Energieatlas — Rheinland-Pfalz : Projektsteckbriefe

Die Durchführbarkeitsstudie untersucht die Machbarkeit eines zentralen Nahwärmenetzes zur Versorgung der Marie-Curie-Realschule plus und umliegender kommunaler Gebäude in Bad Marienberg. Hierfür wurde wie folgt vorgegangen: 

• Ist-Analyse der Ausgangssituation inklusive Aufnahme der Heizungstechnik in den Bestandsobjekten
• energetische Analyse des Energieverbrauchs zur Dimensionierung der Wärmeerzeugungsanlagen
• Abstimmung mit anderen Bauvorhaben
• Kontaktaufnahme mit betroffenen Akteuren, um Transparenz herzustellen
• technische Auslegung: Dimensionierung und Einbindung der Anlagen, Variantenvergleich unterschiedlicher Anlagentechniken, Varianten des Trassenverlaufs bei Nahwärmenetzen, Festlegung der Wärmeübergangsstationen zur Ermittlung des objektspezifischen Installationsaufwandes
• Wirtschaftlichkeitsberechnung nach VDI 2067 zur Ermittlung des Wärmepreises der Nahwärmeversorgung (Einbeziehung von Kapital-, Betriebskosten, verbrauchsgebundenen Kosten)
• Vergleich unterschiedlicher Systemvarianten
• Darstellung der CO₂-Emissionen verschiedener Systemvarianten
• Analyse unterschiedlicher betriebswirtschaftlicher Geschäftsmodelle
• Beleuchtung verschiedener Finanzierungsvarianten (Höhe der Anschlussgebühr für Teilnehmer, Grund- und Leistungspreis)
• Informationen und Hilfestellungen zu Beihilfe-, Zuwendungs- und Vergaberecht
• Erstellung einer Vorlage für die Entscheidungsgremien sowie der notwendigen Unterlagen für den Auftrags- und Zuwendungsgeber

Variantenvergleich

Die Leitungsführung zum möglichen Verlauf eines Wärmenetzes ist etwa 1.150 m lang. Bei einer Auslegung für 3.200 Volllaststunden pro Jahr, beträgt die Heizlast ca. 950 kW. Dabei wurde mit einer witterungsgeführten Vorlauftemperatur von 76-80 °C und einem Rücklauf von 45 °C gerechnet. Zur Deckung der angegebenen Heizlast wurden drei zentrale Varianten in Betracht gezogen:

• Variante B – Pellet und Wärmepumpe
• Variante C – Pellet
• Variante D – Sole/Wasser-Wärmepumpe

Zu Vergleichszwecken wurde die Variante A, ein 1:1 Tausch, d.h. eine Erneuerung der bestehenden Heizungsanlage mit gleichem Energieträger, zugrunde gelegt.

Bei der Variante B stützt sich die Wärmeproduktion auf ein bivalentes System bestehend aus Wärmepumpe und Pelletkessel. Das System deckt die Grundlast, während der vorhandene Gaskessel im Schulzentrum in der Spitzenlast unterstützen soll. Die Nutzung des Gaskessels als Redundanzkessel ist vor allem aufgrund seines geringen Alters (2018) die wirtschaftlichere Lösung. Die vorgesehene Wärmepumpe mit einer Leistung von 500 kW kann in Containern im Außenbereich platziert werden. Das System der Wärmepumpe besteht im Kernstück aus einer „normalen“ Wärmepumpe mit Temperaturen bis zu 60 °C sowie einem nachgeschalteten „Booster“, welcher eine Anhebung auf 76-80 °C ermöglicht. Ergänzend zum Wärmepumpensystem soll eine Pelletanlage mit 250 kW Leistung in einem separaten Heizhaus aufgestellt werden. Dort sollen zwei Pufferspeicher mit je 4.180 Litern Volumen platziert werden. Das Pellet-Lagervolumen beträgt etwa 28 t, der geschätzte Jahresverbrauch beläuft sich auf 46 t. Damit wären drei Anlieferungen pro Jahr erforderlich.

In Variante C werden drei Pellet-Heizhäuser für die Wärmeproduktion vorgesehen. Auch hier dient der bestehende Gaskessel zur Abdeckung der absoluten Spitzenlast. Die drei Heizhäuser in Containerbauweise können nebeneinander an einem zentralen Ort aufgestellt werden. Die Gesamtleistung der Pelletanlagen ergibt in Summe 750 kW. Der prognostizierte Verbrauch beläuft sich auf 534 t/a, daraus ergeben sich ca. 25 Anlieferungen jährlich. Die Grundlast wird komplett gedeckt, während auch die Spitzenlast größtenteils abgefangen wird. Der Gaskessel könnte somit lediglich als Notfall-Lösung bei Ausfall der Pelletanlagen dienen.

Für die Variante D sind einige Punkte im Voraus zu klären. Anhand des Kartenmaterials des Landesamtes für Geologie Rheinland-Pfalz, liegt das zu betrachtende Wärmenetz in einem Gebiet, in dem die Antragszulassung mit Auflagen möglich ist. Es besteht jedoch auch eine gewisse Nähe zu Gebieten mit einer generellen Antragsablehnung. Die Wärmeleitfähigkeit des Bodens liegt hier bei 1,0 bis 1,2 W/(m²K). Für die Berechnung wurde ein spezifischer Entzugswert des Bodens von 40 W/m angenommen. Bei einer benötigten Wärmeleistung von 750 kW und einem angenommenen COP der Sole/Wasser Wärmepumpe von 3,0 würde dem Boden eine Leistung in Höhe von 187,5 kW entzogen werden. Aus den genannten Werten ergibt sich laut Berechnung eine Länge der benötigten Sonden von 4.688 m, was bei einer Tiefe von 100 m pro Sonde insgesamt 47 Sonden ergibt.

Ergebnisse

Die Varianten B bis D wurden alle anhand einer Wirtschaftlichkeitsberechnung in Anlehnung an VDI 2067 beurteilt und miteinander verglichen.

Bei der Vergleichsvariante A werden CO₂-Emissionen von 558 t/a erzeugt. Die Variante B mit Wärmepumpe und Pelletanlage erzeugt lediglich 240 t/a CO₂ und reduziert den CO₂-Ausstoß dadurch um 57 %. Die Investitionskosten der Variante B belaufen sich auf 1,65 Millionen Euro, die Amortisationsdauer der Maßnahme beträgt 8,75 Jahre.

Die größten CO₂-Einsparungen ermöglicht die Variante C mit Emissionen in Höhe von 106 t/a und damit 81 % Einsparung. Pellets haben laut Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle einen sehr geringen CO₂-Faktor und werden damit nahezu klimaneutral bewertet. Mit Investitionskosten der Maßnahme in Höhe von 1,43 Millionen Euro amortisiert sich die Anlage erst nach 12,31 Jahren.

Variante D reduziert die CO₂-Emissionen auf 335 t/a was etwa 40 % entspricht. Die Amortisationsdauer ist hier mit 16,51 Jahren am längsten, wobei ohne eine Probebohrung keine vollständig verlässlichen Aussagen zum numerischen ermittelten Bodenrichtwert des Geodienstes getroffen werden können. Mit 2,7 Millionen Euro Investitionskosten ist die Maßnahme deutlich teurer als die Varianten B und C.

Bei Betrachtung der Ergebnisse zeigt sich, dass die Variante B – Wärmepumpe und Pelletanlage mit einer Amortisationsdauer von unter 9 Jahren die wirtschaftlich sinnvollste Entscheidung darstellt.