Was ist ein gutes Heizwerk? Bewertung anhand von ... - qm heizwerke

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Was ist ein gutes Heizwerk?
Bewertung anhand von Kennzahlen und Statistiken
MMag. Alexandra Malik
Management qm heizwerke
LandesEnergieVerein Steiermark
Burggasse 9/II
A-8010 Graz
a.malik@lev.at
www.lev.at
Weitere Autoren: Dipl.-Ing. Franz Promitzer und Dipl.-Ing. Harald Schrammel, LandesEnergieVerein
Steiermark
Was ist ein gutes Heizwerk und welche Anforderungen werden an ein solches gestellt? Je nachdem
aus welcher Perspektive heraus man an diese Frage herangeht, fällt die Antwort unterschiedlich aus.
Aus Sicht des Betreibers ist der wirtschaftliche und gewinnbringende Betrieb das wesentlichste
Kriterium für ein gutes Heizwerk. Eine geringe Amortisationsdauer der Anlagenkomponenten bei
gleichzeitig hoher Nutzungsdauer sowie ein geringer Bedienungsaufwand stellt eine weitere
Anforderung dar. Für den Planer ist der Planungsauftrag das vorrangige Projektinteresse. Ein
Heizwerksprojekt gilt als erfolgreich abgewickelt, wenn vordefinierte Planungsziele erreicht wurden
und das Projekt effizient umgesetzt wurde. Im Gegensatz dazu steht für die Wärmekunden die
langfristig zuverlässige Wärmeversorgung zu angemessenen Preisen an vorderster Stelle. Darüber
hinaus soll der Betrieb eines Biomasseheizwerkes zu keiner Beeinträchtigung (Lärm, Geruch, Störung
des Landschaftsbildes etc.) der Anrainer führen. Ein Heizwerk gilt daher als gut, wenn gar nicht
wahrgenommen wird, dass es existiert. Schließlich fehlt noch die Sichtweise der öffentlichen Hand,
welche mit Fördermittel die Umsetzung von Heizwerksprojekten unterstützt. Ein gutes Heizwerk muss
in der Öffentlichkeit dauerhaft präsent sein, und zwar im positiven Sinne: Erzielung eines hohen
Umwelteffektes, effizienter Einsatz von Fördermitteln und Sicherung eines langfristigen Betriebes.
Kennzahlen zur Bewertung von Heizwerken
Der Begriff „Ein gutes Heizwerk“ ist sehr breit gefächert und von der subjektiven Sichtweise des
Betrachters abhängig. Um Heizwerke objektiv bewerten zu können, ist daher ein einheitliches
Bewertungsschema, z. B. anhand von Kennzahlen, notwendig. Allerdings reicht die bloße Kalkulation
von Kennzahlen für die Beurteilung von Heizwerken alleine nicht aus. Wichtig sind die Relationen, in
denen die ermittelten Kennzahlen zu Richt- oder Erfahrungswerten stehen.
Für einige der in Tab. 1 angeführten Kennzahlen können entsprechende Richt-/Empfehlungswerte
angegeben werden. Die Anlagenart und Netzstruktur bleibt dabei unberücksichtigt. Um diesem Aspekt
Rechnung zu tragen, wurden Planungs- und Betriebsdaten von 107 österreichischen Biomasse-
Nahwärmeanlagen ausgewertet. Vorrangiges Ziel dabei ist, die möglichen Bandbreiten für
Kennzahlen unterschiedlicher Anlagenarten und Netzstrukturen zu ermitteln und damit eine Basis für
die Quantifizierung zu schaffen. Als Datengrundlage diente die qm Heizwerke-Datenbank. Biomasse-
Nahwärmeanlagen (ab 400 kW Biomasse-Kesselnennleistung und/oder ab 1000 m Trassenlänge), die
im Rahmen der Umweltförderung im Inland seit 2006 um Förderung ansuchen, sind dazu verpflichtet,
ein begleitendes Qualitätsmanagement (qm heizwerke) abzuwickeln. Die qm heizwerke-Datenbank
koordiniert die Förderabwicklung und verwaltet die dazu notwendigen Planungs- und Betriebsdaten
von Biomasse-Nahwärmeanlagen (Info unter www.qm-heizwerke.at). In der Stichprobe enthalten sind
sowohl neu errichtete Anlagen (erbaut ab 2006, 34 Fälle) als auch Anlagen errichtet im Zeitraum 1985
bis 2005 (73 Fälle). Da derzeit noch nicht ausreichend Datenmaterial zur Verfügung steht, basiert die
Auswertung der Betriebsdaten lediglich auf einem Betriebsjahr. Die genannten Aspekte sind bei der
Interpretation der Daten zu berücksichtigen.
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Tab. 1: Gängige Kennzahlen zur Bewertung von Biomasse-Nahwärmeanlagen
Kennzahlen
Richt-/Erfahrungswerte
Netz spezif. Investkosten Netz -
Jahresnutzungsgrad Netz mind. 80 % (UFI) 1
Wärmedichte mind. 900 (kWh/a)/Trm (UFI) 1,2
mittl. Spreizung Wärmenetz
> 30 K
spezif. Volumenstrom Wärmenetz < 20 m/MWh
spezif. Stromverbrauch Netzpumpe -
Wärmeerzeugung
spezif. Investkosten Wärmeerzeugung -
Volllaststunden BM-Kessel
abhängig von der Anlagenvariante
spezif. Stromverbrauch BM-Kessel 10 kWh el pro erzeugter MWh 3
therm
Jahresnutzungsgrad Kesselanlage mind. 80% 3
Gesamtanlage
spezif. Stromverbrauch Gesamtanlage
3
15-20 kWh el pro verkaufter MWh therm
Gesamteffizienz (Jahresnutzungsgrad) mind. 70 % 3
Wärmeverkauf
je mehr desto besser
1 Fördervoraussetzung für den Erhalt der betrieblichen Umweltförderung im Inland (UFI)
2 bzw. 1200 (kWh/a)/Trm laut Empfehlung der ARGE QM Holzheizwerke (www.qmholzheizwerke.de)
3 ÖKL Merkblatt Nr. 67
Statistiken und Kennzahlen
Wichtige Kennzahlen zur Beurteilung der Netzeffizienz von Nahwärmeanlagen stellen die
Wärmedichte und der Netzverlust dar. Dabei wird der Netzverlust nicht als absolute Wärmemenge
angegeben, sondern als Anteil der insgesamt ab der Wärmeerzeugungszentrale in das Leitungsnetz
abgegebenen Energie. Demzufolge ist es auch einsichtig, dass zwischen der Wärmedichte (in einem
Jahr zu den Abnehmern transportierte Wärmemenge bezogen auf die Trassenlänge) und dem
Netzverlust ein deutlich erkennbarer Zusammenhang besteht (s. Abb. 1). Jeder der in Abb. 1
dargestellten Datenpunkte repräsentiert eine Anlage. Von einigen Ausreißern abgesehen liegt der
mittlere Netzverlust der betrachteten Anlagen bei 18,5 % und die mittlere Wärmedichte bei
1180 (kWh/a)/Trm. Im Mittel werden die laut Förderrichtlinien geforderten Richtwerte damit erreicht.
50%
40%
Netzverluste Wärmenetz in Abhängigkeit von der Wärmedichte
(Betriebsdaten von 107 Nahwärmeanlagen)
900(kWh/a)/Trm
1200 (kWh/a)/Trm
Netzverluste (%)
30%
20%
10%
0%
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Wärmedichte (kWh/a)/Trm
Abb. 1: Netzverluste in Abhängigkeit von der Wärmedichte (Quelle: qm heizwerke-Datenbank,
Auswertung 06/2012)
Die breite Streuung der Datenpunkte ist nicht zwingend das Ergebnis von Konzeption, Netz-
Betriebsweise oder Rohrdämmung, sondern spiegelt häufig die unterschiedliche Abnehmerstruktur
wider. Kompakt dimensionierte Netze (kurze Stränge, Versorgung von Großabnehmern) besitzen
gegenüber Nahwärme-Versorgungsanlagen, die vorwiegend Einfamilienhäuser versorgen, einen
klaren Vorteil. Um dies zu berücksichtigen, wurden die Anlagen in drei Kategorien eingeteilt:
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Netze mit überwiegend Großverbrauchern
Netze mit gemischter Verbraucherstruktur
Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern
Das Ergebnis zeigt ein klares Bild: Netze mit günstigen Abnehmerstrukturen haben
überdurchschnittlich gute Kennzahlen. Netze mit überwiegend Kleinverbrauchern weisen häufig einen
Netzverlust von über 20 % bei einer Wärmedichte von deutlich unter 900 (kWh/a)/Trm auf. In diesem
Zusammenhang ist zu bedenken, dass niedrige Wärmedichten und hohe Netzverluste den
Betriebskostenanteil in die Höhe treiben und damit die wirtschaftliche Situation negativ beeinflussen.
Netzverluste in %
25%
20%
15%
10%
5%
Mittlere Netzverluste nach Netzkategorie und Anlagenalter
Netze errichtet vor 2006 (n1)
22%
21%
Netze errichtet seit 2006 (n2)
19%
18%
15%
13%
Wärmedichte (kWh/a)/Trm
2500
2000
1500
1000
500
Mittlere Wärmedichte nach Netzkategorie und Anlagenalter
2256
1588
1061
Netze errichtet vor 2006 (n1)
Netze errichtet seit 2006 (n2)
1193
887
746
0%
Netze mit überwiegend Netze mit gemischter Netze mit überwiegend
Großverbraucher
Verbraucherstruktur
Kleinverbraucher
(n1=14, n2=11) (n1=33, n2=15) (n1=26, n2=8)
0
Netze mit überwiegend Netze mit gemischter Netze mit überwiegend
Großverbraucher
Verbraucherstruktur
Kleinverbraucher
(n1=14, n2=11) (n1=33, n2=15) (n1=26, n2=8)
Abb. 2 und 3: Netzverluste und Wärmedichte nach Netzkategorie und Anlagenalter: Betriebswerte von
107 Nahwärmeanlagen (Quelle: qm heizwerke Datenbank, Auswertung 06/2012)
Die zusätzliche Kategorisierung der Anlagen nach ihrem Baualter ergab, dass ab 2006 errichtete
Nahwärmenetze deutlich geringere Netzverluste und höhere Wärmedichten als vergleichsweise ältere
Netze haben. Häufig verfehlen auch Neuanlagen in der Netzkategorie „Netze mit überwiegend
Kleinverbrauchern“ die laut Umweltförderung im Inland verpflichtend einzuhaltenden Zielwerte. Die
derzeit gültigen Förderrichtlinien setzen einen maximalen (durchschnittlichen) Netzverlust von 20 %
voraus. Wenn Nahwärmenetze auch in Zukunft eine entscheidende Rolle in den Klimaschutzzielen
einnehmen sollen, muss nach Möglichkeiten gesucht werden, den Netzverlust im Sinne einer
notwendigen Steigerung der Gesamteffizienz von Nahwärmeanlagen auf unter 15 % zu senken. Dazu
sind neue Anlagen nur dort zu errichten, wo eine geeignete Abnehmerstruktur vorliegt. Weiters sind
höchste Dämmstandards bei den Rohrleitungen und eine optimierte Betriebsweise eine
Voraussetzung. Bei bereits errichteten Anlagen muss danach getrachtet werden durch Optimierung
von Kundenanlagen den Netzbetrieb zu verbessern.
Neben den Kosten für den Brennstoffeinsatz zählen auch die Stromkosten zu den wesentlichen
Betriebskosten einer Biomasse-Nahwärmeanlage. Im Mittel liegt der spezifische Stromverbrauch der
Gesamtanlage von 48 untersuchten Anlagen (berücksichtigt wurden lediglich Anlagen zur
Wärmeerzeugung ohne Rauchgaskondensation) bei 22,7 kWh el pro verkaufter MWh therm . Der
Schwankungsbereich ist jedoch beachtlich und reicht von 9 kWh el pro verkaufter MWh therm bis
47 kWh el pro verkaufter MWh therm . Eine Kategorisierung nach der Ausstattung der Wärmeerzeugungseinrichtung
(Einkessel- oder Mehrkesselanlage, monovalent oder bivalent) führte zu
keinem brauchbaren Ergebnis, da die berechnete Kennzahl nicht nur von der Ausstattung der
Wärmeerzeugungsanlage abhängt, sondern auch von der Betriebsweise des Netzes (z. B. Steigerung
der Spreizung und dynamisches Anpassen des Differenzdrucks).
Der Wärmeverkauf stellt die einzige Einnahmequelle für einen Anlagenbetreiber dar. Daher ist es
besonders wichtig den künftigen Wärmeabsatz anhand einer detaillierten Bedarfserhebung so exakt
wie möglich zu ermitteln und zukünftige Entwicklungen (thermische Sanierungen) zu berücksichtigen.
Überdimensionierte Wärmeerzeugungsanlagen und unnötige Investitionskosten könnten damit
vermieden werden. In vielen Fällen hat sich gezeigt, dass der in der Planungsphase abgeschätzte
Wärmeverkauf im Betrieb nicht erreicht werden kann. Ein Vergleich des IST-Wärmeverkaufs mit dem
Planungswert bei 33 Neuanlagen zeigt, dass bei 60 % der Anlagen der Planungszielwert im Betrieb
nicht erreicht werden konnte. Im Mittel liegt die Abweichung pro Anlage bei –9 %.
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Die Investitionskosten eines Heizwerkes haben maßgeblich Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg.
Die Höhe der Investitionskosten für Biomasseheizwerke hängt maßgeblich von der Art und Größe der
Wärmeerzeugungsanlage und -verteilungsanlage ab. Überhöhte Investitionskosten wirken sich
nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit aus, während zu sparsam kalkulierte Investitionen zulasten des
technischen Standards gehen. Im Sinne der Wirtschaftlichkeit und des effizienten Einsatzes von
Fördermittel ist daher ein Mittelweg zu finden. Zur Orientierung sind die spezifischen Kosten der
Wärmeverteilung (Euro/MWh verkauft ) von 38 Neuanlagen (Baujahr ab 2007) in Abb. 4 dargestellt. Die
Kosten sind umso geringer, je geeigneter die Abnehmerstruktur ist: Weitläufige Netze mit
überwiegend Kleinverbrauchern weisen beinahe drei Mal höhere spezifische Netzkosten auf, als
kompakt dimensionierte Netze mit überwiegend Großverbrauchern.
400
Spezif. Investitionskosten der Wärmeverteilung in
pro verkaufter MWh/a von Anlagen errichtet seit 2006
pro verkaufter MWh/a
300
200
100
105
210
289
0
Netze mit überwiegend
Großverbraucher (n=15)
Netze mit gemischter
Verbraucherstruktur (n=15)
Netze mit überwiegend
Kleinverbraucher (n=8)
Abb. 4: Spezifische Kosten der Wärmeverteilung nach Netzkategorie (Quelle: qm heizwerke-
Datenbank, Auswertung 06/2012)
Für die Ermittlung der spezifischen Kosten der Wärmeerzeugung (Euro pro kW installierte
Kesselleistung) wurden die Anlagen in monovalente Ein- und Mehrkesselanlagen und bivalente
Mehrkesselanlagen eingeteilt (Die Kosten der Wärmeerzeugungsanlage berücksichtigen die Kosten
für Hochbau einschl. Lager, Wärmeerzeugung, Heizhaushydraulik, übergeordnetes MSR-System,
Elektroinstallation und Ausrüstung. Dabei wurden nur Anlagen zur Wärmeerzeugung und Anlagen
ohne Rauchgaskondensation berücksichtigt). Dabei zeigt sich, dass der Kostenunterschied zwischen
monovalenten Ein- (663 Euro/kW) und Mehrkesselanlagen (683 Euro/KW) im Leistungsbereich unter
1500 kW geringer ist und erst ab einer Gesamtleistung von 1500 kW deutlich hervortritt (548 Euro/kW
versus 647 Euro/kW). Wie zu erwarten sind die bivalenten Mehrkesselanlagen beinahe halb so
kostenintensiv wie vergleichbare monovalente Anlagen (300 bis 400 Euro/kW).
Zusammenfassung
Für die Bewertung von Heizwerken kann eine Reihe von Kennzahlen gebildet werden. Für eine
absolute Beurteilung sollten jedoch die speziellen Charakteristika der Nahwärmeanlage zusätzlich
berücksichtigt werden. Mit der hier durchgeführten Betriebsdatenanalyse wurde ein Versuch
unternommen, die Größenordnung ausgewählter Kennzahlen für verschiedene Kategorien von
Nahwärmeanlagen abzuschätzen. Das Ergebnis zeigt, welchen entscheidenden Einfluss die
Anlagenart und Netzstruktur auf das wirtschaftliche Ergebnis hat. Allerdings reduziert sich die
gegenständliche Analyse auf wenige Teilbereiche einer Nahwärme-Versorgungsanlage. Weitere
Kennzahlen, die für eine vollständige Bewertung notwendig sind, konnten aufgrund mangelnder Daten
nicht berechnet werden. Unzureichend vorhandene und/oder defekte Wärmemengen- und
Stromzähler sowie die ungenaue Bestimmung des Brennstoffverbrauches erschweren die Kalkulation
der sonst möglichen Kennzahlen. Mit dem Qualitätsmanagement qm heizwerke (www.qmheizwerke.at),
einem österreichweiten Programm zur Verbesserung der Qualität und Steigerung der
Effizienz von Biomasseheizwerken und Nahwärmenetzen, wurden erstmals Mindestanforderungen an
die messtechnische Ausrüstung für Neuanlagen und an die jährliche Betriebsdatenaufzeichnung für
geförderte Biomasse-Nahwärmeanlagen gestellt. Im Sinne der Betriebskontrolle und -optimierung
profitiert nicht nur der Anlagenbetreiber von dieser Maßnahme. Die laufende Qualitätskontrolle und -
sicherung der Daten durch das qm heizwerke-Programm-Management stellt sicher, dass in Zukunft
eine noch bessere, aussagekräftigere Vergleichsbasis für Betriebsdaten unterschiedlicher Anlagen zur
Verfügung stehen wird.
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