Das Projekt
Dieses Projekt untersucht die Fragestellung „Inwieweit kann grüner Wasserstoff genutzt werden, um den Wärmebedarf eines Landguts nachhaltig zu gestalten?“
Ausgangssituation
Das Landgut Vollenhof verfügt über eine Holzfeuerungs-Anlage, angeschlossen an ein Hochtemperatur-Wärmenetz (90 °C, wenige Verbraucher, dadurch sehr hoher Energieverlust) zur Deckung von rund einem Drittel des Wärmebedarfs des Hauses und der umliegenden Gebäude, sowie einen Erdgas-Anschluss. Eine Dämmung des Landguts ist aufgrund seines denkmalgeschützten Charakters schwierig, wodurch die Versorgung über Niedertemperatur-Wärme ausscheidet. Zudem befindet sich das Landgut in einem ländlichen Gebiet mit begrenzter Stromnetz-Kapazität.
Konzept und Alleinstellungsmerkmal
Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie sollten Konzepte entwickelt werden, auf deren Grundlage das Landgut Vollenhof künftig auf Grundlage einer Wasserstoffkette nachhaltig mit Wärme versorgt werden kann. Technisch betrachtet umfasst das Konzept die gesamte Kette von der PV-Stromerzeugung über die elektrolytische Wasserstoffproduktion und anschließende Speicherung bis hin zur Nutzung von Wasserstoff in oder an den denkmalgeschützten Gebäuden. Das Konzept ist modular und skalierbar. Auf diese Weise soll es ermöglicht werden, einen künftig unter Umständen steigenden Bedarf zu bedienen und/oder die verwendeten Technologien in einen anderen Nutzungspfad zu überführen.
Technologien
Die Studie untersucht vier verschiedene Wärmeversorgungsszenarien, die auf dem Einsatz jeweils unterschiedlicher Technologien beruhen:
- Szenario 1 –Nutzung des bestehenden Wärmenetzes mit zentralem Holzofen und Wärmespeicher; Kombination mit einer PV-Anlage zur Erzeugung von Strom: Der Strom kann dann entweder genutzt werden, um die Gebäude mittels Wärmepumpen zu beheizen oder um in einem Elektrolyseur Wasserstoff zu erzeugen, der nach Zwischenspeicherung in einem Heizkessel verbrannt wird und so Wärme für die Gebäude bereitstellt. Überschüsse und Mangel an PV-Stromerzeugung könnten in allen Szenarien durch den Anschluss an das übergeordnete Stromnetz ausgeglichen werden.
- Szenario 2 –Vollelektrische Wärmeversorgung: Bei diesem Szenario werden die Gebäude ausschließlich über die Wärmepumpen beheizt, die ihrerseits den Strom von der eigenen PV-Anlage beziehen.
- Szenario 3 –100 % Wasserstoff: Die eigene PV-Anlage produziert in diesem Szenario den Strom, der für die elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff erforderlich ist. Die Wärmeversorgung erfolgt hier ausschließlich über einen Wasserstoffkessel.
- Szenario 4 – Hybrid: Bei dieser Option werden die Gebäude zunächst überall da gedämmt und isoliert, wo es möglich ist – wo also der äußerliche historische Charakter der Gebäude nicht beeinträchtigt wird. Die Wärmeversorgung erfolgt dann PV-basiert sowohl mittels Wärmepumpen als auch durch Wasserstoff (vgl. Szenario 3).
Akteure
- Landgut Vollenhof
- Vereinigung der Energiesiedlungen Nord-Veluwe
- HyMatters Research & Consultancy: Planung und Beratung
Kennzahlen: Erwartete wirtschaftliche, klimatische und energetische Effekte
wirtschaftlicher Mehrwert
Der wirtschaftliche Mehrwert des angestrebten Wärmeversorgungskonzeptes liegt zum einen in der Erhaltung des historischen Landgutes Vollenhof und der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf mindestens zehn vergleichbare Objekte in der Region. Als positiver Nebeneffekt der Errichtung einer wasserstoffbasierten Wärmeversorgung ist die mit dem Bau der erforderlichen PV-Anlagen einhergehende Entlastung des lokalen Stromnetzes zu nennen.
Bereitstellung erneuerbarer Energien
Der benötigte Wasserstoff wird vor Ort elektrolytisch auf Grundlage von PV-Strom gewonnen. Ziel des Projektes ist es, so die gesamte Wärmeversorgung regenerativ und damit nachhaltig zu gestalten. Bei einem derzeitigen Erdgasjahresverbrauch von etwa 3.300 m³ entspricht dies künftig einer Bereitstellung erneuerbarer Energien von jährlich 33.000 kWh bzw. etwa 120.000 MJ.
CO2-Reduktion
Die oben beschriebene vollständige Umstellung auf regenerativ erzeugten Wasserstoff entspricht einer jährlichen CO2-Einsparung von 22.600 kg pro Gebäude.
Energieeinsparungen / Energieeffizienz
Die Höhe der Energieeinsparungen ist maßgeblich davon abhängig, welches Szenario umgesetzt wird. So beinhalten einige Szenarien Dämm- und Isolationsarbeiten an den Gebäuden; andere nicht.
Übertragbarkeit
Potenzial für eine nachhaltige Wärmeversorgung in der Region
Das Landgut Vollenhof ist Teil der Kooperation Energielandgoederen Noord-Veluwe. Diese besteht aus zehn Landgütern in der Region Nord-Veluwe, die auf dem Gebiet der nachhaltigen Energie, der Natur und der Erhaltung des kulturellen Erbes zusammenarbeiten. Die Partnerschaft ist eng in dieses Projekt eingebunden und die Teilnehmer betrachten mit Interesse die Ergebnisse für die Anwendung in anderen Siedlungen.
Ergebnisse
Die Studie ergab, dass die Szenarien 1 und 2 („Wärmenetz“ und „Vollelektrisch“) keine realistischen Lösungen für das Landgut Vollenhof darstellen. Die Umstellung auf eine voll auf Wasserstoff basierende Wärmeversorgung (Szenario 3) bzw. auf die Nutzung einer hybriden Variante (Szenario 4) scheinen zum jetzigen Zeitpunkt die wirtschaftlich günstigste Lösung darzustellen.
Obige Abbildungen zeigen die Deckung des Wärmebedarfs für die Szenarien „100 % Wasserstoff“ (links) und „Hybrid“ (rechts). Dabei wird deutlich, dass der Einsatz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer Leistung von 4 kW etwa zwei Drittel des jährlichen Wärmebedarfs abdecken kann, so dass der Wasserstoffkessel mit 30 kW Nennleistung lediglich für die Deckung von Spitzenlasten eingesetzt werden müsste.
Die Untersuchung der erfolgversprechendsten Szenarien 3 und 4 wurde dahingehend vertieft, dass für beide eine Betrachtung mit Anschluss an das lokale Stromnetz einer Insellösung (ohne Netzanschluss) gegenübergestellt wurde.
Während der Bearbeitung der Studie wurden darüber hinaus noch die zusätzlichen Szenarien 5 und 6 entwickelt, die auf den Szenarien 3 und 4 beruhen, wobei jeweils die PV-Leistung an den Maximalwert der Einspeiseleistung angeglichen wurde, die Wasserstoffproduktion zeitlich optimiert wurde, und der Anteil des Stroms, der nicht durch Photovoltaik gedeckt werden konnte, aus dem Netz bezogen wurde.
Die Ergebnisse der Studie lassen sich – nach technischen, finanziellen und regulatorischen Gesichtspunkten gegliedert – wie folgt zusammenfassen:
Technisch
- Stromnetzengpässe ermöglichen die Einspeisung von Solarstrom derzeit nur bis zu einer Leistung von 55 kW
- Die nachhaltige Nutzung von Wasserstoff in der Siedlung Vollenhof durch einen 100 %igen Wasserstoffkessel oder einen Hybridkessel (50 % Wärmepumpe, 50 % Wasserstoff) ist technisch machbar.
- Eine Hybridlösung ist energieeffizienter als eine 100 %ige Wasserstofflösung
Finanziell
- Systeme zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff sind kommerziell verfügbar. Ein Wasserstoffkessel ist voraussichtlich im Jahr 2022 auf dem Markt.
- Eine autarke Lösung ist 11- bis 14-mal teurer als Erdgas.
- Eine Lösung, die die maximal verfügbare Netzkapazität nutzt, ist um den Faktor 2,5 bis 4,5 teurer als Erdgas.
- Pilotprojekte und Subventionen sind notwendig, um den Selbstkostenpreis zu senken.
Regulatorisch
- Der derzeit gültige Flächennutzungsplan beinhaltet keine Wasserstoffaktivitäten
- Die Erzeugung von Wasserstoff ist genehmigungspflichtig, die Speicherung von Wasserstoff ist anzeigepflichtig und der Vertrieb von Wasserstoff ist nur nicht-kommerziell erlaubt.
Download
Die Studie kann nachfolgend heruntergeladen werden:
Machbarkeitsstudie
| Kosten: | 5.747,50 € |
| Förderung: | 2.586,38 € |
| Laufzeit der Studie: | 15.07.2021–15.10.2021 |
Antragssteller
Landgoed Vollenhof B.V.
Zuiderzeestraatweg 417
8091 PA Wezep
www.vollenhof.nl
Durchführendes Unternehmen
HyMatters Research & Consultancy B.V.
Westervoortsedijk 73
6827AV Arnhem
www.hymatters.com