100% erneuerbare Energien in Dänemark bis 2050 - Verband Fernwärme ...
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Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
<strong>Fernwärme</strong><br />
DIE KOMFORT-ENERGIE<br />
Rolle der Wärmenetze <strong>in</strong> der Stromversorgung<br />
Michael Nast<br />
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt<br />
Institut für Technische Thermodynamik, Stuttgart
Gliederung<br />
1. Bedeutung des Stromsektors <strong>in</strong> der <strong>Fernwärme</strong><br />
• Beheizungs- und Stromerzeugungsstruktur <strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong><br />
• Interaktion von Strom- und Wärmeerzeugung<br />
• Nutzung von Überschussstrom aus <strong>erneuerbare</strong>n <strong>Energien</strong><br />
2. <strong>Fernwärme</strong>systemoptimierung und Tendenzen <strong>in</strong> der<br />
dänischen Energieversorgung<br />
1. Wärmenetze auch im ländlichen Raum<br />
2. Ger<strong>in</strong>ge Vor- und Rücklauftemperaturen<br />
3. <strong>100%</strong> <strong>erneuerbare</strong> <strong>Energien</strong> <strong>bis</strong> zum Jahr <strong>2050</strong><br />
3. Fazit<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
2
Beheizungsstruktur <strong>Dänemark</strong> 2010<br />
(nach Energieträgern)<br />
Raumwärme für Haushalt<br />
und Dienstleistung<br />
Quelle: Dänische Energiebilanz<br />
24%<br />
30%<br />
Fern-/Nahwärme<br />
nach Brennstoffen<br />
2% 7%<br />
35%<br />
3%<br />
100 % = 150 PJ (<strong>in</strong>kl. Industrie und GHD)<br />
(davon 77 % aus Kraft-Wärme-Kopplung)<br />
DISTRICT Update_2010.xls
Stromerzeugung <strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong><br />
Der Strom wird <strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong> entweder <strong>in</strong> KWK-Anlagen (teils im<br />
Kondensationsbetrieb) oder mit W<strong>in</strong>dkraft erzeugt. Der Rest liegt<br />
unter 1%.<br />
Bruttostromerzeugung <strong>in</strong> 2010 <strong>100%</strong> (39 TWh)<br />
davon W<strong>in</strong>dkraft 20%<br />
große KWK-Anlagen 60%<br />
kle<strong>in</strong>e KWK-Anlagen 14%<br />
KWK-Eigenerzeuger 6%<br />
Anteil der Stromerzeugung im KWK-Betrieb: 61%
Nutzung von W<strong>in</strong>d-Überschussstrom<br />
<strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong><br />
Quelle:<br />
http://www.emd.dk/<br />
desire/skagen/
<strong>Dänemark</strong><br />
Interaktion zw. Strom- und Wärmeversorgung<br />
Groß-<br />
Speicher<br />
Holz<br />
Stroh<br />
Erdgas<br />
Ke<strong>in</strong> Pilotprojekt,<br />
sondern tägliche<br />
Praxis!<br />
Quelle: Bremer Energie<strong>in</strong>stitut<br />
Silage, Fäkalien,..<br />
<strong>Fernwärme</strong><br />
Heizkessel Solar-Thermie<br />
Elektro-Boiler<br />
Groß-WP BKHW Biogasanlage W<strong>in</strong>dkraft<br />
Zeit<br />
Strom aus W<strong>in</strong>dkraft<br />
Strombedarf
Solare Nahwärme, Braedstrup, <strong>Dänemark</strong><br />
(Kollektorfläche 8 000 m², Investition 220 €/m² )<br />
Vorteil Nahwärme<br />
• Große,<br />
• Große,<br />
kostengünstige<br />
Kollektorfelder
Solar heat<br />
Be- und Entladen von Wärmespeichern mit<br />
Überschusstrom<br />
Strandby<br />
Quelle:<br />
John Tang,<br />
Danish District Heat<strong>in</strong>g Association<br />
Heat<br />
akkumu-<br />
Lation<br />
2<br />
Evaporator<br />
Heat pump<br />
Condensator<br />
Eng<strong>in</strong>e<br />
Flue gas<br />
Flue gas<br />
Condens.<br />
Boiler<br />
Heat<br />
akkumu-<br />
Lation<br />
1<br />
To customer<br />
Return
€/kWh oder dimensionslos .<br />
Strom aus <strong>100%</strong> <strong>erneuerbare</strong>n Energieträgern<br />
Ergebnisse für unterschiedliche Verbundsysteme und Anteile nationaler<br />
Selbstversorgung<br />
0.5<br />
0.45<br />
0.4<br />
0.35<br />
0.3<br />
0.25<br />
0.2<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
100SVp_DE 85SV_EUNA 0SV_EUNA 85SV_NS9 0SV_NS9<br />
100SVp: Inselsystem, 100 % Selbstversorgung <strong>in</strong> jeder Stundenbilanz<br />
85SV: m<strong>in</strong>destens 85 % nationale Selbstversorgung <strong>in</strong> der Jahresbilanz<br />
0SV: ke<strong>in</strong> M<strong>in</strong>destwert für nationale Selbstversorgung gefordert<br />
DE: Deutschland<br />
NS9: Nordseeanra<strong>in</strong>er + Irland und Luxemburg<br />
EUNA: Europa (ohne Russland), Nordafrika<br />
30.0<br />
27.0<br />
24.0<br />
21.0<br />
18.0<br />
15.0<br />
12.0<br />
9.0<br />
6.0<br />
3.0<br />
0.0<br />
Speicherbedarf <strong>in</strong> d .<br />
Stromgestehungskosten <strong>in</strong>klusive<br />
Ferntransport <strong>in</strong> €/kWh<br />
Systemauslastung<br />
(= Kapazitätsfaktor<br />
= Volllaststunden / 8760)<br />
Überschuss im Verhältnis zur<br />
gesamten Stromerzeugung<br />
Stromübertragungskosten im<br />
Verhältnis zu den gesamten<br />
Systemkosten<br />
Speicherkapazität im Verhältnis<br />
zum durchschnittlichen<br />
Tagesstrombedarf (rechte y-Achse)
Gangl<strong>in</strong>ien und Vollbenutzungsstunden für den<br />
Überschussstrom<br />
Überschussleistung[MW]<br />
Überschussleistung[MW]<br />
0<br />
-10000<br />
-20000<br />
-30000<br />
-40000<br />
-50000<br />
-60000<br />
-70000<br />
-80000<br />
-90000<br />
-100000<br />
0<br />
-50000<br />
-100000<br />
-150000<br />
-200000<br />
-250000<br />
Deutschland Gangl<strong>in</strong>ie Überschussstrom (100DSp_DE)<br />
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001<br />
Nordseeanra<strong>in</strong>er Gangl<strong>in</strong>ie Überschussstrom (0DS_NS9)<br />
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001<br />
Zeit [h]<br />
Jahresarbeit bezogen auf Maximalleistung = 580 h/a<br />
Jahresarbeit bezogen auf Maximalleistung = 170 h/a
Zur Kopplung von Strom- und Wärmemarkt (1)<br />
Nutzung von Überschussstrom ist <strong>in</strong> großen<br />
<strong>Fernwärme</strong>speichern sehr kostengünstig möglich (ger<strong>in</strong>ge<br />
Investition für „Tauchsieder“, ger<strong>in</strong>ge Speicherkosten,<br />
ger<strong>in</strong>ge Wärmeverluste).<br />
Hemmnis: Verzicht auf die Stromsteuer muss bei e<strong>in</strong>er<br />
Verwertung von Überschussstrom verlässlich geregelt se<strong>in</strong>.<br />
Die Nutzung von solarer Wärme aus Großanlagen wird<br />
<strong>in</strong>teressanter, da sie <strong>in</strong> KWK-Netzen zunehmend Wärme<br />
aus Spitzenkesseln verdrängt.<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
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Zur Kopplung von Strom- und Wärmemarkt (2)<br />
Es gibt e<strong>in</strong>e Reihe weiterer Möglichkeiten, den<br />
Strombedarf an die fluktuierende Stromerzeugung aus<br />
<strong>erneuerbare</strong>n <strong>Energien</strong> anzupassen (Lastmanagement,<br />
Pumpspeicherkraftwerke, Elektroautos, Erzeugung von H2 oder CH CH4). 4).<br />
E<strong>in</strong>e vergleichende Bewertung aller Optionen gibt es <strong>bis</strong>her<br />
nicht.<br />
Der niedrige Wert für die Vollbenutzungsstunden der<br />
Überschussleistung spricht aber für die Nutzung als<br />
Heizstrom <strong>in</strong> <strong>Fernwärme</strong>speichern.<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
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Verkaufte Wärmemengen je Trassenmeter <strong>in</strong> DK<br />
Wärmemenge <strong>in</strong> kWh je Trassenmeter<br />
6 000<br />
5 000<br />
4 000<br />
3 000<br />
2 000<br />
1 000<br />
0<br />
Deutscher Mittelwert<br />
Dänischer Mittelwert<br />
Verkauf<br />
[kWh/m]<br />
E<strong>in</strong>speisung<br />
[kWh/m]<br />
212 dänische <strong>Fernwärme</strong>unternehmen<br />
Quelle: Dansk Fjernvarme, 2005. Ohne 53 Netze mit unklarer Datenlage.<br />
Fördergrenze im MAP (seit 2008)<br />
Dänischer Zielwert für neue Erschließungen (F&E)<br />
In <strong>Dänemark</strong> werden auch Gebiete mit sehr ger<strong>in</strong>gen Wärmedichten für Wärmenetze erschlossen.<br />
Trass-B.pre
Netztemperaturen <strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong> im W<strong>in</strong>ter<br />
Netztemperatur [°C]<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Typisch für Deutschland:<br />
T Vor/Rück = 100 / 65°C<br />
Vorlauf<br />
[°C]<br />
Rücklauf<br />
[°C]<br />
Im Sommer s<strong>in</strong>d die Vorlautemperaturen im Mittel um 5°C ger<strong>in</strong>ger<br />
und die Rücklauftemperaturen um 4°C höher.<br />
254 dänische <strong>Fernwärme</strong>unternehmen<br />
Quelle: Dansk Fjernvarme, 2005. Ohne 11 Netze mit fehlenden Temp.angaben<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
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NetzTemp.pre
M<strong>in</strong>imierung der Rücklauftemperaturen <strong>in</strong><br />
<strong>Dänemark</strong> durch Nutzung des Internets<br />
Quelle:<br />
http://ims02.esbjergkommune.dk/forbruger<strong>in</strong>fo/default.aspx<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
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<strong>100%</strong> <strong>erneuerbare</strong> <strong>Energien</strong> <strong>in</strong> <strong>Dänemark</strong> <strong>bis</strong> <strong>2050</strong><br />
(offizielles Ziel der dänischen Regierung)<br />
Quelle: Klimakommissionen, Green energy – the road to a Danish energy system without fossil fuels.<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
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Fazit<br />
Wärmenetze begünstigen den Übergang <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e nachhaltige<br />
Energieversorgung auf vielfältige Weise.<br />
<strong>Fernwärme</strong> kann merkliche Beiträge zum Ausgleich von Angebot<br />
(W<strong>in</strong>d, PV) und Nachfrage <strong>in</strong> zukünftigen Stromnetzen leisten.<br />
In <strong>Dänemark</strong> kann dies schon heute beobachtet werden.<br />
<strong>Dänemark</strong> ist beispielgebend bei<br />
– hohem Anteil an <strong>Fernwärme</strong>, KWK und <strong>erneuerbare</strong>n <strong>Energien</strong><br />
– ger<strong>in</strong>gen Vor- und Rücklauftemperaturen <strong>in</strong> den Wärmenetzen<br />
– Transformation des Energiesystems h<strong>in</strong> zu <strong>erneuerbare</strong>n <strong>Energien</strong><br />
Empfehlung: Flächendeckende Aufstellung von e<strong>in</strong>heitlich<br />
strukturierten, kommunalen Wärmeversorgungsplänen nach<br />
dänischem Vorbild.<br />
Wärme- und Kälteversorgung <strong>in</strong> der Energiestrategie Schweiz<br />
11. Tagung vom 26. Januar 2012 <strong>in</strong> Biel-Bienne<br />
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