Energiebilanz und Potenzialanalyse der erneuerbaren ... · Energie- und CO2-Bilanz 7 Im...

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Juli 2014

Dieses Projekt wird realisiert durch das CENTRAL EUROPE Programm kofinanziert durch den EFRE.

2 Energiebilanz und Potenzialanalyse der erneuerbaren Energien der Gemeinde Cölbe

3 Energie- und CO2-Bilanz

Energiebilanz und Potenzialanalyse der

erneuerbaren Energien

der Gemeinde Cölbe

IMPRESSUM

Auftraggeber Auftragnehmer

Gemeinde Cölbe

Kassler Straße 88

35091 Cölbe

IB Wangelin

Esmarchstraße 60

34121 Kassel



INHALTSVERZEICHNIS

ZUSAMMENFASSUNG 6

SUMMARY 10

1 ENERGIE- UND CO2-BILANZ 15

1.1 Gesamtenergieverbrauch- und CO2-Emissionen der Gemeinde Cölbe 16

1.2 Strom- und Wärmeerzeugung mittels erneuerbarer Energien 16

2 POTENZIALANALYSE 19

2.1 Die Potenzialbestimmung 19

2.2 Methodisches Vorgehen bei der Potenzialanalyse 20

2.3 Energetisches Erzeugungspotenzial der Gemeinde Cölbe durch

erneuerbare Energien 22

2.4 Potenziale für Strom und Wärme 24

2.5 Potenzial einer Biogasanlage im Bereich L3089/K34 26

3 MÖGLICHKEITEN DER STROMSPEICHERUNG ÜBER EIN PUMPSPEICHERKRAFTWERK

AN DER LAHN 28

3.1 Einführung Pumpspeicherkraftwerke 29

3.2 Mögliche Standorte in Cölbe 30

3.3 Variante 1 32

3.4 Variante 2 33

3.5 Vergleich der beiden Varianten 33

4 LITERATURVERZEICHNIS 35


ZUSAMMENFASSUNG

In dem vorliegenden Bericht wird der aktuelle Stand der Energieversorgung der Gemeinde

Cölbe aus erneuerbaren Energiequellen dargestellt. In einem weiteren Schritt werden die

Potenziale der erneuerbaren Energien ausgewiesen. Die energetischen Potenziale der einzelnen

Erzeugungsarten werden in den Bereichen Strom und Wärme dargestellt. Zudem werden die

Möglichkeiten für den Einsatz erneuerbarer Energien aufgezeigt. Aufgrund einer konsistenten

Datengrundlage wurde 2012 als Bezugsjahr verwendet.

Die Biomassepotenziale werden im Weiteren dahingehend beleuchtet, ob der Bau einer

Biogasanlage in der Gemeinde Cölbe theoretisch umsetzbar ist. Zudem wird aufgrund der

günstigen topographischen Lage Cölbes die Potenziale zur Stromspeicherung über ein

Pumspeicherkraftwerk an der Lahn untersucht.

Energieverbrauch

Im Jahr 2012 hatte die Gemeinde Cölbe einen Endenergieverbrauch von rund 161,4 GWh.

Insgesamt wurden 54.900 t CO2 ausgestoßen.

Davon entfallen auf

Wärme: 72,6 GWh

Strom: 25,2 GWh

Mobilität: 63,6 GWh

Energieerzeugung mittels erneuerbarer Energien

In den Bereichen Wärme und Strom wurden im Bezugsjahr 2012 insgesamt 15,2 GWh durch

Erneuerbare-Energien-Anlagen produziert. Dadurch lassen sich knapp 10% des lokalen

Endenergieverbrauchs decken.

Auf den Wärmebereich entfallen davon 4,5 GWh. Der größte Teil von 3,8 GWh wird durch

Holzheizungen und -kessel produziert, Solarthermie und Umweltenergie nehmen eher

untergeordnete Rollen ein (vgl. Tabelle 1). Das Nahwärmenetz von Schönstadt nicht mit

einbezogen worden, weil erst für das Jahr 2013 Werte vorliegen. Bei der Annahme, dass in

2013 ein ähnlicher Wärmeverbrauch der Gemeinde vorliegt, substituiert das Nahwärmenetz

mit einer Wärmeabnahme der Schönstädter Gebäude von 6.5 GWh rund 9% der ursprünglich

eingesetzten Energieträger für die Wärmerzeugung.

Tabelle 1: Einsatz erneuerbarer Energien zur Wärmeerzeugung in der Gemeinde Cölbe[GWh/a].

Erneuerbare Energien (Wärme) produzierte Energie

Solarthermie 0,4 GWh

Holzheizungen und -kessel 3,8 GWh

Umweltenergie (Geothermie + Erdwärme) 0,2 GWh

Summe Wärme aus erneuerbaren Energien 4,5 GWh

Anteil am Wärmeverbrauch 6,2%

Summendifferenzen durch Rundungen möglich

Strom


Im Strombereich wurden 10,7 GWh durch Erneuerbare-Energien-Anlagen produziert. Der

Anteil der erneuerbaren Energien beträgt 42% und zeigt, dass Cölbe sehr ambitioniert ist.

Etwa 8,8 GWh werden durch die Biomasseanlage der Firma Holz-Schmidt erzeugt, wobei hier

bedacht werden muss, dass das BHKW der Firma nicht mit lokalen sondern mit importierten

Holzressourcen betrieben wird (vgl. Tabelle 2).

Tabelle 2: Einsatz erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in der Gemeinde Cölbe [GWh/a].

Erneuerbare Energien (Strom) Anlagenanzahl Leistung produzierte Energie

Biomasse 1 1.200 kW 8,8 GWh

PV-Anlagen 165 2.155 kWp 1,8 GWh

Wasserkraft 3 0,03 GWh

Summe 169 3.355 kWp 10,7 GWh

Anteil am Stromverbrauch 42%

Potenziale der erneuerbaren Energien

In der Gemeinde Cölbe besteht ein Erzeugungspotenzial aus erneuerbaren Energien von

15,4 GWh. Nach der Ausschöpfung dieser Potenziale müssen zur Deckung des

Endenergiebedarfs in Höhe von 161,4 GWh noch 130,8 GWh von außerhalb der Gemeinde in

Form von fossilen oder anderen erneuerbaren Energien importiert werden (vgl. Tabelle 3).

Tabelle 3: Energetisches Potenzial der erneuerbaren Energien in der Gemeinde Cölbe [GWh/a].

durch erneuerbare Energien produzierte

Energie 2012

Verbrauch in 2012

Strom (ohne Wärme und Mobilität) 10,7 GWh 25,2 GWh

Wärme 4,5 GWh 72,6 GWh

Mobilität 63,6 GWh

Summe 15,2 GWh 161,4 GWh

Potenziale Gesamtpotenzial bereits erschlossen noch erschließbar

Solarthermie 4,4 GWh 0,4 GWh 4,0 GWh

PV-Anlagen 6,8 GWh 1,8 GWh 5,0 GWh

Umweltenergie 1,9 GWh 0,2 GWh 1,7 GWh

Wasserkraft 0,03 GWh 0,03 GWh kein Ausbaupotential

angenommen

Biomasse (Wärme und Strom) 13,5 GWh 8,8 GWh 4,7 GWh

Windkraft kein Potential angenommen

kein Potential angenommen

kein Potential angenommen

Summe 26,6 GWh 11,2 GWh 15,4 GWh

Energieimport nach

Ausschöpfung der Potentiale 130,8 GWh


Im Strombereich besteht ein Potenzial der erneuerbaren Energien in Höhe von 14,5 GWh.

Davon entfallen auf

Strom

Wärme


Photovoltaik: 6,8 GWh

Biomasse: 7,7 GWh

Im Vergleich mit dem Stromverbrauch der Gemeinde in Höhe von 25,2 GWh im Jahr 2012

zeigt sich, dass 10,7 GWh lokal nicht gedeckt werden. Durch Energieeinsparung und

Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung kann aber der Stromverbrauch gesenkt werden,

was zu einer weiteren Verringerung der Importe führt.

Für die Wärmebereitstellung können die erneuerbaren Energien weitere 12,2 GWh

erzeugen. Diese verteilen sich wie folgt:

Solarthermie: 4,4 GWh

Biomasse: 5,8 GWh

Umweltwärme: 1,9 GWh

Sollten diese Potenziale ausgeschöpft werden, müssten bei einem Wärmeverbrauch von

72,6 GWh noch 60,5 GWh von außerhalb importiert werden.

Es zeigt sich abschließend, dass eine vollständige Versorgung der Gemeinde Cölbe mit Energie

aus den Potenzialen der erneuerbaren Energien nicht möglich ist. Mit einem Gesamtpotenzial

von rund 15,4 GWh können lediglich 10% des Endenergiebedarfs der Gemeinde gedeckt

werden. 130,8 GWh müssten weiterhin importiert werden.

Stromspeicherung über ein Pumpspeicherkraftwerk an der Lahn

Die Gemeinde Cölbe möchte prüfen lassen wie groß das Potenzial der Stromspeicherung durch

den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks ist, welches mit dem Wasser der Lahn gespeist wird.

Durch den Bau könnten Überschüsse aus einer lokalen Stromproduktion gespeichert werden.

Zu Spitzenlastzeiten der Tagesganglinie des Stromverbrauchs könnte diese gespeichert

Energie wieder zur Verfügung gestellt werden.

Der Vergleich zweier möglicher Standorte (siehe Abbildung 1) in der Gemeinde haben ergeben,

dass im Falle der Variante 1 (am südwestlichen Rand des Goldberges) durch ein Oberbecken

mit einem Volumen von 383.000 m³ rund 80 MWh elektrische Energie produziert werden kann.

Variante 2 (in der Lahntalschleife bei Cölbe) hat mit 273.000 m³ ein geringeres Volumen im

Oberbecken und kann damit rund 56 MWh elektrische Energie generieren.

Aufgrund der größeren Fallhöhe von 110 m und dem größeren Oberbecken von Variante 1

kann dort mehr Energie produziert werden, weswegen diese Variante der Variante 2

vorzuziehen ist.


Abbildung 1: Lokalisierung der beiden Varianten für ein Pumpspeicherkraftwerk an der Lahn bei Cölbe (eigene Darstellung).

Oberbecken

Unterbecken

Oberbecken

Unterbecken Cölbe


SUMMARY

This report presents the current status of energy supply from renewable energy sources in the

community Cölbe. A further step shows the potential of renewable energies. The energetic

potential of different types of generation is presented in the electricity and heat sector.

Furthermore the possibilities for the use of renewable energies are demonstrated. 2012 was

used as the reference year.

The biomass potential is been analyzed in addition, whether the construction of a biogas plant

in the municipality Cölbe is theoretically feasible. Due to the good topographic situation Cölbes

the potential for storing electricity on a pumped storage power plant also are examined.

Energy consumption

The final energy consumption of the community Cölbe is at 161,4 GWh in the year 2012.

Altogether, around 54.900 t CO2 are emitted.

From these 338 GWh were

Heat: 72,6 GWh

Electricity: 25,2 GWh

Mobility: 63,6 GWh

Energy generation by renewable energy

In the heat and electricity sectors 15,2 GWh are produced by renewable energy plants. These

are 10% of the community´s total energy consumption.

The heat sector has produced 4,5 GWh of these 15 GWh. Where of the majority of 3,8 GWh is

generated by wood heating systems and boilers. Solar thermal energy and geothermal heat

play a minor part (see Table 4). The district heating network of Schönstadt has not been

included in the calculations because there are only data for the year 2013 available. With the

assumption that there is a similar consumption of heat energy in the community in 2013 as in

the year before, the district heating network substitutes with 6,5 MWh approximately 9 % of

the energy sources used for heat generation.

Table 4: Use of renewable energies for heat generation in the community Cölbe [GWh/a].

Renewable energy (heat) Generated energy

Solar heat 0,4 GWh

Wood heating and boilers 3,8 GWh

Geothermal heat 0,2 GWh

Total heat from renewable energies 4,5 GWh

Proportion on heat consumption 6,2%

Differences between totals are due to rounding

Strom

Wärme


The electricity sector has produced 10,7 GWh by renewable energy plants. The proportion of

the renewable energy is with 42 % very high. 8,8 GWh are generated by the biomass plant of

the company Holz-Schmidt, that is operating with imported wood resources (see Table 5).

Table 5: Use of renewable energy for the generation of electricity in the community Cölbe

[GWh/a].

Renewable energy (electricity) Numbers of

plants Output Generated energy

Biomass 1 1 200 kW 8,8 GWh

PV-plants 165 2 155 kWp 1,8 GWh

Hydropower 3 - 0,03 GWh

Total 169 3 355 kWp 10,7 GWh

Proportion on electricity consumption 42%


Potential of the renewable energy

There is a generation-potential of 15,4 GWh through an expansion of renewable energy

systems in the community Cölbe. After realizing this potential, 130,8 GWh need to be imported

from outside the community in form of fossil or renewable energies to cover the energy

demand. Please note that 15,2 GWh are produced in the region and are already subtracted.

Table 6: Energetic potential of renewable energy in the community Cölbe [GWh/a].

Energy produced by renewable energy in

2012

Consumption in 2012

Electricity (without heat/mobility) 10,7 GWh 25,2 GWh

Heat 4,5 GWh 72,6 GWh

Mobility 63,6 GWh

Total 15,2 GWh 161,4 GWh

Potential Total potential Already used Still useable

Solar heat 4,4 GWh 0,4 GWh 4,0 GWh

PV-plants 6,8 GWh 1,8 GWh 5,0 GWh

Geothermal heat 1,9 GWh 0,2 GWh 1,7 GWh

Hydropower 0,03 GWh 0,03 GWh no potential

assumed

Biomass (heat an electricity) 13,5 GWh 8,8 GWh 4,7 GWh

Wind power no potential

assumed

no potential

assumed

no potential

assumed

Total 26,6 GWh 11,2 GWh 15,4 GWh

Energy consumption after realizing the potentials

130,8 GWh


In the electricity sector there is a renewable energy potential of 14,5 GWh. These are

distributed as follows:

photovoltaic plants: 6,8 GWh

biomass: 7,7 GWh

Strom

Wärme


Compared with the community´s power consumption of 25,2 GWh in 2012, it shows that

10,7 GWh are locally not covered. Through energy conservation and measures to increase

energy efficiency, however, the power consumption can be reduced, which leads to a further

reduction in imports.

In the context of heat supply, renewable energies can produce 12,2 GWh. These are

distributed as follows:

solar heat: 4,4 GWh

biomass: 5,8 GWh

geothermal heat: 1,9 GWh

If these potentials in the heat sector are fully realized there are still 60,5 GWh that have to be

imported.

This report shows conclusively that a full supply of the community Cölbe renewable energy is

not possible. With a total potential of around 15,4 GWh only 10% of final energy demand can

be covered. 130,8 GWh still have to be imported.

Electricity storage by a pumped storage power plant on the River Lahn

The municipality Cölbe wants to get examined how large the potential of storing electricity in a

pumped storage power plant supplied with water from the River Lahn is. By the pumped

storage power plant, surpluses in local produced electricity might be stored. At peak load times

of the daily curve of power consumption that stored energy could be made available again.

The comparison of two possible positions (see Figure 2) in the community shows that option 1

(on the southeastern edge of the Goldberg) could produce around 80 MWh of electric energy

with a water storage of 383.000 m³ in the upper basin. Option 2 (in the Lahn valley loop near

Cölbe) shows with 273.000 m³ a lesser water volume and could produce 56 MWh of electric

energy.

Because of the larger drop height of 110 m and the larger upper basin option could produce

more energy which is why this option should be preferred.


Figure 2: Localisation of option 1 and 2 for a pumped storage power plant at the Lahn in the community Cölbe (Source: IBWangelin).

upper basin

lower basin

upper basin

lower basin Cölbe


EINLEITUNG

Zukünftige Entwicklungen und Herausforderungen des energetischen

Transformationsprozesses machen innovative Energie- und Siedlungskonzepte notwendig, da

vor allem in den Bereichen Wohnen und Energieversorgung noch große Potenziale vorhanden

sind. Diese können zu einer deutlichen Verringerung von Energiebedarf und

Treibhausgasemissionen führen. Eine Ist- und Potenzialanalyse dient dabei als wichtiges

Planungsinstrument, das Ausbaupotenziale für erneuerbare Energien aufzeigt.

Der vorliegende Bericht über die Energiepotenziale der Gemeinde Cölbe im Bereich der

erneuerbaren Energien zeigt zunächst, aufbauen auf dem Energieverbrauch der Gemeinde, die

Energie- und CO2-Bilanz der erneuerbaren Energien auf. In einem weiteren Schritt werden in

einer Potenzialanalyse die energetischen Potenziale in den Bereichen Strom und Wärme

dargestellt und die Möglichkeiten für den Einsatz erneuerbarer Energien aufgezeigt.

Die Ist- und Potenzialanalyse soll der Gemeinde Cölbe als Entscheidungsgrundlage und

Planungshilfe dienen. Auf der ermittelten Datenbasis kann die Gemeinde in einem weiteren

Schritt Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien entwickeln.

In einem weiteren Kapitel werden die Möglichkeiten für den Bau einer Biogasanlage in der

Gemeinde und der Speicherung von elektrischer Energie in einem Pumpspeicherkraftwerk an

der Lahn diskutiert.


1 ENERGIE- UND CO2-BILANZ

In diesem Kapitel wird ein Überblick über die bisherige Nutzung der erneuerbaren Energien in

der Gemeinde Cölbe gegeben. Dabei wurde bei den Berechnungen das Jahr 2012 als Basisjahr

festgelegt, da bis zum 31.12.2012 eine konsistente und umfassende Datengrundlage verfügbar

ist.

DATENERHEBUNG

Bei der Bilanzierung der vor Ort erzeugten Energie wird das Verursacherprinzip angewendet.

Die Aufnahme der Daten für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien erfolgt über das

Anlagenkataster der Übertragungsnetzbetreiber1. Für die Darstellung der erneuerbaren

Wärmeproduktion sind die Daten der von der BAFA geförderten Wärmeerzeuger erfasst2.

Die Daten sind die Basis für die erneuerbare Energiebereitstellung in Cölbe und werden in einer

Energiebilanz in Bezug zu der Energienachfrage gesetzt. Auf dieser Grundlage wird über eine

Wirkungsabschätzung der treibhausrelevanten Emissionen eine CO2-Bilanz erstellt. Durch die

Ist-Analyse und Abschätzung der CO2-Emissionen können Aussagen über die aktuelle Situation

im Gemeindegebiet von Cölbe getroffen werden.

Die nicht proportionalen Verhältnisse der CO2-Emissionen gegenüber den Energiewerten

ergeben sich durch die für jeden Energieträger unterschiedlichen Emissions- bzw.

Umrechnungsfaktor. Dies gilt für alle nachfolgenden Angaben zu Energieverbrauch und CO2-

Emissionen.Andere treibhausrelevante Gase wie Methan und Lachgas sind in den folgenden

Berechnungen durch sogenannte CO2-Äquivalente (CO2aeq) berücksichtigt. Im weiteren Text

wird CO2 als Einheit dargestellt, dies schließt immer die CO2aeq mit ein. So lassen sich die

treibhausrelevanten Emissionen im Gemeindegebiet in ihrer Gesamtheit bilanzieren.

Die Werte für Energie werden in Gigawattstunden (GWh) angegeben (1 GWh = 1 Mio. kWh),

CO2-Emissionen in Tonnen (t), dabei beziehen sich die Angaben immer auf ein Jahr. Es wird

darauf hingewiesen, dass in den Tabellen Summendifferenzen auftreten können, welche auf

Rundungen zurück zu führen sind.

1 www.netztransparenz.de

2 www.biomasseatlas.de, www.solarthermieatlas.de, www.wärmepumpenatlas.de

http://www.netztransparenz.de/

http://www.biomasseatlas.de/

http://www.solarthermieatlas.de/

http://www.wärmepumpenatlas.de/


1.1 GESAMTENERGIEVERBRAUCH- UND CO2-EMISSIONEN DER

GEMEINDE CÖLBE

Um die Größenordnung der durch erneuerbaren Energien produzierten Energie in der

Gemeinde Cölbe einordnen zu können, wird im Folgenden ein kurzer Überblick über den

gesamten Endenergieverbrauch der Gemeinde gegeben.

Im Basisjahr 2012 wurden im Gemeindegebiet rund 161,4 GWh Endenergie verbraucht.

Davon entfallen auf:

Wärme: 72,6 GWh

Strom: 25,2 GWh

Mobilität: 63,6 GWh

Insgesamt wurden etwa 54.900 t CO2 ausgestoßen.

1.2 STROM- UND WÄRMEERZEUGUNG MITTELS ERNEUERBARER

ENERGIEN

In der Gemeinde Cölbe werden im Bereich Wärme und Strom insgesamt 15,2 GWh durch

Erneuerbare-Energien-Anlagen vor Ort produziert. Bei einem Gesamtenergieverbrauch der

Gemeinde von 161,4 GWh werden also knapp 10 % lokal durch erneuerbare Energien

bereitgestellt.

Davon werden 4,5 GWh an Wärme für die Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung und

10,7 GWh elektrische Energie produziert. Eine genaue Aufteilung auf die unterschiedlichen

Erzeugungsarten, aufgeschlüsselt für den Strom- und Wärmebereich, wird in den folgenden

Kapiteln vorgenommen.

1.2.1 STROM

Im Gemeindegebiet von Cölbe wurden im Jahr 2012 mittels erneuerbarer Energien insgesamt

10,7 GWh Strom erzeugt. Der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch beträgt damit

sehr gute 42 % und liegt damit deutlich über dem bundesdeutschen Durchschnitt von 20 % im

Jahr 2012 (vgl. AGEE Stat 2012). Dabei muss berücksichtigt werden, dass der größte Anteil

durch die KWK-Anlage der Firma Holz-Schmidt GmbH im Ortsteil Schönstadt produziert wird.

Alleine dort werden 8,8 GWh Strom produziert. Die verwendeten Holzressourcen werden

allerdings nicht lokal bezogen, sondern von außerhalb der Region importiert.

Die vor Ort installierten Photovoltaik-Anlagen erzeugen weitere 1,8 GWh. Insgesamt sind 165

Anlagen mit einer Gesamtleistung von 2.155 kWp installiert (vgl. Tabelle 7). Seit 2012 wurden

in Cölbe etliche weitere Photovoltaik-Anlagen errichtet, so dass in 2014 die

Solarstromproduktion bereits auf rund 5,4 GWh gestiegen ist. Einen großen Anteil daran hat

der Ende September 2012 ans Netz gegangene Solaracker bei Bernsdorf.

Diese Photovoltaik-Freiflächenanlage wurde von der Solaracker Cölbe GmbH & Co. KG realisiert

und gebaut. Die Anlage hat eine Leistung von 3,3 MWp und soll im Jahr etwa 3,1 Mio. kWh


Strom produzieren, mit dem ca. 50 % der Haushalte in der Gemeinde Cölbe versorgt werden

sollen (Gemeinde Cölbe 2014).

Windenergieanlagen sind im Gemeindegebiet von Cölbe nicht installiert. Laut einem Gutachten

sind die zur Verfügung stehenden windhöffigen Flächen für einen wirtschaftlichen Betrieb nicht

geeignet. Es wird aber zurzeit darüber nachgedacht in Kooperation mit den Gemeinden Wetter

und Lahntal sowie den Stadtwerken Marburg einen interkommunalen Windpark auf dem

Wollenberg südwestlich von Wetter zu bauen (Gemeinde Cölbe 2014).

In der Abbildung 3 sind die Standorte der Erneuerbaren-Energien-Anlagen (Solar, Wasser und

Biomasse) abgebildet.

Tabelle 7: Einsatz erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in der Gemeinde Cölbe [GWh/a].

Erneuerbare Energien (Strom) Anlagenanzahl Leistung produzierte Energie

Biomasse 1 1.200 kW 8,8 GWh

PV-Anlagen 165 2.155 kWp 1,8 GWh

Wasserkraft 3 keine Angabe 0,03 GWh

Summe 169 3.355 kWp 10,7 GWh

Anteil am Stromverbrauch 42%


Abbildung 3: Anlagen aus dem Anlagenregister des EEG (Datenquelle: Anlagenstammdaten der Übertragunsnetzbetreiber für 2012).

Strom

Wärme

Strom

Wärme


1.2.2 WÄRME

Im Wärmebereich werden in der Gemeinde Cölbe 4,5 GWh durch erneuerbare Energien

erzeugt. Die genaue Verteilung lässt sich aus der Tabelle 8 entnehmen. Der Großteil von

3,8 GWh wird durch Holzheizungen und Holzkessel bereitgestellt. Solarthermie generiert

0,4 GWh und Wärmepumpen stellen 0,2 GWh an Umweltenergie zur Verfügung (vgl. Tabelle

8).

Die Gemeinde Cölbe deckt im Jahr 20123 seinen Wärmeverbrauch zu 6,2 % durch erneuerbare

Energien. Zum Vergleich: Der bundesdeutsche Durchschnitt liegt bei 10 % (vgl. AGEE Stat

2012).

Tabelle 8: Einsatz erneuerbarer Energien zur Wärmeerzeugung in der Gemeinde Cölbe[GWh/a].

Erneuerbare Energien (Wärme) produzierte Energie


Holzheizungen und -kessel 3,8 GWh

Umweltenergie (Geothermie + Erdwärme) 0,2 GWh

Summe Wärme aus erneuerbaren Energien 4,5 GWh

Anteil am Wärmeverbrauch 6,2 %


NAHWÄRME SCHÖNSTADT

Im Oktober 2012 wurde im Ortsteil Schönstadt ein Nahwärmenetz durch die eigens gegründete

Nahwärmegenossenschaft „Nahwärme Schönstadt eG“ gebaut. Insgesamt werden 290

Gebäude, das entspricht 75 % aller Haushalte in Schönstadt, durch dieses Netz versorgt. Mit

13 km Gesamtlänge ist es das größte Nahwärmenetz Deutschlands, welches sich in

Bürgerhand befindet. Gespeist wird das Netz durch das Biomasse-Heizkraftwerk der Firma

Holz-Schmidt GmbH. Dieses leistet im Jahr 1,1 MW Strom und 4,9 MW Wärme. Diese Energie

wird aus in der Produktion anfallender Baumrinde und Holzhackschnitzeln gewonnen.

Im Jahr 2013 beträgt die Wärmenachfrage der 290 Gebäude rund 6,5 GWh. Insgesamt hat die

Firma Holz-Schmidt 8,5 GWh Wärme abgegeben. Unter der Annahme, dass im Jahr 2013 ein

ähnlicher Wärmeverbrauch wie im Jahr 2012 in Höhe von rund 72 GWh vorliegt, konnten durch

das Nahwärmenetz 9 % der bisher eingesetzten, fossiler Energieträger substituiert werden.

Über den Nahwärmebetrieb werden rund 455 Tonnen CO2 emittiert (bei 70 g CO2aeq nach

GEMIS 4.6 für Wärmenetz mit Holz-HKW). Zum Vergleich: Wären vorher alle Gebäude mit

Heizöl beheizt worden, wären rund 2.875 Tonnen CO2aeq emittiert worden (bei 376 g/kg CO2aeq

und einem Wirkungsgrad der Kessel von im Mittel 85 %). Die Einsparung beträgt bei diesem

Vergleich 2.420 Tonnen.

3 Da als Basisjahr das Jahr 2012 festgelegt wurde sind die Daten des erst Ende 2012 fertiggestellten Nahwärmenetzes Schönstadt in diesem

Bericht nicht enthalten.

Strom

Wärme

19 Potenzialanalyse

2 POTENZIALANALYSE

In diesem Kapitel werden die energetischen Potenziale der erneuerbaren Energien auf dem

Gebiet der Gemeinde Cölbe untersucht.

2.1 DIE POTENZIALBESTIMMUNG

Bei der Ermittlung von energetischen Potenzialen werden mehrere Potenzialbegriffe

voneinander unterschieden:

Das theoretische Potenzial ist die gesamte nach den physikalischen Gesetzen angebotene

Energie, die dem Gemeindegebiet zur Verfügung steht.

Das technische Potenzial ist der Teil des theoretischen Potenzials, der nach dem Stand der

Technik an den möglichen Standorten im gesetzlichen Rahmen in ein energetisches Produkt

(Effizienz, Strom, Raumwärme, Fortbewegung) umgesetzt werden kann. Für eine

Potenzialabschätzung und Definition der Zielstellung ist dieses Potenzial maßgebend und wird

im Weiteren näher dargestellt.

Das wirtschaftliche Potenzial ist der Teil des theoretischen Potenzials, der bei aktuellen

wirtschaftlichen Rahmenbedingungen umsetzbar ist. Die wirtschaftlich zu erschließenden

Potenziale kommen erst bei der detaillierten Ausformulierung der anzustrebenden Maßnahmen

zum Tragen und werden daher erst in späteren Bearbeitungsschritten gestaltet.

Das soziale Potenzial bezieht die gesellschaftliche Akzeptanz und Wandlungsfähigkeit beim

energetischen Transformationsprozess ein. Fragestellungen nach der Akzeptanz von Windkraft

und Maisanbau sowie Demografie und Mobilitätsverhalten, aber auch Kreditwürdigkeit und

energetische Gebäudesanierung sind hier Bestandteile.

Das realisierbare Potenzial ist die Schnittmenge aus dem technischen, wirtschaftlichen und

sozialen Potenzial, welches im Folgenden betrachtet wird. Über Innovation, Motivation und

Erhöhung der Wandlungsfähigkeit kann die Schnittmenge als realisierbares Potenzial innerhalb

eines energetischen Transformationsprozesses gesteigert werden.

Das konkrete Potenzial ist das realisierbare Potenzial, abzüglich des schon ausgeschöpften

Potenzials. Beispiel: Von den als realisierbares Potenzial ermittelten Dachflächen für

Photovoltaikanlagen werden die schon durch PV-Anlagen genutzten Dachflächen abgezogen.


2.2 METHODISCHES VORGEHEN BEI DER POTENZIALANALYSE

PHOTOVOLTAIK

Für die Ermittlung der Potenziale für den Ausbau von Solaranlagen zur Stromerzeugung

werden 10 m²/Einwohner für die Dächer und 1,5 m² für die Fassade angenommen.

Zusätzlich zu den beschriebenen Potenzialen der Gebäudeflächen für Solarenergie gibt es

theoretische Potenziale für Freiflächen. Bereits realisiert wurde die Freiflächen-Anlage bei

Bernsdorf. Inwieweit weitere Flächen zur Verfügung stehen muss im Detail von der Gemeinde

geprüft werden. Zudem ist es durch die aktuelle Änderung des EEGs offen, wie attraktiv die

Installation von Freiflächenanlagen sein wird. Auch sind diese Anlagen als Einzelobjekte stark

investorenabhängig. Daher werden die Freiflächen-Potenziale nicht in der Potenzialbetrachtung

berücksichtigt.

SOLARTHERMIE

Je nach Gebäudetyp, Nutzung und vorhandener Anlagentechnik bietet es sich an ein Teil der

geeigneten Dachflächen für Solarthermie zu verwenden. Es wird angenommen, dass

1,5 m2/Einwohner für die Solarthermie verwendet wird. Diese Fläche multipliziert mit dem

festgelegten Mindeststandard für solarthermische Anlagen von 420 kWh pro m² und Jahr

ergibt das Potenzial für die Solarthermie in der Gemeinde Cölbe.

Eine andere technische Möglichkeit ist die Nutzung von solarthermischen Anlagen für die

Prozesswärme von industriellen Anlagen. Diese erfordert eine Abstimmung der gesamten

energetischen Prozesskette.

Eine weitere technische Möglichkeit besteht in der Installation von Solarkollektoren mit

saisonalem Speicher. Bei dieser Anlagentechnik sind Kollektorflächen in einer Größenordnung

und Ausrichtung nötig, die eine konkrete Berücksichtigung beim Gebäudeentwurf verlangt.

Daher ist diese Technik nur bei einem Neubau sinnvoll und wird nicht separat ausgewiesen.

BIOMASSE

Die Erhebung der technisch erschließbaren Biomassepotenziale erfolgt auf der Grundlage von

Flächenanteilen und Bewirtschaftung sowie von Großvieheinheiten, welche als statistische

Daten zur Verfügung stehen. Die Erhebung der technisch erschließbaren Biomassepotenziale

erfolgt auf der Grundlage der land- und forstwirtschaftlichen Flächen und Massenpotenzialen,

die über die Regionalstatistik zur Biomassenutzung erhoben sind.

Ausgehend von der ausgewiesenen Waldfläche erfolgt die Potenzialanalyse im Bereich

Forstwirtschaft. Angenommen wird ein Hiebsatz (nachhaltige jährliche Holzeinschlagmenge)

von 7 m³ Holz pro ha und Jahr einer energetischen Nutzung von rund 25 % der Ernteerträge.

Ein zusätzliches forstwirtschaftliches Potenzial kann über die energetische Verwertung von

Kronen und Derbholz erfolgen.

Der Altholzanteil (Recycling, Abfall,…) wird auf 80 kg/EW und Jahr geschätzt. Wird dieser

Anteil vollständig energetisch genutzt, kann über das thermische Recycling mittels KWK neben

Wärme auch elektrische Energie gewonnen werden.

21 Potenzialanalyse

Basierend auf der gesamten Ackerfläche (ohne Sonderkulturen) wird angenommen, dass eine

Fläche von 25% energetisch genutzt werden kann. Aus dem mittleren Ertrag von

beispielsweise Mais mit 38 Tonnen Festmasse pro Hektar auf der Fläche wird ein

entsprechendes energetisches Potenzial berechnet.

Dazu kommt der Ertrag der Grünlandnutzung. Es wird eine energetische Nutzung von 25 %

der Fläche angenommen.

Aus der Viehhaltung im Gemeindegebiet kann ein energetisches Potenzial abgeleitet werden.

Über die Gülleverwertung von den vorhandenen Großvieheinheiten (GVE) Rindvieh, GVE

Schweine und GVE Hühner wird eine energetische Nutzung von 50 % in Form von Biogas

abgeschätzt.

Dazu kommt der energetisch verwertbare Anteil im Biomüll. Angenommen wird, dass im

Schnitt von den abgeschätzten 99 kg/EW an biogenen Reststoffen 25 % gesammelt und

energetisch verwertet werden.

Der Anteil des verwertbaren Klärschlamms wird über einen Nutzungsgrad von 100 %

berechnet.

Zur Bestimmung des realistischen Strom- und Wärmepotenzials der Biomasse stehen

zwei Methoden zur Verfügung: Vergärung und Verbrennung. Es wird je nach Substanz von

einer potenziellen Biogasanlage ausgegangen, deren Größe genau der zur Verfügung

stehenden Stoffmenge innerhalb der Grenzen der Gemeinde entspricht.

WINDENERGIE

In der Gemeinde Cölbe gibt es bisher keine Windkraftanlagen. Ein Gutachten hat festgestellt,

dass die wenigen im Regionalplan Mittelhessen ausgewiesenen Standorte für Windkraftanlagen

für eine wirtschaftliche Nutzung nicht in Frage kommen. Zusammen mit den Gemeinden

Lahntal und Wetter ist die Einrichtung eines interkommunalen Windparks am Wollenberg

geplant, allerdings liegt dieser nicht auf Cölber Gemeindegebiet. Da ein Ausbau der

Windenergie in der Gemeinde Cölbe nicht geplant ist, und zudem nur eine Vorrangfläche in der

Gemeinde identifiziert wurde, die von der Windhöffigkeit zudem grenzwertig ist, werden die

Potenziale der Windenergie nicht in der Potenzialbetrachtung berücksichtigt.

UMWELTENERGIE

Um das Potenzial für Geothermal- und Luftwärmepumpen berechnen zu können, werden

folgende Annahmen getroffen: Pro Bohrung, die jeweils 100 Meter tief sein soll, können

10.000 kWh an Umweltwärme dem Erdreich entnommen werden. Diese Bohrungen sind

durchschnittlich bei 20 % der Wohngebäude möglich, wobei ein Einfamilienhaus mit einer

Bohrung versorgt wird, ein Mehrfamilienhaus mit zwei Bohrungen. Zusätzlich zu der

produzierten Umweltenergie von 10.000 kWh pro Bohrung entstehen noch jeweils 25 %

Wärmeenergie durch die elektrische Pumpleistung, die jeweils noch zu berücksichtigen sind.


2.3 ENERGETISCHES ERZEUGUNGSPOTENZIAL DER GEMEINDE

CÖLBE DURCH ERNEUERBARE ENERGIEN

Die Ergebnisse der Potenzialanalyse sind in Tabelle 9 zusammengefasst. Sie zeigt zum einem

den Energieverbrauch der Gemeinde Cölbe für Wärme, Strom und Mobilität und zum anderem

die energetischen Potenziale für den Einsatz erneuerbarer Energien.

Der aktuelle Energieverbrauch in den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität beträgt

161,4 GWh, davon werden im Jahr 2012 bereits 15,2 GWh über erneuerbare Energien lokal

erzeugt. Das bedeutet, dass noch 146,2 GWh lokal gedeckt werden müssten, damit die

Gemeinde Cölbe bilanziell unabhängig von Energieimporten werden kann.

Einige Potenziale der erneuerbaren Energien sind bereits erschlossen worden, weswegen diese

bereits genutzten Potenziale (11,2 GWh) vom Gesamtpotenzial abgezogen werden. Damit

verbleibt ein noch erschließbares Potenzial von 15,4 GWh (vgl. Tabelle 9).

Nach der Ausschöpfung dieser Potenziale werden zur Deckung des Energieverbrauchs der

Gemeinde noch 130,8 GWh benötigt. Es zeigt sich also, dass der alleinige Ausbau der

erneuerbaren Energien und das Ausschöpfen der Potenzial nicht ausreicht, den Energiebedarf

der Gemeinde zu decken. Hierfür müssten weitere Maßnahmen durchgeführt werden, mit

denen der Energieverbrauch deutlich reduziert werden kann.

Tabelle 9: Energetisches Potenzial der erneuerbaren Energien in der Gemeinde Cölbe [GWh/a].

durch erneuerbare Energien produzierte

Energie 2012

Verbrauch in 2012

Strom (ohne Wärme und Mobilität)

10,7 GWh 25,2 GWh

Wärme 4,5 GWh 72,6 GWh

Mobilität 63,6 GWh


Potenziale Gesamtpotenzial bereits erschlossen noch erschließbar

Solarthermie 4,4 GWh 0,4 GWh 4,0 GWh

PV-Anlagen 6,8 GWh 1,8 GWh 5,0 GWh

Umweltenergie 1,9 GWh 0,2 GWh 1,7 GWh

Wasserkraft 0,03 GWh 0,03 GWh kein

Ausbaupotenzial

Biomasse (Wärme und Strom) 13,5 GWh 8,8 GWh 4,7 GWh

Windkraft kein Potenzial angenommen

kein Potenzial angenommen

kein Potenzial angenommen

Summe 26,6 GWh 11,2 GWh 15,4 GWh

Energieimport nach Ausschöpfung der

Potentiale 130,8 GWh


23 Potenzialanalyse

Der Ausbau der PV-Anlagen hat mit 5 GWh das größte Potenzial. Das Biomassepotenzial ist

schon zum größten Teil genutzt und kann noch um 4,7 GWh erhöht werden. Im Bereich der

Wärme sind vor allem durch die Solarthermie 4 GWh zu aktivieren.

Bei entsprechender bautechnischer Ausstattung von Gebäuden (Heizsystem mit niedrigen

Vorlauftemperaturen) bietet die Umweltenergie ein Ausbaupotenzial von knapp 1,7 GWh.

Für Wasserkraft und Windkraft ist kein Potenzial angenommen worden.

Abbildung 4 visualisiert noch einmal die Ergebnisse aus Tabelle 9. Der linke graue Balken zeigt

den Energieimport im Jahre 2012 (abzüglich der bereits vor Ort produzierten 15,2 GWh). Der

rechte graue Balken zeigt den Energieimport nach der Realisierung der erneuerbaren Energien

Potenziale in Höhe von 131 GWh.

Abbildung 4: Übersicht über die noch erschließbaren Potenziale der Gemeinde Cölbe in GWh/a.

146131

45 2 0 5 0

ThPV

UW Wasser BioWind

GWh/a

20 GWh/a

40 GWh/a

60 GWh/a

80 GWh/a

100 GWh/a

120 GWh/a

140 GWh/a

160 GWh/a

Erneuerbare Energie TH _SolarthermiePV _SolarstromUW_UmweltwärmeWasser_WasserkraftBIO _BiomasseWind_Windkraft


2.4 POTENZIALE FÜR STROM UND WÄRME

2.4.1 STROM

Der Verbrauch an elektrischer Energie beträgt in der Gemeinde Cölbe 25,2 GWh (entsprechend

der linke Balken in Abbildung 5). Über die Nutzung erneuerbarer Energien besteht ein

gesamtes Potenzial von 14,5 GWh (Balken EE in der Abbildung 5). Das bedeutet, dass nach

der Ausschöpfung der Potenziale der erneuerbaren Energien in der Gemeinde Cölbe 10,7 GWh

nicht lokal gedeckt werden können. Dieser Strombedarf kann durch Energieeinsparungen und

Energieeffizienzmaßnahmen gesenkt werden, so dass der Energieimport dann geringer

ausfallen würde.

Das größte Potenzial von 7,7 GWh besteht in der Biomasseverstromung in der Gemeinde,

gefolgt von PV-Anlagen mit 6,8 GWh (vgl. Tabelle 10). Bei der Betrachtung der Potenziale

muss allerdings berücksichtigt werden, dass die bereits erschlossenen Potenziale (siehe

Kap. 2.3) noch nicht abgezogen wurden.

Tabelle 10: Energetisches Potenzial der erneuerbaren Energien im Bereich Strom (erschlossene Potenziale sind enthalten) [GWh/a].

Strom Stromverbrauch in 2012 Strom Potenzial

Biomasse

7,7 GWh

PV-Anlagen

6,8 GWh


lokal nicht gedeckter Energiebedarf

10,7 GWh


Abbildung 5: Potenzial der erneuerbaren Energien im Strombereich der Gemeinde Cölbe

(erschlossene Potenziale sind enthalten) [GWh/a].

10,7 10,7

7,7

6,8

0,4

14,1

10,614,5

GWh

5 GWh

10 GWh

15 GWh

20 GWh

25 GWh

30 GWh

2012 EE Rest

Reduktion um…

Wohngebäude

Unternehmen

Öffentliche Gebäude

EE Photovoltaik

EE Biomasse_Strom

Nicht lokal gedeckt…

25 Potenzialanalyse

2.4.2 WÄRME

Der Wärmeverbrauch beträgt 72,6 GWh im Jahr 2012. Dem stehen die Potenziale der

erneuerbaren Energien, in diesem Fall Biomasse (5,8 GWh), Umweltwärme (1,9 GWh) und

Solarthermie (4,4 GWh), gegenüber. Insgesamt besteht ein gesamtes Wärmepotenzial aus

erneuerbaren Energien von 12,1 GWh. 60,5 GWh sind nicht lokal über erneuerbare Energien

abgedeckt (vgl. Tabelle 11 und Abbildung 6). Auch hierbei ist wie bei den Strompotenzialen zu

beachten, dass die bereits erschlossenen Potenziale in diesen Werten noch enthalten sind.

Tabelle 11: Energetisches Potenzial der erneuerbaren Energien im Bereich Wärme (erschlossene Potenziale sind enthalten) [GWh/a]

Wärme Energieverbrauch 2012 Wärmepotenzial

Biomasse (Wärme) 5,8 GWh

Umweltwärme 1,9 GWh



Nicht lokal abgedeckt 60,5 GWh


Abbildung 6: Potenzial der erneuerbaren Energien im Wärmebereich (erschlossene Potenziale sind enthalten) [GWh/a].

60,5 60,5

4,41,9

5,8

0,86,7

65,2

12,2

GWh/a

10 GWh/a

20 GWh/a

30 GWh/a

40 GWh/a

50 GWh/a

60 GWh/a

70 GWh/a

80 GWh/a

2012 EE Rest

Reduktion um…

Wohngebäude

Unternehmen

Öffentliche Gebäude

EE - Biomasse (Wärme)

EE - Umweltwärme

EE - Solarthermie

Nicht lokal gedeckt…


2.5 POTENZIAL EINER BIOGASANLAGE IM BEREICH

L3089/K34

Im Kreuzungsbereich der Landesstraße 3089 und Kreisstraße 34 befinden sich neben dem

Solaracker Gemeindeland und drauf befindliche Gebäude. Zu prüfen ist ob der Standort für

eine Biogasanlage geeignet ist.

Abbildung 7: Landwirtschaftliche Gebäude

Abbildung 8: Gelände vom Solaracker

BIOMASSEPOTENZIAL

Fragen, die sich vor der Planung einer Biogasanlage stellen, sind vor allem, ob überhaupt

genug Biomassepotenzial vorhanden ist. Die statistischen Daten weisen bei einem moderaten

Nutzungsgrad der Flächen ein energetisches Potenzial von 39 GWh in den Rohstoffen aus.

Damit könnten Anlagen mit einer elektrischen Leistung von rund 1 MW betrieben werden und

6 GWh elektrische Energie sowie 3 GWh Wärme produziert werden (siehe Tabelle 12).

Tabelle 12: Biomassepotenziale für die Vergärung

Einheit Nutzungsgrad Gasertrag Energie

Acker 889 ha 25% 1.911.350 m³ 21 GWh

Grünland 482 ha 25% 746.136 m³ 16 GWh

Rindergülle 924 GVE Rindvieh 50% 187.179 m³ 1 GWh

Schweinegülle 183 GVE Schweine 50% 29.358 m³ keine

Angabe

Hühnermist keine Schweine 50% m³ keine

Angabe

Klärschlamm 100% 84.564 m³ 1 GWh

Summe Energie in Rohstoffen 39 GWh

Umwandlung über Biogasanlage in Strom 1.000 kW 8.040 h 6 GWh

Umwandlung über Biogasanlage in Wärme 4.500 h 3 GWh

Weitere Quellen sind die Gespräche mit den Ortslandwirten der einzelnen Ortsteile. Nach deren

Aussage sind die landwirtschaftlichen Flächen in einer guten Nutzung. Es ist aktuell also wenig

Fläche für den Anbau von Energiepflanzen vorhanden.

27 Potenzialanalyse

BETRIEB DER ANLAGE

Auch der Betrieb müsste geklärt werden. Für eine Betriebszeit von 10 bis 20 Jahren müsste ein

Betreiber gefunden werden. Da aber die Zukunft der Vollerwerbslandwirte in der Region

ungewiss ist und die Anlage sinnvollerweise von einem bäuerlichen Betrieb mit den richtigen

Rahmenbedingungen geführt werden sollte, muss geprüft werden, wer die Anlage betreiben

möchte. Eine wichtige Rahmenbedingung wäre der lokale Anbau von Silomais, damit keine

Importe von Mais in die Gemeinde getätigt werden müssen.

NUTZUNG VON STROM UND WÄRME

Grundlage für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage ist der Verkauf von Strom und Wärme. Die

produzierte elektrische Energie wird üblicherweise nach den Bedingungen des EEG vom

Stromnetzbetreiber abgenommen. Der nächste Ort für die Nutzung der Wärme bei Gebäuden

ist Bürgeln. Für die Wärmeverteilung im Ort müsste ein Nahwärmenetz wie in Schönstadt

gebaut werden. Wegen der Entfernung zum Standort der Biogasanlage gibt es für den

Transport der Energie zwei Möglichkeiten.

1. Das Gas-BHKW steht bei der Biogasanlage. Die Wärme wird über eine Wärmeleitung zum

Verteilnetz im Ort transportiert. Vorteil ist die Bewirtschaftung von Fermenter und BHKW

an einem Ort. Nachteil ist der Energieverlust auf der Transportleitung.

2. Das BHKW steht im Ort und eine Biogasleitung führt vom Fermenter zum Gasmotor. Vorteil

ist die günstigere Wärmeverteilung im Ort. Nachteil ist die die aufwendigere

Gasaufbereitung und der getrennte Standort von Fermenter und Motor.

Beide Varianten sind schon oft in Deutschland realisiert worden. Wärmenutzungen zum

Beispiel für ein Gewächshaus wären natürlich auch möglich. Voraussetzung für alle Varianten

ist der Wille für den Betrieb der Anlage und die Abnahme der Wärme.

ZUSAMMENFASSUNG

Unter den aktuellen Rahmenbedingungen für den Betrieb von Biogasanlagen ist der Standort

kritisch zu überprüfen:

Machen Biogasanlagen bei den aktuellen Erkenntnissen der Energiewende noch technisch-

ökonomisch Sinn? Die Anlagen produzieren teuren erneuerbaren Strom. Während die

spezifischen Gestehungskosten von PV und Wind über optimierte Anlagentechnik eher

sinken, ist davon auszugehen, dass der Preis für Strom aus Biomasse über die steigenden

Kosten der Rohstoffe weiter steigt. Auch die spezifischen CO2aeq-Emissionen sind im

Vergleich zu PV und Wind deutlich höher (nach GEMIS).

Strom aus Biomasse ist sehr flächenintensiv, d. h. im Vergleich zu Wind und PV wird pro

Kilowattstunde Energie deutlich mehr Fläche gebunden. Die Flächen für die

Biomasseproduktion müssen dauerhaft bereitgestellt werden und stehen anderen

Nutzungen nicht mehr zur Verfügung. Da die Flächen jetzt schon genutzt werden, müsste

die aktuelle Nutzung an eine andere Stelle verlagert werden.

Mit Biogasanlagen besteht die Möglichkeit auch andere biogene Rohstoffe wie Biomüll und

Gülle zu nutzen. Über eine optimierte stoffliche Prozesskette können diese Stoffe erst

energetisch und dann stofflich verwertet werden.


3 MÖGLICHKEITEN DER STROMSPEICHERUNG ÜBER EIN

PUMPSPEICHERKRAFTWERK AN DER LAHN

Die Produktion von erneuerbaren Energien ist häufig von den Umweltbedingungen und daher

zeitlich abhängig:

Elektrische Energie aus Windkraftanlagen wird nur ab einer anlagentechnisch bedingten

Windstärke produziert. Bei mittleren Windstärken laufen Anlagen überwiegend im

Teillastbereich.

Elektrische Energie und Wärme aus der Solarstrahlung wird hauptsächlich produziert wenn

die Sonne scheint. Wolken reduzieren den Ertrag deutlich.

Energie aus Biomasse ist von der Ernte der Energiepflanzen abhängig. Diese können in

Treibstoffe oder über Verbrennung oder Vergärung in elektrische Energie und Wärme

umgewandelt werden.

Die Verbrauchsstrukturen von elektrische Energie, Wärme und Treibstoffen entsprechen

heutzutage dem individuellem Nutzerverhalten und sind weitgehend von der Erzeugung

unabhängig. Deutlich wird dies in der Abbildung 9, in der von einer Woche der typische

elektrische Lastverlauf von einem Quartier dargestellt ist. Der negative Bereich stellt die

Stromlast dar, der positive Bereich die Einspeisung von Photovoltaik und Windkraft in das

Stromnetz. Die Summe aus entnommener Last und eingespeiste Leistung ist über die schwarze

Linie dargestellt.

Abbildung 9: Typischer Last- und Leistungsverlauf.

29 Möglichkeiten der Stromspeicherung über ein Pumpspeicherkraftwerk an der Lahn

Zu erkennen ist der Verlauf im positiven und im negativen Bereich. Im mittäglichen Bereich

wird eher zu viel Strom produziert, nachts eher zu wenig. Bei einem Gemeindeweisen

Lastausgleich gibt es mehrere Möglichkeiten:

1. Die überschüssige oder benötigte Energie außerhalb der Gemeine bereitstellen oder

nachfragen.

2. Über eine Lastverschiebung den Verbrauch der Erzeugung anpassen.

3. Über z.B. Stellung oder Nachführung der Photovoltaikanlagen die Erzeugung dem

Lastverlauf anpassen.

4. Die überschüssige Energie speichern bis zur Nachfrage. Allgemein hilft es den Verbrauch zu

senken, dann sind nicht so viele Produktionsstätten notwendig.

Diese Grundprinzipien gelten letztendlich auch für Wärme- und Treibstoffsysteme, nur mit

anderen Dimensionen was Räume, Zeiten und Technologien betrifft. Für den energetischen

Transformationsprozess ist es zusätzlich notwendig Koppelprozesse zwischen den

Energieträgern von Strom, Wärme und Treibstoffen zu betrachten, um Synergien nutzen zu

können. Bei Blockheizkraftwerken ist dies ja zum Teil schon realisiert, sie werden Strom- oder

wärmegeführt gefahren. Insgesamt schafft die Integration von Erneuerbare-Energien-

Technologien in bestehenden Versorgungsstrukturen viele Vorteile:

Die Produktion in der Region für die Region steigert den lokalen Wertschöpfungsgrad.

Investitionen und Produktionen vor Ort reduzieren das Wechselgeschäft „Energie in die

Region einkaufen – Geld für Energie außerhalb der Region verteilen“. Dies ist lokale

Wirtschaftsförderung.

Lokale Versorgungssysteme sind lokal administrier- und beherrschbar. Das steigert die

Versorgungssicherheit.

Ist die Investition in eine erneuerbare Versorgungsstruktur erfolgt, entstehen nur Kosten

für Wartung und Erneuerung. Der Energieträger an sich kostet nichts.

Es ist ein Beitrag zum lokalen/globalen Umwelt- und Ressourcenschutz für eine nachhaltige

gesellschaftliche Entwicklung.

Die Gemeinde Cölbe möchte prüfen lassen wie groß das Potenzial der Stromspeicherung durch

den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks ist, welches mit dem Wasser der Lahn gespeist wird.

Durch den Bau könnten Überschüsse aus der lokalen Stromproduktion gespeichert werden. Zu

Spitzenlastzeiten der Tagesganglinie des Stromverbrauchs könnte diese gespeichert Energie

wieder zur Verfügung gestellt werden.

3.1 EINFÜHRUNG PUMPSPEICHERKRAFTWERKE

Eine Möglichkeit den durch die erneuerbaren Energien produzierten überschüssigen Strom für

eine spätere Nutzung zu speichern, sind Pumpspeicherkraftwerke. Ein Pumpspeicherkraftwerk

ist eine besondere Form des Speicherkraftwerks. Es macht sich die Lageenergie des

aufgestauten Wassers zunutze und stellt zu Spitzenlastzeiten zusätzlich Strom zur Verfügung.

Wird durch erneuerbare Energien mehr Strom produziert als nachgefragt (z.B. nachts), wird

das Wasser mit dieser überschüssigen Energie aus einem tiefergelegen Unterbecken in ein

höher gelegenes Oberbecken gepumpt. So wird der Stromüberschuss aus dem Netz


genommen und der Speicher „aufgeladen“. Wird dann wieder mehr Strom benötigt, wird das

im Oberbecken gespeicherte Wasser abgelassen und zum Antrieb von Turbinen genutzt, die

wiederum Strom erzeugen.

Eine technische Hauptvoraussetzung für die Festlegung eines Standortes zur Errichtung eines

Pumpspeicherkraftwerkes ist eine große Fallhöhe. Das bedeutet, dass der Höhenunterschied

zwischen dem Ober- und Unterbecken des Kraftwerkes möglichst groß sein muss. Weitere

Kriterien sind ein geringer Abstand zwischen Ober- und Unterbecken, eine große Fläche für die

Errichtung von ausreichend großen Speicherbecken sowie die Verfügbarkeit von genügend

Wasser, mit welchem die Speicherbecken befüllt werden können. Selbstverständlich muss auch

ein nutzbarer Netzanschluss in unmittelbarer Umgebung sein, damit die Energie ohne große

Verluste ins Netz eingespeist werden kann. Zudem müssen bei der Errichtung einer Anlage

auch naturschutzrechtliche Richtlinien eingehalten werden.

Da es sich bei dem Bau eines Pumpspeicherkraftwerks allein flächenmäßig um ein Großprojekt

handelt, ist die Akzeptanz in der lokalen Bevölkerung ein wichtiges Kriterium. Daher sollte vor

der Planung eine möglichst frühe Aufklärung der Bevölkerung stattfinden.

3.2 MÖGLICHE STANDORTE IN CÖLBE

In der Gemeinde Cölbe wurden zwei mögliche Standorte für den Bau eines

Pumpspeicherkraftwerkes lokalisiert. Im Folgenden werden die Lage der Standorte und das

Gefälle zwischen den potentiellen Ober- und Unterbecken dargestellt.

Variante 1

Ein möglicher Standort ist der südwestlichen Rand des Goldbergs bei Cölbe. Auf der Hochfläche

des Goldberges würde das Oberbecken gebaut werden. Das Unterbecken wäre entlang der

Lahn zwischen Göttingen und Cölbe westlich der B62 entstehen (siehe Abbildung 10). Hierfür

müssten jedoch die Besitz- und Bewirtschaftungsverhältnisse der Flächen geklärt werden. Laut

des Regionalplans Mittelhessen ist das Gebiet entlang der Lahn allerdings Vorbehaltsgebiet für

besondere Klimafunktionen, so dass hier geklärt werden muss, ob der Bau eines

Pumpspeicherkraftwerkes an dieser Stelle überhaupt realisierbar ist. Der Höhenunterschied

zwischen Ober- und Unterbecken beträgt ca. 110 m.

Variante 2

Ein weiterer potentieller Standort wäre in der Lahnschleife westlich von Cölbe entlang der

L3381, nördlich des Industriegebietes. Das Unterbecken liegt dabei direkt innerhalb der

Lahnschleife im Gebiet der derzeitigen Retentionsfläche der Lahn. Das Oberbecken liegt am

nordwestlichen Rand des Goldbergs. Zwischen Ober- und Unterbecken besteht ein

Höhenunterschied von rund 95 m.


Abbildung 10: Lokalisierung der beiden Varianten für ein Pumpspeicherkraftwerk an der Lahn bei Cölbe (eigene Darstellung).

Im Folgenden werden für die beiden genannten Standorte die Größe der Ober- und

Unterbecken, sowie das zu pumpende Wasservolumen und die im Oberbecken speicherbare

potenzielle Energie berechnet.

Oberbecken

Unterbecken

Oberbecken

Unterbecken Cölbe


3.3 VARIANTE 1

Volumen der Becken

Um eine Nutzung des Unterbeckens, z. B. durch Freizeitaktivitäten, zu gewährleisten wird von

einer Veränderung des Wasserstands von 1 m im Unterbecken ausgegangen. Das zur

Verfügung stehende Wasservolumen berechnet sich aus der Fläche und dem Hub von 1 m.

V = A * t

V = Volumen

A = Beckenoberfläche

t = Beckentiefe

Die für das Unterbecken zur Verfügung stehende Fläche (erfasst bei einer Begehung des

Gebietes) umfasst 314.000 m². Es stehen 314.000 m³ Wasser für die Speicherenergie zur

Verfügung.

Die Größe des Oberbeckens wird an das zu pumpende Volumen angepasst. Die Fläche, die für

das Oberbecken zur Verfügung steht ist etwa 64.000 m² groß. Um das aus dem Unterbecken

gepumpte Wasser aufnehmen zu können müsste das Oberbecken etwa 6 bis 7 m tief sein und

hat damit ein Volumen von rund 383.000 m³.

Lageenergie

Die im Oberbecken gespeicherte potenzielle Energie wird mit folgender Formel berechnet:

𝑊𝐻 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ

WH = Hubarbeit (in Joule)

m = Masse (314.000 m³ Wasser entsprechen 314.000.000 kg)

g = Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)

h = Höhe (110 m)

Die gespeicherte Lageenergie beträgt 338.837.400.000 J und entspricht 94,12 MWh.

Beim Hochpumpen wird ein Wirkungsgrad von 85 % berücksichtigt, da zusätzliche elektrische

Energie benötigt wird, um die Verluste für den Motor, die Pumpe, den Transformator und durch

die Reibung in den Rohrleitungen auszugleichen. Das bedeutet, dass 110,7 MWh an

elektrischer Energie benötigt wird.

Soll nun die im Oberbecken gespeicherte Energie zur Verfügung gestellt werden, wird es durch

entsprechende Rohrleitungen in das Unterbecken abgelassen. Dabei treibt es eine Turbine an,

die wiederum einen Generator antreibt, welche elektrische Energie erzeugt. Auch bei diesem

Vorgang wird ein Wirkungsgrad von 85 % eingesetzt. Das bedeutet, dass die am Ende zur

Einspeisung in das Stromnetz verfügbare elektrische Energie wiederum kleiner ist, als die

ursprünglich im Oberbecken gespeicherte. Es können an diesem Standort 80 MWh

elektrische Energie produziert werden.


3.4 VARIANTE 2

Volumen der Becken

Bei einem Hub im Unterbecken von 1 m stehen 256.500 m³ Wasser für das Speicherkraftwerk

am Standort 2 zu Verfügung.

Die Fläche, die für das Oberbecken zur Verfügung steht ist etwa 91.120 m² groß. Um das aus

dem Unterbecken gepumpte Wasser aufnehmen zu können müsste das Oberbecken etwa 3 m

tief sein. Es hätte dann ein Speichervolumen von 273.400 m³. Um eine geringere Fläche für

das Oberbecken in Anspruch nehmen zu müssen, wäre es sinnvoller, die Fläche zu verringern

und das Becken tiefer auszuheben. Bei einer Beckentiefe von 6 m müsste dann eine Fläche von

45.500 m² für das Oberbecken in Anspruch genommen werden

Lageenergie

Unter Berücksichtigung der folgenden Formel beträgt die Lageenergie der Variante 2.

𝑊𝐻 = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ

WH = Hubarbeit (in Joule)

m = Masse (256.500 m³ Wasser entsprechen 256.500.000 kg)

g = Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)

h = Höhe (95 m)

Die gespeicherte Lageenergie beträgt 239.013.488.700 J und entspricht 66,4 MWh.

66,4 MWh können als potentielle Energie im Oberbecken gespeichert werden. Bei einem

Wirkungsgrad des Pumpvorgangs von 85 % werden 78 MWh an elektrischer Energie benötigt.

Beim Ablassen des Wassers aus dem Oberbecken werden bei einem Wirkungsgrad von 85 %

56,4 MWh ins Stromnetz abgegeben.

3.5 VERGLEICH DER BEIDEN VARIANTEN

Beim Vergleich der beiden Standortvarianten und der möglichen Potenziale für die

Zwischenspeicherung von elektrischer Energie zeigt sich, dass die Variante 1 den höchsten

Energiebetrag in Höhe von 80 MWh liefern kann. Dies ist auf die Größe des Ober- und

Unterbeckens sowie auf die größere Fallhöhe von 110 m zurückzuführen. Am Standort der

Variante 1 kann theoretisch eine größere Fläche in Anspruch genommen werden als bei der

Variante 2. Die Variante 2 zeigt mit rund 56 MWh ein deutlich geringeres Potenzial zur

Speicherung von elektrischer Energie auf.

Es muss allerdings berücksichtigt werden, dass es sich bei diesen Betrachtungen um rein

technische Berechnungen handelt. Es wurde nicht berücksichtig, wie die Rahmenbedingungen

der Standorte sind und ob es dort eventuelle Einschränkungen, sei es naturschutzrechtlicher

oder raumordnerischer Natur, gibt. Dies wären Schritte, die durch ein entsprechendes

Gutachten getätigt werden müssten. Ebenso muss analysiert werden, ob der Bau eines

Pumpspeicherkraftwerkes überhaupt rentabel und der Betrieb wirtschaftlich tragbar ist. Würde

die Planung des interkommunalen Windparks am Wollenberg tatsächlich umgesetzt werden,


wären eventuelle Stromüberschüsse dazu geeignet, dass Pumpspeicherkraftwerk zu

bewirtschaften.

Beim Standort der Variante 2 ist zu berücksichtigen, dass unterhalb eines möglichen

Kraftwerks das Wehrdaer Wehr liegt. Der Betrieb dieses Wehres sollte nicht beeinträchtigt

werden.

35 Literaturverzeichnis

4 LITERATURVERZEICHNIS

AGEE Stat (Arbeitsgemeinschaft erneuerbare Energien-Statistik) nach BMU

(Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2010):

Erneuerbare Energien 2010.

Caritas (o.J.): Stromspar-Check Handbuch für Standorte.

HSL (Hessisches Statistisches Landesamt) (2012) Hessische Gemeindestatistik 2011.

Ausgewählte Strukturdaten aus Bevölkerung und Wirtschaft 2010. Wiesbaden.

Loga, T., Diefenbach, N., Born, R. (2011): Deutsche Gebäudetypologie. Beispielhafte

Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von typischen Wohngebäuden.

Institut Wohnen und Umwelt GmbH. Darmstadt.

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