Kurzbericht Nahwärmeverbund Longkamp
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Kurzbericht Nahwärmeverbund Longkamp Birkenfeld, März 2010 Geschäftsführung: Projektleitung: Prof. Dr. Peter Heck Dipl. –Betriebswirt (FH) Thomas Anton Erstellt von: Caterina Orlando I
Verantwortlich im Sinne des Pressegesetzes für den Inhalt sind die Autoren. Aus der Benutzung der Studie können gegenüber der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz keine Schadensersatzansprüche geltend gemacht werden. Die Forschungsanstalt ist bemüht, die Studien auf Wahrheit, Inhalte und Herkunft zu prüfen. Sie kann jedoch beispielsweise die Urdaten von Vor-Ort-Erhebungen, gegebenenfalls verwendete Algorithmen und Hintergrundinformationen nicht prüfen.
Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis III Tabellenverzeichnis III 1. Einführung ........................................................................................................................ 1 2. Technisches Konzept ........................................................................................................ 2 2.1. Gebäude und Anlagentechnik .................................................................................... 2 2.2. Untersuchungsvarianten ............................................................................................. 2 2.2.1. Berechnung der Energiebedarfe ......................................................................... 5 2.2.2. Berechnung der Rohrkennzahlen ....................................................................... 6 2.3. Nahwärmenetz und Hausübergabestation .................................................................. 6 2.4. Standortwahl der Heizzentrale ................................................................................... 8 3. Wirtschaftlichkeitsabschätzung ...................................................................................... 8 3.1. Förderung ................................................................................................................... 9 3.1.1. Förderung HHS- Kessel ..................................................................................... 9 3.1.2. Tilgungszuschuss für Nahwärmenetz und Hausübergabestation ....................... 9 3.2. Kostenermittlung der untersuchten Varianten .......................................................... 10 3.2.1. Berechnung der Brutto-Wärmepreise............................................................... 13 3.2.2. Sensivitätsanalyse............................................................................................. 14 3.3. Emissionsbetrachtung............................................................................................... 17 3.4. Diskussion der Ergebnisse ....................................................................................... 18 4. Fazit und Handlungsempfehlung .................................................................................. 19 Quellenverzeichnis……...………………………………………………………………….20 I
Abkürzungsverzeichnis BAFA Bundesanstalt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle CO2 Kohlendioxid HHS Holzhackschnitzel HÜ Hausübergabestationen IfaS Institut für angewandtes Stoffstrommanagement KfW Kreditanstalt für Wiederaufbau KMR Kunststoffmantelverbundrohr PMR Kunststoffmediumrohr VDI Verein Deutscher Ingenieure II
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Leitungsverlauf kleines Netz........................................................................... 4 Abbildung 2: Leitungsverlauf mittleres Netz ........................................................................ 4 Abbildung 3: Leitungsverlauf großes Netz........................................................................... 5 Abbildung 4: Sensivitätsanalyse (Vergleich Variante 1, 4 und 4.1) ............................... 15 Abbildung 5: Sensivitätsvergleich mit geänderten Preissteigerungsraten ................... 16 Abbildung 6: CO2-Emissionen der Referenzvariante....................................................... 17 Abbildung 7: CO2-Emissionen der Varianten im Vergleich ............................................. 17 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Betrachtete Gebäude und Anlagetechnik ......................................................... 2 Tabelle 2: Untersuchungsvarianten ...................................................................................... 3 Tabelle 3: Berechnung Grund- und Spitzenlasten ............................................................. 6 Tabelle 4: Rohrkennzahlen .................................................................................................... 6 Tabelle 5: Einteilung der Netze in KMR- und PMR- Leitungen ........................................ 7 Tabelle 6: Benötigte Hausübergabestationen ..................................................................... 8 Tabelle 7: Förderung HHS- Kessel bis 100 kW .................................................................. 9 Tabelle 8: Förderung Biomassekessel über 100 kW ......................................................... 9 Tabelle 9: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung KMR-PMR mit Oberflächenwiederherstel- lung .......................................................................................................................................... 11 Tabelle 10: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung KMR-PMR ohne Oberflächenwiederher- stellung .................................................................................................................................... 11 Tabelle 11: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung PMR mit Oberflächenwiederherstellung . 12 Tabelle 12: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung PMR mit Oberflächenwiederherstellung . 12 Tabelle 13: Gemittelte Brutto-Wärmepreise ...................................................................... 13 Tabelle 14: Sensivitätsanalyse ............................................................................................ 15 III
1. Einführung Die Gemeinde Longkamp gehört zur Verbandsgemeinde Bernkastel-Kues im Landkreis Bernkastel-Wittlich in Rheinland-Pfalz. Sie ist seit 1999 staatlich anerkannter Fremdenverkehrsort und liegt am Rande des Hunsrücks, südlich der Mosel. Laut Herrn Franz-Josef Klingels, dem Bürgermeister der Gemeinde, hat der Ort circa 1.200 Einwohner und eine Gesamtfläche von 11,50 km². Der Ortsbürgermeister der Gemeinde Longkamp wandte sich an das Institut für angewandtes Stoffstrommanagement (IfaS), um eine Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsanalyse für die Wärmeversorgung öffentlicher Gebäude auf Basis biogener Festbrennstoffe anzufertigen. In der Gemeinde Longkamp soll die Wirtschaftlichkeit und die technische Umsetzbarkeit für die Wärmeversorgung mittels Nahwärmenetz geprüft werden. Die Nutzung von Holzhackschnitzeln soll der herkömmlichen Heizmethode mittels Heizöl gegenübergestellt werden. Das geplante Nahwärmenetz soll sieben Liegenschaften der Gemeinde Longkamp mit Wärme versorgen. Gegenwärtig erfolgt die Wärmebereitstellung bei sechs der sieben betrachteten öffentlichen Gebäude mittels dezentralen Ölheizungen, das siebte Gebäude (das Feuerwehrhaus) ist mit einer Speicherheizung ausgestattet. Aufgrund der Gespräche mit Herrn Klingels ergab sich, dass der Schwerpunkt der vorliegenden Machbarkeitsstudie auf der thermischen Nutzung von Holzhackschnitzeln (HHS) liegen soll. Die Nutzung von Holz als Energieträger vermeidet, gegenüber der Wärme- bereitstellung mittels Heizöl, CO2-Emissionen. Im vorliegenden Fall kann der Bedarf an Holz durch regionale Ressourcen gedeckt werden, so dass Geldmittel nicht mehr aus der Region fließen, sondern in der Region verbleiben (Stärkung der regionalen Wertschöpfung). Zu beachten gilt, dass diese Machbarkeitsstudie keine technische Fachplanung darstellt. Diese muss separat durch ein entsprechendes Ingenieurbüro ausgeführt werden. 1
Das Forschungsvorhaben dient der Entscheidungsvorbereitung, und der Auswahl der sinnvollsten Alternative mit dem größten wirtschaftlichen Nutzen. Die vorliegende Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsanalyse soll der Gemeinde somit als Entscheidungshilfe dienen. 2. Technisches Konzept Unter diesem Unterpunkt werden die einzelnen öffentlichen Gebäude mit ihren bisherigen Feuerungsanlagen betrachtet und bewertet. Danach folgt das technische Konzept, es beschreibt die Berechnung der Wärmebedarfe, die Auslegung der Heizzentralen sowie die Rohrnetzauslegungen mit den entsprechenden Hausübergabestationen (entsprechend der Untersuchungsvarianten). 2.1. Gebäude und Anlagentechnik Im Rahmen der vorliegenden Machbarkeitsstudie wurden nachfolgende Gebäude betrachtet: Verbrauch Nr. Objekt Wärmeerzeuger IST-Heizleistung [kW] Inst. - Jahr [Liter] 1 Sporthalle Ölkessel 64 6.000 1983 2 Grundschule Ölkessel 58 10.000 1998 3 Lehrerwohnhaus Ölkessel 21 2.000 2008 4 Feuerwehrhaus Speicherheizung 15 2.000 1993 5 Katholische Kirche Ölkessel 140 10.000 2002 6 Kathol. Gemeindesaal Ölkessel 0 ----------- 2002 7 Kindertagesstätte Ölkessel 38,5 8.000 1991 Summe 336,5 38.000 Tabelle 1: Betrachtete Gebäude und Anlagetechnik Die Grundschule und das Feuerwehrhaus gehören zur Verbandsgemeinde. Die Sporthalle (Nutzung als Mehrzweckhalle) und das Lehrerwohnhaus befinden sich im Eigentum der Ortsgemeinde. Die katholische Kirche sowie die Kindertagesstätte sind nicht Eigentum der Gemeinde, werden jedoch durch diese bezuschusst (Sachkosten – Zuschüsse). 2.2. Untersuchungsvarianten In dieser Machbarkeitsanalyse wurden unterschiedliche Varianten der Netzauslegung und Wärmebereitstellung, auf ihre technische Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit hin untersucht. So ergaben sich drei Varianten der Netzauslegung: ein kleines, ein mittleres und ein großes Nahwärmenetz. Im Folgenden sind die Untersuchungsvarianten tabellarisch aufgeführt: 2
Variante 1 Referenzvariante Ersatz oder Sanierung der Ölheizungen Variante 2 Kleines Netz + Heizcontainer Variante 2.1 Kleines Netz + gebaute Heizzentrale Variante 3 Mittleres Netz + Heizcontainer Variante 3.1 Mittleres Netz + gebaute Heizzentrale Variante 4 Großes Netz + Heizcontainer Variante 4.1 Großes Netz + gebaute Heizzentrale Tabelle 2: Untersuchungsvarianten Alle oben genannten Varianten, außer Variante 1, untersuchen die Wärmebereitstellung mittels Nahwärmenetz. Bei den einzelnen Varianten wurden die Grundlastabdeckungen mittels HHS und die Abdeckung der Spitzenlasten mittels Heizöl geprüft. Die einzelnen Varianten werden sich hinsichtlich der Brennstoff- lagerung, der Heizanlagen und –räume unterscheiden. Die Hauptvarianten 2 bis 4 verfügen über einen Heizcontainer mit integrierter Lagerfläche, dahingegen werden bei den Untervarianten 2.1 bis 4.1 gemauerte Heizzentralen und Erdbunker eingesetzt. • Variante 1: Referenzvariante Bei der Referenzvariante sollen die alten Ölheizungen im Bestand saniert werden. Die durchschnittliche Nutzungsdauer solcher Heizanlagen liegt bei etwa 20 Jahren, so dass drei der sieben Anlagen zum jetzigen Zeitpunkt schon stark sanierungsbedürftig sind. Des Weiteren steht bei der Sporthalle eine Kernsanierung an, so dass hinsichtlich dieser baulichen Maßnahmen, ein zentrales Wärmebereitstellungs-konzept umgesetzt werden soll. Dabei soll geprüft werden, ob die Sanierung wirtschaftlicher ist als die Wärmeversorgung mittels Nahwärmenetz. • Variante 2: Kleines Nahwärmenetz An das kleine Nahwärmenetz sollen vier der sieben betrachteten öffentlichen Liegenschaften angebunden werden. Dabei handelt es sich um die Sporthalle, die Feuerwehr, das Lehrerwohnhaus und die Schule, diese befinden sich alle in der Schulstraße. Der Verlauf des Netzes, die anzubindenden Gebäude sowie der Standort der Heizzentrale sind nachfolgendem Kataster-Bild zu entnehmen. 3
Abbildung 1: Leitungsverlauf kleines Netz • Variante 3: Mittleres Nahwärmenetz Bei dieser Variante soll neben den Gebäuden der Variante 2 zusätzlich der Kindergarten in der Andreasstraße an das Nahwärmenetz angeschlossen werden. In untenstehender Abbildung ist die Netzleitung dargestellt. Abbildung 2: Leitungsverlauf mittleres Netz 4
• Variante 4: Großes Nahwärmenetz Die Variante 4 beinhaltet die Versorgung aller in Tabelle 1 genannten Gebäude, dabei handelt es sich um alle betrachteten Liegenschaften aus Variante 3 mit zusätzlicher Anbindung der Kirche in der Schulstraße. Bei dieser Variante kann der Ölkessel aus der Kirche als Spitzenlastkessel eingesetzt werden, somit entfallen die Kosten für die Neuanschaffung eines solchen Kessels und die Investitionskosten werden reduziert. Nachfolgend ist der Verlauf des Nahwärmenetzes dargestellt: Abbildung 3: Leitungsverlauf großes Netz 2.2.1. Berechnung der Energiebedarfe Um eine möglichst genaue Netzdimensionierung zu erhalten, ist der Ist- Energiebedarf der einzelnen Liegenschaften erfasst worden. Durch Addition der einzelnen Ergebnisse ergeben sich je nach Untersuchungsvariante die jährlichen Energiebedarfe. Auf Basis der sich so ergebenden Daten und unter Beachtung der Verluste des Netzes und der Hausübergabestationen errechnen sich neue Endenergiebedarfe. In Tabelle 3 sind nachfolgend die Energiebedarfe, die Leistungen sowie die Grund- und Spitzenlasten der drei Varianten tabellarisch dargestellt: 5
Mittleres Kleines Netz Großes Netz Netz Ist-Energiebedarf [kWh/a] 206.000 286.000 386.000 Ist-Nutzenergiebedarf [kWh/a] 175.100 243.100 328.100 Nutzenergie + Verluste (HÜ/Netz) 209.450 290.789 392.464 [kWh/a] Nennwärmeleistung Netzkessel [kW] 176 244 312 Installierte Leistung Heizzentrale [kW] 159 220 281 Grundlast 50 % (HHS oder Pellet) 79 110 140 Spitzenlast 50 % (Heizöl) 79 110 140 Tabelle 3: Berechnung Grund- und Spitzenlasten 2.2.2. Berechnung der Rohrkennzahlen Die Rohrnetzkennzahl gibt Aufschluss über die Effizienz des Netzes, indem berechnet wird, wie viel Wärmeabsatz je Meter Trassenleitung im Jahr erreicht wird. Somit geben die nachfolgend errechneten Rohrkennzahlen einen ersten Hinweis auf die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Netzvarianten. Mittleres Kleines Netz Großes Netz Netz Wärmebedarf Netz (kWh/a) 173.257 237.105 375.072 Wirkungsgradverluste (kWh/a) 17.326 23.711 37.507 Netzlänge (m) 197 437 516 Rohrnetzkennzahl (kWh/m*a) 792 488 654 Tabelle 4: Rohrkennzahlen Da die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) Nahwärmenetze mit einer Rohrkennzahl von 500 kWh/m*a fördert, lässt sich beim kleinen und großen Netz auf eine wirtschaftliche Realisierung des Nahwärmeprojektes schließen, wobei das kleine Netz auf den ersten Blick die besten Umsetzungschancen mitbringt. Das mittlere Netz erreicht die förderfähige Mindesthöhe der KfW leider nicht. 2.3. Nahwärmenetz und Hausübergabestation Das Nahwärmenetz wird im vorliegenden Fall als Strahlennetz ausgelegt, diese wird aufgrund ihrer einfachen Struktur meist bei kleinen und mittleren Netzen eingesetzt. Im Folgenden sollen zwei Arten der Netzdimensionierung geprüft und gegenüber- gestellt werden: Zur Wärmeverteilung an die einzelnen Objekte sollen die Hauptrassen mit Kunststoffmantelverbundrohren (KMR) und die Nebentrassen, die eine geringere Anschlussleistung aufweisen, mit Kunststoffmediumrohren (PMR) ausgelegt werden. 6
Bei der zweiten Art der Wärmeverteilung werden Haupt- und Nebentrassen als PMR-Leitungen dimensioniert, dies ist bei kleinen Netzen, wie im vorliegenden Fall, möglich. Die Nahwärmenetze werden als Zweileiter-Systeme mit Vor- und Rücklauf geplant, zur Wärmeübertragung dient Wasser als Wärmeträgermedium. Die Verteilung zwischen Haupt- und Nebenleitung sowie die Gesamtnetzlängen der einzelnen Varianten sind der Tabelle 5 zu entnehmen: Mittleres Kleines Netz Großes Netz Netz Leitung Netzlängen (m) KMR DN 32 40 220 115 KMR DN 40 0 60 110 KMR DN 50 60 40 85 KMR DN 65 0 0 15 PMR DN 28 55 55 55 PMR DN 40 20 40 114 PMR DN 50 22 22 22 Netzlänge 197 437 516 (m) Tabelle 5: Einteilung der Netze in KMR- und PMR- Leitungen Wird das Netz nur mit PMR-Leitungen ausgelegt, so werden die in Tabelle 5 aufgezeigten KMR-Leitungen durch Kunststoffmediumrohre (PMR) ersetzt. Diese bieten aufgrund ihrer Beschaffenheit, gegenüber den KMR-Leitungen, einen deutlichen Preisvorteil. Ein Nahwärmenetz besteht meist aus einer Heizzentrale mit einem oder mehreren Wärmeerzeuger/n, die die Wärme für die zu versorgenden Objekte produzieren. Des Weiteren aus einem Nahwärmeleitungsnetz, der die produzierte Wärme an die Hausübergabestationen verteilt und schließlich aus mehreren Hausübergabe- stationen. Sie dienen der Wärmeübertragung vom Nahwärmerohrsystem zum Hauswärmesystem der einzelnen Verbraucher, wobei jedes Objekt eine eigene Hausübergabestation besitzen muss.1 Sie werden im vorliegenden Vorhaben indirekt ausgelegt, das bedeutet, dass das Wärmemedium die Hausanlage nicht durchströmt. 1 Vgl. Fraunhofer Institut, Leitfaden Nahwärme 7
Die unten stehende Tabelle zeigt die benötigten Hausübergabestationen mit ihren jeweiligen Leistungen je nach Variante auf: Mittleres Kleines Netz Großes Netz Netz 15 kW 1 1 1 20 kW 1 1 1 60 kW 1 1 1 80 kW 1 2 3 Tabelle 6: Benötigte Hausübergabestationen 2.4. Standortwahl der Heizzentrale Der Standort der Heizzentrale muss mit großer Sorgfalt ausgewählt werden, er sollte an einem gut erreichbaren Ort liegen, um so eine problemlose Brennstoffversorgung gewährleisten zu können. Darüber hinaus sollte sich genügend Lagerfläche am Standort befinden, denn HHS benötigen ein größeres Lagervolumen als Heizöl. In der Gemeinde Longkamp bietet sich daher ein freies Gelände hinter dem Feuerwehrgebäude und der Schule an, dabei handelt es sich um eine Rasenfläche, die an die Schulstraße angrenzt. Diese Fläche bietet sich an, da die Gemeinde Grundstückseigentümer ist und sie über die Schulstraße gut zugänglich ist. Dieser Standort ist für alle untersuchten Netzvarianten gleich. 3. Wirtschaftlichkeitsabschätzung Im vorliegenden Fall beruht die Wirtschaftlichkeitsabschätzung auf den Kapital-, Verbrauchs- und Betriebskosten. Zur Beurteilung der ökonomischen Vorteilhaftigkeit wird die Investitionsrechnung eingesetzt. Die Berechnungen erfolgen in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2067 durch die Annuitätenmethode. Dabei werden die für die jeweiligen Varianten erforderlichen Investitionskosten unter Berücksichtigung des Zinssatzes und der herkömmlichen Nutzungsdauer in Jahresannuitäten auf den Betrachtungszeitraum umgerechnet. Dies erlaubt es, sie mit den laufenden Kosten zu Jahresheizgesamtkosten zu summieren. Des Weiteren ist die Ermittlung des Wärmepreises sehr wichtig, denn nur auf der Grundlage des Wärmepreises werden unterschiedliche Energieversorgungssysteme erst vergleichbar. Der Wärmepreis ergibt sich, indem man die errechneten Jahreskosten durch den Nutzenergiebedarf dividiert. 8
3.1. Förderung Nachfolgend werden die unterschiedlichen Fördermöglichkeiten beschrieben, die in die Wirtschaftlichkeitsanalyse der untersuchten Varianten eingeflossen sind. 3.1.1. Förderung HHS- Kessel Biomassekessel werden über das Marktanreizprogramm 2009 des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) gefördert. Anlagen mit einem Leistungsbereich von bis zu 100 kW werden direkt über die Bafa gefördert. Die Förderhöhe ist nachfolgender Tabelle zu entnehmen: Biomassekessel (5 kW- 100 kW) Anlage Basisförderung Innovationsförderung 500 € bei Emissions- Anlagen zur Verfeuerung von HHS 1.000 € minderung/ - mit Speicher mind. 30 l je kW Effizienzsteigerung 2 Tabelle 7: Förderung HHS- Kessel bis 100 kW Anlagen zur Biomassefeuerung über 100 kW werden über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gefördert. Dies ist nachfolgend in Tabelle 8 dargestellt: Biomassekessel (über 100 kW) Anlage Basisförderung 20 € je kW, max. 50.000 € je Anlage, Anlagen zur Verfeuerung fester Erhöhung um 10 € je kW bei Speicher- Biomasse für die thermische Nutzung volumen von mind. 30 l je kW 3 Tabelle 8: Förderung Biomassekessel über 100 kW 3.1.2. Tilgungszuschuss für Nahwärmenetz und Hausübergabestation Das Marktanreizprogramm sieht einen Tilgungszuschuss für Nahwärmenetze vor. Bedingung ist, dass die Wärme aus erneuerbaren Energien stammt und das Netz einen Wärmeabsatz von mindestens 500 kWh pro Jahr und Trassenmeter (im Mittel) über das komplette Netz aufweist. Bei Neuerschließung beträgt die Förderung 60 € je Trassenmeter des Nahwärmeverbundes. Die Hausübergabestationen werden, falls ein verbindlicher Anschlussvertrag und kein Anschlusszwang besteht, mit 1.800 € gefördert. 2 Vgl. Richtlinie zur Förderung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt (Marktanreizprogramm MAP), BMU, Berlin 3 Quelle: http://www.kfw-foerderbank.de 9
3.2. Kostenermittlung der untersuchten Varianten Zur Wirtschaftlichkeitsabschätzung der einzelnen Varianten sind die Kapital-, die Verbrauchs-, die Betriebskosten sowie die Wärmegestehungspreise (= Wärme- preise) nachfolgend tabellarisch dargestellt. Den genannten Berechnungen liegen die Gesamtinvestitionskosten nach Abzug der förderfähigen Summe (= Invest nach Förderung) zugrunde. Die Kapitalverzinsung der Investitionskosten ist mit 4% angesetzt, die zugrunde liegende rechnerische Nutzungsdauer beträgt 20 Jahre. Wie in Punkt 2.3 schon beschrieben, sind die Netze zum einen mit KMR- und PMR- Leitungen und zum anderen als reine PMR-Netze dimensioniert worden. Des Weiteren sind die Kostenermittlungen einmal mit und einmal ohne Einrechnung der Oberflächenwiederherstellung erfolgt, da Herr Klingels die Oberflächen durch Gemeinde-Arbeiter wiederherstellen lassen möchte. Dies würde sich positiv auf den Gesamt-Invest und somit auf die Brutto-Wärmepreise auswirken. 10
KMR-PMR-Netz Kostenaufstellung eines Nahwärmeverbundes (KMR- & PMR-Leitungen) mit Oberflächenwiederherstellung Variante 1 Variante 2 Variante 2.1 Variante 3 Variante 3.1 Variante 4 Variante 4.1 Invest vor Förderung (€) 109.896,54 218.227,67 221.905,26 336.773,40 342.122,70 350.637,12 359.073,59 Invest nach Förderung (€) 0,00 198.207,67 201.885,26 298.253,40 303.602,70 305.577,12 314.013,59 Kapitalkosten (€/a) 3.991,61 14.667,37 14.939,51 22.070,75 22.466,60 22.612,71 23.237,01 Verbrauchskosten (€/a) 24.125,00 7.868,33 7.868,33 10.923,99 10.923,99 14.743,57 14.743,57 Betriebskosten (€/a) 2.298,03 5.366,85 5.366,85 6.892,36 6.892,36 6.757,59 6.757,59 sonstige Kosten (€/a) 164,84 2.446,27 2.472,01 3.513,08 3.550,53 3.859,13 3.918,19 Jahresnettokosten (€/a) 30.579,49 30.348,81 30.646,70 43.400,18 43.833,48 47.973,00 48.656,35 Jahresbruttokosten (€/a) 36.389,59 35.534,21 35.888,70 50.839,76 51.355,38 55.999,43 56.812,62 Wärmegestehungskosten (netto) 0,0932 0,1733 0,1750 0,1785 0,1803 0,1462 0,1483 Wärmegestehungskosten (brutto) 0,1109 0,2029 0,2050 0,2091 0,2113 0,1707 0,1732 Tabelle 9: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung KMR-PMR mit Oberflächenwiederherstellung Kostenaufstellung eines Nahwärmeverbundes (KMR- & PMR-Leitungen) ohne Oberflächenwiederherstellung Variante 1 Variante 2 Variante 2.1 Variante 3 Variante 3.1 Variante 4 Variante 4.1 Invest vor Förderung (€) 109.896,54 199.142,45 202.902,66 292.578,48 298.119,10 282.187,20 307.491,29 Invest nach Förderung (€) 0,00 179.122,45 182.882,66 254.058,48 259.599,10 237.127,20 262.431,29 Kapitalkosten (€/a) 3.991,61 13.255,06 13.533,32 18.800,33 19.210,33 17.547,41 19.419,92 Verbrauchskosten (€/a) 24.125,00 7.868,33 7.868,33 10.923,99 10.923,99 14.743,57 14.743,57 Betriebskosten (€/a) 2.298,03 5.201,61 5.201,61 6.509,72 6.509,72 6.310,99 6.310,99 sonstige Kosten (€/a) 164,84 2.299,45 2.325,77 3.173,11 3.211,89 3.344,25 3.521,38 Jahresnettokosten (€/a) 30.579,49 28.624,45 28.929,03 39.407,14 39.855,93 41.946,23 43.995,86 Jahresbruttokosten (€/a) 36.389,59 33.482,22 33.844,67 46.088,04 46.622,10 48.827,57 51.266,63 Wärmegestehungskosten (netto) 0,0932 0,1635 0,1652 0,1621 0,1639 0,1278 0,1341 Wärmegestehungskosten (brutto) 0,1109 0,1912 0,1933 0,1896 0,1918 0,1488 0,1563 Tabelle 10: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung KMR-PMR ohne Oberflächenwiederherstellung 11
PMR-Netz Kostenaufstellung eines Nahwärmeverbundes (PMR-Leitungen) einschließlich Oberflächenwiederherstellung Variante 1 Variante 2 Variante Variante 3 Variante 3.1 Variante 4 Variante 4.1 Invest vor Förderung (€) 109.896,54 2.1 212.123,49 215.827,51 309.538,50 315.005,70 328.472,67 336.909,14 Invest nach Förderung (€) 0,00 192.103,49 195.807,51 271.018,50 276.485,70 283.412,67 291.849,14 Kapitalkosten (€/a) 3.991,61 14.215,66 14.489,76 20.055,37 20.459,94 20.972,54 21.596,84 Verbrauchskosten (€/a) 24.125,00 7.868,33 7.868,33 10.923,99 10.923,99 14.743,57 14.743,57 Betriebskosten (€/a) 2.298,03 5.314,00 5.314,00 6.656,56 6.656,56 6.565,69 6.565,69 sonstige Kosten (€/a) 164,84 2.399,31 2.425,24 3.303,57 3.341,84 3.688,63 3.747,68 Jahresnettokosten (€/a) 30.579,49 29.797,30 30.097,32 40.939,49 41.382,33 45.970,42 46.653,78 Jahresbruttokosten (€/a) 36.389,59 34.877,91 35.234,94 47.911,54 48.438,52 53.616,37 54.429,56 Wärmegestehungskosten (netto) 0,0932 0,1702 0,1719 0,1684 0,1702 0,1401 0,1422 Wärmegestehungskosten (brutto) 0,1109 0,1992 0,2012 0,1971 0,1993 0,1634 0,1659 Tabelle 11: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung PMR mit Oberflächenwiederherstellung Kostenaufstellung eines Nahwärmeverbundes (PMR-Leitungen) ohne Oberflächenwiederherstellung Variante 1 Variante 2 Variante Variante 3 Variante 3.1 Variante 4 Variante 4.1 Invest vor Förderung (€) 109.896,54 2.1 194.684,15 198.463,66 271.696,08 277.327,10 282.526,77 290.963,24 Invest nach Förderung (€) 0,00 174.664,15 178.443,66 233.176,08 238.807,10 237.466,77 245.903,24 Kapitalkosten (€/a) 3.991,61 12.925,15 13.204,83 17.255,03 17.671,73 17.572,54 18.196,84 Verbrauchskosten (€/a) 24.125,00 7.868,33 7.868,33 10.923,99 10.923,99 14.743,57 14.743,57 Betriebskosten (€/a) 2.298,03 5.163,01 5.163,01 6.328,92 6.328,92 6.167,89 6.167,89 sonstige Kosten (€/a) 164,84 2.265,16 2.291,61 3.012,47 3.051,88 3.335,18 3.394,24 Jahresnettokosten (€/a) 30.579,49 28.221,64 28.527,78 37.520,40 37.976,52 41.819,18 42.502,54 Jahresbruttokosten (€/a) 36.389,59 33.002,88 33.367,19 43.842,83 44.385,60 48.676,39 49.489,58 Wärmegestehungskosten (netto) 0,0932 0,1612 0,1629 0,1543 0,1562 0,1275 0,1295 Wärmegestehungskosten (brutto) 0,1109 0,1885 0,1906 0,1803 0,1826 0,1484 0,1508 Tabelle 12: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung PMR ohne Oberflächenwiederherstellung 12
Aus den Tabellen 9 – 12 ist ersichtlich, dass die Referenzvariante (Variante 1), gefolgt von der Variante 4, auf den ersten Blick die beste Alternative darstellt. 3.2.1. Berechnung der Brutto-Wärmepreise Um die Kostenentwicklung innerhalb der nächsten 20 Jahre abschätzen zu können, wurden die in den Tabellen 9 - 12 aufgezeigten Kosten mit jährlichen Preissteiger- ungen versehen. Die jährlichen Preissteigerungen setzen sich wie folgt zusammen: • Ölpreissteigerung 8% /a • HHS- Preissteigerung 5% / a • Inflation auf Betriebs- und sonstige Kosten 1,75% /a • Umsatzsteuer auf alle Investitionen 19% /a • Umsatzsteuer auf HHS 7% /a Um die sich so ergebenden Ergebnisse besser vergleichbar zu machen, wurden die gemittelten Brutto-Wärmepreise berechnet. Diese basieren auf den Daten der Tabellen 9 - 12 und den unterstellten jährlichen Preissteigerungen. Die gemittelten Brutto-Wärmepreise errechnen sich, indem die Summen der einzelnen jährlichen Brutto-Wärmepreise durch die voraussichtliche Nutzungsdauer von 20 Jahren dividiert werden. Für die Referenzvariante (Variante 1) errechnet sich so ein (gemittelter) Brutto-Wärmegestehungspreis von 0,2391 €. Für die untersuchten Varianten ergeben sich so, folgende Brutto-Wärmepreise: KMR-PMR-Netz PMR-Netz Oberflächenwiederherstellung Mit Ohne Mit Ohne Variante 2 0,2734 € 0,2606 € 0,2693 € 0,2577 € Variante 2.1 0,2755 € 0,2628 € 0,2715 € 0,2599 € Variante 3 0,2794 € 0,2582 € 0,2663 € 0,2481 € Variante 3.1 0,2817 € 0,2605 € 0,2687 € 0,2505 € Variante 4 0,2365 € 0,2128 € 0,2286 € 0,2122 € Variante 4.1 0,2391 € 0,2208 € 0,2312 € 0,2149 € Tabelle 13: Gemittelte Brutto-Wärmepreise 13
Aus Tabelle 13 ist ersichtlich, dass die Varianten 4 und 4.1, sowohl mit KMR-PMR- Netz als auch mit PMR-Netz, deutlich konkurrenzfähig gegenüber der Referenz- variante sind. Der beste gemittelte Wärmepreis ergibt sich für Variante 4 mit PMR- Netz ohne Oberflächenwiederherstellung. 3.2.2. Sensivitätsanalyse Durch die Wärmegestehungspreise lassen sich die Varianten miteinander vergleichen, um jedoch zu untersuchen, wie stark sich Veränderungen (der Brennstoffkosten oder der Inflation) auf die einzelnen Varianten auswirken, wird nachfolgend eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. „Die Sensitivitätsanalyse ist ein Verfahren zur Abschätzung des Risikos durch Variation einzelner (oder mehrerer) ungewisser Inputgrößen. Sie beantwortet die Frage, ob auch bei veränderten Daten die Entscheidung stabil bleibt“.4 Um die Unsicherheiten einer Investition zu berücksichtigen werden gerne so genannte Szenarien erstellt, die nachfolgenden Be- rechnungen werden ein Worst-Case-Szenario simulieren, indem die Preissteigerung auf dem Ölsektor mit 10 % pro Jahr variiert wird und alle anderen Inputgrößen unverändert bleiben. Es wird der Ölpreis variiert, da zukünftig mit massiven Preissteigerungen auf dem Ölmarkt zu rechnen sein wird. Dies ist heute schon spürbar und wird in naher Zukunft noch an Intensität zu nehmen, denn Erdöl stellt eine sehr endliche Ressource da, die immer noch in allen Lebens- und Arbeitsbereichen Einsatz findet. Die unterstellten jährlichen Preissteigerungen setzen sich wie folgt zusammen: • Ölpreissteigerung 10 % /a • HHS- Preissteigerung 5% / a • Inflation auf Betriebs- und sonstige Kosten 1,75 % /a • Umsatzsteuer auf alle Investitionen 19 % /a • Umsatzsteuer auf HHS 7 % /a 4 Quelle: http://imihome.imi.uni-karlsruhe.de/sensitivitaetsanalyse_b.html 14
Für die Referenzvariante (Variante 1) ergibt sich so ein Brutto- Wärmegestehungspreis von 0,2915 €. KMR-PMR-Netz PMR-Netz Oberflächenwiederherstellung Mit Ohne Mit Ohne Variante 2 0,2852 € 0,2724 € 0,2811 € 0,2695 € Variante 2.1 0,2873 € 0,2747 € 0,2833 € 0,2717 € Variante 3 0,2912 € 0,2700 € 0,2781 € 0,2600 € Variante 3.1 0,2935 € 0,2723 € 0,2805 € 0,2623 € Variante 4 0,2483 € 0,2246 € 0,2404 € 0,2240 € Variante 4.1 0,2510 € 0,2326 € 0,2431 € 0,2267 € Tabelle 14: Sensivitätsanalyse Aus Tabelle 14 ist ersichtlich, dass die Referenzvariante (Variante 1) den schlechtesten gemittelten Brutto-Wärmepreis aufweist. Im folgenden Liniendiagramm werden die Varianten 1, 4 und 4.1 (PMR-Netz) graphisch gegenübergestellt. Der beste gemittelte Wärmepreis ergibt sich für Variante 4 mit PMR-Netz ohne Oberflächenwiederherstellung. Sensivitätsanalyse 0,7000 Bruttowärmepreis (€) 0,6000 0,5000 Variante 4 0,4000 Variante 1 0,3000 Variante 4.1 0,2000 0,1000 0,0000 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 0 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Nutzungsdauer (a) Abbildung 4: Sensivitätsanalyse (Vergleich Variante 1, 4 und 4.1) Die Abbildung 4 lässt erkennen, dass die Variante 4 gefolgt von der Variante 4.1 deutlich bessere Brutto-Wärmepreise aufweist als die Referenzvariante. 15
Die Abbildung 5 weist gegenüber der Abbildung 4 eine Ölpreissteigerung von 5% und HHS- Preissteigerung von 10% auf. Die übrigen Werte bleiben unverändert. Sensivitätsanalyse 0,4000 0,3500 Bruttowärmepreis (€) 0,3000 0,2500 Variante 4 0,2000 Variante 4.1 0,1500 Variante 1 0,1000 0,0500 0,0000 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 Nutzungsjahre (a) Abbildung 5: Sensivitätsvergleich mit geänderten Preissteigerungsraten Die Abbildung 5 verdeutlicht, dass bei oben genannten Preissteigerungsraten die Variante 1 die günstigste Alternative ist. Da aber anzunehmen ist, dass der Ölpreis gegenüber dem HHS- Preis zukünftig signifikant steigen wird, ist Variante 1 als günstigste Alternative eher unwahr- scheinlich. 16
3.3. Emissionsbetrachtung In Abhängigkeit der ausgewählten Brennstoffe entstehen Emissionen. Die Referenz- variante emittiert aufgrund der ausschließlichen Nutzung des Energieträgers Heizöl im hohen Maße CO2. Die Abbildung 6 zeigt die Menge der jährlichen CO2- Emissionen, zunächst getrennt nach Gebäuden und dann als Gesamtemission, auf. CO2- Emissionen 105000 CO2- Emissionen (kg/MWh) 90000 75000 60000 45000 30000 15000 0 Sporthalle Lehrerwohnhaus Katholische Gesamt Kirche Gebäude Abbildung 6: CO2-Emissionen der Referenzvariante Insgesamt würde die Referenzvariante CO2-Emissionen von 102.676 kg/MWh verursachen. Die Höhe der Emissionen ist abhängig von der benötigten Endenergie und dem Brennstoff. Die folgende Abbildung zeigt die CO2-Emissionen der einzelnen Varianten, welche durch die Verbrennung der Brennstoffe (HHS/Heizöl) freigesetzt werden. CO2 - Emissionen 120.000 CO2 - Emission (kg/MWh) 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4 Varianten Abbildung 7: CO2-Emissionen der Varianten im Vergleich 17
3.4. Diskussion der Ergebnisse Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt auf den ersten Blick, dass die Referenzvariante (Variante 1) am günstigsten ist, gefolgt von der Variante 4 mit kombinierter Wärmeerzeugung (HHS/Heizöl). Diese Wirtschaftlichkeitsanalyse gibt jedoch nur eine Momentaufnahme wieder. Vor allem die stark steigenden Heizölpreise können schnell das Betrachtungsbild verändern. Betrachtet man vor diesem Hintergrund die gemittelten Brutto-Wärmepreise (Tabelle 13), so weist hier die Variante 4 mit PMR-Netz (ohne Oberflächenwiederherstellung) einen besseren Wärmegestehungspreis als die Referenzvariante auf. Der günstige Wärmepreis ergibt sich aufgrund der geringeren Kosten für die PMR-Leitungen sowie die Übernahme der Ölheizung im Bestand. Die durchgeführte Sensivitätsanalyse (Tabelle 14) als Worst-Case-Szenario verstärkt diese Aussage noch, denn für die Referenzvariante errechnet sich ein gemittelter Brutto-Wärmepreis von 0,29 €, die anderen Varianten weisen deutlich bessere Wärmepreise auf. Vor allem sind die Wärmegestehungspreise der Variante 4 (Holz-Öl-Kombination), gegenüber der Referenzvariante und den anderen Varianten, positiv hervorzuheben. Zudem gewinnen bei der Energieversorgung ökologische Aspekte immer mehr an Bedeutung. Aus Abbildung 7 lassen sich die CO2-Emissionen der einzelnen Varianten ablesen. Daraus ergibt sich, dass Variante 2 (kleines Netz) gefolgt von Variante 3 (mittleres Netz) die geringsten CO2-Ausstösse aufweist. Dies ist natürlich durch die kleinere Netzgröße, gegenüber der Variante 4 (großes Netz), erklärbar. Interessant ist hier die Betrachtung der Referenzvariante im Vergleich zur Variante 4, da in beiden Fällen alle betrachteten Liegenschaften mit Wärme versorgt werden sollen. Hierbei wird deutlich, dass die Referenzvariante mit der ausschließlichen Nutzung von Heizöl mehr als dreimal soviel CO2 in die Atmosphäre ausstößt als die Variante 4 mit kombinierter Wärmeerzeugung (HHS/ Heizöl). 18
4. Fazit und Handlungsempfehlung Die Berechnungen zeigen, dass (bei einer rein monetären Bewertung) die Nah- wärmeversorgung auf Basis von Biomasse derzeit nicht die wirtschaftlichste Alternative darstellt. Da jedoch die Gemeinde Sanierungen (Kernsanierung der Sporthalle und Heizungssanierungen) durchführen möchte, ist neben der aktuellen Situation, auch eine Risikobetrachtung, hinsichtlich einer Nutzungsdauer von etwa 20 Jahren, notwendig. Insbesondere das Preisrisiko bei fossilen Brennstoffen, wie zum Beispiel Heizöl, ist in den letzten Jahren deutlich erkennbar. Daher sollte bei Investitionen in die Wärmebereitstellung der langfristige Aspekt betrachtet werden. Zwar unterliegen auch holzartige Brennstoffe, wie zum Beispiel HHS oder Pellets, gewissen Preis- schwankungen, jedoch weisen sie einen stabilen Preisverlauf auf. Dies bildet für langfristige Investitionen eine solide Planungs- und Kalkulationsgrundlage. Aus der durchgeführten Sensivitätsanalyse und der Emissionsbetrachtung in Kapitel 3.3 ergibt sich somit, dass die Nahwärmeversorgung auf Basis von Holzhackschnitzeln über die Laufzeit gesehen ökonomischer und ökologischer ist (als die Referenz- variante). Vor allem Variante 4 mit PMR-Netz (ohne Oberflächenwiederherstellung) stellt hier die beste Alternative dar. Kann die Gemeinde mit der KfW einen besseren Kapitalzins aushandeln als die unterstellten 4% und wird eine höhere Nutzungsdauer angenommen, so können die Kapitalkosten sämtlicher Varianten reduziert werden. Insbesondere vor dem Hintergrund zu erwartender Preisanstiege bei fossilen Brennstoffen kann eine Nahwärmeversorgung mit positiven Effekten hinsichtlich Energiekosten, CO2-Reduktion und Steigerung der regionalen Wertschöpfung betrieben werden. 19
Quellenverzeichnis Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) (Hrsg.): „Leitfaden Bioenergie: Planung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Bioenergieanlagen“, 4., unveränderte Auflage, Gülzow, 2007 Holzabsatzfonds (Hrsg.): „Holzenergie für Kommunen: Ein Leitfaden für Anwender“, 3., überarbeitete Auflage, Bonn, 2006 KfW: Internetseite der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), Förderprogramme nach MAP, http://www.kfw-foerderbank.de Kubessa, Michael (Hrsg.): „Energiekennwerte: Handbuch für Beratung, Planung, Betrieb“, Potsdam: Brandenburgische Energiespar-Agentur (BEA), 1998 MAP: Richtlinie zur Förderung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt (Marktanreiz- programm MAP), BMU, Berlin UMSICHT: Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik (Hrsg.), Christian Dötsch, Jan Taschenberger, Ingo Schönberg, „Leitfaden Nahwärme“, UMSICHTSchriften- reihe, Band 6, Oberhausen: Fraunhofer IRB-Verlag, 1998 Universität Karlsruhe: Internetseite zur Sensivitätsanalyse, http://imihome.imi.uni-karlsruhe.de/sensitivitaetsanalyse_b.html VDI: Verein Deutscher Ingenieure VDI e. V., Richtlinie 2067 Blatt 1, „Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer Anlagen: Grundlagen und Kostenberechnung“, Berlin: Beuth Verlag, 2000 20
Kurzbeschreibung „Nahwärmeversorgung Longkamp“ In der Gemeinde Longkamp soll die Wirtschaftlichkeit und die technische Umsetzbarkeit für die Wärmeversorgung mittels Nahwärmenetz geprüft werden. Die Nutzung von Holzhackschnitzeln soll der herkömmlichen Heizmethode mittels Heizöl gegenübergestellt werden. Das geplante Nahwärmenetz soll sieben Liegenschaften der Gemeinde Longkamp mit Wärme versorgen. Gegenwärtig erfolgt die Wärmebereitstellung bei sechs der sieben betrachteten öffentlichen Gebäude mittels dezentralen Ölheizungen, das siebte Gebäude (das Feuerwehrhaus) ist mit einer Speicherheizung ausgestattet. Der Ist-Zustand ist nachfolgender Tabelle zu entnehmen: Verbrauch Nr. Objekt Wärmeerzeuger IST-Heizleistung [kW] Inst. - Jahr [Liter] 1 Sporthalle Ölkessel 64 6.000 1983 2 Grundschule Ölkessel 58 10.000 1998 3 Lehrerwohnhaus Ölkessel 21 2.000 2008 4 Feuerwehrhaus Speicherheizung 15 2.000 1993 5 Katholische Kirche Ölkessel 140 10.000 2002 6 Kathol. Gemeindesaal Ölkessel 0 ----------- 2002 7 Kindertagesstätte Ölkessel 38,5 8.000 1991 Summe 336,5 38.000 Tabelle 1: Betrachtete Gebäude und Anlagetechnik Es ergaben sich drei Varianten der Netzauslegung: ein kleines, ein mittleres und ein großes Nahwärmenetz. Im Folgenden sind die Untersuchungsvarianten tabellarisch aufgeführt: Variante 1 Referenzvariante Ersatz oder Sanierung der Ölheizungen Variante 2 Kleines Netz + Heizcontainer Variante 2.1 Kleines Netz + gebaute Heizzentrale Variante 3 Mittleres Netz + Heizcontainer Variante 3.1 Mittleres Netz + gebaute Heizzentrale Variante 4 Großes Netz + Heizcontainer Variante 4.1 Großes Netz + gebaute Heizzentrale Tabelle 2: Untersuchungsvarianten Alle oben genannten Varianten, außer Variante 1, untersuchen die Wärmebereitstellung mittels Nahwärmenetz. Bei den einzelnen Varianten wurden die
Grundlastabdeckungen mittels HHS und die Abdeckung der Spitzenlasten mittels Heizöl geprüft. Des Weiteren sollen zwei Arten der Netzdimensionierung geprüft und gegenüber- gestellt werden: Zur Wärmeverteilung an die einzelnen Objekte sollen die Hauptrassen mit Kunststoffmantelverbundrohren (KMR) und die Nebentrassen, die eine geringere Anschlussleistung aufweisen, mit Kunststoffmediumrohren (PMR) ausgelegt werden. Bei der zweiten Art der Wärmeverteilung werden Haupt- und Nebentrassen als PMR-Leitungen dimensioniert, dies ist bei kleinen Netzen, wie im vorliegenden Fall, möglich. Darüber hinaus sind die Kostenermittlungen einmal mit und einmal ohne Ein- rechnung der Oberflächenwiederherstellung erfolgt, da Herr Klingels (Bürgermeister der Gemeinde Longkamp) die Oberflächen durch Gemeinde-Arbeiter wiederherstellen lassen möchte. Fazit Die Gemeinde möchte Sanierungen (Kernsanierung der Sporthalle und Heizungssanierungen) durchführen, daher ist es wichtig neben der aktuellen Situation, auch eine Risikobetrachtung, hinsichtlich einer Nutzungsdauer von etwa 20 Jahren, durchzuführen. Daraus ergibt sich, dass die Variante 4 mit PMR-Netz (ohne Oberflächenwiederherstellung) die beste Alternative darstellt. Insbesondere vor dem Hintergrund zu erwartender Preisanstiege bei fossilen Brennstoffen kann eine Nahwärmeversorgung so mit positiven Effekten hinsichtlich Energiekosten, CO2-Reduktion und Steigerung der regionalen Wertschöpfung betrieben werden.
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