RheinEnergie AG

Berechnung der

Primärenergiefaktoren und KWK-

Anteile

für die Fernwärmeversorgung

20.12.2018

1 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

Inhalt

Abkürzungsverzeichnis .............................................................................................................. 2

Zusammenfassung .................................................................................................................... 3

1. Einleitung .......................................................................................................................... 4

2. Berechnungsgrundlagen .................................................................................................. 5

2.1. Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen ........................................................................... 5

2.2. Erzeugung in Heizwerken ................................................................................................... 6

2.3. Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie ................................................................ 7

3. Berechnung der Primärenergiefaktoren ........................................................................... 8

3.1. Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz ....................................................................................... 9

3.2. Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd ......................................................................... 10

3.3. Fernwärmenetz Merheim ................................................................................................... 11

3.4. Fernwärmenetz Junkersdorf .............................................................................................. 12

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 2

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungen:

BHKW Blockheizkraftwerk

EnEV Energieeinsparverordnung

FW Fernwärme

GuD Gas- und Dampfturbinenkraftwerk

GT-HKW Gasturbinenheizkraftwerk

HK Heizkessel

HKW Heizkraftwerk

HW Heizwerk

KWK Kraft-Wärme-Kopplung

Formelzeichen:

A Stromarbeit

𝑓 Faktor

𝑄 Wärme

𝑊 Brennstoffwärme

Indizes:

Bez Bezugsmix Strom

Bne Nettowert der Berichtszeit

Br Brennstoff

FW Fernwärme

HN Heiznetz

Kond Kondensationsanteil

KWK Kraft-Wärme-Kopplung

ne Nettowert

p Primärenergie

PD Prozessdampf

verdr Verdrängungsmix Strom

3 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

Zusammenfassung

Basierend auf Betriebsdaten der drei Jahre 2015 bis 2017 werden die Primärenergiefaktoren

für die vier Fernwärmenetze der RheinEnergie AG berechnet und in aktualisierter Form

veröffentlicht. Die ermittelten Primärenergiefaktoren sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Übersicht über die aktualisiert veröffentlichten Primärenergiefaktoren.

Bezeichnung Fernwärmenetz AGFW-Code Anteil KWK Primärenergiefaktor

Innenstadt-Deutz DENW0023 95,5 % 0,00

Neue Stadt-Bocklemünd DENW0022 88,3 % 0,70

Merheim DENW0047 83,4 % 0,70

Junkersdorf DENW0024 36,5 % 1,01

Für die Fernwärmenetze Innenstadt-Deutz und Junkersdorf wird ein Primärenergiefaktor

anhand der Stromgutschriftmethode nach AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 berechnet. Bei

Anlagen mit gekoppelter und ungekoppelter Erzeugung wird nach AGFW-Arbeitsblatt FW 308

eine Aufteilung der eingesetzten Primärenergie in einen Heizwerkanteil und einen Kraft-

Wärme-Kopplungs-Anteil (KWK-Anteil) durchgeführt. Für die beiden Fernwärmenetzen

Merheim und Neue Stadt-Bocklemünd wird nach FW 309 Teil 1 ein pauschaler

Primärenergiefaktor von 0,70 ausgewiesen.

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 4

1. Einleitung

Seit dem Inkrafttreten der Energieeinsparverordnung (EnEV) in 2002 wird eine ganzheitliche

Betrachtung der Energieversorgung für bestehende und neu zu errichtende Gebäude vom

Gesetzgeber vorgeschrieben. Die EnEV in der derzeit gültigen Fassung vom Oktober 2015

begrenzt den Jahresprimärenergiebedarf der Gebäude. Die Ermittlung dieses

Primärenergiebedarfs beinhaltet den Energieeinsatz und die Verluste, die bei der Gewinnung

bzw. Erzeugung und Transport bis zum Gebäude entstehen. Diese vorgelagerten

Energiemengen werden im Primärenergiefaktor der jeweiligen Energieträger berücksichtigt.

Die RheinEnergie betreibt zur Wärmeversorgung von Köln vier getrennte Fernwärmenetze. Im

Folgenden wird die Ermittlung der Primärenergiefaktoren der Fernwärmeversorgung für die

Fernwärmenetze der RheinEnergie beschrieben.

5 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

2. Berechnungsgrundlagen

Der überwiegende Anteil der von RheinEnergie erzeugten Fernwärme wird in hocheffizienten

KWK-Anlagen wie z.B. Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD) erzeugt. In KWK-Anlagen

wird Strom und Wärme in gekoppelter Erzeugung unter sehr hoher Ausnutzung des

einsetzten Brennstoffs erzeugt. Zusätzlich zu KWK-Anlagen kommen auch Heizkesselanlagen

zur Spitzenlastabdeckung oder als Ersatzanlagen zum Einsatz. So wird eine hohe

Versorgungssicherheit der mit Fernwärme versorgten Kunden gewährleistet.

Die Primärenergiefaktoren für Fernwärmenetze werden anhand der AGFW-Arbeitsblätter

FW 309 Teil 1 von Mai 2014 und FW 308 von September 2015 ermittelt. Im Arbeitsblatt

FW 309 Teil 1 wird die Methodik zur Berechnung der Primärenergiefaktoren nach der

Stromgutschriftmethode beschrieben. Das Arbeitsblatt FW 308 dient zur Abgrenzung des

KWK-Prozesses bei Kraftwerksanlagen mit Kondensationsstromanteil. Danach wird eine

Kraftwerksanlage mit anteiliger Kondensationsstromerzeugung rechnerisch in eine KWK- und

eine Kondensationsanlage aufgeteilt. Der KWK-Anteil fließt in die Ermittlung des

Primärenergiefaktors für die Fernwärmebereitstellung ein.

Für die Bestimmung des spezifischen Primärenergiefaktors der Fernwärme aus KWK-Anlagen

ist eine Brennstoffzuordnung zu den Koppelprodukten Strom und Fernwärme erforderlich. Die

Stromgutschriftmethode berücksichtigt, dass dem in KWK erzeugten Strom bei der

Einspeisung ins Netz Vorrang eingeräumt wird. Der Primärenergieaufwand des verdrängten

Stroms wird der KWK-Wärme gutgeschrieben, d.h. vom Primärenergieaufwand der KWK-

Wärme abgezogen. Dies erfolgt mit Hilfe eines in der FW 309 Teil 1 festgelegten

Primärenergiefaktors für den durch KWK verdrängten Strommix.

Der Primärenergiefaktor für das jeweilige Fernwärmenetz wird aus den mengengewichteten

Primärenergiefaktoren der einzelnen in das Fernwärmenetz einspeisenden Anlagen und auf

Basis der Energiemengen der drei Bilanzjahre berechnet.

2.1. Kombinierte Erzeugung in KWK-Anlagen

In Abbildung 1 ist eine Anlagenkonfiguration für KWK-Anlagen mit gekoppelter

Wärmeerzeugung dargestellt. In KWK-Anlagen werden Strom und Wärme gemeinsam

erzeugt, was den Primärenergieeinsatz im Vergleich zu konventioneller und ausschließlicher

Stromerzeugung senkt. Der Primärenergiefaktor des Fernwärmesystems wird anhand von

Formel 1 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt.

𝑓P,FW =(𝑊Br −𝑊Kond) ⋅ 𝑓p,Br + (𝐴HN − 𝐴Bne,KWK) ⋅ 𝑓p,verdr

∑𝑄FW

(1)

Bei hocheffizienten KWK-Anlagen kann der Primärenergiefaktor der Fernwärmeversorgung

einen negativen Wert annehmen und ist dann auf einen Wert von 0,00 zu setzen.

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 6

Abbildung 1: Anlagenkonfiguration mit gekoppelter Wärmeerzeugung am Beispiel einer erdgasbefeuerten GuD-Anlage.

Für Anlagen mit gekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach Formel 1

der Pauschalwert

𝑓P,FW = 0,70 (2)

ausgewiesen werden.

2.2. Erzeugung in Heizwerken

Die in Abbildung 2 dargestellte Anlagenkonfiguration umfasst in der Regel Heizwerke mit

mehreren Heizkesseln ohne zusätzliche Stromproduktion. Für diese Anlagen kann der

Primärenergiefaktor nach Formel 3 mit der Stromgutschriftmethode ermittelt werden.

𝑓P,FW =𝑊Br ⋅ 𝑓p,Br + (AHN − 𝐴Bne,KWK) ⋅ 𝑓p,bez

∑𝑄FW

(3)

7 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

Für Anlagen mit ungekoppelter Wärmeerzeugung kann alternativ zur Berechnung nach

Formel 3 der Pauschalwert

𝑓P,FW = 1,30 (4)

ausgewiesen werden.

Abbildung 2: Anlagenkonfiguration mit ungekoppelter Wärmeerzeugung.

2.3. Pauschalfaktoren für eingesetzte Primärenergie

Als Primärenergiefaktoren für Brennstoff und Strom werden die in Tabelle 2 angegebenen

Werte aus dem AGFW-Arbeitsblatt FW 309 Teil 1 verwendet.

Tabelle 2: Ausgewählte Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze der RheinEnergie.

Brennstoff fp

Braunkohle 1,2

Erdgas 1,1

Heizöl 1,1

Allgemeiner Strommix 2,8

Verdrängungsstrommix 2,8

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 8

3. Berechnung der Primärenergiefaktoren

Die Primärenergiefaktoren für die Fernwärmenetze von RheinEnergie können auf der

Plattform https://www.district-energy-systems.info mit Hilfe des in Tabelle 3 genannten

AGFW-Codes abgefragt werden können.

Tabelle 3: Übersicht über die Fernwärmenetze der RheinEnergie.

Bezeichnung Fernwärmenetz AGFW-Code

Innenstadt-Deutz DENW0023

Neue Stadt-Bocklemünd DENW0022

Merheim DENW0047

Junkersdorf DENW0024

Die in Abbildung 3 dargestellten Fernwärmenetze werden von unterschiedlichen

Heizkraftwerken (HKW), Blockheizkraftwerken (BHKW) und Heizwerken (HW) versorgt.

Abbildung 3: Schematische Darstellung der Fernwärmenetze und Erzeugungsstandorte der RheinEnergie in Köln.

9 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

3.1. Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz

Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Innenstadt-Deutz erfolgt mit 80,4 % durch die

beiden Anlagen GuD Niehl 2 und GuD Niehl 3 (vgl. Tabelle 4 und Abbildung 4). Die Anlagen

GuD Südstadt und das Gasturbinenheizkraftwerk Niehl (GT-HKW) werden rechnerisch in

einen HW-Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt. Die Anlagen Niehl 2 und Niehl 3 werden in

einen Kond-Anteil und KWK-Anteil aufgeteilt.

Tabelle 4: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz

Anlage

Erzeugungsart Brennstoff

KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl

GuD Niehl 2 X - X X

GuD Niehl 3 X - X -

Hilfskessel Niehl - X X X

GT-HKW Niehl X X X -

GuD Südstadt X X X -

Heizkessel Südstadt - X X X

Heizwerk Deutz - X X X

Abbildung 4: Fernwärmeerzeugung im Netz Innenstadt-Deutz in den Jahren 2015 bis 2017.

In Tabelle 5 sind die Energiebilanzen für das Netz Innenstadt-Deutz aus den Jahren 2015 bis

2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-

Anteil von 95,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von

𝑓P,FW = 0,00. (5)

41,2%

39,2%

14,9%

3,7%0,6% 0,5%

GUD_Niehl_2_KWK

GUD_Niehl_3_KWK

GUD_Südstadt_KWK

Kessel_Südstadt_HW

GUD_Südstadt_HW

Sonstige

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 10

Tabelle 5: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Innenstadt-Deutz.

Bezeichnung

2015 2016 2017 Zeitraum

WBr,KWK,p Primärenergie KWK 2.904.911 3.048.928 3.667.338 9.621.177

ABne,KWK Nettostrom KWK 972.523 1.217.777 1.536.570 3.726.870

AHN Stromeigenbedarf 9.452 9.452 9.452 28.356

Ane,p Nettostrombilanz -2.696.600 -3.383.309 -4.275.930 -10.355.840

QFW Fernwärmeabsatz 890.379 806.459 809.389 2.381.574

3.2. Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd

Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Neue Stadt-Bocklemünd erfolgt mit 86,9 % durch

die beiden Anlagen Block 6 Merkenich und GuD Merkenich (vgl. Tabelle 6 und Abbildung 5).

Die Anlagen Block 6, GuD Merkenich, und Block 4 wurden rechnerisch in einen KWK- und

einen Kond-Anteil aufgeteilt. Bis auf das Heizwerk Bocklemünd können alle Anlagen im Netz

Neue Stadt-Bocklemünd sowohl Prozessdampf als auch Fernwärme erzeugen. Daher wird für

alle Anlagen eine getrennte Berechnung für den Anlagenteil zur Fernwärme- und

Prozessdampferzeugung durchgeführt.

Tabelle 6: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd.

Anlage

Erzeugungsart Brennstoff Produkt

KWK-

Anteil

HW-

Anteil

Braun-

kohle Erdgas Heizöl Fernwärme

Prozess-

dampf

Block 6 Merkenich X - X X - X X

Block 4 Merkenich X - - X - X X

GuD Merkenich X - - X - X X

Reservekessel

Merkenich - X - X - X X

Heizwerk

Bocklemünd - X - X X X -

Abbildung 5: Fernwärmeerzeugung im Netz Neue Stadt-Bocklemünd in den Jahren 2015 bis 2017.

59,2%

27,7%

1,4%

7,0%

4,7%

Block_6_Merkenich_KWK

GUD_Merkenich_KWK

Block_4_Merkenich_KWK

Kessel_Merkenich_HW

Kessel_Bocklemünd_HW

11 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

In Tabelle 7 sind die Energiebilanzen für das Netz Neue Stadt-Bocklemünd aus den Jahren

2015 bis 2017 dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei

einem KWK-Anteil von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von

𝑓P,FW = 0,70. (6)

Tabelle 7: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Neue Stadt-Bocklemünd.

Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum

WBr,KWK,p Primärenergie KWK 469.717 544.081 519.703 1.533.500

ABne,KWK Nettostrom KWK 95.371 133.340 118.418 347.128

AHN Stromeigenbedarf 1.547 1.811 1.995 5.354

Ane,p Nettostrombilanz -262.706 -368.279 -325.984 -956.969

QFW Fernwärmeabsatz 200.704 211.090 206.544 618.338

3.3. Fernwärmenetz Merheim

Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Merheim erfolgt mit 83,4 % durch die GuD Merheim

(vgl. Tabelle 8 und Abbildung 6). Die Anlage GuD Merheim wurde rechnerisch in einen HW-

Anteil und einen KWK-Anteil aufgeteilt.

Tabelle 8: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Merheim.

Anlage

Erzeugungsart Brennstoff

KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl

GuD Merheim X X X X

Heizwerk Merheim - X X X

Abbildung 6: Fernwärmeerzeugung im Netz Merheim in den Jahren 2015 bis 2017.

83,4%

15,5%

1,1%

GuD_Merheim_KWK

Kessel_Merheim_HW

GuD_Merheim_HW

PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME 12

In der Tabelle 9 sind die Energiebilanzen für das Netz Merheim aus den Jahren 2015 bis2017

dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil

von 88,3 % ein pauschaler Primärenergiefaktor von

𝑓P,FW = 0,70. (7)

Tabelle 9: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Merheim.

Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum

WBr,KWK,p Primärenergie KWK 222.480 244.084 238.894 705.458

ABne,KWK Nettostrom KWK 53.478 61.616 55.554 170.648

AHN Stromeigenbedarf 571 579 569 1.719

Ane,p Nettostrombilanz -148.140 -170.905 -153.959 -473.004

QFW Fernwärmeabsatz 101.766 110.167 108.684 320.617

3.4. Fernwärmenetz Junkersdorf

Die Bereitstellung der Fernwärme im Netz Junkersdorf erfolgt mit 63,5 % durch Heizkessel

(vgl.

Tabelle 10 und Abbildung 7). Der Rest der Erzeugung wird durch Gasmotoren-BHKW in KWK

bereitgestellt.

Tabelle 10: Erzeugungsanlagen im Fernwärmenetz Junkersdorf.

Anlage

Erzeugungsart Brennstoff

KWK-Anteil HW-Anteil Erdgas Heizöl

BHKW Junkersdorf X - X X

Heizwerk Junkersdorf - X X X

Abbildung 7: Fernwärmeerzeugung im Netz Junkersdorf in den Jahren 2015 bis 2017.

In Tabelle 11 sind die Energiebilanzen für das Netz Junkersdorf aus den Jahren 2015 bis 2017

dargestellt. Aus den Bilanzdaten ergibt sich für dieses Fernwärmenetz bei einem KWK-Anteil

von 36,5 % nach der Stromgutschriftmethode ein Primärenergiefaktor von

36,5%

63,5%

BHKW_Junkersdorf_KWK

Kessel_Junkersdorf_HW

13 PRIMÄRENERGIEFAKTOREN FERNWÄRME

𝑓P,FW = 1,01. (8)

Tabelle 11: Energiebilanzen in MWh für das Fernwärmenetz Junkersdorf.

Bezeichnung 2015 2016 2017 Zeitraum

WBr,KWK,p Primärenergie KWK 24.499 24.922 24.832 74.254

ABne,KWK Nettostrom KWK 3.898 3.712 3.829 11.439

AHN Stromeigenbedarf 66 63 65 193

Ane,p Nettostrombilanz -10.731 -10.219 -10.539 -31.489

QFW Fernwärmeabsatz 13.714 14.231 14.273 42.218