Nahwärme mit Holz und BHKW Chancen und Risiken

Nahwärme mit Holz und BHKW
Chancen und Risiken
SWL GmbH
Berthold Schmidt
79872 Bernau
Nahwärme mit Holz und BHKW
Vorbemerkungen
Die Firma SWL GmbH hat seit ihrer Gründung im Jahr 1995 ca. 50 größere Holzheizwerke geplant und gebaut.
90 % der Heizwerke versorgen Wärmenetze von 200 m bis ca. 6,0 km Länge.
Die Leistung der installierten Holzheizkessel beginnt bei 200 kW und geht bis 2500 kW.
25 Wärmeversorgungsanlagen werden von uns betrieben.
Ca. 92% des Heizbedarfs decken wir durch den Energieträger Holz ab.
Dazu setzen wir ca. 54.000 Schüttraummeter (Srm) Waldhackschnitzel pro Jahr ein.
Der Preis frei angeliefert an die Holzheizwerke liegt je nach Qualität,
zwischen 17,50 €/Srm bis 20,00€/Srm zzgl. MwSt. .
Nahwärme mit Holz und BHKW
Hackschnitzellieferanten - unsere regionalen Partner sind:
Energieholz GbR Bernau
ca. Menge [Srm/a]
23.000
Forstbetriebsgemeinschaft Belchen Neumagen (Staufen)
13.000
Gemeinde Frickingen (Forstamt Überlingen)
4.600
Stadt Herbolzheim – Stadtwald
3.000
Willmann Riegel
2.600
Hackschnitzel GbR Buchenbach
2.800
Forstamt Kirchzarten
1.000
Waldservice Vorderes Kinzigtal
1.600
MURA (Maschinenring Waldshut)
Wörz in Bonndorf
400
2.000
Nahwärme mit Holz und BHKW
Hackschnitzellagerung und Qualität:
• 25% der Hackschnitzel werden direkt aus dem Wald in die Anlagen geliefert. Wassergehalt zwischen 40 und 50%
• 20% werden in ein Zwischenlager im Freien geliefert und teilweise mit Flies abgedeckt. Nach einer Lagerung von
ca. 4 Wochen liegt der Wassergehalt zwischen 32 und 40%.
• 40% werden aus dem Wald in Hallen angeliefert, gelagert und durch die Eigenerwärmung einem
Trocknungsprozess unterzogen. Wassergehalt nach min. 4 Wochen Lagerung zwischen 25 und 35%.
• 15% durchlaufen einen mechanischen Trocknungsprozess über die Abwärme einer Biogasanlage. Hierbei wird ein
Wassergehalt von ca. 20% angestrebt. Hackschnitzel die direkt aus der Trocknung in ein Heizwerk geliefert werden,
liegen in der Regel bei einem Wassergehalt von ca. 15%.
Weitere Heizwerke sind im Bau.
Restholz steht in ausreichender Menge zur Verfügung.
Ist das auch noch nach FSC-Zertifizierung so?
Nahwärme mit Holz und BHKW
Beispiel:
Heizzentrale Todtmoos
Ausbaustand 2004
Investitionskosten:
2.000.000 €
Holzkesselleistung:
2.500 kW
Fernwärmeleitungslänge: 2.600 lfm
Fernwärmearbeitspreis
2013:
81,12 €/MWh
Fernwärmegrundpreis
2013:
26,86 €/Monat
Verbrauch für ein durchschnittliches
Wohnhaus im Bestand: 40.000 kW/h
Vollkosten: 89,18 €/MWh + MwSt.
106,12 €/MWh
Nahwärme mit Holz und BHKW
Beispiel:
Hausanschluss Todtmoos
Hausanschlusskosten
4.760 €
Individuell aufgebaute
Fernwärmeübergabestation
30 kW Leistung
Kompaktstation Danfoss mit Regelung
und Sekundärpumpen
Nahwärme mit Holz und BHKW
Kostenvergleich Todtmoos
Wohngebäude im Bestand 2013
Hausanschlusskosten
Heizungsanierung Altbau
Erfüllung 10% regen. Energie
Finanzierung / Abschreibung
Jahreskosten Finanzierung
Grundpreis / Fixkosten Ölheizung
Instandhaltung / Versicherung
Verbrauchskosten
Wärmemenge
Jahresnutzungsgrad
Heizölverbrauch
Arbeitspreis Fernwärme
Heizölpreis
Wärmekosten / Brennstoffkosten
Heizkosten pro Jahr
MWSt.
Heizkosten pro Jahr brutto
€
€
€
Jahre
€
€
€
kW/h
Liter
€/kWh
€/l
€
€
€
€
Holzfernwärme
4.000
20
320
Ölheizung
10.000
8.000
20
1.440
322
300
280
40.000
40.000
82%
4.878
0,081
3.240
0,70
3.415
3.882
738
4.620
5.435
1.033
6.467
Nahwärme mit Holz und BHKW
Beispiel:
Heizzentrale
Studentenwerk FR
Lehenerstraße
Ausbaustand 2008
Investitionskosten:
Holzkesselleistung:
200.000 €
300 kW
Fernwärmearbeitspreis
2013:
52,29 €/MWh
2013 - 2014
Fernwärmegrundpreis
Erweiterung durch Neubau
2013:
4282 €/a
Verbrauch
740.000 kWh/a Einbau BHKW
20 kW Strom 40 kW Wärme
Schichtenspeicher 5.780 Liter
Nahwärme mit Holz und BHKW
Technische Voraussetzungen
Wirtschaftliche Konsequenzen
Nahwärme mit Holz und BHKW
Technische Voraussetzungen
• Anlagengröße
• Betriebsweise der Wärmeversorgung
• Stromversorgung
• Aufstellungsraum
Nahwärme mit Holz und BHKW
• Anlagengröße
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Heizwärmebedarf
Warmwasserwärmebedarf
Netzverlust
Heizbedarf
Eigenstromverbrauch
BHKW
Holzkesselgröße
Spitzenlastkessel
Nahwärme mit Holz und BHKW
1. Heizwärmebedarf
Die Leistung eines Wärmeerzeugers, der einen Teil der Grundlast des Heizenergiebedarfs abdeckt,
bestimmen wir über den Heizwärmebedarf.
Der Heizwärmebedarf ist die errechnete Energiemenge, die einem Gebäude über eine Heizperiode
zugeführt werden muss, um die gewünschte Innentemperatur zu erreichen.
Im Heizwärmebedarf steckt für die Auslegung eines BHKW´s eine wichtige Information, die Länge der
Heizperiode, Fachbegriff nach VDI 2067 Gradzahltag und Heizgradtage.
Dabei wird ein Zusammenhang zwischen Raumtemperatur und der Außenlufttemperatur
für die Heiztage hergestellt.
Nahwärme mit Holz und BHKW
2. Warmwasserwärmebedarf
Der Warmwasserwärmebedarf ist die Energiemenge, die zur Erwärmung des Trinkwassers benötigt wird.
Der Warmwasserwärmebedarf ist von der Nutzung des Gebäudes abhängig.
Die Schwankungen liegen von keinem Warmwasserwärmebedarf z. B. für Bürogebäude,
Warenhäuser über Wohngebäude, bis hin zu Hotels mit Wellnessabteilungen und Schwimmbädern
mit einem ganzjährig hohen Warmwasserbedarf.
Eine genaue Einschätzung des Warmwasserwärmebedarfs ist für die Größe und die Laufzeit
eines BHKW´s von entscheidender Bedeutung.
Nahwärme mit Holz und BHKW
3. Netzverlust
Der Wärmeverlust im Versorgungsnetz ist ganzjährig eine feste Größe und wird der Grundlast
der Anlage zugeschlagen.
Die Netzverluste sind abhängig von
- der Vorlauf- und Rücklauftemperatur im Netz
- der Qualität der Isolierung der Rohre
- und der Netzlänge.
Für eine überschlägige Berechnung setzen wir einen Wert von 20 W/m Kanalmeter an.
Nahwärme mit Holz und BHKW
4. Heizbedarf
Der Heizbedarf ist die addierte Wärmemenge aus :
- Heizwärmebedarf
- Warmwasserwärmebedarf
- Netzverlust
Der Heizbedarf wird üblicherweise für ein Jahr erfasst.
Im Gebäudebestand kann über den tatsächlichen Heizbedarf, der mittels Gaszähler
oder Heizölverbrauch festgehalten wurde, der Heizenergiebedarf (benötigte Leistung
des Heizkessels) errechnet werden.
Heizbedarf = thermische Leistung in kW x Heizzeit in Stunden
Nahwärme mit Holz und BHKW
5. Eigenstromverbrauch
Der Stromverbrauch eines Gebäudes unterliegt nur in geringem Umfang jahreszeitlichen Schwankungen.
Die Schwankungen innerhalb eines Tages oder einer Stunde können bei der Auslegung eines BHKW´s nicht
berücksichtigt werden.
Entsprechend ist es ausreichend, die Aufzeichnungen mittels eines Stromzählers zu erfassen, um eine
Aussage über die elektrische Leistung des BHKW´s machen zu können.
Nahwärme mit Holz und BHKW
6. BHKW
Die Auslegung des BHKW´s erfolgt im 1. Schritt ausschließlich nach den vorgenannten technischen
Kriterien.
Voraussetzungen sind:
- Möglichst ein Ganzjahresbetrieb
- Die durch das BHKW erzeugte Wärme wird durch einen ausreichenden Heizwasserpuffer
aufgenommen und im Verlauf eines Tages an das Heizsystem für den Warmwasserwärmebedarf und den Netzverlust abgegeben.
- Der produzierte Strom sollte 1 : 1 als Eigenstromversorgung genutzt werden.
Nahwärme mit Holz und BHKW
6. BHKW + 7. Holzkessel + 8. Gas-Spitzenlastkessel
Holzkessel selbstzündend
kW
Heizwasserpuffer 5.000 bis 6.000 Liter
Gaskessel
500
500 kW Leistung
Regelung mit Puffermanagement
400
Holzkessel
350 kW Leistung
300
Ein BHKW mit einer thermischen Leistung
von 40 kW hat eine elektrische Leistung
von ca. 20 kW.
200
100
BHKW 40 kW 50
Wärmeleistung
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
8700
Nahwärme mit Holz und BHKW
Wirtschaftliche Konsequenzen
•Vergütung für den erzeugten Strom
• Kostenersatz für die erzeugte Wärme
Nahwärme mit Holz und BHKW
• Vergütung für den erzeugten Strom
Hier setzt das EEG enge Grenzen und Vorgaben.
Für Strom aus fossilen Brennstoffen besteht kein Förderanspruch, lediglich der KWK-Zuschlag von 5,41 Cent/kWh.
Die Einspeisung in das Netz eines Versorgers ist dadurch unwirtschaftlich.
Um eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen sollte der gesamte erzeugte Strom dem Eigenverbrauch dienen.
Der Eigenverbraucher muss der Investor und der Betreiber des BHKW´s sein.
Nachteil nach dem neuen EEG: Netzbetreiber können von Eigenversorgern für Strom, der
nicht von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen geliefert wird, die EEG-Umlage verlangen.
Die Umlage verringert sich um 50%, bei Anlagen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 70%.
Nahwärme mit Holz und BHKW
• Kostenersatz für die erzeugte Wärme
Als Kostenersatz für die erzeugte Wärme durch das BHKW sind die Kosten
für die Holzwärme anzusetzen.
Durch das Betreibermodel in unserem Beispiel Lehenerstraße, beträgt
der Kostenersatz 5,229 Ct/kW.
Nahwärme mit Holz und BHKW
kW
Die durch das BHKW erzeugte Wärme in
der Grundlast, ersetzt die Wärmemenge,
die ohne BHKW der Holzkessel erzeugen würde.
Gaskessel
500
500 kW Leistung
400
Holzkessel
350 kW Leistung
300
200
100
BHKW 40 kW 50
Wärmeleistung
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
8700
Nahwärme mit Holz und BHKW
Als Fazit können wir festhalten:
1. Die technischen Randbedingungen bezüglich einer kontinuierlichen Wärmeabnahme müssen gegeben sein.
2. Der durch das BHKW produzierte Strom sollte als Eigenversorger genutzt werden.
Die im Beispiel aufgeführte Anlage in der Lehenerstraße in Freiburg erfüllt alle diese Vorgaben und
arbeitet wirtschaftlich.
Die Grundlagen:
Gaspreis
Einspeisevergütung Strom
KWK Zulage
Rückerstattung Mineralölsteuer
5,229 Ct/kWh
4,227 Ct/kWh
5,410 Ct/kWh
0,550 Ct/kWh
Eigenverbrauch Strom
Kostenersatz Wärme
Amortisation
16,230 Ct/kWh
5,229 Ct/kWh
4,2 Jahre
Nahwärme mit Holz und BHKW
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!