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Kosten

Kapital-, Verbrauchs- und Betriebskosten Einflussfaktoren in Bezug auf die Anfangsinvestitionen Einflussfaktoren auf Kosten im laufenden Betrieb Kosten aus der Perspektive von Wärmeabnehmenden Die Kosten für die Realisierung eines Nahwärmenetzes hängen von einer Vielzahl von Rahmenbedingungen ab, die bei der Investitionskalkulation sorgfältig geprüft werden müssen. Grundsätzlich sollten für eine betriebswirtschaftlich rationale Betrachtung dynamische Investitionsrechnungen unter Berücksichtigung von Kapital-, Verbrauchs- und Betriebskosten über einen festgelegten Nutzungszeitraum durchgeführt werden. Da es sich um sehr langfristige Investitionen handelt, sind statische Verfahren ungeeignet. Als Ergebnis können Kapitalwert oder Wärmegestehungskosten betrachtet werden. Die Kapitalwertmethode wird unter anderem detailliert in der DIN EN 17463 beschrieben. Die Methodik zum Annuitätenverfahren, bei dem der Kapitalwert auf regelmäßig wiederkehrende gleich hohe Zahlungen aufgeteilt wird, erläutert die VDI-Richtlinienreihe 2067. VDI-Richtlinienreihe 2067 Die Wärmegestehungskosten können aufgrund der vielen verschiedenen Einflussfaktoren stark schwanken. Daher ist es nicht möglich, „typische“ Wärmegestehungskosten für ein Nahwärmenetz anzugeben. Sie sind aber i.d.R. konkurrenzfähig mit den Vollkosten von dezentralen Lösungen, wie der BDEW-Heizkostenvergleich in den letzten Jahren gezeigt hat. Grundsätzlich gilt dabei, mit steigender Anschlussrate im Netzgebiet sinken die Kosten pro Energieeinheit. Um ein Gefühl für die Kosten Ihres spezifischen Projektes zu bekommen, ist es empfehlenswert, sich die verschiedenen Faktoren bewusst zu machen, die Relevanz für das eigene Projekt zu überprüfen und Beispiele für vergleichbare Projekte aus der Praxis auszuwerten. Eine aktuelle Studie der Prognos AG im Auftrag der Agora Energiewende analysiert die Wirtschaftlichkeit von klimaneutral betriebenen Wärmenetzen und nimmt dabei sowohl Fernwärmeversorger als auch die Endkunden und -kundinnen in den Blick. Folgende Einflussfaktoren sind zu berücksichtigen: Einflussfaktoren in Bezug auf die Anfangsinvestitionen (CAPEX) Vorbereitung und Planung: Bereits vor dem eigentlichen Bau können Kosten anfallen, beispielsweise für Machbarkeitsstudien, Probebohrungen, die eigentliche ausführungsreife Planung durch entsprechende Fachplaner und Genehmigungen. Bedarfsstruktur: Die Gesamtgröße des Versorgungsgebietes sowie die Dichte der anzuschließenden Gebäude (bzw. die Wärmedichte als Wärmebedarf pro Fläche oder Leitungslänge) haben einen großen Einfluss auf die Kosten. Je weiter die einzelnen Gebäude voneinander entfernt sind und je geringer der spezifische Wärmebedarf der einzelnen Gebäude, desto größer wird die erforderliche Trassenlänge pro gelieferter Energieeinheit und entsprechend steigen auch die Kosten. Erschließung der EE-Potenziale: Die Erschließung erneuerbarer Wärmequellen ist je nach lokalen Bedingungen mit Kosten verbunden, die ebenso nach Wärmequelle und Technologie variieren (Sonden, Kollektoren, etc.) Technische Anlagen: Hierunter fallen neben den eigentlichen Wärmeerzeugern wie Wärmepumpen oder solarthermische Anlagen auch die für die Umwälzung des Heizmediums benötigten Pumpen, Rohrleitungen, Verteiler und Sammler, alle Ventile und Armaturen und die Mess- und Regelungstechnik zur Überwachung der Betriebsbedingungen. Die Investitionen für die Rohrleitungen ist bei kalten Nahwärmenetzen üblicherweise geringer, da hier auf die Dämmung der Rohre verzichtet werden kann, dafür ist in jedem Gebäude eine Wärmepumpe erforderlich, wobei bei der Konzeptionierung festzulegen ist, ob sich diese noch im Eigentum des Netzbetreibers befinden oder bereits dem Kunden zuzuordnen sind. Wärmetrassen: Die Kosten für die Tiefbauarbeiten, um die Trassen des Wärmenetzes im Erdreich zu verlegen, sind stark von den Gegebenheiten vor Ort abhängig. An verdichteten urbanen Standorten sind die Verlegekosten tendenziell besonders hoch. In Bestandsquartieren sind die Kosten zudem meist deutlich höher als im Neubau. Technikzentrale: Diese muss entweder in einem eigenen Bauwerk untergebracht werden oder ein vorhandener Aufstellraum ausreichender Größe ist entsprechend zu ertüchtigen. Anschluss an leitungsgebundene Infrastruktur: Werden zur Versorgung einzelner Wärmeerzeuger Anschlüsse an das Strom- und Gasnetz oder ein Anschluss an ein übergeordnetes Fernwärmenetz benötigt, werden hierfür seitens der Infrastrukturbetreiber ebenfalls Kosten aufgerufen, die berücksichtigt werden müssen. Nutzeranschluss: Um die einzelnen Nutzer an das Netz anzuschließen werden neben den Anschlussleitungen auch Hauseinführungen in der Kellerwand oder Bodenplatte und Wärmeübergabestationen benötigt. Fremdkapitalkosten: Da in der Regel Kredite zur Finanzierung aufgenommen werden, haben deren Zinskonditionen einen Einfluss auf die Investitionskosten. Nutzung von Fördermöglichkeiten: Durch Nutzung von Bundes- und Landesfördermitteln können die Investitionskosten reduziert werden. Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten Für die Betreiber bestehender oder neu errichteter Nahwärmenetze sind folgende Einflussfaktoren relevant für die laufenden Kosten, die sich prinzipiell aus Verbrauchs- und Betriebskosten zusammensetzen: Brennstoffkosten (inklusive CO 2 -Abgabe): Falls Biomasse oder ein Anteil fossiler Brennstoffe (z.B. Erdgas) zur Wärmeerzeugung genutzt werden, sind die Preise und deren Entwicklung ein wichtiger Faktor für die laufenden bzw. operativen Kosten. Hierbei beeinflusst die CO 2 -Abgabe bzw. ab Ende 2026 der CO 2 -Preis die Kosten für fossile Brennstoffe. Stromkosten: Die Entwicklung der Strompreise hat Einfluss auf die Kosten für den Betrieb von Wärmepumpen. Senken lassen sich diese Kosten, wenn vor Ort Strom aus erneuerbaren Energien (z.B. Photovoltaikanlagen) erzeugt und direkt für den Eigenverbrauch genutzt werden kann. Instandhaltungskosten: Sämtliche technischen Bestandteile des Wärmenetzes, wie die Wärmeerzeugungsanlagen oder Übergabestationen unterliegen Verschleiß, können beschädigt werden (beispielsweise durch Extremwetterereignisse) oder ausfallen. Im Betrieb sollte eine aktive Betriebsführung die Instandhaltung gewährleisten. Daher fallen über die Nutzungsdauer des Netzes auch Instandhaltungskosten an. Personalkosten: Für den laufenden Betrieb fallen auch Personalkosten, die abhängig von der Anzahl und Qualifikation der benötigten Mitarbeitenden in der technischen und kaufmännischen Betriebsführung sind. Weitere Kosten: Darüber hinaus können je nach Situation auch Versicherungskosten, Miete oder Pacht sowie Neben- und Betriebskosten in den Betriebsgebäuden anfallen. Werden die Kosten aus Verbraucherperspektive betrachtet, ist zunächst wichtig, sich die Unterschiede zwischen den Preisen bei der Versorgung über ein Wärmenetz und einer dezentralen Wärmeversorgung bewusst zu machen. Preise für die Versorgung über ein Wärmenetz bilden immer die Vollkosten ab (das heißt Kapital-, Verbrauchs- und Betriebskosten), während bei dezentralen Versorgungslösungen häufig nur die Verbrauchskosten gesehen und beispielsweise Kosten für Wartung und Instandhaltung oder Ersatzbeschaffungen vergessen werden. Für Gebäudeeigentümerinnen und -eigentümer, die den Anschluss an ein Nahwärmenetz für ihre Wärmeversorgung wählen, sind zum einen die gegebenenfalls einmalig anfallenden Anschlusskosten von Bedeutung, zum anderen der Wärmepreis. Der Wärmepreis setzt sich dabei i.d.R. aus einem leistungsabhängigen Grundpreis und einem verbrauchsabhängigen Arbeitspreis zusammen. Bei vielen Contractingmodellen macht der Grundpreis etwa 25% der Gesamtkosten aus, der Arbeitspreis etwa 75%. Anschlusskosten: Für die Kosten des Anschlusses an ein Nahwärmenetz wird vom jeweiligen Betreiber eine einmalige Gebühr erhoben. Der Anschluss kann gegebenenfalls auch gefördert werden. Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten Grundpreis: Der jährliche Grundpreis wird vom Betreiber erhoben, um die Betriebs- und Wartungskosten des Netzes zu decken. Arbeitspreis: Der Arbeitspreis basiert auf dem Wärmeverbrauch der Abnehmerinnen und Abnehmer. Die Kosten sind von der Preisentwicklung der verwendeten Energieträger abhängig. Verbraucherseitig können die Wärmekosten durch eine Verringerung des Bedarfs mittels energetischer Gebäudesanierung sowie durch sparsames Nutzerverhalten gesenkt werden. Um ein Angebot zum Anschluss an ein Wärmenetz einordnen zu können, können online verfügbare Informationen zu Wärmenetzen mit ähnlicher Größenordnung und Technologie zum Vergleich herangezogen werden. Die Plattform waermepreise.info der drei Verbände Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. (AGFW), Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. (BDEW) und Verband kommunaler Unternehmen e. V. (VKU) soll für Transparenz sorgen. Sie bildet bislang aber vor allem große Fernwärmenetze ab. Vergleichswerte für kleine Nahwärmenetze können durch einen Erfahrungsaustausch mit Akteuren, die solche Netze bereits realisiert haben, gefunden werden. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass die Preise auch durch lokale Besonderheiten (z.B. reichlich vorhandene Biomasse vor Ort im ländlichen Raum, kommunale Förderung, etc.) beeinflusst sein können.

Einsatz alternativer Verfahren zur Waermebereitstellung in GDRA

Im Rahmen des Projektes werden die Gestehungskosten fuer die Gasdruckregelung ueber den gesamten Lebenszyklus der GDRA bilanziert und auf der Basis von Messwerten der EVG mbH verifiziert. Das vorgeschlagene Rechenverfahren integriert explizit die Kosten fuer die Gasvorwaermung und greift die Struktur der VDI 2067 bzw. VDI 6025 auf. Neben der Kostenbetrachtung wurde parallel der Bezug zum Primaerenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen, bewertet im CO2-Massstab hergestellt. Das Problem der Erdgasvorwaermung wird separat behandelt. Optimierungsmoeglichkeiten im Bereich der Waermebereitstellung werden abgeleitet.

3-D-numerische Simulation der geplanten epilimnischen Wasserentnahme an der Talsperre Bautzen

In den letzten Jahren kam es in den Sommermonaten zu einer erhöhten Entwicklung von Blaualgen im Stausee der Talsperre Bautzen. Zur Verbesserung der Wasserqualität der Talsperre Bautzen ist eine gezielte Wasserentnahme aus unterschiedlichen Entnahmehorizonten geplant. Für die gezielte Entnahme aus dem jeweiligen Horizont ist ein Leitschacht auf der Einlaufkammer vorgesehen. Alle seitlichen Öffnungen werden mit Stahlplatten abgedeckt, außer dem unteren vorderen Feld, es wird durch eine steuerbare Verschlussklappe verschlossen. Die Öffnung lässt sich somit wahlweise öffnen oder schließen und ermöglicht so die wechselnde Entnahme aus Hypolimnion und Epilimnion. Ziel der Untersuchungen ist der Nachweis der Funktionsweise der Wasserentnahmen bei geöffneter Klappe.

Erste Phase des Projektes: Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur deutlichen Reduzierung der Gewässerbelastung

Die itwh GmbH wurde mit der Entwicklung eines integrierten Steuerungs- und Betriebsverfahrens für die Teilsysteme Kanalnetz und Kläranlage zur Emissionsverringerung von Gewässern betraut. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Regelungskonzepten, mit denen der Kläranlagenzufluss bei Regenereignissen als Stellgröße flexibel an die verfügbaren Kläranlagenkapazitäten angepasst werden kann. Somit könnten vorhandene Abwassersysteme gesamthaft effizienter genutzt und die Emissionen aus dem Kanalnetz in die Gewässer verringert werden. Um die in der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU, 2000) vorgegebene Zielsetzung der guten ökologischen Gewässerqualität erreichen zu können, ist als Beitrag der Siedlungswasserwirtschaft eine Betriebsoptimierung des gesamten Abwassersystems nötig. Die itwh GmbH führt in dem geplanten Forschungsprojekt in dieser ersten Phase Untersuchungen zur Identifikation der Mess- und Regelungsgrößen durch, mit denen der bei Regenwetter stark schwankende Zufluss aus dem Einzugsgebiet an die hydraulische Kapazität und an die verfügbare Reinigungsleistung angepasst werden kann. Die Messgrößen müssen eine zuverlässige Vorhersage des Verhaltens der Kläranlage in Abhängigkeit des Zuflusses ermöglichen. Zum Einsatz kommt ein beim itwh entwickeltes Fuzzylogic-basiertes Regelungstool, das die wesentlichen Messdaten der Kläranlage über verbal formulierte Regeln als Störgrößen einbezieht. Weitergehende Modellansätze liefern darüber hinaus Prognose-Störgrößen, um durch den Zeitgewinn die Sicherheit der Regelung zu optimieren. Die Auswertung vorliegender Messdaten führt zu Erkenntnissen hinsichtlich kritischer Prozesse bei Mischwasser und werden genutzt, um Konzepte zur Regelung des Mischwasserzuflusses zu entwerfen. Dabei kommen empirische und halbdeterministische Ansätze zum Einsatz. Aufgrund der hohen Komplexität geeigneter deterministischer Modelle wird die hydraulische Kapazität der Nachklärung nur durch empirisch ermittelte Steuerfunktionen (Regression oder Fuzzyregeln) beschrieben. Die itwh GmbH untersucht die Umsetzbarkeit und den ökologische Nutzen einer Steuerung des Zuflusses zur Kläranlage am Beispiel der simulativen integrierten Lastfallstudie Chemnitz. Dazu wird ein gekoppeltes Modell von Kanalnetz (Hystem-Extran-Güte, itwh) und Kläranlage (ifak) erstellt. Die Modellkopplung und Steuerung wurde durch das Programm itwh-Control realisiert. Mit dem Gesamtmodell werden die Emissionen in das Gewässer von Kanalnetz und Kläranlage für fünf Regenereignisse unterschiedlicher Intensität und Dauer ermittelt. Durch die Erhöhung des zulässigen Zuflusses wird eine Reduzierung der emittierten Gesamtfracht ermittelt, ohne dass es zu einer Überschreitung der zulässigen Ablaufgrenzwerte kam. Bei schwachen, lang anhaltenden Ereignissen wird die Emission um bis zu 23% reduziert und leistet einen deutlichen Beitrag zur Umweltentlastung. (Text gekürzt)

Entwicklung eines modularen Konzeptes zum Aufbau von Biogasreaktoren

Es sind eine Reihe von anaeroben Prozessen bekannt, die alle mehr oder weniger stark den Aspekt der Behandlung bzw. Entsorgung fester, pastoeser oder fluessiger Abfaelle in den Vordergrund stellen. Das Spektrum der Anlagengroesse reicht von Kleinanlagen fuer die Guelleverwertung bis zu grosstechnischen Anlagen. Allen Aufbauprinzipien gemeinsam ist die Tatsache, dass die Anlagengroesse nur schwierig an Rahmenbedingungen wie Groesse der zu entsorgenden Gebietskoerperschaft oder Ergiebigkeit der Substratquelle angepasst werden kann; up-scaling (oder auch down-scaling) erfordert immer Entwicklungstaetigkeit. Dadurch sind Anlagen entweder nicht voll ausnutzbar oder andere Anlagen muessen vorgehalten werden, um Ent- oder Versorgungssicherheit zu gewaehrleisten. Unter Umstaenden muessen lange Transportwege akzeptiert werden. Diese Probleme wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der Verfahren aus. Daher wird oft auf die Gewinnung von Biogas verzichtet, obwohl die Rahmenbedingungen gut waeren. Dies bedeutet, dass eine wichtige Quelle regenerativer Energie praktisch nicht genutzt wird. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines modularen Konzeptes fuer Anaerobreaktoren, das eine Anpassung der Anlagengroesse ohne besondere Entwicklungstaetigkeit erlaubt. Dazu bedarf es der Entwicklung kleiner Reaktoren, die einfach aufzubauen und preiswert herzustellen sind, die dennoch stabil arbeiten und keine aufwendige Regelungstechnik brauchen. Beabsichtigtes Einsatzfeld fuer die Reaktoren ist dabei nicht nur die Behandlung und Entsorgung von Abfaellen, die gleichwohl mit den entwickelten Komponenten moeglich sein sollte, sondern vor allem die Bereitstellung nachhaltiger Energiequellen. Fernziel der Arbeiten des Labors fuer Umwelttechnik der MFH in dieser Richtung ist die Kombination von Anaerobprozessen mit der Biomassegewinnung durch Algen, d.h. direkte Biogasgewinnung aus Solarenergie und CO2-Recycling.

Demonstration von Speicher- und Regelungs-Technologien der Windheizung 2.0, Teilvorhaben: Keramischer Wärmespeicher

Das Projekt 'Windheizung 2.0: Demo' dient der Weiterentwicklung und Demonstration einer systemverträglichen Sektorenkopplung zwischen der zukünftig steigenden regenerativen Stromerzeugung und der Wärmeversorgung hoch gedämmter Gebäude. Im Vorhaben wird die gesamte Systemtechnik der Windheizung 2.0 weiterentwickelt, die Nutzer-Interaktion mit Technik und Regelung untersucht und die Nutzer-Akzeptanz des Systems erfasst. Hierzu werden 4 Gebäude mit je einer der 4 Windheizung 2.0-Speichertechnologien ausgestattet. - großer Warmwasserspeicher - Bauteilaktivierung Alt- und Neubauvariante - Hochtemperatur-Steinspeicher Im Rahmen der vorangegangenen Windheizung 2.0 Projekte wurden Simulationsmodelle für die Anlagentechnik- und Speichersysteme entwickelt, validiert und in die Software WUFI® Plus integriert. Hiermit werden im Planungsprozess die Demogebäude, deren Anlagentechnik- und Speichersysteme als Modelle abgebildet und mit den Ergebnissen die Fachplanung unterstützt. Im Arbeitsschwerpunkt Netzintegration werden die folgenden 4 wesentlichen Punkte bearbeitet: - Online-Fähigkeit Bereitstellung prognosebasierter Schaltempfehlungen - Marktdienlichkeit Schaltempfehlungen - Netzdienlichkeit Schaltempfehlungen - Energiewirtschaftliche und -politische Aspekte der Preisgestaltung für WH 2.0 Gebäude Der gegenwärtige Stand des HTTS wird konstruktiv und werkstoffseitig weiterentwickelt und optimiert. Ziel ist die Erhöhung der Speicherkapazität unter Beibehaltung der Abmessungen. Die Luftführung wird vereinfacht. Der Vorfertigungsgrad des Speichers soll erhöht werden. Der optimierte HTTS wird im Musterhaus aufgebaut und betrieben. Weiterhin soll für den HTTS eine Variante entwickelt werden, welche für eine Aufstellung außerhalb des Gebäudes geeignet ist.

Minderung der Umweltbelastung durch Minderung des Brennstoffverbrauches. Fernsteuerbare Einzelraum-Temperaturregelung. Fernschaltbare Einzelraum-Lueftung (FER und FEL)

Minderung der Umweltbelastung durch Minderung des Brennstoffverbrauches durch Anwendung der fernsteuerbaren Einzelraum-Temperaturregelung und der fernschaltbaren Einzelraumlueftung bei zentralen Heizungs- und Lueftungsanlagen. 'Elastische Heizung' - 'Elastische Lueftung'. Erforschung der Energieeinsparungsquoten durch einfachste Schaltung von Rohrnetz und Heizkoerperventilen, die zentral oder dezentral, manuell oder programmiert ferngesteuert werden. Dadurch nutzungsgerechter Heizungsbetrieb jedes einzelnen Raumes. Temperatur exakt geregelt. Vermeidung von Ueberheizungen, Nutzung von Waermegewinn aus Umwelt, Sonneneinwirkung, Geraete-, Beleuchtungs- und Personenwaerme zur Waermebedarfsdeckung der einzelnen Raeume. In gleicher Weise Lueftungsbetrieb fuer die einzelnen Raeume schaltbar entsprechend der Nutzungszeiten. Keine unnoetige Lufttransporte, keine unnoetige Luftaufheizung oder Luftkuehlung. Kein Raum wird unnoetig beheizt oder belueftet.

Entwicklung eines elektro-optischen Pegels fuer Wasserstandsmessungen

Es ist zu untersuchen, ob und inwieweit elektro-optische, elektro-akustische oder sonstige elektro-magnetische Streckenmessverfahren fuer Wasserstandsmessgeraete (Pegel) eingesetzt werden koennen. Geraete dieser Art arbeiten ohne mechanische Bauteile und stellen die Messwerte staendig digital zur Verfuegung. Sie koennen u.a. zur Steuerung wasserstandsabhaengiger betrieblicher Einrichtungen (Schleusen, Kraftwerke u.a.) verwendet werden.

Automation biologischer Klaeranlagen

Mit dem Instrumentarium der Systemanalyse werden die Moeglichkeiten zur Automation des Belebtschlammverfahrens untersucht. Es werden mathematische Modelle fuer das Belebungsbecken und das Nachklaerbecken entwickelt und an Messwerten geeicht. Auf der Basis dieser Modelle werden Strategien zur automatischen Steuerung berechnet und auf der Klaeranlage Donaueschingen erprobt.

Dieseleinspritztechnologie: Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems

Ein Schwerpunkt der Arbeiten befasst sich mit der Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems. Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes wurde ein elektronisches Speichereinspritzsystem konzipiert, bei dem durch Trennung von Foerderung und Zumessung moeglichst wenig prinzipielle Restriktionen aufgebaut werden. Das Konzept basiert auf der Kombination einer sitzlochgebohrten Einspritzduese als aktives, querschnittsteuerndes Element mit einem piezoelektronischen Translator, der eine extrem schnelle Ansteuerung der Duesennadel mit entsprechend hohen Kraeften erlaubt. Nach einer Betrachtung der in der Vergangenheit vorgeschlagenen Speichereinspritzsysteme wurde das System, bestehend aus Injektor, Hochdruckversorgung und Steuerungselektronik, ausgelegt. Die qualitative Simulation der Duesenstroemung untermauert die Brauchbarkeit der Sitzlochduese als querschnittssteuerndes Zumessventil.

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