| Abschätzung von Anlagengröße und Kosten für ein Heliogaia-Wärmenetz in Ihrem Ort; halbjährige Heizperiode (183 Tage), Warmwasser ganzjährig; voreingestellte Zahlen für Cottbus/Lausitz, Speicher mit offener Wasserbeschickung über Brunnen | |||||||
| Stand der Analyse | Gruppe | Größe | Wert | Einheit | Abschreibung in a | Quelle/ Bemerkung | Quelle/ Bemerkung |
| Eingaben: | Grunddaten | Anschließerzahl | 80.008 | Personen | https://de.wikipedia.org/wiki/Cottbus | 80% Anschließer von 100.010 gesetzt | |
| in blaue Felder setzen | Erschließungsgebiet, anzuschließende Siedlungsfläche | 56 | km² | https://www.geoportal.de/map.html | dort „Werkzeuge“ wählen, komplette reine Siedlungsfläche scannen | ||
| hell→hohe Kostenwirkung | mittlere Wohnfläche pro Kopf | 41,9 | m²/Kopf | [32] ; S.300 | |||
| Anteil der Nichtwohngebäude am Endenergieverbrauch | 32 | % | https://www.dena.de/infocenter/dena-gebaeudereport-2024/ | S.61 | |||
| Bedarf | mittlerer gesamter Wärmeverbrauch aller beheizten Gebäude pro Jahr und m² | 80 | kWh/a/m² | https://www.heizspiegel.de/fileadmin/hs/heizspiegel-2023/heizspiegel-2023-flyer.pdf | 80 ist Zielwert nach moderater energetischer Sanierung aller Gebäude, aktuell ca. 150 | ||
| darin: Endenergieverbrauch nur für Warmwasser (Wohn-&Nichtwohngebäude) pro Kopf | 1.437 | kWh/a/Kopf | https://www.dena.de/fileadmin/dena/Dokumente/Pdf/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf | S.18 | |||
| Aufkommen | im Gebiet anfallende Abwärme bei hier nutzbaren Temperaturen | 60.000.000 | kWh/a | falls unbekannt, vorerst Null einsetzen | hier kann auch ergänzendes HKW simuliert werden, Preis in D54 einsetzen | ||
| nutzbare innerörtliche Fläche für thermische Kollektoren | 1.000.000 | m² | gesetzt, nach [5], S.215: sind es 1.577.500 m² | Dächer und Fassaden der Gebäude, Böschungen, Zäune, Flächen-Überdachungen | |||
| Anteil direkter Wärmeversorgung, am Saisonspeicher vorbei | 30 | % | vorsichtig geschätzt, aus Erfahrung und früheren Berechnungen ergeben sich 45…50% | Warmwasser außer November bis Februar, Heizung zur Übergangszeit | |||
| Verluste | Verluste im Wärmenetz | 20 | % | https://dme-consult.de/images/energiewende/forschungentwicklung/WEB-240301_LoCarDi_Grosswaermepumpen_in_der_Fernwaermeversorgung.pdf | S.11 f | ||
| Verluste im Kollektorfeld durch Netz und Verschattung | 6,7 | % | (3+3,7)% gesetzt, gerechnet in https://heliogaia.de/t/optimierung_kollektorertrag_2.ods | ||||
| Verluste an den Kollektoren durch Alterung und Verschmutzung | 15 | % | gesetzt | ||||
| ↓ | Verluste aus Saisonspeicher | 7,2 | % | ↓ | gesetzt; vgl. Zelle D88 und Rechnung für Zylindermodell https://heliogaia.de/t/zylindermodell007.ods | nach erstem Rechendurchlauf aus Zelle D88 hierher eintragen | |
| Verluste durch Wärmetauscher | 3 | % | gut isolierte Wärmetauscher bringen kaum Energieverlust, hingegen Temperaturverlust, Exergieverlust | ||||
| Kollektoren | Globalstrahlung Würzburg (Standort für Kollektorvergleich,Keymark),langjähriges Mittel | 1141 | kWh/m² | https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_mvs.html?nn=16102 | |||
| Globalstrahlung am Projektort, langjähriges Mittel | 1111 | kWh/m² | https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_mvs.html?nn=16102 | 1991 – 2020 | |||
| Einschub: | Ergebnisfeld | mögl.tägliche Maximalstrahlung pro m² optimal orientierte Kollektorfläche am Projektort | 7,5 | kWh/d/m² | https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_sum.html?nn=16102 | geschätzt nach Quelle; z.B. Cottbus, Juni 2019: 224kWh/m²/30d=7,5 kWh/d/m² | |
| Kollektorfläche m² | 1.564.993 | Jahresertrag Röhrenkollektoren, Würzburg bei T=75°C: Ritter CPC XL 1921 | 529 | kWh/a/m² | https://solarkeymark.eu/database/ | dort Kennzeichen eingeben: 011-7S1950R; S.2 Annual output per m2 gross area | |
| Speichervol. m³ | 22.235.485 | Jahresertrag Flachkollektoren, Würzburg bei T=50°C: Solimpeks ALS 2512 | 464 | kWh/a/m² | https://solarkeymark.eu/database/ | dort Kennzeichen eingeben: 011-7S1941F; S.2 Gross Thermal Yield per m² gross area | |
| Koll-fläche m²/Kopf | 20 | Jahresertrag an Wärme für wärmeoptimierte PVT-Kollektoren, Würzburg bei T=50°C | 376 | kWh/a/m² | abgeschätzt nach https://www.pvt.solar/hybridkollektor/uebersicht u.a. | thermisch optimiert, d.h. wie Flachkollektor, nur mit PV-Modul als Absorber | |
| Speichervol.m³/Kopf | 278 | Jahresertrag an Strom für wärmeoptimierte PVT-Kollektoren, Würzburg bei T=50°C | 95 | kWh/a/m² | erwartete Einbußen aus Alterung und Verschmutzung sind hier abgezogen | Produktion muss organisiert werden | |
| Netzlänge m/Kopf | 13 | Bruttopreis der eingesetzten Röhrenkollektoren: Ritter CPC XL 1921 | 260 | €/m² | 25 | BruttoPreis aus: https://heliogaia.de/k/CPC_XL1921.jpg | https://heliogaia.de/k/kollektorvergleich.pdf |
| Gesamtverluste % | 41 | Bruttopreis der eingesetzten Flachkollektoren: Solimpeks ALS 2512 | 161 | €/m² | 25 | BruttoPreis für 4,84 m² aus: https://heliogaia.de/k/Solimpeks_ALS_251.jpg | https://heliogaia.de/k/kollektorvergleich.pdf |
| Investition €/a/Kopf | 615 | Bruttopreis der eingesetzten wärmeoptimierten PVT-Kollektoren | 400 | €/m² | 25 | https://www.solaranlagen-portal.de/solarenergie-komponenten/hybridkollektor-pvt-kollektor | https://www.solaranlage-ratgeber.de/solarthermie/solarthermie-wartung/lebensdauer-einer-solarthermieanlage |
| lfd.Kosten €/a/Kopf | 84 | Anteil an Röhrenkollektoren | 50 | % | Rest, wird berechnet. Hier sollten wegen der hohen Ladetemperaturen des Speichers ca. 30% verbleiben. | ||
| Kosten €/a/Kopf | 700 | Anteil an Flachkollektoren | 20 | % | gesetzt; stattdessen möglichst PVT verwenden | ||
| Kosten €/Mon/Kopf | 58,29 | Anteil an wärmeoptimierten PVT-Kollektoren | 30 | % | gesetzt ; bei ca. 50°C nur wärmeoptimierte PVT einsetzbar | Produktion organisieren | |
| Faktor zur Berechnung der benötigten Aufstellfläche für das externe Kollektorfeld | 2,75 | https://heliogaia.de/t/optimierung_kollektorertrag_2.ods | 32° Kollektorneigung ist für Heliogaia optimal | ||||
| Installationskosten: Montage + Material (inklusive Pufferspeicher aber ohne die Kollektoren) | 281 | €/m² | 50 | https://www.solaranlagen-portal.de/thermische-solaranlage/solarkollektor-preis.html | Punkt 1.2: (1500+3000€)/16m², geringere Preise im Kollektorfeld hier pauschal berücksichtigen | ||
| Mengenrabatt für Kollektoren und Installation | 15 | % | gesetzt | üblicher Wert als Zuschlag bei Bauprojekten | |||
| Bodenpreis Kollektorfeld und Speicher | 10 | €/m² | https://www.bodenrichtwerte-boris.de/boris-d/?lang=de | ||||
| Speicher | volumenbezogene Wärmespeicherzahl s für Erdboden (s=c*ρ) | 0,611 | kWh/m³/K | https://www.lgb-rlp.de/fileadmin/service/lgb_downloads/boden/boden_themenheft_vorsorgender/tvb6_2024.pdf | S. 19; 2200 kJ/m³/K | ||
| Wärmeleitwert des Bodens der Speicherumgebung | 2,7 | W/m/K | https://www.schweizer-fn.de/stoff/wleit_isolierung/wleit_isolierung.php#wleitf_isolierung | ||||
| Wärmeleitwert trockenen sandigen Füllbodens | 0,4 | W/m/K | https://www.schweizer-fn.de/stoff/wleit_isolierung/wleit_isolierung.php#wleitf_isolierung | ||||
| mehrjährig gemittelte Lufttemperatur | 10 | °C | https://www.dwd.de/DE/leistungen/klimadatendeutschland/vielj_mittelwerte.html | ||||
| mehrjährig gemittelte Bodentemperatur ab 1m Tiefe | 10 | °C | gesetzt | ||||
| Speichertemperatur (geladen) | 83 | °C | gesetzt | ||||
| Speichertemperatur (entladen) | 43 | °C | gesetzt | ||||
| Höhe der trockenen Füllbodenabdeckung des Speichers | 2 | m | gesetzt | ||||
| Förder- und Schluckleistung pro Brunnen | 30 | m³/h | https://www.straelen.de/rathaus-politik/dienstleistungen/wasserversorgung/wasserversorgung/#accordion-1-3 | 60m³/h bei Tagebauentwässerung, bestätigt in Gesprächen mit LEAG | |||
| Kosten für Aushub+Erdbewegung | 7 | €/m³ | gesetzt | ||||
| Kosten für Abdeckmaterial (2 Folien + Geoflies, pro m²) | 25 | €/m² | 50 | gesetzt | |||
| Kosten für Dichtwand pro m² | 80 | €/m² | 50 | H.O.Buja,Ingenieurhandbuch Bergbautechnik,Beuth Verlag GmbH 2013, S. 679 | Bestätigt in Gesprächen mit LEAG | ||
| Kosten für Brunnen und Bohrungen pro m | 100 | €/m | 50 | https://www.kesselheld.de/tiefenbohrung/ | 35…70 €/m | ||
| Kosten Technikgebäude am Speicherrand | 1.000.000 | € | 50 | gesetzt | |||
| Verteilernetz | Kosten der Hauptverteilung, Kanal mit Rohren und Pumpen | 1000 | €/m | 25 | https://www.rheinwerke.de/files/FW-Schiene-Rheinland.pdf | S.6 | |
| Kosten der Unterverteilung, Kanal mit Rohren und Pumpen | 304 | €/m | 25 | https://www.borderstep.de/wp-content/uploads/2014/07/Clausen-Kosten_-laendliche_-Waermenetze-2012.pdf | S.7: 220 €/m; von 2008 inflationsbereinigt *1,38 in Jahr 2024 | ||
| Kosten eines Hausanschlusses pro Kopf | 304 | €/Kopf | 25 | https://www.borderstep.de/wp-content/uploads/2014/07/Clausen-Kosten_-laendliche_-Waermenetze-2012.pdf | S.6: 105€/kW; 221 €/Kopf; von 2008 inflationsbereinigt *1,38 in Jahr 2024 | ||
| Weiteres | Kosten für Wärmetauscher | 0,5 | €/kW | 20 | https://nordictec-shop.eu/de/221-plattenwaermetauscher-waermeuebertragungsflaeche?resultsPerPage=99999 | ||
| Stromtarif, Bezug | 0,320 | €/kWh | gesetzt | ||||
| Stromtarif, Einspeisung | 0,100 | €/kWh | gesetzt | ||||
| Abwärmepreis | 0,060 | €/kWh | gesetzt | ||||
| Kosten für Betrieb und Wartung | 80 | €/a/Kopf | https://www.heizspiegel.de/heizkosten-senken/heizungswartung/ | wie herkömmlich angenommen:160€ pro Haushalt mit durchschnittlich ca.2 Personen | |||
| Nebenkosten der gesamten Anlage | 20 | % | gesetzt; bauüblich | ||||
| Anlagengröße | Bedarf | benötigte Endenergie für Heizung+Warmwasser (Wohn-&Nichtwohngebäude) | 394.392.376 | kWh/a | wird erstellt aus Wärmequellen nach folgender Prioritätenliste: | 1. Abwärme; 2. innerstädtische Kollektoren; 3. externes Kollektorfeld | |
| wird berechnet | benötigte Endenergie für Heizung+Warmwasser (Wohn-&Nichtwohngebäude) pro Kopf | 4.929 | kWh/a/Kopf | ||||
| maximal nötige Wärmeleistung, Auslegungsleistung | 153.418 | kW | Faktor 2 für besonders kalte Tage | ||||
| Auslegungsleistung pro Kopf | 1,92 | kW/Kopf | |||||
| Aufkommen | nutzbare Endenergie aus Abwärme | 37.870.412 | kWh/a | erwartete Verluste bereits abgezogen; Endenergie heißt: Abzug aller Verluste bis zum Verbrauch | |||
| durch Solarthermie zusätzlich zu erzeugende Energie (vor Verlusten direkt am Kollektor) | 608.905.680 | kWh/a | Aufschlag für die etwa zu erwartenden Verluste und *1,1 als Sicherheitsfaktor | ||||
| Jahreswärmeertrag pro m² direkt am Kollektor, aus vorgegebenem Kollektormix | 389 | kWh/a/m² | |||||
| gesamte Brutto-Kollektorfläche | 1.564.993 | m² | bei optimaler Orientierung: Süd und 32° zur Horizontalen geneigt | Brutto-Kollektorfläche, d.h. ganze Kollektorfläche, Länge mal Breite | |||
| externe Brutto-Kollektorfläche (nur Kollektorfläche ohne Aufstellungsumgebung) | 564.993 | m² | |||||
| daraus: Kollektorfeldfläche (alle externen Anlagen mit Aufstellungsumgebung) | 1.553.731 | m² | |||||
| Seitenlänge für ein angenommen quadratisches Kollektorfeld | 1.246 | m | |||||
| gesamte Brutto-Kollektorfläche pro Kopf | 20 | m²/Kopf | |||||
| externe Kollektorfeldfläche pro Kopf | 19 | m²/Kopf | |||||
| Stromertrag aus PVT-Kollektoren | 44.602.304 | kWh/a | |||||
| Saisonspeicher | Speicher Arbeitsspanne | 40 | K | ||||
| Speichertemperatur Mittel | 63 | °C | |||||
| einzuspeichernde Wärme | 543.435.266 | kWh/a | zu speichernder Teil des errechneten Bedarfs aus D57 | mit Aufschlag für die etwa zu erwartenden Verluste und *1,1 als Sicherheitsfaktor | |||
| SpeicherVolumen | 22.235.485 | m³ | |||||
| Tiefe und Durchmesser für minimale Gesamtoberfläche sind gleich: | 305 | m | ↓ | Optimum | |||
| Möglichkeit zur Eingabe einer anderen SpeicherTiefe: | 140 | m | ← | dieses Optimum hier einsetzen (oder in begründeten Fällen andere Tiefe) | |||
| als SpeicherDurchmesser ergibt sich damit: | 450 | m | |||||
| SpeicherDeckfläche | 158.825 | m² | |||||
| maximal nötige vertikale Sickergeschwindigkeit beim Speicher-Laden | 0,000013 | m/s | wenigstens nötige Sickergeschwindigkeit auf horizontalem Querschnitt, Laden bei Maximalstrahlung | gleichmäßige Verteilung im Querschnitt vorausgesetzt | |||
| maximal nötige vertikale Sickergeschwindigkeit beim Speicher-Entladen | 0,000023 | m/s | wenigstens nötige Sickergeschwindigkeit auf horizontalem Querschnitt, Entladen bei Auslegungsleistung | gleichmäßige Verteilung im Querschnitt vorausgesetzt, März bei 10 K Arbeitsspanne | |||
| Anzahl der kalten peripheren Bohrungen bis zum Speicherboden | 188 | Stück | volle Speichertiefe, in einen guten Grundwasserleiter hinein | Annahmen:Auslegungsleistung,mittlere Speichertemperatur,33 °C Rücklauftemperatur | |||
| Anzahl der heißen zentralen Bohrungen, unter Grundwasserspiegel | 188 | Stück | 30m tief in einen guten Grundwasserleiter hinein | Annahmen:Auslegungsleistung,mittlere Speichertemperatur,33 °C Rücklauftemperatur | |||
| Länge aller Bohrungen | 32.009 | m | |||||
| benötigte Leistung der Wärmetauscher am Saisonspeicher | 197.704 | kW | |||||
| SpeicherVerlust | Verlust nach oben | 20.313.069 | kWh/a | ||||
| Verlust ins umgebende Erdreich | 18.594.966 | kWh/a | ca. 20m dringt die Wärme nach 3 Jahren in die Umgebung, hier als dämmende Umgebung gewertet | vgl.: https://heliogaia.de/t/zylindermodell007.ods | |||
| Gesamtverlust Saisonspeicher | 38.908.035 | kWh/a | |||||
| ↑ | Gesamtverlust Saisonspeicher, relativ zur gespeicherten Wärme | 7,2 | % | ↑ | nochmals verifiziert in: https://heliogaia.de/t/zylindermodell007.ods | vgl. D15 | |
| Verteilernetz | Anschließerdichte, systembezogene Besiedlungsdichte | 1.429 | pro km² | ||||
| Netzlänge pro Kopf: falls bekannt, hier eingeben, ansonsten Pauschalwert belassen | 12,6 | m/Kopf | https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_4.pdf und https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_max_4.ods | auch: https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_4.ods | |||
| gesamte Netzlänge | 1.108.800 | m | https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_4.pdf und https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_max_4.ods | Faktor 1,1: Aufschlag von 10% zur Sicherheit der Abschätzung | |||
| davon Netzlänge der Hauptverteilung: falls bekannt, hier eingeben, ansonsten Pauschalwert belassen | 61.600 | m | https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_4.pdf und https://heliogaia.de/t/trassenlaenge_max_4.ods | Faktor 1,1: Aufschlag von 10% zur Sicherheit der Abschätzung | |||
| Kosten | Investition | Kosten pro Jahr zur Bestimmung der mittleren Abschreibungszeit | |||||
| werden berechnet | Kollektoren | Kollektoren | 375.394.901 | € | 25 | 15.015.796 | |
| Installation der Kollektoren | 373.798.608 | € | 50 | 7.475.972 | |||
| Bodenpreis für Kollektorfeld | 15.537.311 | € | 100 | 155.373 | Bodenpreis gewöhnlich nur einmal, hier auf 100 Jahre verteilt gerechnet | ||
| Kollektoren, gesamt | 764.730.820 | € | 33,77 | 22.647.141 | |||
| Speicher | Bodenpreis für Speicher | 1.588.249 | € | 100 | 15.882 | Bodenpreis gewöhnlich nur einmal, hier auf 100 Jahre verteilt gerechnet | |
| Speicher, Abdeckung | 7.305.945 | € | 50 | 146.119 | 2m trockener Dämm-Füllboden, 1m bewitterter Boden | ||
| Speicher, Schlitzwand | 15.822.760 | € | 50 | 316.455 | |||
| Speicher, Bohrungen | 3.200.922 | € | 50 | 64.018 | |||
| Wärmetauscher | 98.852 | € | 20 | 4.943 | |||
| Technikgebäude | 1.000.000 | € | 50 | 20.000 | |||
| Speicher, gesamt | 29.016.729 | € | 51,14 | 567.418 | |||
| Verteilernetz | Investition Hauptverteilung | 61.600.000 | € | 25 | 2.464.000 | ||
| Investition Unterverteilung | 318.348.800 | € | 25 | 12.733.952 | |||
| Hausanschlüsse | 24.322.432 | € | 25 | 972.897 | |||
| Verteilung, gesamt | 404.271.232 | € | 25,00 | 16.170.849 | |||
| Summe | Investition für die gesamte Anlage mit Nebenkostenaufschlag: | 1.497.523.476 | € | ||||
| laufende Kosten | E-Antrieb der Umwälzpumpen, Stromkosten | 2.524.111 | €/a | https://www.stadtwerke.it/de/fernwaerme/fernwaerme/waermeverteilung/pumpstation.html | gesetzt: 2% der Heizleistung; abgeschätzt nach Quelle bei 30K Spreizung: 1,4% | ||
| PVT-Kollektoren, Gewinn durch Stromertrag | -4.460.230 | €/a | |||||
| Kosten für den Kauf der Abwärme | 2.272.225 | €/a | |||||
| Betrieb, Wartung | 6.400.640 | €/a | |||||
| Summe | laufende Kosten: | 6.736.746 | €/a | ||||
| Kosten / Jahr / Kopf | Investition | Investitionskosten relativ | Gesamtkosten relativ | ||||
| werden berechnet | Kollektoren | 283 | €/a/Kopf | 46% | 40% | ||
| Saisonspeicher | 7 | €/a/Kopf | 1% | 1% | |||
| Verteilung | 202 | €/a/Kopf | 33% | 29% | |||
| Summe | Investition für die gesamte Anlage mit Nebenkostenaufschlag: | 615 | €/a/Kopf | 88% | |||
| laufende Kosten | E-Antrieb der Umwälzpumpen, Stromkosten | 32 | €/a/Kopf | 5% | |||
| PVT-Kollektoren, Gewinn durch Stromertrag | -56 | €/a/Kopf | -8% | ||||
| Kosten für den Kauf der Abwärme | 28 | €/a/Kopf | 4% | ||||
| Betrieb, Wartung | 80 | €/a/Kopf | 11% | ||||
| Summe | laufende Kosten: | 84 | €/a/Kopf | 12% | |||
| Endergebnisse | Gesamtkosten für alle Gebäude, jährlich | 700 | €/a/Kopf | ||||
| Gesamtkosten für alle Gebäude, monatlich | 58 | €/Mo/Kopf | |||||
| Gesamtkosten für Wohngebäude, jährlich | 476 | €/a/Kopf | |||||
| Gesamtkosten für Wohngebäude, monatlich | 40 | €/Mo/Kopf | |||||
