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10-11 | 2018

Energie Klimagerechter

Energie Klimagerechter Stadtumbau Das Projekt „100KWK-Anlagen in Bottrop“ ist Teil der InnovationCity Ruhr | Modellstadt Bottrop, die im Rahmen der NRW-Impulsprogramme gefördert wurde. Das interdisziplinäre Team arbeitet gemeinsam mit Wirtschaftspartnern daran, einen klimagerechten Städteumbau bei gleichzeitiger Sicherung des Industriestandortes Bottrop voranzutreiben. Die CO 2 -Emissionen sollen im Projektgebiet, was die Innenstadt sowie die Stadtteile Batenbrock, Boy, Lehmkuhle, Ebel, Welheimer Mark sowie Teile von Welheim beeinhaltet, im Betrachtungszeitraum 2010 bis 2020 halbiert werden – und das bei einer gleichzeitigen Steigerung der Lebensqualität [1]. Durchgeführt wurde das Projekt in den Jahren 2013 bis 2016. Gefördert wurde es mit Mitteln aus dem „Programm Rationelle Energieverwendung, regenerative Energien und Energiesparen“, dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung, Ziel 2-Programm 2007–2013, Phase VI – Programmbereich „Innovation“ und „KWK“ sowie Komplementärmitteln des Landes NRW. Ferner haben sich die Emscher Lippe Energie GmbH und der DVGW finanziell beteiligt. Die Hersteller sowie das Handwerk haben durch eine fachliche Unterstützung maßgeblich zum Erfolg des Projektes beigetragen. Praxisbeispiele bei unterschiedlichen Gebäudetypen Im Rahmen des Projekts wurden unterschiedliche Gebäudetypen berücksichtigt. Darunter sind Einfamilienhäuser, Doppel-/Reihenendhäuser, Reihenmittelhäuser und auch Mehrfamilienhäuser. In einigen Fällen liegt zusätzlich eine Gewerbenutzung vor. Das Projekt reiht sich als Vorreiter in die Reihe qualifizierter Projekte der Themenwelt „Energie neu denken“ der Landesinitiative KlimaExpo.NRW ein. Stirling-Motor im Reihenhaus Einer der Stirling-Motoren wurde in einem Reihenendhaus von 1956 eingebaut. Er ersetzt eine über 20 Jahre alte Gasheizung. In dem 120 Quadratmeter großen Haus leben drei Personen. Die Installation der KWK-Anlage mitsamt integrierter Brennwertherme zur Spitzenlastabdeckung und einen großen Pufferspeicher für die Heizung und die Warmwasserbereitung erfolgte hier auf engsten Raum. Das Objekt war das Erste, das im Rahmen des „100 KWK-Anlagen in Bottrop“ Demonstrationsprojektes mit einer Anlage ausgerüstet wurde. Ein weiteres Objekt aus dem Baujahr 1919 wurde ebenfalls mit einem Stirling-Motor modernisiert. Durch die Umstellung von einer 24 Jahre alten Kohleheizung zu einem Stirling-Motor konnte der Wohnkomfort deutlich erhöht werden. Das KWK-System besteht auch in diesem Objekt aus einem Paket mit integrierter Spitzenlasttherme und einem Pufferspeicher für die Wärmeversorgung. Die Fläche des ursprünglichen Kohlebunkers wurde als Installationsstandort für die neue Heizungsanlage gewählt. Otto-Motor im Einfamilienhaus In einem Einfamilienhaus wurde eine 25 Jahre alte Öl-Heizung durch einen Gas-Verbrennungsmotor mit einer elektrischen Leistung von einem Kilowatt ersetzt. Dieses System wurde mit einem zusätzlichen Spitzenlastgerät und einem Pufferspeicher für die Heizung und die Warmwasserbereitung installiert. Die Anlage versorgt nun das Gebäude aus dem Jahr 1981 mit rund 133 Quadratmetern Wohnfläche. Durch die Umstellung von Öl auf den Energieträger Erdgas, kann nun die Aufstellfläche der zuvor installierten Öltanks genutzt werden. Brennstoffzelle im Doppelhaus Ein Doppelhaus aus dem Jahre 1987 wurde zuvor von einer Ölheizung mit Wärme versorgt. Nun ist in dem Gebäude eine Brennstoffzelle und eine Gas- Brennwertherme installiert. Das Objekt umfasst mehrere Gebäude mit einer Gesamtfläche von nahezu 400 Quadratmetern. Die thermische Leistung der Brennstoffzelle von 600 Watt kann hier über das ganze Jahr hinweg sehr gut in die Wärmeversorgung des Objektes eingebunden werden. Neben der thermischen Leistung produziert die Brennstoffzelle kontinuierlich rund 1,5 Kilowatt elektrische Leistung. Auf Grund der integrierten gewerblichen Nutzung und der darin lebenden zwei Familien besteht ein hoher Strombedarf von rund 15 000 kWh pro Jahr. Durch eine hohe Grundlast des Objektes kann ein Großteil des erzeugten Stromes selbst genutzt werden. Dies ist für die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle unter den aktuellen Rahmenbedienungen von Vorteil. Ergebnisse zeigen CO 2 -Einsparungen Für die Auswertungen der Messdaten, lag der primäre Fokus im Projekt auf dem Vergleich der eingesetzten KWK- und der bisherigen installierten Altanlagen. Für die Bilanzierung wur- Bild: Klima.Expo 38 UmweltMagazin Oktober - November 2018

Energie den die CO 2 -Emissionen der beiden Systeme gegenübergestellt. Dabei hat die Betrachtungsebene einen wesentlichen Einfluss auf die Berechnung der CO 2 -Emissionen. Nach einer Auswertung eines Datensatzes zur Verteilung der elektrischen Netto- Nennleistung in Deutschland hat sich gezeigt, dass in NRW die größte elektrische Netto-Leistung zur Verfügung steht, diese wird allerdings zum größten Teil durch fossile Kraftwerke, wie zum Beispiel Kohlekraftwerke, bereitgestellt [2]. Dementsprechend ist der Strommix auf der Betrachtungsebene NRW mit wesentlich höheren CO 2 -Emissionen belastet als auf Bundesebene (deutscher Strommix). Der spezifische CO 2 -Emissionsfaktor für Strom in NRW beträgt 857 g CO 2 /kWh [3] und ist damit deutlich höher als für den deutschen Strommix mit 617 g CO 2 /kWh [4]. Im Projektzeitraum konnten CO 2 -Einsparungen für die eingesetzten KWK- Anlagen in Relation zu der zuvor genutzten konventionellen Energieversorgung (öffentliches Netz und Heizkessel) für die Betrachtungsebene Gesamtdeutschland aufgezeigt werden. Die Bilanzierung enthält eine vorläufige Auswertung der messtechnisch aufgenommenen Daten über einen Zeitraum von einem Jahr und umfasst insgesamt 45 KWK-Anlagen, wobei in den ersetzten Altanlagen verschiedene Energieträgerformen als Brennstoff zum Einsatz kamen. Darunter wurden 33 Erdgas-, vier Kohle- und acht Öl-Heizungen betrachtet. Unter Berücksichtigung des Strommixes von NRW steigt das CO 2 -Einsparungspotenzial auf 40 Prozent. Die Einsparungen sind zum einen auf den Einsatz der hocheffizienten KWK-Technologien zurückzuführen und zum anderen auch auf den Wechsel der Energieträgerform, die jeweils mit unterschiedlichen spezifischen CO 2 -Emissionsfaktoren behaftet sind. Im Rahmen des Folgeprojektes „demoKWK3.0“ wurde die ökologische Analyse anhand von energietechnischen Bilanzen, aufbauend auf den methodischen Ansätzen des Projektes „100 KWK-Anlagen in Bottrop“, erneut durchgeführt. Anhand der definierten Auswertungskriterien konnten 62 KWK-Systemen für die Detailanalyse ausgewählt werden. Eine Analyse zeigt, dass im Rahmen des untersuchten Projektzeitraums durch die Installation der ausgewerteten KWK-Anlagen rund 291 t CO 2 eingespart wurden. Dies entspricht einer Einsparung von 36 Prozent gegenüber den CO 2 -Emissionen der zuvor installierten Heizungssysteme. Damit hat die erneute Durchführung der Analyse über einen weiteren Messzeitraum die zuvor ermittelten Ergebnisse bestätigt. Literatur [1] InnovationCity Ruhr: https://icm.de (Zugriff am 15.05.2018) [2] Marc Fiebrandt: Technische und geographische Analyse infrastruktureller Herausforderungen der Energiewende im Hinblick auf Energiespeicherung durch Power-to-Gas, Masterarbeit, September 2015 [3] Statistische Landesämter: Abfrage der Bruttostromerzeugung durch die AEE und das ZSW Baden-Württemberg im Juni 2015, https://www.destatis.de/DE/Presse Service/Adressbuch/National.html [4] Institut Wohnen und Umwelt (IWU): Kumulierter Energieaufwand und CO 2 -Emissionsfaktoren verschiedener Energieträger und -versorgungen, Dezember 2014 Ausblick Forschungsvorhaben „KWK plus Speicher“ 2017 startete das Folgeprojekt „KWK plus Speicher“. Im Rahmen dieses Projektes werden bis zu 20 Stromspeicher (Li- und Blei-basierte Stromspeicher) in KWK-Systeme im Projektgebiet installiert und in das messtechnische Monitoring eingebunden. Anhand der Bewertung der elektrischen Energieströme, der objektbezogenen und der KWK-bezogenen Bilanzgrenze können Aussagen über Stromeigennutzungsund -deckungsanteile getroffen werden, die zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit führen können. Anhand der durchgeführten Analysen wird eine breite Datenbasis für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit für den Einsatz von elektrischen Speichern in Verbindung mit Mikro-KWK-Systemen generiert. Zu den genannten Analysen werden begleitend Messungen um Teillastverhalten, Anlagenregelung und Nutzerverhalten erfolgen. Neben der Demonstration in der InnovationCity Ruhr | Modellstadt Bottrop werden Systemkombinationen im Labor unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht. Hierbei werden auch Untersuchungen im Bereich der Grundlagenforschung zur Verbesserung der Batterie-Chemie durchgeführt. Darüber hinaus wird die Installationsphase und der Betrieb durch eine sozialwissenschaftliche Nutzerananalyse zur standardisierten Erfassung von strom- und heizungsbezogenen psychologischen Variablen begleitet. Die Projektergebnisse dienen dazu, die Effizienz und Flexibilität der gekoppelten Systeme weiter zu steigern. Die KWK stellt zudem eine klassische Technologie zur strukturellen Sektorenkopplung dar und ist ein Baustein von Pt-X (Rückverstromung von Gas aus Erneuerbaren Energien). Durch die Interaktion in den Sektoren Wohnen, Gewerbe-Handel- Dienstleistung und Industrie wird eine bereichsübergreifende Steigerung der Energieeffizienz angestrebt. Klimagerechter Beitrag zur Energie- und Wärmewende Um die vorgegebene Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erfüllen, sind neue Konzepte notwendig. Das Projekt „100 KWK-Anlagen Bottrop“ leistet einen wichtigen Beitrag für den dezentralen Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung. Durch das Zusammenspiel von Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft und kommunalen Unternehmen, präsentiert das Projekt einen Lösungsansatz, der einem klimagerechten Städteumbau gerecht wird. Die Verantwortlichen bauen Erfahrungswissen zum effizientesten Einsatz unterschiedlicher Anlagen auf. Die direkte CO 2 -Einsparung zeigt, dass KWK-Anlagen auch in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Energie- und Wärmewende leisten können. Aus diesen Gründen gilt das Projekt als Vorreiter und reiht sich in die Riege qualifizierter Projekte der Themenwelt „Energie neu denken“ der Landesinitiative KlimaExpo.NRW ein. Bei der Auswahl der qualifizierten Projekte legt die Leistungsschau Wert auf Lösungen, die besonders innovativ und übertragbar sind – wie auch die 100 KWK Anlagen in Bottrop. Maren Wenzel, Mustafa Flayyih, Manfred Lange, Jörn Benthin, Frank Burmeister, Rolf Albus, Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V., Essen, wenzel@gwi-essen.de UmweltMagazin Oktober - November 2018 39

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