Energiekonzept Markt Baudenbach - DEZENTRALE ENERGIEBEREITSTELLUNG
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Studiengang Energiemanagement und Energietechnik Energiekonzept Markt Baudenbach DEZENTRALE ENERGIEBEREITSTELLUNG Vorgelegt von: Felix Göbel 00154711 Florian Froschhammer 00153567 Julian Britz 00153242 Nils Hupp 00153580 Robin Behret 00153239 Simon Ermer 00103508 Tobias Eißler 00155255 Betreuer: Dipl.-Ing. Roman Petsch, Prof. Dr. Jörg Kapischke In Zusammenarbeit mit: Markt Baudenbach Abgabe: 01.07.2019
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................... II Abbildungsverzeichnis .................................................................................................. IV Tabellenverzeichnis ........................................................................................................ V 1 Einführung und Vorstellung des Projekts.............................................................. 1 1.1 Einführung .......................................................................................................... 1 1.2 Vorstellung Markt Baudenbach ........................................................................... 2 1.3 Definition des Problems ...................................................................................... 2 1.4 Definition der Projektziele ................................................................................... 2 1.5 Systemgrenze..................................................................................................... 3 2 IST-Analyse .............................................................................................................. 4 2.1 Strom .................................................................................................................. 4 2.1.1 Netzverlauf und Transformatorenstationen .................................................. 4 2.1.2 Stromerzeugung .......................................................................................... 4 2.1.3 Stromverbrauch und Lastgang ..................................................................... 5 2.2 Wärme ................................................................................................................ 8 3 Lösungsstrategien Strom ......................................................................................12 3.1 Eigenverbrauchssteigerung innerhalb der Kommune .........................................12 3.1.1 Stromdurchleitung von Gemeindehalle zum Wasserhaus ...........................12 3.1.2 Ladestrom für Elektromobilität ....................................................................13 3.1.3 Prüfung rechtlicher Rahmenbedingungen ...................................................15 3.2 Verpflichtung für Neubauten ..............................................................................18 3.3 Stromspeicher ...................................................................................................19 3.3.1 Systeme für private Haushalte ....................................................................19 3.3.2 Kommunaler Großspeicher .........................................................................25 3.4 Regionale Stromhandelsplattform ......................................................................27 4 Lösungsstrategien Wärme .....................................................................................29 4.1 Nahwärmenetz Baudenbach ..............................................................................29 4.2 Saisonaler Wärmespeicher ................................................................................31 II
Inhaltsverzeichnis 4.3 Wärmepumpen ..................................................................................................33 4.4 Sanierung der Altbauten ....................................................................................36 4.4.1 Rechtliche Rahmenbedingungen nach Energieeinsparverordnung .............36 4.4.2 Sanierung der einzelnen Bauelemente .......................................................38 4.4.3 Finanzielle Betrachtung ..............................................................................39 4.4.4 Förderung durch die KfW-Bank ..................................................................40 5 Power to Gas für Biogasanlagen ...........................................................................41 5.1 Wasserstoffeinspritzung im BHKW ....................................................................41 5.2 Wasserstoffeinspritzung im Fermenter...............................................................43 6 Fazit und Ausblick ..................................................................................................46 Literaturverzeichnis .......................................................................................................48 III
Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Gemeindegrenze Markt Baudenbach mit Energieerzeugungsanlagen ......... 3 Abbildung 2: Stromproduktion und -verbrauch 2017 ......................................................... 5 Abbildung 3: Lastgang Baudenbach Sommer ................................................................... 6 Abbildung 4: Lastgang Baudenbach Winter ..................................................................... 7 Abbildung 5: Lastgang Baudenbach Übergangszeit ......................................................... 7 Abbildung 6: Wohnfläche für 1-2 Wohneinheiten und deren Baujahre .............................. 8 Abbildung 7: Energieverbrauchswerte für verschiedene Wohneinheitsgrößen und Baujahre ......................................................................................................................................... 9 Abbildung 8: Wärmeenergiebedarfskarte Baudenbach ....................................................10 Abbildung 9 Anzahl der Neuzulassungen von Elektroautos .............................................13 Abbildung 10 Heidelberg – Bahnstadt ..............................................................................18 Abbildung 11:Quartier mit dezentralen Speichereinheiten................................................25 Abbildung 12: Quartier mit zentraler Speichereinheit .......................................................25 Abbildung 13: Architektur einer möglichen Handelsplattform für regionalen Strom ..........27 Abbildung 14: Möglicher Verlauf eines Nahwärmenetzes in Baudenbach ........................29 Abbildung 15: Wärmeangebot durch BHKW einer Biogasanlage .....................................30 Abbildung 16: Kreislauf der saisonalen Wärmespeicherung.............................................32 Abbildung 17: Systemaufbau Nahwärmenetz Braedstrup mit Erdsondenspeicher ...........33 Abbildung 18: Funktionsweise einer Wärmepumpe .........................................................34 Abbildung 19: Benötigte Energiewerte je nach Baujahr....................................................36 Abbildung 20: Prozentuale Wärmeverluste der einzelnen Bauteile ..................................38 Abbildung 21: Anlagenschema der Firma GP-JOULE für die Wasserstoffeinspritzung im BHKW ..............................................................................................................................42 Abbildung 22: Anlagenschema für die Wasserstoffeinspritzung im Fermenter .................43 IV
Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Gebäudewärmeenergiebedarf in Abhängigkeit der Wohnfläche und Baujahr ... 9 Tabelle 2: Wärmeenergiebedarf der Feuerwehr und der Gemeindehalle .........................10 Tabelle 3: Wärmeenergiebedarf pro Gebiet .....................................................................11 Tabelle 4: Wärmeerzeugung der Biogasanlage Sandmann .............................................11 Tabelle 5: Größe PV-Anlagen ..........................................................................................20 Tabelle 6: Speichersysteme .............................................................................................20 Tabelle 7: Autarkiegrad ....................................................................................................21 Tabelle 8: Eigenverbrauchsgrad ......................................................................................21 Tabelle 9: Strompreise .....................................................................................................22 Tabelle 10: Berechnung PV 8 kW ....................................................................................23 Tabelle 11: Berechnung PV 13 kW ..................................................................................23 Tabelle 12: Berechnung PV 18 kW ..................................................................................24 Tabelle 13: Heizkostenvergleich ......................................................................................35 Tabelle 14: Mindestanforderungen der Bauelemente nach EnEV ....................................37 Tabelle 15: Einsparpotenzial und Kosten einzelner Bauteile ............................................39 Tabelle 16: Finanzielle Betrachtung der Energieeinsparung ............................................40 Tabelle 17: Herstellerkalkulation für den Jahresertrag mit und ohne Bio-H2-Plus ............44 Tabelle 18: Kosten- und Erlöskalkulation für die Anwendung der Bio-H2-Plus Anlage an der Biogasanlage Sandmann .................................................................................................45 V
Einführung und Vorstellung des Projekts 1 Einführung und Vorstellung des Projekts In diesem Kapitel soll zu Beginn das Projekt und die zugrunde liegende Fragestellung erläutert werden. Nach einer kurzen Einführung zum Thema im Allgemeinen wird die untersuchte Gemeinde vorgestellt. Im Weiteren werden die Probleme, Das Projektziel, sowie die Systemgrenze definiert. 1.1 Einführung Auf Grund des stark vorherrschenden Klimawandels und dem Wunsch, die Umwelt auch für zukünftige Generationen zu sichern, ist ein Umdenken in Sachen Umwelt- und Energiepolitik nötig. Ein zentraler Punkt hierbei ist eine Umstellung auf Energiesysteme, welche ohne fossile Energieträger auskommen. Da es sich beim Klimawandel um ein globales Problem handelt, ist es wichtig als Gemeinschaft zu agieren und ein Bewusstsein dafür zu schaffen, dass jeder Einzelne seinen Beitrag leisten kann. Vor allem Deutschland sollte sich seiner Vorreiterrolle bei Themen wie dem Ausbau regenerativer Energien und einer dezentralen Energiebereitstellung bewusst sein und diese vorantreiben. Besonders wichtig ist es für eine soziale Energiewende zu sorgen. Alle Bürgerinnen und Bürger haben eine große Verantwortung und können durch ein sinnvolles Miteinander einen guten Beitrag leisten, indem sie z.B. selbst Strom durch Erneuerbare Energien erzeugen, auf konventionelle und umweltschädigende Energieträger verzichten und durch die Dämmung von Gebäuden den Energiebedarf senken. Anhand der neuen „EU-Richtlinie, die Einzelpersonen und Gemeinden seit neuestem das Recht gibt, selbst Energie zu erzeugen, zu speichern, zu verbrauchen und zu handeln, erhält die Bürgerenergie-Bewegung einen enormen Schub. Diese Regelungen müssen jetzt […] in die Praxis umgesetzt werden.“ (Friends of the Earth Europe 2019) Hierbei stellen Kommunen eine besondere Rolle als wichtiger Akteur für eine voranschreitende Energiewende dar. Durch eine sinnvolle und strukturierte Zusammenarbeit ist es möglich die Förderung Erneuerbarer Energien voranzutreiben und als gemeinsamer Akteur hervorzutreten. Auch die Gemeinde Markt Baudenbach kann hierbei eine entscheidende Rolle spielen und einen wichtigen Beitrag zu Energiewende leisten. 1
Einführung und Vorstellung des Projekts 1.2 Vorstellung Markt Baudenbach Markt Baudenbach ist eine sich im Landkreis Neustadt an der Aisch-Bad Windsheim befindliche Gemeinde. Sie ist Mitglied der Verwaltungsgemeinschaft Diespeck, die das Ziel einer gemeinschaftlichen Zusammenarbeit auf verschiedenen Handlungsfeldern über die jeweiligen Gemeindegrenzen hinaus anstrebt. Baudenbach liegt in den südlichen Ausläufern des Steigerwalds auf einer Höhe von ca. 300 m ü. NHN. Auf einer Gesamtfläche von rund 22 km² leben Stand 2017 ca. 1.150 Menschen. Trotz der ländlichen Prägung verfügt der Markt über eine gute Verkehrsanbindung an den Großraum Nürnberg. 1.3 Definition des Problems Aus energietechnischer und ökologischer Sicht weist die Gemeinde eine hervorragende Bilanz auf. Der extrem hohe Anteil an erneuerbarer Energieerzeugung gepaart mit einem niedrigen Verbrauch stellt den Markt gleichermaßen vor Herausforderungen als auch Chancen. Ein hoher Anteil an Photovoltaikanlagen lässt die Stromproduktion zu Mittagsstunden auf ein Vielfaches ansteigen. Strom, der in der Gemeinde zu diesem Zeitpunkt nicht genutzt werden kann. Problematisch wird dies besonders dann, wenn die Anlagen aus dem EEG fallen und somit die Grundvergütung für eingespeisten Strom verlieren. Ab dem Jahr 2020 werden die ersten Anlagen aus der Förderung fallen. Der überschüssige Strom muss folglich günstig und deutlich unter Wert vermarktet werden. 1.4 Definition der Projektziele Um die zu günstige Vermarktung des Stroms zu verhindern und die erzeugte Energie sinnvoll zu verwerten, gilt es Lösungsstrategien zu entwickeln. Diese sektorenübergreifenden Ansätze dienen zudem dem Zweck, finanzielle Mittel in der Gemeinschaft zu behalten ohne hohe Abgaben an extern zu übermitteln. Neben rein monetären Anreizen ist es auch Ziel dieses Projekts zu ermitteln, wie die einzelnen Energieprodukte so miteinander kombiniert werden können, dass sie den Bewohnern der Gemeinde einen Mehrwert bieten. Im weiteren Verlauf werden diese Ansätze und die relevantesten Lösungsstrategien konkretisiert. 2
Einführung und Vorstellung des Projekts 1.5 Systemgrenze Als Systemgrenze wird die Gemeindegrenze vom Markt Baudenbach definiert. Alle Betrachtungen für Energieerzeuger und Verbraucher in dieser Arbeit beziehen sich auf diese Grenze. In Abbildung 1 sind alle größeren EE-Anlagen in der Gemeinde verzeichnet. Abbildung 1: Gemeindegrenze Markt Baudenbach mit Energieerzeugungsanlagen 3
IST-Analyse 2 IST-Analyse Um ein Verbesserungspotential und daraus folgende Lösungsstrategien für die Gemeinde zu entwickeln, ist es notwendig Informationen über den Aktuellen Stand einzuholen. In der IST-Analyse wurden hierbei die Bereiche Strom und Wärme betrachtet, da diese zur Erstellung eines Energiekonzeptes die ausschlagebensten sind und hierzu die meisten Veränderungsmöglichkeiten erforscht wurden und integriert werden können. 2.1 Strom Besonders im Bereich der Stromproduktion durch Erneuerbare Energien ist die Gemeinde Baudenbach sehr gut aufgestellt. Um das Ziel, möglichst viel selbstproduzierten Strom innerhalb der Kommune zu verbrauchen, zu erfüllen, wurden alle wichtigen Informationen zum Thema Strom gesammelt und analysiert. Hierfür wurde neben dem Netzverlauf, den Transformatorenstationen und der Stromerzeugung auch der Stromverbrauch, sowie der Lastgang untersucht. 2.1.1 Netzverlauf und Transformatorenstationen Für die Aufstellung zukünftiger Pläne ist ein vollumfänglicher Überblick über den aktuellen Stand der Stromversorgung notwendig. In den Ordnern „Netzstruktur“ und „Transformatoren“ im Anhang ist den Plänen zu entnehmen, wie das Netz derzeit verläuft und an welcher Stelle sich die Trafostationen befinden. Weitere Informationen können über die Größe der Transformatoren getroffen werden. ‚NS Baudenbach 06‘ weist eine Größe von 630 kVA, ‚Frankenfeld 01‘ und ‚Hambühl 02‘ 250 kVA und ‚Hambühl 01 und ‚Roßbach 01‘ 400 kVA auf. In allen anderen Trafostationen sind Transformatoren mit einer Größe von 400kVA verbaut. 2.1.2 Stromerzeugung In Abbildung 2 wird veranschaulicht, wie sich die Stromproduktion und der Stromverbrauch im Jahr 2017 zusammengesetzt hat. Es ist zu erkennen, dass in der Gemeinde Baudenbach, über das gesamte Jahr, deutlich mehr Strom durch Erneuerbare Energien produziert als verbraucht wird. Aus einer Produktion von 8.836 MWh und einem Verbrauch von 2.097 MWh ergibt sich ein Deckungsgrad von 421 %. 4
IST-Analyse Abbildung 2: Stromproduktion und -verbrauch 2017 Anhand der Anlagestammdaten, welche zur Verfügung gestellt wurden, konnte analysiert werden, welche Menge an Strom durch Photovoltaikanlagen produziert wird. Neben den PV-Anlagen und den zwei Wasserrädern wird der Großteil des Stroms durch die beiden Biogasanlagen produziert. Biogasanlage Sandmann verfügt über zwei Motoren. Einem 250 kW Gasmotor, welcher kontinuierlich mit einer Leistung von 220 bis 230 kW läuft, und einem 180 kW Zündstrahler, welcher im Tagesdurchschnitt ca. sechs Stunden läuft. Dies vor allem in den Morgen- und Abendstunden, wenn die Photovoltaik Anlagen wenig Strom produzieren. Im Jahresdurchschnitt ergibt sich hieraus eine Leistung von 283 kW bei einer installierten Leistung von 430 kW. 2.1.3 Stromverbrauch und Lastgang Zur Veranschaulichung des aktuellen Problems wurde der Stromerzeugung die Stromnachfrage grafisch gegenübergestellt. Die hierbei ermittelten Viertelstundenwerte zeigen genau auf, zu welcher Zeit welche Menge an Strom produziert, bzw. verbraucht wird. Grundlage für den Lastverlauf der Stromabnehmer sind die für Haushaltskunden vom BDEW ermittelten Werte. (BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.) Diese Werte bilden den Lastgang für einen Jahresverbrauch von 1.000 kWh ab und mussten auf den jährlichen Verbrauch von 2.097.000 kWh hochgerechnet werden. Die Werte für die Erzeugung der Photovoltaikanlage wurden nach dem gleichen Schema ermittelt. Da hierfür allerdings in der näheren Umgebung keine Werte gefunden wurden, wurden die veröffentlichen Werte der Städte Unna und Emmendingen gemittelt und auf die Stromerzeugung von 1.529.000 kWh hochgerechnet (Stadtwerke Emmendingen o.J.). 5
IST-Analyse (Stadtwerke Unna o.J.) Zur Ermittlung der Viertelstundenwerte für die Biogaserzeugung ist zunächst davon ausgegangen, dass die Anlage kontinuierlich Strom erzeugt. Die stündlich erzeugten Werte bei einer fiktiven Erzeugung von 1.000 kWh ergeben sich somit aus der Berechnung 1.000kWh / (365d*24h) = 0,114155251 kW. Bestätigt wird der Wert durch die von der Stadt Emmendingen herausgegeben Werte. Da wir die Information erhalten haben, dass sich 180 kW der Biogasanlagen geregelt für nur 6 Stunden pro Tag, aufgeteilt zwischen vormittags und abends, erzeugt werden wurde die Kurve dahingehen angepasst. Ausgehend von den 180 kW Leistung, die pro Jahr bei 365 Einsatztagen 394.200 kWh erzeugen, wurde die Berechnung der Kurve in zwei Schritte aufgeteilt. 6.967.000 kWh werden kontinuierlich erzeugt wohin gehend 394.200 kWh nur zu 6h pro Tag produziert werden. Der Wert der kontinuierlichen Erzeugung wurde durch 1.000 geteilt und mit dem Faktor 0,114155251 multipliziert. Für die Erzeugung des 180 kW Motors wurde ein neuer Faktor ermittelt: 1000kWh/(365*6)= 0,456621005. Anschließend wurden die 394.200 kWh durch 1.000 geteilt und mit dem Faktor multipliziert und auf die Zeit zwischen 6:00 Uhr und 9:00 Uhr, sowie 18:00 Uhr und 21:00 Uhr angelegt. Zuletzt wurden die Werte der Stromerzeugung durch Biogas aufsummiert. Da die Anlagen in Echt kein 8.760 Stunden pro Jahr laufen, stimmt letztendlich die Peak Last von knapp 1.000 kW nicht mit der tatsächlich installierten Leistung von 1.035 kW überein. Aufgrund der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung und der sich ändernden Stromnachfrage wird das Jahr in die drei Phasen, Sommer, Winter und Übergangszeit, eingeteilt. Dies wird in Abbildung 3 bis Abbildung 5 grafisch dargestellt. Lastgang Baudenbach Sommer 1500 1400 1300 1200 1100 EV Sommer 1000 Lastgang [kW] 900 H0 Werktag Sommer 800 700 H0 Samstag Sommer 600 H0 Sonntag Sommer 500 400 SEP 300 200 EV + SEP 100 0 00:15 01:30 02:45 04:00 05:15 06:30 07:45 09:00 10:15 11:30 12:45 14:00 15:15 16:30 17:45 19:00 20:15 21:30 22:45 00:00 Abbildung 3: Lastgang Baudenbach Sommer 6
IST-Analyse Lastgang Baudenbach Winter 1500 1400 1300 1200 1100 EV Winter 1000 Lastgang [kW] 900 H0 Werktag Winter 800 700 H0 Samstag Winter 600 H0 Sonntag Winter 500 400 SEP 300 200 EV + SEP 100 0 00:15 01:15 02:15 03:15 04:15 05:15 06:15 07:15 08:15 09:15 10:15 11:15 12:15 13:15 14:15 15:15 16:15 17:15 18:15 19:15 20:15 21:15 22:15 23:15 Abbildung 4: Lastgang Baudenbach Winter Lastgang Baudenbach Übergangszeit 1500 1400 1300 1200 1100 EV Übergangszeit 1000 Lastgang [kW] 900 H0 Werktag Übergangszeit 800 700 H0 Samstag Übergangszeit 600 H0 Sonntag Übergangszeit 500 400 SEP 300 200 EV + SEP 100 0 00:15 01:30 02:45 04:00 05:15 06:30 07:45 09:00 10:15 11:30 12:45 14:00 15:15 16:30 17:45 19:00 20:15 21:30 22:45 00:00 Abbildung 5: Lastgang Baudenbach Übergangszeit Legende EV Photovoltaik H0 Haushalte SEP Biogas Zu den Abbildungen gilt jedoch zu sagen, dass sie den Lastgang nicht zu 100% genau abbilden, sondern hauptsächlich dazu dienen, die Zeiten der Überproduktion aufzuzeigen. 7
IST-Analyse 2.2 Wärme Um den Wärmeenergiebedarf für Baudenbach zu ermitteln, muss auf Annahmewerte zurückgegriffen werden. Wie in Abbildung 6 zu erkennen ist, wird hier die Wohnfläche für eine bzw. zwei Wohneinheiten in Abhängigkeit deren Baujahre angegeben. Des Weiteren werden in Abbildung 7 die Energieverbrauchswerte in Abhängigkeit der Wohneinheitsgrößen und deren Baujahre veranschaulicht. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass die meisten Gebäude in Baudenbach nur aus einer Wohneinheit bestehen. Abbildung 6: Wohnfläche für 1-2 Wohneinheiten und deren Baujahre (Deutsche Energie-Agentur (dena) 2016) Auf Basis dieser Daten kann der Wärmeenergiebedarf in Abhängigkeit von Wohnfläche und Baujahr (Tabelle 1) ermittelt werden. Dabei berechnet sich die Nutzfläche aus der Wohnfläche mal dem Faktor 1,275 (Deutsche Energie-Agentur (dena) 2016). Die Nutzfläche ist die Wohnfläche, plus die Fläche, die entsprechend zur Zweckbestimmung benutzt werden kann. Hierzu gehören Raumkategorien wie beispielsweise, Lagern, Verkaufen, Büroarbeit oder Pflegen (DIN 277-1, Begriffserläuterungen 2019). 8
IST-Analyse Abbildung 7: Energieverbrauchswerte für verschiedene Wohneinheitsgrößen und Baujahre (Deutsche Energie-Agentur (dena) 2016) Durch die Multiplikation von Nutzfläche und Energiebedarf ergibt sich dann der Wärmeenergiebedarf. Die Energiebedarfswerte für die Gebäude ab 2009 beziehen sich auf die maximale erlaubten Bedarfswert der EneV. Zudem konnte in Tabelle 2 der Wärmeenergiebedarf des Rathauses, des Kindergarten, der Feuerwehr und der Gemeindehalle ermittelt werden, dabei wurde der Wirkungsgrad der Ölheizungen abgeschätzt (Deutsche Energie-Agentur (dena) 2016). Tabelle 1: Gebäudewärmeenergiebedarf in Abhängigkeit der Wohnfläche und Baujahr Baujahr Wohnfläche Nutzfläche Energiebedarf Wärmeenergiebedarf [m2] [m2] [kWh/(m2*a)] [kWh/a] bis 1918 107 136,43 160 21.828,00 1919-1948 104 132,60 163 21.613,80 realer 1949-1978 112 142,80 160 22.848,00 Energie- verbrauch 1979-1990 122 155,55 139 21.621,45 1991-2000 124 158,10 114 18.023,40 2001-2008 131 167,03 85 14.197,13 EnEV 2009 140 178,50 80 14.280,00 Mindest- EnEV 2014 140 178,50 80 14.280,00 anforderungen nach EnEV EnEV 2016 140 178,50 60 10.710,00 EnEV 2019/21 140 178,50 40 7.140,00 Rathaus 1996 480 612,00 114 69.768,00 Kindergarten Altbau 1975 420 535,50 160 85.680,00 Kindergarten Neubau 2016 170 216,75 60 13.005,00 9
IST-Analyse Tabelle 2: Wärmeenergiebedarf der Feuerwehr und der Gemeindehalle Bau- Heizöl- Heizwert Energieinhalt Wirkungsgrad Wärmeenergie- jahr verbrauch Ölheizung bedarf [l/a] [kWh/l] [kWh] [kWh/a] Feuerwehr 2000 2066 9,8 20.246,80 0,8 16.197,44 Gemeindehalle 1992 3882 9,8 38.043,60 0,8 30.434,88 Mit Hilfe der Tabelle 1 und den Baujahrangaben der Gebiete, lässt sich der Wärmeenergiebedarf sowohl graphisch (Abbildung 8), als auch in Form einer Tabelle (Tabelle 3) darstellen. Um die restlichen Gebiete für Baudenbach zu ermitteln, werden weitere Daten benötigt. Abbildung 8: Wärmeenergiebedarfskarte Baudenbach 10
IST-Analyse Tabelle 3: Wärmeenergiebedarf pro Gebiet Farbskala Baujahr Energiebedarf pro Energiebedarf pro Gebiet Einfamilienhaus [kWh/a] [kWh/a] 1973 - 1980 22.800 957.600 1982 - 1983 21.600 1.317.600 1993 - 2000 18.000 1.278.000 2003 - 2013 14.200 227.200 2016 10.700 53.500 Die Neubauten in Baudenbach heizen überwiegend mit Wärmepumpen, dagegen werden die älteren Gebäude oftmals mit Holz, d.h. über Kachelöfen, und Heizöl beheizt. Anzumerken ist, dass die Berechnungen auf einigen Abschätzungen beruhen. Z.B. konnten keine Informationen zu den genauen Flächen der Gebäude und der Anzahl an renovierten Gebäuden ermittelt werden. Die Berechnungen sollen einen Gesamtüberblick schaffen, anhand welchem zukünftige Maßnahmen diskutiert und abgeschätzt werden können. Abschließend ist in Tabelle 4 die Wärmeerzeugung der Biogasanlage Sandmann dargestellt. Mit der erzeugten Wärme der Biogasanlage besteht die Möglichkeit ein 150 – 200 kW Nahwärmenetz zu betreiben. Tabelle 4: Wärmeerzeugung der Biogasanlage Sandmann Biogasanlage Sandmann Durchschnittliche Leistung [kW] 245 davon für Fermenter [kW] 60 Zu Verfügung stehende Wärme [kW] 185 Zu Verfügung stehende Gesamtwärmemenge 1.626.228,00 pro Jahr (2018) [kWh] Mögliche Abgabe an Nahwärmenetz [kW] 150 - 200 11
Lösungsstrategien Strom 3 Lösungsstrategien Strom Wie bereits erwähnt, ist die Gemeinde Baudenbach besonders im Bereich der Stromproduktion durch Erneuerbare Energien sehr gut aufgestellt. Um auch in Zukunft auf eine möglichst umweltfreundliche Art Strom zu beziehen wurden sich im folgenden Kapitel einige Lösungsstrategien für diesen Bereich überlegt. Es wird erläutert, wie der Eigenverbrauch innerhalb der Kommune gesteigert werden kann, welche Verpflichtungen es für Neubauten geben könnte und auf welche Art der Strom gespeichert werden kann. Zu Letzt wird eine regionale Stromhandelsplattform vorgestellt. 3.1 Eigenverbrauchssteigerung innerhalb der Kommune Bekommt eine Anlage nicht mehr die Vergütung laut EEG ist mit drastischen Umsatzeinbußen zu rechen. Um zu vermeiden, dass selbst produzierter Strom günstig verkauft und genutzter teuer eingekauft wird, ist es wichtig den Eigenverbrauch möglichst hoch zu halten. Damit dies möglich ist wurden verschiedene Ideen im Folgenden zusammengefasst und dargestellt. 3.1.1 Stromdurchleitung von Gemeindehalle zum Wasserhaus Das Ziel ist den selbst erzeugten Strom der Gemeinde durch die PV-Anlage auf der Gemeindehalle zu nutzen, um die Pumpe der Wasserversorgung zu betreiben. Es gilt zu prüfen ob dies im rechtlichen Rahmen möglich ist. Aus (Moench 2013) geht hervor, dass der Eigenverbrauch von PV-Strom der Kommune nur ohne Durchleitung durchs öffentliche Stromnetz oder bei räumlicher Nähe möglich ist. Räumliche Nähe bzw. räumlicher Zusammenhang von Stromerzeugung und Verbrauch definiert sich dabei als „auf demselben Grundstück oder auf dem benachbarten Grundstück“ (Moench 2013). Damit ist der Betrieb der kommunalen Wasserversorgung mit eigenem PV-Strom von der Gemeindehalle nach derzeitiger Rechtslage nicht möglich. Durch die bereits Anfang 2019 verabschiedete EU-Richtlinie „Clean Energy for all Europeans“ könnte sich dies jedoch ändern, da dort explizit das Recht auf Eigenverbrauch gestärkt werden soll. Allerdings bleibt abzuwarten, wie diese Richtlinie bis 2021 in deutsches Recht umgesetzt wird. Eine Möglichkeit könnte hier eine bilaterale Zusammenarbeit mit dem Stromnetzbetreiber sein, um dessen Netz für die Durchleitung in Anspruch zu nehmen. Eine Anfrage an die Main-Donau-Netz GmbH, wie diese Durchleitung konkret funktionieren könnte, wurde gestellt, jedoch noch ohne Antwort. 12
Lösungsstrategien Strom 3.1.2 Ladestrom für Elektromobilität Elektromobilität bietet das Potential, das Verkehrssystem klimafreundlicher zu gestalten und durch lokale Emissionsfreiheit und weniger Lärm die Lebensqualität in Kommunen zu verbessern. Sie bietet rein prinzipiell die Chance den Strom zu vermarkten, der überschüssig produziert wird und reduziert zudem die Belastung der Netze. Außerdem würde ein weiterer Ausbau den Klimaschutzzielen der Bundesregierung Deutschland und der Quote für E-Autos im Straßenverkehr von einer Millionen Stück bis 2022 zu Gute kommen (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 2019). Wie Abbildung 9 Anzahl der Neuzulassungen von Elektroautoszeigt, ist Deutschland hierbei bereits auf einem guten Weg. Kommunen spielen eine wichtige Rolle für den Markthochlauf von Elektromobilität. So können Städte und Gemeinden beim Thema Elektromobilität eine Vorreiterrolle und Vorbildfunktion einnehmen (Wilhelm 2019). Neben der Umstellung der eigenen Flotte können sie den Ausbau der Infrastruktur weiter vorantreiben oder den Bürgern beratend zur Seite stehen. Wie dies in Kombination mit der Vermarktung von Überschussstrom gelingen kann wird nachfolgend aufgezeigt. Abbildung 9 Anzahl der Neuzulassungen von Elektroautos (Statista 2019) 13
Lösungsstrategien Strom Es soll beispielhaft gezeigt werden, wie ein Konzept zur Umsetzung des oben beschriebenen Problems erstellt und umgesetzt werden kann. Im ersten Schritt gilt es hierbei die hauptsächliche Fahrergruppe zu ermitteln. Im Fall der Gemeinde Baudenbach besteht diese hauptsächlich aus dem Individualverkehr und weniger aus Flottenverkehr. Wenngleich letzterer durchaus sinnvoll sein kann, wie im weiteren Verlauf ersichtlich wird. Da die Mehrheit der sich in der Gemeinde befindlichen Fahrzeuge für den Weg zur Arbeit genutzt werden, muss die Nutzung des Überschussstroms zur Mittagszeit spezieller untersucht werden. Ein Anreizsystem für den geladenen Strom zu Spitzenzeiten erscheint daher als zwingend notwendig. Hierfür müssen zunächst jedoch einige Grundparameter erläutert werden. Im Bereich der Ladesäulen unterscheidet man grundsätzlich zwischen den Normalladepunkten, was einer Ladeleistung von ca. 22 kW entspricht und den sogenannten Schnelladepunkten. Letztere weisen Leistung von mehr als 22 kW auf und sorgen somit für eine weitaus geringere Ladezeit. Ladestecker unterscheiden sich neben der Ladeleistung auch hinsichtlich des Fahrzeugtyps. So kann der klassische Schuko Stecker eine Leistung bis maximal 3,7 kW übertragen, während die Supercharger der Tesla Modelle oder die CHAdeMO Stecker der asiatischen Modelle 100 kW oder mehr übertragen können (Jaeger 2017). Die Ladepunkte können privat, öffentlich oder halböffentlich sein, wobei halböffentliche Punkte geringere Kriterien hinsichtlich mancher Bestimmungen, wie Barrierefreiheit aufweisen müssen. Die Abrechnung des öffentlichen oder halböffentlichen Stroms kann entweder mittels RFID- Karte oder einer App im Smartphone mittels Bluetooth Schnittstelle erfolgen. Die klassische Bezahlmethode per Bargeld oder Karte an einer Kasse ist gegenwärtig wenig verbreitet, wenngleich dies durch die Ladestationenverordnung II ermöglicht werden soll. (R+V24 2017) Die Preise pro kWh sind meist vorab vereinbart und liegen bei allen Anbietern im Bereich um die 30 ct/kWh. (ADAC 2019) Eine Regeländerung, die Ladesäulenbetreiber verpflichtet intelligente Messgeräte zu verbauen, welche den Fahrzeugbesitzern ermöglichen den aktuellen Strompreis pro kWh einzusehen, macht gerade im Zusammenhang mit flexiblen Stromtarifen Hoffnung. (Tagesspiegel 2019) Neben der Anbindung an das Nieder- oder Mittelstromnetz muss die Ladestation auch zwingend über eine Internetanbindung verfügen. Diese stellt sicher, dass die Ladestation im Falle von Störungen oder dergleichen mit dem Betreiber kommunizieren kann. Für die Gemeinde Baudenbach gilt es nun zu überlegen, in welcher Form Elektromobilität mit den erneuerbaren Energien sinnvoll zu kombinieren ist. Der Großteil der Autos wird, aufgrund oben genannter Gründe, aller Voraussicht nach tagsüber unterwegs sein. Wie im Laufe der Arbeit entsprechend aufgezeigt, ist allerdings genau dies der Zeitpunkt, in der der Strom aus den erneuerbaren Quellen überschüssig vorhanden ist. Den Pendlerverkehr zu 14
Lösungsstrategien Strom forcieren ist somit nur schwer möglich. Ein durchaus sinnvoller Ansatz wäre jedoch im Ortskern und in der Gemeinde Sharing Produkte anzubieten, die die private Fahrzeugflotte auf den ersten Blick nicht tangieren. Diese Fahrzeuge, z.B. E-Autos, Elektrobikes oder auch Elektrolastenräder, könnten mittags geladen werden und morgens, abends oder nachts günstig von der Bevölkerung gebucht werden. Vergleicht man die Preise der genannten Strompreise von rund 30 ct/kWh mit den Gestehungskosten von PV-Strom (ca. 10 ct/kWh) könnten diese Sharing Angebote derart günstig angeboten werden, dass sie die Nutzung des eigenen PWKs unattraktiv machen. Dieser Preisunterschied könnte die Nutzung eines eigenen Elektrofahrzeugs allerdings auch für Privatpersonen interessant machen. Schichtarbeiter beispielsweise könnten somit von den geringen Verbrauchskosten profitieren. Und nicht nur der Käufer, auch der Verkäufer des erneuerbaren Stroms würde von Preisen profitieren, die die Einspeisevergütung übersteigen. Sinnvoll erscheinen mehrere öffentliche Schnellladepunkte mit einer Leistung größer 22 kW bzw. eine 100 kW Säule mit mehreren 22 kW Ladepunkten. Die Abrechnung mittels RFID bzw. einer App ist als sinnvoll zu erachten. Zur Umsetzung dieser Idee müssen zuerst die Fahrzeuge angeschafft werden, wobei diese auch von großen Förderungen profitieren können. Weiterhin muss geklärt werden wie Tarifmodelle aussehen könnten und wie das System betrieben werden kann. Sinnvoll ist es die Preise so zu staffeln, dass die Aufladung zur Tageszeit einen Anreiz hat. Plattformen für Sharing Produkte, wie beispielsweise Moqo, können als Partner ins Boot geholt werden. Einzig die Abrechnungsmodalitäten könnten ein Problem darstellen. Rechtliche Vorschriften bestimmen diese und sind entscheidend bei einer direkten Abrechnung zwischen zwei Parteien. Wie dies zukünftig aussehen soll, wird im nächsten Kapitel erläutert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Umsetzung einer auf erneuerbarer Energie basierten Ladeinfrastruktur für Elektromobilität als überaus sinnvoll erscheint. Klar ist, dass sich je nach Umsetzung des Konzepts gegebenenfalls finanzielle Defizite in den ersten Jahren auftreten können. Der Beitrag zu einer emissionsfreien Verkehrswende und das daraus resultierende positive Image kompensieren dies jedoch. Außerdem können dadurch Wertschöpfung und Ressourcen innerhalb der Gemeinde gehalten werden. 3.1.3 Prüfung rechtlicher Rahmenbedingungen Bürger und Bürgerinnen, die in die Ökostromproduktion einsteigen wollen, werden aktuell durch die EU-Gesetzgebung noch unzureichend gefördert. Die Europäische Union (EU) hat nun Anfang 2019 das „Clean energy for all Europeans“ Paket beschlossen. Dieses aus 15
Lösungsstrategien Strom verschiedenen Richtlinien und Verordnungen bestehende Rechtspaket soll eine saubere und faire Energiewende auf allen Ebenen ermöglichen (Europäische Kommission 2018). Für den Nachbarstrom oder die sogenannte Bürgerenergie ist vor allem die Erneuerbare Energien Richtlinie II (REDII) von Bedeutung. Diese verankert das neue Bürgerrecht, Erneuerbare Energien zu erzeugen, verbrauchen, handeln und speichern zu können (Friends of the Earth Europe 2019). Da es sich bei den Gesetzen um EU-Richtlinien handelt, die einen gewissen Spielraum bieten und bis zum 30. Juni 2021 in deutsches Recht umgewandelt werden müssen, besteht die Möglichkeit, dass einzelne Details in Deutschland von der Richtlinie abweichen. Zunächst wird in Artikel 2 RED II der Begriff „Eigenversorger im Bereich erneuerbare Elektrizität“ definiert. Dieser beschreibt „ (…) einen Endkunden, der an Ort und Stelle innerhalb definierter Grenzen oder, sofern die Mitgliedstaaten dies gestatten, an einem anderen Ort für seine Eigenversorgung erneuerbare Elektrizität erzeugt und eigenerzeugte erneuerbare Elektrizität speichern oder verkaufen darf, sofern es sich bei diesen Tätigkeiten (…) nicht um die gewerbliche oder berufliche Haupttätigkeit handelt“ (europäische Parlament und Rat der europäischen Union 11.12.2018, Artikel 2). Artikel 21 RED II beschäftigt sich genauer mit dem Eigenversorger im Bereich erneuerbare Elektrizität. In Absatz 2 des Artikels ist eindeutig geregelt, dass Eigenversorger im Bereich erneuerbare Elektrizität individuell oder über Aggregatoren berechtigt sind a) erneuerbare Energie einschließlich für die Eigenversorgung zu erzeugen und die Überschussproduktion von erneuerbarer Elektrizität zu speichern und, auch mittels Verträge über den Bezug von erneuerbarem Strom, Liefervereinbarungen mit Elektrizitätsversorgern und Peer-to-Peer-Geschäftsvereinbarungen, zu verkaufen, ohne dass i) die von ihnen verbrauchte, aus dem Netz bezogene Elektrizität oder die von ihnen in das Netz eingespeiste Elektrizität diskriminierenden oder unverhältnismäßigen Verfahren, Umlagen und Abgaben sowie Netzentgelten unterworfen ist, die nicht kostenorientiert sind; ii) die eigenerzeugte Elektrizität aus erneuerbaren Quellen, die an Ort und Stelle verbleibt, diskriminierenden oder unverhältnismäßigen Verfahren und jeglichen Abgaben, Umlagen oder Gebühren unterworfen ist; (europäische Parlament und Rat der europäischen Union 11.12.2018, Artikel 2 (2)) Der Artikel 21 (2) Satz a ist jedoch durch Absatz 3 eingeschränkt. Dieser ermöglicht nichtdiskriminierende und verhältnismäßige Umlagen, Abgaben und Gebühren zu erheben, wenn 16
Lösungsstrategien Strom a) (…) die eigenerzeugte erneuerbare Elektrizität im Rahmen von Förderregelungen effektiv gefördert wird, jedoch nur in dem Umfang, dass die Rentabilität des Projekts und der Anreizeffekt der betreffenden Förderung dadurch nicht untergraben werden, oder b) ab dem 1. Dezember 2026, wenn der Gesamtanteil an Eigenversorgungsanlagen über 8 % der in einem Mitgliedstaat insgesamt installierten Stromerzeugungskapazität liegt (…), oder c) wenn die eigenerzeugte erneuerbare Elektrizität in Anlagen mit einer installierten Gesamtstromerzeugungskapazität von über 30 kW produziert wird. (europäische Parlament und Rat der europäischen Union 11.12.2018, Artikel 21 (3)) Ferner regelt Art.21 (2) Satz b, dass für die Eigenversorgung zusammengeschaltete Stromspeichersysteme keine doppelten Umlagen- oder Abgabenbelastung unterworfen sind. Zudem muss laut Art.21 (2) Satz d der eingespeiste Strom mindestens mit dem Marktwert vergütet werden. Absatz 5 des Artikels 21 regelt, dass die Anlagen von Eigenversorgern auch im Besitz Dritter sein können, wenn der Dritte weiterhin den Weisungen des Eigenversorgers unterliegt. Dies steht im Konflikt mit dem §3 Nr. 19 EEG, der Eigenversorgung als „ de(n) Verbrauch von Strom, den eine natürliche oder juristische Person im unmittelbaren räumlichen Zusammenhang mit der Stromerzeugungsanlage selbst verbraucht, wenn der Strom nicht durch ein Netz durchgeleitet wird und diese Person die Stromerzeugungsanlage selbst betreibt“ (EEG 2017, 3 Nr. 19) beschreibt. Laut Richtlinie muss dabei der Regulierungsrahmen folgende Punkte abdecken (Friends of the Earth Europe 2019, S. 18): • Beseitigung ungerechtfertigter rechtlicher und administrativer Hindernisse • Diskriminierungsfreiheit (durch beispielsweise andere Versorger) • Faire, verhältnismäßige, transparente und kostenorientierte Netzentgelte und sonstige Umlagen, Abgaben und Steuern • Faire, verhältnismäßige und transparente Zulassungs- und Registrierungsverfahren • Zugang zu Kapital und Informationen • Zugang für sozial schwache, energiearme BürgerInnen und MieterInnen • Zusammenarbeit zwischen Kommunen und Gemeinschaften 17
Lösungsstrategien Strom Zusammenfassend ist zu sagen, dass die RED II eine sehr vielversprechende Richtlinie ist, die einen Verkauf von Überschussstrom innerhalb definierter Grenzen ermöglicht. Zu beobachten ist, wie dies, vor allem im Hinblick auf Artikel 21 (2) und (3), der Umlagebefreiung, in deutsches Recht umgewandelt wird. Weiterführende Literatur zu dem Thema bietet das Dokument „Europa entfesselt – Die Energiewende in Bürgerhand “ des Bundes für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. 3.2 Verpflichtung für Neubauten Die Stadt Heidelberg ist mit ihrem neuen Stadtviertel „Bahnstadt“ Vorreiter in Sachen Gebäudeeffizienz. Auf dem 116 Hektar großen Gebiet ist der Passivhaus-Standard vorgeschrieben, somit entsteht hier die aktuell größte Passivhaussiedlung der Welt (Janzig 2019) Abbildung 10 Heidelberg – Bahnstadt (Stadt Heidelberg) Ein Passivhaus definiert sich durch verschiedene Kenngrößen: Der jährliche Heizwärmebedarf pro Quadratmeter darf 15 kWh (1,5l Heizöläquivalent) nicht überschreiten Für die Gebäudehülle ist eine maximale Luftdurchlässigkeit von 0,05 [m³/(m²h)] bei 50 Pa vorgegeben Der gesamte Primärenergiebedarf (einschließlich Haushaltsstrom) darf höchstens 120 kWh pro Quadratmeter und Jahr betragen. Der Heizwärmebedarf kann mit dem Energiebilanzierungs- und Planungstool „PHPP“ ermittelt werden. So konnten in Heidelberg die gebäudebezogenen CO2-Emmisionen von zwei Tonnen, um 94% auf 0,13 Tonnen pro Person und Jahr gesenkt werden (Janzig 2019). 18
Lösungsstrategien Strom Eine verbindliche Festschreibung des Standards ist nach Aussage der Stadtverwaltung formal nicht schwierig gewesen. Die Stadt hat das ehemalige Güter- und Rangierbahnhofviertel gekauft und die entsprechenden baulichen Verpflichtungen (unter anderem auch eine Begrünung der Dachflächen) in die Kaufverträge geschrieben (Janzig 2019). Die Richtlinie 2010/31/EU über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden verpflichtet ihre Mitgliedsstaaten in Artikel 9, dass bis 31. Dezember 2020 alle neuen Gebäude Niedrigstenergiegebäude sind. Der Markt Baudenbach könnte mit der baulichen Verpflichtung des Passivhausstandards im geplanten Neubaugebiet bereits heute Maßstäbe für die Gebäudeeffizienz setzen und so sein ökologisches Bewusstsein weiter verankern. Eine weitere mögliche baurechtliche Vorschrift wäre, die größte Dachfläche verpflichtend Richtung Süden vorzuschreiben. Somit sind bereits vor dem Bau gute Standortbedingungen für PV- und Solarthermische-Anlagen geschaffen, denn üblicherweise ist die Photovoltaikausbeute dort am höchsten. 3.3 Stromspeicher Um Überschussstrom besser nutzen zu können, ist vor allem für private Haushalte ein Stromspeicher eine interessante Möglichkeit. Die Eigenverbrauchsoptimierung durch einen Batteriespeicher wird immer lukrativer und beliebter. 3.3.1 Systeme für private Haushalte Batteriespeichersysteme in Haushalten sorgen dafür, dass der erzeugte Strom durch die eigene PV-Anlage in einem höheren Grad selbst verbraucht werden kann. Dabei wird Überschussstrom, bspw. zur Mittagszeit, zwischengespeichert. Anschließend wird in den Abendstunden eben jener Strom aus der Batterie im Haushalt genutzt. Des Weiteren bieten solche Systeme zusätzliche Vorteile für den Besitzer. Viele Speicher besitzen eine Notstromfunktion, mit welcher sichergestellt wird, dass bei Netzausfällen die Stromverbraucher weiterhin versorgt werden können. Auch die Verminderung der Strombezugskosten ist ein wichtiger Aspekt bei der Anschaffung. Batteriespeicher gibt es in vielen verschieden Größen und Ausführungen. Der Zelltyp, welcher zurzeit der beliebteste und am stärksten verbreitetste ist, ist jener auf Lithiumbasis. Bleisysteme haben dagegen an Beliebtheit verloren, dies hat den Grund, dass Lithiumsysteme bessere Eigenschaften bieten. Weitere Systeme sind Redox-Flow- Batterien, diese sind jedoch noch nicht vollständig ausgereift, weshalb nur wenige 19
Lösungsstrategien Strom marktfähige Systeme existieren. Bei der Größe des Speichers gilt es diverse Aspekte zu berücksichtigen, zum einen die Größe der Solaranlage, den Stromverbrauch, sowie die Investitionslust des Käufers, da größere Systeme natürlich auch mit höheren Kosten einhergehen. Eine Faustregel besagt, dass der Speicher in etwa einer Kapazität einer Kilowattstunde je Megawattstunde Stromverbrauch betragen sollte (Christian Münch GmbH). Genaue rechnerische Angaben für Speichersysteme gibt es jedoch nicht, am Ende entscheidet der Kunde selbst, wie groß die Batterie dimensioniert werden soll und diese Entscheidung hängt stark an den oben bereits genannten Faktoren. Die treibende Kraft bei einem Kauf ist und bleibt wohl jedoch der wirtschaftliche Aspekt. Um diesen genauer zu beleuchten wird im Anschluss eine Rechnung vollzogen, welche aufzeigt, nach wie vielen Jahren ein solcher Speicher amortisiert ist. Dazu werden verschiedene Varianten betrachtet. Neben unterschiedlichen Größen der Speicher, werden auch unterschiedlich große Photovoltaikanlagen betrachtet. Die Berechnungen beziehen sich ausschließlich auf Anlagen, welche aus dem EEG auslaufen und somit keine staatliche Förderung mehr erhalten werden. Dadurch ist es von großer Wichtigkeit so viel eigenproduzierten Strom selbst zu verbrauchen wie möglich. Werden die Solaranlagen in Baudenbach betrachtet, welche in den nächsten Jahren aus dem EEG ausscheiden, so ergeben sich Größen im Bereich von 1,12 kW bis 34,8 kW und im Mittel von ca. 13 kW (Gemeinde Baudenbach). Für die Berechnung werden nun drei verschiedene PV-Anlagen mit den Größen 8 kW, 13 kW und 18 kW angenommen, wie Tabelle 5 aufgezeigt. Tabelle 5: Größe PV-Anlagen PV Option 1 8 kW PV Option 2 13 kW PV Option 3 18 kW Auch bei den Speichern werden drei verschiedene Variationen betrachtet. Neben zwei standardmäßigen Lithiumsystemen, ist noch eine Redox-Flow-Batterie in der Aufstellung aufgeführt. In Tabelle 6 sind diese noch einmal aufgeführt. Tabelle 6: Speichersysteme (C.A.R.M.E.N. e. V. 2018) Firma Akasol GmbH - neeoBy Energy Depot VoltStorage Akasol GmbH GmbH Produktbezeichnung neeoSystem Typ 2 ESS Pilum 6.0 VoltStorage SMART Zelltyp LiNMC LiFePO4 VRFB Nutzkapazität 10 kWh 5,4 kWh 6,2 kWh Preis 12.127,00 € 6.640,00 € 5.950,00 € 20
Lösungsstrategien Strom Mithilfe eines „Unabhängigkeits“-Rechners können nun die Autarkie- und Eigenverbrauchsgrade berechnet werden (Memodo GmbH). Errechnet werden diese Werte dabei anhand der Größe der PV-Anlage, der Speichergröße und dem jährlichen Strombedarf. In Tabelle 7 sind die nun berechneten Autarkiegrade aufgeführt, sowie die durch die Batterie zusätzlich generierte Autarkie. Tabelle 7: Autarkiegrad Autarkie Speicher 1 Speicher 2 Speicher 3 PV-Option 1 78% 70% 72% davon Batterie 45% 36% 38% PV-Option 2 84% 74% 77% davon Batterie 47% 37% 40% PV-Option 3 87% 76% 79% davon Batterie 48% 38% 41% In Tabelle 8 ist eine ähnliche Aufstellung mit dem Unterschied, dass es sich um den prozentualen Eigenverbrauch des erzeugten Stroms handelt. Tabelle 8: Eigenverbrauchsgrad Eigenverbrauch Speicher 1 Speicher 2 Speicher 3 PV-Option 1 42% 37% 39% davon Batterie 25% 20% 21% PV-Option 2 28% 24% 25% davon Batterie 16% 13% 14% PV-Option 3 21% 18% 19% davon Batterie 12% 9% 10% Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Rechnung stellen der Strompreis und der Stromverbrauch dar. Da der Strompreis in letzter Zeit jährlich angestiegen ist, muss auch diese Steigung berücksichtigt werden. Mithilfe der Preissteigerungsrate und dem Mittelwertfaktor wird ein durchschnittlicher Strompreis über die nächsten 20 Jahre berechnet. 21
Lösungsstrategien Strom ( ) = ( √ − 1) ∗ 100 0 7 30,22 / ℎ = (√ − 1) ∗ 100 = 0,67 % 28,84 / ℎ 1+ (1 + ) − (1 + ) ( ) = ∗ ∗ − (1 + ) − 1 1 + 0,0067 (1 + 0,02)20 − (1 + 0,0067)20 = ∗ 0,02 ∗ = 1,0687 0,02 − 0,0067 (1 + 0,02)20 − 1 = ∗ = 1,0687 ∗ 30,22 = 32,30 / ℎ ℎ Die für die Berechnung notwendigen Zahlen, sowie das Ergebnis werden in Tabelle 9 noch einmal anschaulich aufgeführt. Tabelle 9: Strompreise (Rutschmann 2019) Strompreis 2013 28,84 ct/kWh Strompreis 2019 30,22 ct/kWh Angenommener Zinssatz 2,0 % Nutzungsdauer 20 Jahre Strompreis Nutzungsdauer 32,30 ct/kWh Die Nutzungsdauer der Speicher wurde dabei auf 20 Jahre festgelegt, auch wenn bei den Lebensdauerberechnungen (jährliche Zyklenzahl durch die maximale Zyklenzahl der Herstellerangabe) oft Werte über 30 Jahre das Ergebnis waren. Beim Stromverbrauch wurde ein durchschnittlicher 4-Personen Haushalt zu Grunde gelegt. Dieser hat einen ungefähren Verbrauch von ca. 4.000 kWh jährlich (CO2online). In Tabelle 10, Tabelle 11 und Tabelle 12 sind die Ergebnisse tabellarisch aufgegliedert. Zu erkennen sind erhebliche Unterschiede je nach Größe des Speichers aber auch der PV- Anlage. 22
Lösungsstrategien Strom Tabelle 10: Berechnung PV 8 kW PV-Option 1 PV-Anlage 8 kW Speicheroption 1 10 kWh Speicheroption 2 5,4 kWh Speicheroption 3 6,2 kWh Eigenverbrauch Gesamt durch Batterie Speicheroption 1 3.120 kWh 1.800 kWh Speicheroption 2 2.800 kWh 1.440 kWh Speicheroption 3 2.880 kWh 1.520 kWh vermiedene Stromkosten/a Amortisation Speicheroption 1 581,34 € 20,9 a Speicheroption 2 465,07 € 14,3 a Speicheroption 3 490,91 € 12,1 a Tabelle 11: Berechnung PV 13 kW PV-Option 2 PV-Anlage 13 kW Speicheroption 1 10 kWh Speicheroption 2 5,4 kWh Speicheroption 3 6,2 kWh Eigenverbrauch Gesamt durch Batterie Speicheroption 1 3.360 kWh 1.880 kWh Speicheroption 2 2.960 kWh 1.480 kWh Speicheroption 3 3.080 kWh 1.600 kWh vermiedene Stromkosten/a Amortisation Speicheroption 1 607,18 € 20,0 a Speicheroption 2 477,99 € 13,9 a Speicheroption 3 516,75 € 11,5 a 23
Lösungsstrategien Strom Tabelle 12: Berechnung PV 18 kW PV-Option 3 PV-Anlage 18 kW Speicheroption 1 10 kWh Speicheroption 2 5,4 kWh Speicheroption 3 6,2 kWh Eigenverbrauch Gesamt durch Batterie Speicheroption 1 3.480 kWh 1.920 kWh Speicheroption 2 3.040 kWh 1.520 kWh Speicheroption 3 3.160 kWh 1.640 kWh vermiedene Stromkosten/a Amortisation Speicheroption 1 620,10 € 19,6 a Speicheroption 2 490,91 € 13,5 a Speicheroption 3 529,67 € 11,2 a Durch die Rechnungen wurde erkenntlich, dass ein Stromspeicher durchaus eine lohnende Investition sein kann. Große Systeme besitzen eine längere Amortisationsdauer, jedoch kann damit auch mehr Strom selbst verbraucht werden. Kleinere Systeme hingegen sind schneller abbezahlt und können bereits ab ca. zwölf Jahren „Gewinn“ einbringen. Vieles hängt auch an der tatsächlichen Größe der PV-Anlage, weswegen eine individuelle Beratung von großer Wichtigkeit ist. Bei dieser Art der Rechnung gilt es zu beachten, dass es sich hier um eine grobe Abschätzung handelt. Wartungs- und Reparaturkosten sind nicht mitinbegriffen, welche die Amortisationsdauer noch etwas in die Länge ziehen können. Auch wird hier von einem konstanten Stromverbrauch, sowie einer konstanten Stromerzeugung über das ganze Jahr hinweg ausgegangen. Für eine erste Einschätzung, ob ein Speicher sinnvoll bzw. interessant ist, lohnt sich ein Blick auf die Ergebnisse jedoch allemal. Bis vor kurzem erhielten Käufer zudem noch eine Förderung vom Staat, diese ist jedoch seit 2019 abgelaufen. Unter Umständen kann so eine Förderung auch in nächster Zeit wieder stattfinden und einen weiteren Anreiz für einen Kauf darstellen. Auch kann eine Kommune selbstständig eine Förderung ins Leben rufen. Beispielsweise erhalten Bürger und Bürgerinnen in München eine extra Förderung beim Kauf eines Stromspeichers. Unter Umständen könnte auch das eine Möglichkeit in Baudenbach sein, um das Interesse an Energiespeichern zu steigern. 24
Lösungsstrategien Strom 3.3.2 Kommunaler Großspeicher Eine weitere Möglichkeit Speichertechnologien zu nutzen, ist ein größer dimensionierter Speicher, welcher nicht nur einen Haushalt versorgt, sondern ein ganzes Gebiet bzw. Quartier. Dadurch müsste sich nicht jeder PV-Anlagenbetreiber einen eigenen Speicher erwerben, wie in Abbildung 11 dargestellt, sondern ein gemeinsamer Großspeicher, wie in Abbildung 12 dargestellt, würde ausreichen. Der Batterieladestand wäre hierbei ein rein theoretischer Wert. Abbildung 11:Quartier mit dezentralen Speichereinheiten (Müller und Welpe 2017) Abbildung 12: Quartier mit zentraler Speichereinheit (Müller und Welpe 2017) 25
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