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Zukunft Erdgas

Vergleichsrechnung Versorgungslösungen von Quartieren

Auf Basis des nsb Quartiers-Simulations-Modells (QuaSiMo)

Berlin, 22. Januar 2018

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Zukunft Erdgas

Vergleichsrechnung von Quartieren


Ausgangslage und Zielsetzung 2

Inhalt

Ergebnisse Bestand 9

Ergebnisse Neubau 14

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Ausgangslage / Zielsetzung

Gasbasierte Technologien werden stark im Bereich der Nahwärme

eingesetzt

Ausgangslage und Motivation

Im Bereich der Nahwärme und Quartierskonzepten konkurrieren oft gasbasierte gegen die

strombasierten Technologielösungen

Durch die ausgeprägte Technologievielfalt steht eine Vielzahl an unterschiedlichen Versorgungs-

konzepten zur Verfügung, welche jeweils spezifischen Vor- und Nachteilen aufweisen

Die Versorgung von Quartieren kann sowohl über zentrale als auch dezentrale Lösungen

realisiert werden

Zielsetzung der Vergleichsrechnung

Ziel ist es, verschiedene Versorgungskonzepte von Quartieren miteinander zu vergleichen

Es werden gas- und strombasierte Technologielösungen verglichen

Die Berechnungen vergleichen sowohl Bestands- als auch Neubauquartiere

Die verschiedenen Versorgungskonzepte sollen anhand von den folgenden zentralen

Parametern vergleichen werden:

PE-Faktor

CO2-Emissionsfaktor

Wärmegestehungskosten

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Zukunft Erdgas




In den Vergleichsrechnungen werden Neubau- und Bestandsszenarien

verglichen

1 BDEW – Heizkostenvergleich Altbau 2017 │2 BDEW – Heizkostenvergleich Neubau 2017

Bestandsquartier

100 EFH

135,6 kWh/m2a 1

150 m2

2.034 MWh/a

Neubauquartier

2.034 MWh/a

60,1 kWh/m2a 2

150 m2

225 EFH

Basis der Berechnungen ist ein

Bestandsquartier mit 100 teil-

sanierten EFH mit einer Fläche

von jeweils 150 m2, woraus

sich der Gesamtwärmebedarf

errechnet

Bei unverändertem

Wärmebedarf und gleicher

Wohnfläche ergibt sich für das

Neubauszenario eine EFH-

Anzahl von 225

Basis aller Versorgungskonzepte ist eine Anschlussleistung von rund 1 MWth, welche sich

aus den thermischen Leistungen der jeweils eingesetzten Technologien (z.B. BHKW, Kessel,

Wärmepumpe,…) des entsprechenden Versorgungskonzeptes aggregiert

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Die Variation des Wärmebedarfs über das Jahr wird mittels

Standardlastprofil simuliert

Der Wärmebedarf verteilt sich auf den Heiz- und Trinkwarmwasserbedarf und wird mit Hilfe

von unterschiedlichen Lastgängen in QuaSiMo simuliert

Für die Vergleichsrechnungen werden in QuaSiMo folgende Standardlastprofile

herangezogen:

Lastprofil Trinkwarmwasser2

Lastprofil Raumwärme1

1 Gesamtjahresbedarf EFH nach VDI 2067│2 Beispiellastgang Warmwasser

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In den Vergleichsrechnungen werden acht unterschiedliche

Versorgungskonzepte betrachtet

Zum Vergleich werden drei Bestands- und fünf Neubauszenarien mit verschiedener

Technologie- und Brennstoffsituation berechnet

Um die Unterschiede der Versorgungskonzepte in Bezug auf dezentral und zentral

darzustellen, wurden im Neubauszenario zwei dezentrale Technologielösungen in die

Modellierung aufgenommen

2 Szenarien: Bestand und Neubau

3 Bestandskonzepte 5 Neubaukonzepte

BHKW / Kessel

Brennstoffzelle / Kessel

Wärmepumpe / Heizstab /

PV-Anlage

Dezentrale Wärmepumpe

Dezentrale Brennstoffzelle

Wärmepumpe / Heizstab /

PV-Anlage

Brennstoffzelle / Kessel

BHKW / Kessel Biomethan

(30%)

Erdgas

Strom

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Key Facts der Eingangsparameter (1/2)

Parameter Bestandskonzept Neubaukonzept

Betrachtungszeitraum 15 a 15 a

Fremd- und Eigenkapitalquote 80 % / 20 % 80 % / 20 %

Kreditsatz für Fremdkapital 3 % 3 %

Strompreis 180 € / MWh 180 € / MWh

Gaspreis Dez. Konzepte: 50 € / MWh

Zentr. Konzepte: 35 € / MWh

Dez. Konzepte: 50 € / MWh

Zentr. Konzepte: 35 € / MWh

Biomethanpreis

(Nur zentrale Konzepte) 70 € / MWh 70 € / MWh

Investition Nahwärmenetz 600 € / m (1,1 km verbaut) 400 € / m (2,35 km verbaut)

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Key Facts der Eingangsparameter (2/2)

Technologie Leistung Wirkungsgrad /

Jahresarbeitszahl Spez. Kosten

Investitions-

kosten

BHKW 0,4 MWth /

0,4 MWel 45,0 %th / 50,0 %el 0,6 Mio. €/MWth 0,24 Mio. €

Zentrale

Brennstoffzelle*

0,4 MWth /

1,0 MWel 25,5 %th / 62,5 %el 3 Mio. €/MWel 3 Mio. €

Zentrale

Wärmepumpe 0,5 MWth 4,0 1 Mio. €/MWth 0,5 Mio.€

Dez. Wärmepumpen (225)

1,0 MWth 3,5 1.4 Mio. €/MWel 1.4 Mio. €

Dez. Brennstoffzelle** 0,4 MWth /

1,0 MWel 25,5 %th / 62,5 %el 3,6 Mio. €/MWel 3,6 Mio. €***

Heizstab 0,5 MWth 99,0 %th 0,1 Mio. €/MWth 0,05 Mio. €

PV-Anlage 0,2 MWp 1 Mio. €/MWp 0,2 Mio. €

Kessel 0,6 MWth 95,0 %th 0,15 Mio. €/MWth 0,09 Mio. €

* Annahme: Ausschreibungsergebnis 100 €/MWh über 45.000 VBH Förderansatz enthalten (Hier ist eine Quartierstromlösung möglich) │

** 80 €/MWh KWK-Zuschlag für eingespeisten Strom enthalten*** Inkl. kfW 433 Förderung

(100 % Einspeisung angenommen. Zusätzliches wirtschaftliches Potential für selbstverbrauchten Strom, Mieterstrom oder Quartierstrom nicht enthalten)

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Inhalt



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Ergebnisse Bestand

PE- und CO2-Emissionsfaktor der Wärme, Wärmegestehungskosten

Das BHKW-Kessel-Versorgungskonzept weist die geringsten

Wärmegestehungskosten auf und bietet gleichzeitig hochattraktive

„Nachhaltigkeitskriterien“, d.h. PE- und CO2-Emissionsfaktoren

Für Strom wurde über den Betrachtungszeitraum mit rückläufigen Primärenergie- und CO2-

Emissionsfaktoren gerechnet

Demgegenüber bleiben die Primärenergie- und CO2-Emissionsfaktoren für Erdgas und

Biomethan über den Betrachtungszeitraum konstant

Auswertungsparameter

Zentrales

BHKW /

Kessel

(Biomethan)

Zentrale

Brennstoffzelle /

Kessel (Erdgas)

Zentrale

Wärmepumpe / Heizstab

/ PV (Strom)

PE-Faktor (Wärme) 0,59 0,58 Mittelwert: 0,52

Endwert: 0,41

CO2-Emissionsfaktor

(Wärme) 91 g/kWh 107 g/kWh

Mittelwert: 138,4 g/kWh

Endwert: 89,6 g/kWh

Ø Wärmegestehungskosten 108 €/MWh 207 €/MWh 129 €/MWh

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Ergebnisse Bestand

PE-Faktor (Wärme) berechnet nach Carnotmethode

Da sich die Primärenergiefaktoren1 für Erdgas und Biomethan nicht ändern, bleiben für das

BHKW- und Brennstoffzellen-Versorgungskonzept die Werte konstant

Das zentrale Wärmepumpen-Versorgungskonzept weist auf Grund

des rückläufigen PE-Faktors von Strom über den Betrachtungs-

zeitraum den geringsten PE-Faktor der Wärme auf

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,72018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

PE

-Fa

kto

r

Jahre

Zentrales BHKW / Kessel(Biomethan)

Zentrale Brennstoffzelle /Kessel (Erdgas)

Zentrale Wärmepumpe /Heizstab / PV (Strom)

1 Ausgangswert 2018 EnEv; Prognose Öko-Institut/ISI │2 AGFW FW 309-1

PE-Faktor

Strom1 1,8 - 1,15 (2018 – 2032)

Erdgas2 1,10

Biomethan2 0,5

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Ergebnisse Bestand

CO2-Emissionsfaktor (Wärme) berechnet nach Carnotmethode

Die rechnerischen CO2-Emissionsfaktoren1 der Wärmepumpe erreichen erst kurz vor Ende

des Betrachtungszeitraums das Niveau der gasbasierten KWK-Lösungen

Das BHKW-Versorgungskonzept weist über den Betrachtungs-

zeitraum den geringsten CO2-Emissionsfaktor auf

70

90

110

130

150

170

190

210

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

CO

2-E

mis

sio

ns

fak

tor

(g/k

Wh

)

Jahre

Zentrales BHKW /Kessel (Biomethan)


Zentrale Wärmepumpe /Heizstab-PV (Strom)

1 Ausgangswert 2018 UBA; Prognose Öko-Institut/ISI │ 2 AGFW 309-6

CO2-Emissionsfaktoren

Strom1 g/kWh 527-252 (2018 – 2032)

Erdgas2 g/kWh 202

Bio-

methan2

g/kWh 0

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Zukunft Erdgas



Ergebnisse Bestand

Kumulierte und Spezifische CO2-Emissionen der Konzepte sowie

Vollbetriebsstunden der Technologien

Konzept Technologie Volllastbetriebs-

stunden

Kumulierte CO2-

Emissionen

(Betrachtungs-

zeitraum - 15a)

Jährliche CO2-

Emissionen

Zentrales BHKW /

Kessel

BHKW 4.416 h/a 2.760,4 t CO2

184,0 t CO2/a Kessel 785 h/a

Zentrale

Brennstoffzelle /

Kessel

Brennstoffzelle 4.686 h/a

3.257,3 t CO2

217,15 t CO2/a

Kessel 605 h/a

Zentrale

Wärmepumpe /

Heizstab /

PV-Anlage

Wärmepumpe 4.001 h/a

4.223,6 t CO2

Ø 281,6 t CO2/a

Heizstab 474 h/a

PV-Anlage 876 h/a

Das mit Biomethan betriebene zentrale BHKW-Versorgungskonzept weist die geringsten

spezifischen CO2-Emissionen auf und emittiert somit am wenigsten CO2 über den

Betrachtungszeitraum

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Ergebnisse Neubau

PE-Faktor und CO2-Emissionsfaktor der Wärme, Wärmegestehungskosten

Wie im Bestand ist das BHKW-Kessel-Versorgungskonzept auch im

Neubau sowohl bzgl. der Nachhaltigkeitskriterien als auch der

Wärmegestehungskosten absolut wettbewerbsfähig

Auswertungs-

parameter

Zentrales

BHKW /

Kessel

(Biomethan)

Zentrale

Brennstoff-

zelle / Kessel-

(Erdgas)

Zentrale

Wärmepumpe

/ Heizstab/ PV

(Strom)

Dezentrale

Wärmepumpe

(Strom)

Dezentrale

Brennstoffzelle

(Erdgas)

PE-Faktor 0,40 0,34 Mittelwert: 0,36

Endwert: 0,28

Mittelwert:0,45

Endwert: 0,35 0,38

CO2-

Emissionsfaktor 61 g/kWh 63 g/kWh

Mittelwert:

95,5 g/kWh

Endwert:

61,8 g/kWh

Mittelwert:

119,1 g/kWh

Endwert:

77 g/kWh

70 g/kWh

Ø Wärmege-

stehungskosten 118 €/MWh 219 €/MWh 119 €/MWh 137 €/MWh 139 €/MWh

Für Strom wurde über den Betrachtungszeitraum mit rückläufigen Primärenergie- und CO2-

Emissionsfaktoren gerechnet

Demgegenüber bleiben die Primärenergie- und CO2-Emissionsfaktoren für Erdgas und

Biomethan über den Betrachtungszeitraum konstant

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Ergebnisse Neubau

PE-Faktor (Wärme) berechnet nach Carnotmethode

Das zentrale Brennstoffzellen-Versorgungskonzept weist über den Betrachtungszeitraum den geringsten PE-Faktor der Wärme auf

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,62018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

PE

-Fa

kto

r

Jahre

Zentrales BHKW-Kessel(Biomethan)



Dezentrale Wärmepumpe(Strom)

DezentraleBrennstoffzelle (Erdgas)

1 Ausgangswert 2018 EnEv; Prognose Öko-Institut/ISI I │2 AGFW FW 309-1

PE-Faktor

Strom1 1,8 - 1,15 (2018 – 2032)

Erdgas2 1,10

Biomethan2 0,5

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Ergebnisse Neubau

CO2-Emissionsfaktor (Wärme) berechnet nach Carnotmethode

Das zentrale BHKW-Versorgungskonzept weist über den Betrach-tungszeitraum den geringsten CO2-Emissionsfaktor der Wärme auf

50

70

90

110

130

150

1702018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

2032

CO

2-E

mis

sio

ns

fak

tor

(g/k

Wh

)

Jahre

Zentrales BHKW /Kessel (Biomethan)

Zentrale Brennstoffzelle/ Kessel (Erdgas)


DezentraleWärmepumpe (Strom)

DezentraleBrennstoffzelle (Erdgas)

CO2-Emissionsfaktoren

Strom1 g/kWh 527-252 (2018 – 2032)

Erdgas2 g/kWh 202

Biomethan2 g/kWh 0

1 Ausgangswert 2018 UBA; Prognose Öko-Institut/ISI │ 2 AGFW 309-6

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Zukunft Erdgas



Ergebnisse Neubau

Kumulierte und Spezifische CO2-Emissionen der Konzepte sowie

Vollbetriebsstunden der Technologien

Konzept Technologie Volllastbetriebs-

stunden

Kumulierte CO2-

Emissionen

(Betrachtungs-

zeitraum - 15a)

Jährliche

CO2-Emissionen

Zentrales BHKW /

Kessel

BHKW 4.672 h/a 1.859,3 t CO2


Zentrale

Brennstoffzelle /

Kessel

Brennstoffzelle 4.997 h/a 1.920,3 t CO2


Dezentrale

Brennstoffzelle

Brennstoffzelle 4.488 h/a 2.143,3 t CO2


Zentrale

Wärmepumpe /

Heizstab /

PV-Anlage

Wärmepumpe 4.159 h/a

2.912,9 t CO2 Ø 194,2 t CO2/a

Heizstab 112 h/a

PV-Anlage 876 h/a

Dezentrale

Wärmepumpen Wärmepumpe 2.034 h/a 3.633,0 t CO2

Ø 242,2 t CO2/a

Das mit Biomethan betriebene zentrale BHKW-Versorgungskonzept weist die geringsten CO2-

Emissionen auf und emittiert somit am wenigsten CO2 über der Betrachtungszeitraum

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Fazit

Gasbasierte Versorgungskonzepte sind sowohl bzgl. der Nachhaltig-

keitskriterien als auch der Kosten absolut wettbewerbsfähig

Bestandsquartier

Das BHKW-Kessel-Versorgungskonzept weist die geringsten Wärmegestehungskosten auf

und bietet gleichzeitig hochattraktive „Nachhaltigkeitskriterien“, d.h. PE- und CO2-

Emissionsfaktoren

Das zentrale Wärmepumpen-Versorgungskonzept weist auf Grund des rückläufigen PE-

Faktors von Strom über den Betrachtungszeitraum den geringsten PE-Faktor der Wärme auf

Das BHKW-Kessel-Versorgungskonzept weist über den Betrachtungszeitraum den geringsten

CO2-Emissionsfaktor auf

Neubauquartier

Wie im Bestand ist das BHKW-Kessel-Versorgungskonzept auch im Neubau sowohl bzgl. der

Nachhaltigkeitskriterien als auch der Wärmegestehungskosten absolut wettbewerbsfähig

Das zentrale Brennstoffzellen-Versorgungskonzept weist über den Betrachtungszeitraum den

geringsten PE-Faktor der Wärme auf

Das zentrale BHKW-Kessel-Versorgungskonzept weist über den Betrachtungszeitraum den

geringsten CO2-Emissionsfaktor der Wärme auf

Auf Grund des rückläufigen PE-Faktors von Strom könnten

strombasierte Versorgungskonzepte zukünftig eine wichtigere Rolle

einnehmen

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Kontakt

nymoen strategieberatung gmbh

Joachimsthaler Straße 20

10719 Berlin

Immo Klaus Drobnik

Senior-Berater, Handlungsbevollmächtigter

030.364100.215

[email protected]

Dr. Håvard Nymoen

Geschäftsführer

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