Zukunft Erdgas
Vergleichsrechnung Versorgungslösungen von Quartieren
Auf Basis des nsb Quartiers-Simulations-Modells (QuaSiMo)
Berlin, 22. Januar 2018
2 © 2018
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Vergleichsrechnung von Quartieren
Berlin, 22. Januar 2018
Ausgangslage und Zielsetzung 2
Inhalt
Ergebnisse Bestand 9
Ergebnisse Neubau 14
3 © 2018
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Vergleichsrechnung von Quartieren
Berlin, 22. Januar 2018
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
4 © 2018
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Vergleichsrechnung von Quartieren
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Ausgangslage / Zielsetzung
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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Ausgangslage / Zielsetzung
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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Ausgangslage / Zielsetzung
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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Ausgangslage / Zielsetzung
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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Ausgangslage / Zielsetzung
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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Ausgangslage und Zielsetzung 2
Inhalt
Ergebnisse Bestand 9
Ergebnisse Neubau 14
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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 Brennstoffzelle /Kessel (Erdgas)
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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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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Ausgangslage und Zielsetzung 2
Inhalt
Ergebnisse Bestand 9
Ergebnisse Neubau 14
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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)
Zentrale Brennstoffzelle /Kessel (Erdgas)
Zentrale Wärmepumpe /Heizstab / PV (Strom)
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)
Zentrale Wärmepumpe /Heizstab / PV (Strom)
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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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
123,9 t CO2/a Kessel 445 h/a
Zentrale
Brennstoffzelle /
Kessel
Brennstoffzelle 4.997 h/a 1.920,3 t CO2
128,0 t CO2/a Kessel 228 h/a
Dezentrale
Brennstoffzelle
Brennstoffzelle 4.488 h/a 2.143,3 t CO2
142,9 t CO2/a Kessel 398 h/a
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
20 © 2018
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Vergleichsrechnung von Quartieren
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Kontakt
nymoen strategieberatung gmbh
Joachimsthaler Straße 20
10719 Berlin
Immo Klaus Drobnik
Senior-Berater, Handlungsbevollmächtigter
030.364100.215
Dr. Håvard Nymoen
Geschäftsführer
030.364100.100