmenetze)
http://www.bafa.de/bafa/de/energie/kraft_waerme_kopplung/index.html
C.A.R.M.E.N. e.V.
Schulgasse 18, 94315 Straubing
Telefon: +49 (0) 9421 960-300
Telefax: -333
e-mail: [email protected], [email protected]
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Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
OT Gülzow, Hofplatz 1, 18276 Gülzow-Prüzen
Telefon 0 38 43/69 30-0
Fax 0 38 43/69 30-1 02
E-Mail: [email protected]
Internet: www.fnr.de, http://biogas.fnr.de
Fachverband Biogas e.V.
Georg Friedl M.Sc. (Information über BAFA, KfW)
Angerbrunnenstraße 12, 85356 Freising
Telefon: 08161/984660
Telefax: 08161/984670
E-Mail: [email protected]
KfW Bankengruppe
Palmengartenstraße 5-9, 60325 Frankfurt am Main
Tel.: 0800/539 - 90 0
https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Unternehmen/Energie-Umwelt/Finanzierungsangebote/Erneuerbare-Energien-Premium-%28271-281%29/
WIP Renewable Energies
Dipl.-Ing. Dominik Rutz M.Sc., Rita Mergner M.A.
Sylvensteinstr. 2, D-81369 Muenchen
Germany
Telefon: 089-720127 39
Fax: 089-720127 91
eMail: [email protected], [email protected]
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