POTENZIALE FÜR FERN- UND NAHWÄRME AUF KWK ......volkswirtschaftlich KWK-Wärmeerzeugung TWh/a 3,3 volkswirtschaftlich KWK-Stromerzeugung TWh/a 2,7 Folie 7 Bearbeitungsschema Wirtschaftlichkeitsrechnung

Folie 1

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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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

Folie 12

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

Folie 15

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

Folie 18

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

Folie 19

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

Folie 20

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

Folie 21

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

Folie 22


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

Folie 23


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

Folie 24

Inhalt des Vortrags

Kurzinformation:


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

Folie 25

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

Folie 27

Dortmund: Dichtekarte / Ausfilterung von Clustern

Zelle: 20 * 20 m, Radius 160 m

Folie 28

Düsseldorf: Wärmedichtekarte der Anschlusschance

Auf Basis exemplarischer Werte

Zelle: 20 * 20 m,

Radius 160 m

Folie 29

Quelle: Stadtwerke Bielefeld Stadtwerke-Award 2011

Fernwärme-Optionen Nahwärme-Optionen

Bielefeld: „Ausgezeichnete” Anwendung

Verdichtungen im Fernwärmegebiet

Fernwärme-Ausbaumaßnahmen

große FW-Ausbaumaßnahmen

heutiges Fernwärmenetz

Folie 30

Kontaktdaten

Dr. Bernd Eikmeier

Projektleiter Energiesystemanalyse

Fraunhofer IFAM

Wiener Straße 12

28359 Bremen

Tel.: 0421 / 2246 – 7023

Email: [email protected]

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