IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 4/1997, Seite 56 ff.
REPORT
Zukunft der Zentralheizungstechnik
Dr.-Ing. Heinrich-Hermann Schulte · Teil 2
Die Reduzierung des CO2-Ausstoßes und die Senkung der Kosten bei Heizungsanlagen sind Führungsgrößen bei der zukünftigen Entwicklung der Heizungstechnik. Das Technologieangebot für Heizungssysteme wird sich dabei noch stärker an die künftigen Energiesysteme orientieren müssen.
Bewertung verschiedener Technologieangebote
Zur dritten Gruppe der Haupteinflußgrößen für die Zukunft der Heiztechnik gehört das Technologieangebot für das System Heizungsanlage. Bild 14 zeigt die heute bekannten Wärmeerzeuger, die entweder über fossilen Energieeinsatz oder über erneuerbare Energien betrieben werden können. Farblich gekennzeichnet wurden diejenigen Systeme, die bei verstärktem Markteinsatz einen gravierenden Technologiewandel bedeuten würden. Neben einem möglichen Einsatz von Brennstoffzellen und der Photovoltaik wurde auch die bereits bekannte direkte Stromheizung in diese Kategorie aufgenommen, da eine flächendeckende Anwendung der Stromheizung sicherlich eine massive Marktumwälzung bedeuten würde.
Bild 14: Aufstellung bereits realisierter und in Zukunft denkbarer Wärme- und Energieerzeuger im System Heizungsanlage.
Um die aufgeführten Technologien hinsichtlich ihrer zukünftigen Marktakzeptanz beurteilen zu können, sind die verschiedenen Wärmeerzeugersysteme nach Investitions- und Betriebskosten sowie hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades zu beurteilen.
Bild 15 verdeutlicht, daß bei den meisten Wärmeerzeugern die Betriebskosten positiv bis sehr positiv zu beurteilen sind einschließlich der Wärmeerzeuger, die mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Ausnahme ist mit sehr negativer Beurteilung der Einsatz der direkten Strombeheizung. Die Kosten pro kWh liegen bei der Anwendung von Strom eindeutig an der Spitze (s. auch Bild 16). Bei den Investitionskosten muß der Einsatz von BHKW, Brennstoffzellen und der Photovoltaik gegenüber den anderen Systemen als sehr negativ beurteilt werden. Zusammenfassend ergibt sich aus dieser Betrachtung eine vorteilhafte Beurteilung der heutigen Niedertemperaturtechnik und der Brennwerttechnik. Schneidet die direkte Stromheizung bei den Betriebskosten sehr schlecht ab, so muß andererseits deutlich festgestellt werden, daß der Investitionsaufwand zur Installation einer Stromheizung sehr positiv abschneidet, da hier im Verhältnis zu anderen Systemen der geringste Kapitalaufwand notwendig ist.
Bild 15: Qualitativer Vergleich von Investitions-/Betriebskosten verschiedener Wärmeerzeuger.
Bild 16: Energieversorgung. Vergleich der Energiepreise.
Beurteilung verschiedener Energieangebote
In der vierten und letzten Gruppe der Haupteinflußfaktoren zur qualifizierten Abschätzung der künftigen Entwicklung in der Heiztechnik soll die Energieversorgung näher betrachtet werden.
Geht man - wie im Bild 17 dargestellt - davon aus, daß die Heizenergie zur Deckung des Wärmebedarfes beim Endkunden immer mit 100 % angesetzt wird, so ergeben sich bei den im Markt üblichen Heizungssystemen folgende Primärenergieeinsätze. Bei der direkten Stromheizung müssen aufgrund des schlechten Wirkungsgrades des Kraftwerkes 294 % an Primärenergie eingesetzt werden, um 100 % Heizenergie zu erhalten, obwohl die Leitungsverluste vom Kraftwerk bis zum Endkunden vernachlässigt wurden. Das heißt, der fast dreifache Energieeinsatz ist notwendig, um bei der Stromheizung den Wärmebedarf zu decken. Bei Öl- und Gasheizungen sind 125 % bzw. 119 % an Primärenergie einzusetzen mit dem Hinweis, daß bei dieser Betrachtung die Niedertemperaturtechnik beurteilt wurde. Wird die Brennwerttechnik hinzugezogen, liegt der Wert für den Primärenergieeinsatz bei Gas bei nur ca. 100 %. Vergleicht man die Strom- und Gaswärmepumpen, so ergibt sich durch die Einkoppelung der Umgebungswärme nur bei der
Bild 17: Analyse verschiedener Heizungsanlagen. Vergleich des Primärenergieeinsatzes.
Gaswärmepumpe ein deutlich reduzierter Primärenergieeinsatz von ca. 71 %, da der schlechte Stromwirkungsgrad die Effekte zur Einsparung an Primärenergie kompensiert. Der richtige Einsatz der Wärmepumpe ist danach ein guter Weg zur Ressourcenschonung.
Die Zukunft der Heiztechnik ist direkt mit der Frage der Reichweiten der Weltenergiereserven verbunden. Bild 18 zeigt, daß auf der Basis der sogenannten dynamischen Reichweite, der im wesentlichen die heute bereits erschlossenen Energie-Reserven zugrunde liegen, die Kohleversorgung mit ca. 180 Jahren als sicherste Energiequelle anzusehen ist. Die Erdöl- und Erdgasversorgung liegt mit einer Reichweite von ca. 40 bzw. 60 Jahren in einem überschaubaren Zeitraum. Hierbei ist aber deutlich anzumerken, daß die geschätzten heute noch unbekannten Öl- und Gasreserven bei ca. 300 Jahren liegen. Die Natururanreserven werden mit ca. 60 Jahren Reichweite angegeben. Eine Prognose des Primärenergieverbrauches ergibt, daß bis zum Jahre 2010 ein deutlicher Anstieg beim Einsatz von Erdgas zu erwarten ist, während der Mineralölverbrauch auf hohem Niveau rückläufig sein wird. Die rückläufige Entwicklung gilt auch für Braun- und Steinkohle, während auf niedrigem Versorgungsniveau die erneuerbare Energie eine steigende Tendenz ausweist wie Bild 19 zeigt.
Bild 18: Dynamische Reichweite der Weltenergiereserven.
Bild 19: Prognose des Primärenergieverbrauches.
Die Vorgabe der Bundesregierung, bis zum Jahre 2005 ca. 25 % bei den CO2-Emissionen einzusparen, beeinflußt die Heiztechnik in besonderer Weise. Wird an diesem Ziel nicht nur in Deutschland, sondern zumindest auch in Europa konsequent festgehalten, werden damit auch neue CO2-sparende und damit energieeinsparende Technologien gestützt. Dies wäre eine Chance, daß unser hohes heiztechnisches Know-how auch verstärkt ins Ausland exportiert werden kann. Technologien, die eine CO2-Reduzierung stützen, müssen - wie Bild 20 zeigt - Energieträger einsetzen, die eine geringe spezifische CO2-Emission ausweisen. Erdgas hat hier die günstigsten, Strom als Direktheizung die ungünstigsten Kennwerte.
Bild 20: CO2-Bildung bei der Verbrennung fossiler Energieträger.
Wird dagegen eine globale CO2-Reduzierung inkonsequent verfolgt, widersprüchlich kommentiert und letztlich zur unverbindlichen Empfehlung erklärt, werden nicht mehr CO2- und energiesparende Technologien nachgefragt, sondern einfache und längst überholte Techniken. Zur Reduzierung der Investitionskosten werden dann Wärmeerzeuger eingesetzt, die nur den Mindestanforderungen genügen und die vermehrt aus dem Ausland importiert werden.
Da Inkonsequenz das Markenzeichen der Politiker ist und Deutschland nur mit 4 % an der globalen CO2-Emission beteiligt ist, wie Bild 21 zeigt, muß leider bei der künftigen Entwicklung der Heiztechnik auch diese Alternative betrachtet werden.
Bild 21: Weltweite CO2-Emissionen durch die Verbrennung fossiler Energieträger.
Prognose der künftigen Energiesysteme
Unter Einbeziehung der genannten Daten aus den vier Haupteinflußgrößen und einer qualifizierten Bewertung verschiedener Wärmeerzeugersysteme läßt sich eine Zukunftsprognose für die Entwicklung der Heiztechnik bis zum Jahre 2010 angeben. Allerdings müssen zur realistischen Abschätzung zwei unterschiedliche Szenarien betrachtet werden. Das erste Szenario lautet: Führungsgröße bei der künftigen Auslegung von Heizungsanlagen ist eine Minimierung der Kosten. Das zweite Szenario lautet: Führungsgröße bei der künftigen Anlagenauslegung ist eine Minimierung der CO2-Emissionen.
Um eine Zukunftsprognose für das Jahr 2010 bewerten zu können, muß für beide Szenarien zunächst die gegenwärtige Situation beschrieben werden. Bei der Betrachtung des Einsatzes heutiger Heiztechniken zeigt sich, daß die Niedertemperaturtechnik unabhängig von der Altersstruktur der Gebäude durchgängig eingesetzt wird. Ausgenommen ist nur die Ölgebläsetechnik für Niedrigenergiehäuser, da im kleinen Leistungsbereich modulierende Ölbrenner nicht ausreichend kostengünstig angeboten werden. Der Einsatz der Brennwerttechnik erfolgt überwiegend in Gebäuden und Wohnungen, die nach den Vorschriften der neuen Wärmeschutzverordnung 1995 errichtet wurden, und natürlich bei Niedrigenergiehäusern. Die Stromheizung sowie die elektrisch betriebene Wärmepumpe werden in geringem Umfang zumeist in Gebäuden nach der Wärmeschutzverordnung 1982 eingesetzt. Die Installation von Solarkollektoren zur Brauchwasserbereitung wird mit Ausnahme des Gebäudealtbestandes durchgängig angewandt und in bestehende Anlagen integriert. Bild 22 zeigt die gegenwärtige Situation, gekennzeichnet durch die jeweils grau markierten Felder.
Bild 22: Prognose der Energiesysteme. (Führungsgröße: Minimierung der Kosten)
Szenario 1: Zukünftige Dominanz von Kostenreduzierungen
Ausgehend von dieser Ist-Situation wird sich unter der Annahme einer Minimierung der Kosten (rote Felder) bei der Installation einer Heizungsanlage und einer entsprechenden Wandlung der Gebäudestruktur nur wenig Veränderung ergeben. Die Brennwerttechnik wird sich weiter durchsetzen und auch im Altbestand der Gebäude Anwendung finden. Außerdem ist zu erwarten, daß verstärkt gasbetriebene Absorptionswärmepumpen im Niedrigenergiehaus eingesetzt werden. Solarkollektoren werden sich zwar ebenfalls auf den Gebäudebestand in ihrer Anwendung ausdehnen, werden aber - aufgrund der schlechten Wirtschaftlichkeit nicht flächendeckend angewandt.
Szenario 2: Zukünftige Dominanz der CO-Reduzierung
Wird eine Zukunftsprognose für das Jahr 2010 unter dem Aspekt einer deutlichen Reduzierung der CO2-Emissionen abgeschätzt, so ergeben sich im Vergleich zur Gegenwart deutliche Veränderungen (Bild 23).
Bild 23: Prognose der Energiesysteme. (Führungsgröße: CO2-Minimierung)
Die bekannte Niedertemperaturtechnik wird sich im Jahr 2010 hauptsächlich auf den Gebäude-Altbestand beschränken, während die Brennwerttechnik flächendeckend eingesetzt wird. Begleitet wird diese CO2-senkende Technik durch den Einsatz von Gasabsorptionswärmepumpen bis hinein in das Segment von Niedrigenergiehäusern. Der Einsatz von Blockheizkraftwerken erfolgt bei hohen Investitionskosten nicht pro einzelner Gebäudeeinheit, sondern als Kraft-Wärmekopplung für neuerstellte Siedlungen von hochwärmegedämmten Häusern (schraffierte Fläche). Auch die Solarkollektoren werden flächendeckend angewandt, da durch den verstärkten Einsatz von erneuerbarer Energie CO2-Reduzierungen möglich sind.
Der Brennstoffzelle wird aufgrund der sehr hohen Kosten und der bisher auch äußerst aufwendigen Installation bis zum Jahr 2010 keine wesentliche Bedeutung zukommen.
Zusammenfassung
Die beiden Szenarien zeigen, daß bei einer Dominanz der Kostenreduzierung keine Änderungen in der Heiztechnik bis zum Jahre 2010 zu erwarten sind, daß aber bei einer Dominanz der CO2-Reduzierung ein Technologiewandel eintritt, der sich bis zum Jahr 2010 in einer gezielten Technologieanpassung abspielen wird. Eine gravierende Technologieänderung ist nicht zu erwarten.
Gestützt wird diese Aussage durch die Betrachtung der zu erwartenden Gesamt- CO2-Entwicklung bis zum Jahr 2050.
Bild 24 zeigt, daß ausgehend von 1987 bis zum Jahr 2050 eine Reduzierung der Gesamt-CO2-Emissionen von 32 % zu erwarten ist. Dies wird ausschließlich auf einen Rückgang der Bevölkerung und den sogenannten "fuel-switch", d. h. die zunehmende Umstellung der Energieversorgung auf überwiegend Erdgas, zurückzuführen sein. Bedeutung wird in diesem Zusammenhang auch eine allgemeine Verbesserung der Wirkungsgrade bei konventionellen Techniken haben. Werden darüber hinaus in sehr aggressiver Weise alle regenerativen Energiequellen einschließlich Photovoltaik eingesetzt, so ergibt sich eine weitere CO2-Reduzierung von ca. 24 %, so daß maximal 56 % bis zum Jahr 2050 eingespart werden könnten. Das Ziel einer 80 %igen CO2-Reduzierung bis zum Jahr 2050 bzw. einer 50 %igen Reduzierung bis 2025 wird in keinem Fall zu erreichen sein. In dieser Darstellung ist die kumulierte CO2-Reduzierung für die Bundesrepublik berücksichtigt, die auch die CO2-Menge einbezieht, die bei der Herstellung von regenerativen Systemen entsteht. Hier schneidet besonders die Photovoltaik mit hohen CO2-Produktionsanteilen schlecht ab.
Bild 24: Entwicklung der Gesamt-CO2-Emissionen.
Auch wenn die vorgegebenen CO2-Reduktionsziele nicht zu erreichen sind, sollte nach dem Grundsatz gehandelt werden, daß so wenig wie möglich in den Naturhaushalt und das natürliche Gleichgewicht eingegriffen werden sollte, was für die Heiztechnik auch die Chance bietet, unseren hohen heiztechnischen Standard verstärkt exportieren zu können. Insbesondere wichtig ist der Hinweis, daß eine CO2-Reduzierung gleichzeitig eine Reduzierung des Brennstoffverbrauches bedeutet, mit dem Vorteil, daß der Endkunde über einen höheren Wirkungsgrad der Anlage Heizkosten spart und somit Ressourcen schont. Bei einem Szenario Investitionskostenminimierung würden einfache Technologien importiert, Arbeitsplätze exportiert und ein verstärkter Ressourcenabbau die Konsequenz sein.
B i l d e r : Buderus Heiztechnik GmbH
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