5 Erneuerbare Energien im Wärmesektor
5.3 Feste Biomasse (Allgemeine Versorgung)
In den Energieversorgungsunternehmen, die nicht nur Strom, sondern auch Wärme an Dritte liefern (z. B. über Fernwärmenetze), konnte sich der Einsatz fester Biomasse zur ungekoppelten und gekop-pelten Wärmeerzeugung erst in den letzten Jahren etablieren. Maßgeblicher Treiber für den Einsatz in gekoppelter Wärmeerzeugung waren die Anreize des Erneuerbare-Energien-Gesetzes.
5.3.1 Endenergiebereitstellung
Die Angabe zur Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Ver-sorgung wird von der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) übernommen (vgl.
Kapitel 2.2.4). Der in Tabelle 75 angegebene Datenstand entspricht der BMWi-Publikation „Erneuer-bare Energie in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung (BMWi, 2017), die jährlich im Sep-tember/Oktober publiziert wird. Zusätzlich erfolgt zum Jahresende sowie zum Februar/März eine Da-tenaktualisierung.51
51 Die aktuellen Daten in der Zeitreihe ab 1990 sind abrufbar unter: http://www.erneuerbare-energien.de/EE/Naviga-tion/DE/Service/Erneuerbare_Energien_in_Zahlen/Zeitreihen/zeitreihen.html
Entsprechend der Vorgaben der EU-Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerba-ren Quellen (Richtlinie 2009/28/EG, 2009) bezieht sich die angegebene Wärmebereitstellung aus fes-ter Biomasse in der allgemeinen Versorgung - anders als bei den vorstehenden Angaben zu Haushalten und Industrie - auf die Nettowärmeerzeugung der Heizwerke und Heizkraftwerke abzüglich anteiliger Leitungsverluste im Wärmenetz und der Eigenverbräuche der Erzeugungsanlagen. Letztlich umfassen die Angaben daher die an den Hausübergabestationen an Kunden gelieferten Wärmemengen.
Die Daten beruhen auf den von den statistischen Landesämtern durchgeführten Erhebungen über die Strom- und Wärmeerzeugung in den Heiz(kraft)werken der öffentlichen Versorgung sowie über Er-zeugung, Bezug, Verwendung und Abgabe von Wärme. Berichtspflichtig sind alle Betreiber von Heiz-kraftwerken mit mehr als 1 MW elektrischer Leistung bzw. alle Betreiber von Heizwerken über 2 MW thermischer Leistung, sofern diese in ein Wärmenetz der allgemeinen Versorgung einspeisen. Das Ver-hältnis von ungekoppelter Wärmeerzeugung in Heizwerken zu gekoppelter Wärmeerzeugung in Heiz-kraftwerken beträgt etwa 1 zu 4.
Tabelle 75: Wärmebereitstellung aus fester Biomasse
in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versorgung
2016 [GWh]
feste Biomasse (Allg. Vers.) 6.158
Quelle: (AGEE-Stat, 2017)
5.3.2 Substitutionsfaktoren
Hinsichtlich der Substitutionsbeziehungen der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in der allge-meinen Versorgung wird angenommen, dass zu 100 % mit fossilen Energieträgern erzeugte Fern-wärme ersetzt wird. Es wird also unterstellt, dass mit dem Ausbau von Biomasse-H(K)W kein wesent-licher Impuls zum Ausbau von Wärmenetzen einhergeht. Maßgeblich für diese Annahme ist auch, dass der in den letzten Jahren zum Beispiel durch das Marktanreizprogramm erneuerbarer Energien geför-derte Ausbau dezentraler Nahwärmenetze ohnehin nur zu geringen Teilen in Tabelle 75 enthalten ist (vgl. vorstehendes Kapitel). Aus demselben Grund wird auch angenommen, dass die mit der Bereitstel-lung von fossiler bzw. biogener Fernwärme verbundenen Netzverluste eine ähnliche Größenordnung aufweisen und an dieser Stelle nicht weiter berücksichtigt werden.
Tabelle 76: Substitutionsfaktoren der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)wer-ken der allgemeinen Versorgung
Technik Heizöl/Diesel Erdgas Steinkohle Braunkohle Strom Fernwärme (ohne
Netz-verluste)
[%] [%] [%] [%] [%] [%]
feste Biomasse
(All-gemeine Versorgung) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0
Quelle: Eigene Annahme
Die vermiedenen Brutto-Emissionen der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)wer-ken der allgemeinen Versorgung lassen sich aufbauend auf den dargestellten Substitutionsfaktoren mittels der Brutto-Nutzungsgrade (Mittelung von Kondensations- und KWK-Betrieb) (Tabelle 61) so-wie den Emissionsfaktoren der Wärmeerzeugung aus konventionellen Energieträgern (Tabelle 62)
Der zugrundeliegende Brennstoffeinsatz an Primärenergieträgern ist in Tabelle 79 dokumentiert. Im Ergebnis verdrängt der Einsatz fester Biomasse zur Erzeugung von Fernwärme zu ca. 54 Prozent Erd-gas, zu ca. 33 Prozent Steinkohle und zu ca. 11 Prozent Braunkohle.
Tabelle 77: Fossiler Brennstoffmix für die Erzeugung von Fernwärme
Erdgas Steinkohlen Braunkohlen Heizöl EL + S
[%] [%] [%] [%]
fossiler Fernwärme Mix 54,2 32,4 11,5 1,9
Quelle: UBA auf Basis (AGEB, 2015)
5.3.3 Emissionsfaktoren
Analog zum Vorgehen in den entsprechende Kapiteln im Stromsektor wurde ein relevanter Referenz-fall für die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versor-gung mit BioEM modelliert. Während die Vorketten der Brennstoffbereitstellung hierbei von BioEM übernommen wurden, sind die Emissionsfaktoren für den direkten Anlagenbetrieb dem Nationalen Emissionsinventar (UBA, 2017) entnommen. Allerdings liegen die Emissionsfaktoren dort nicht diffe-renziert nach Brennstoffen, sondern nach immissionsrechtlicher Genehmigung der Anlage nach 17.
BImSchV, 13. BImSchV, 4. BImSchV (TA-Luft) oder 1. BImSchV vor. Je nach Brennstoffeigenschaften und Luftreinhaltetechniken können die realen Emissionen im Einzelfall daher erheblich von den hier unterstellten, durchschnittlichen Faktoren abweichen.
Auf die Modellierung eines Referenzfalls für die ungekoppelte Wärmerzeugung wird verzichtet, da sich die primärenergetischen Emissionsfaktoren innerhalb eines immissionsrechtlichen Genehmi-gungsbereichs nicht zwischen Kesseln in Heizkraftwerken und reinen Heizkesseln unterscheiden.
Des Weiteren wird trotz der jüngsten Diskussion um „carbon debts“ bei der energetischen Nutzung von Waldrestholz (Agostini, Giuntoli, & Boulamanti, 2013) angenommen, dass die Entnahme von Waldrestholz aufgrund der nachhaltigen Waldwirtschaft in Deutschland treibhausgasneutral erfolgt, so dass lediglich die energetischen Aufwendungen für die Ernte und den Transport (bei Pellets auch die Brennstoffherstellung) zu Buche schlagen.
Importe biogener Festbrennstoffe sind für die Stromerzeugung und die damit verbundene Bereitstel-lung von Wärme für die allgemeine Versorgung gegenwärtig noch von untergeordneter Bedeutung.
Lediglich bei Anlagen an den Landesgrenzen oder in der Nähe von Seehäfen sind geringe Importe v. a.
von Althölzern aus dem europäischen Ausland bekannt.
Zur Ermittlung des thermischen Nutzungsgrads der Referenzfälle für die Wärmebereitstellung aus fes-ter Biomasse für die allgemeine Versorgung wird der Energieeinsatzes bei KWK-Anlagen entspre-chend der Finnischen Methode auf Strom und Wärme aufgeteilt.
Tabelle 78: Basisannahmen der Referenzfälle für die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versorgung
Brennstoff Technik52
DT-Entnahmekon-densationsmaschine 17. BImSchV 73 2 29,6
Industrierestholz
Waldrestholz Organic Rankine
Cycle TA-Luft 83 2 5,3
Waldrestholz Heizwerk TA-Luft 62 2 17,1
Quelle: Eigene Darstellung auf Basis GEMIS 4.94 (IINAS, 2013), (UBA, 2015) und (UBA, et al., 2012)
Tabelle 79: Emissionsfaktoren der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versorgung
52 DT- Dampfturbine
53 eigene Annahmen auf Basis BioEM (IFEU, 2016)
eigene Annahmen auf Basis von (Destatis, 2016b) (Destatis, 2016c)
Brennstoff / Technik55
CO2-
Äq. CO2 CH4 N2O SO2
-Äq. SO2 NOx Staub CO NMVOC
[g/kWh] [g/kWh] [g/kWh]
Industrierestholz
Vorkette 10,45 10,01 0,01 0,00 0,06 0,01 0,08 0,00 0,01 0,00 Direkte 4,21 0,00 0,04 0,01 0,38 0,03 0,50 0,07 0,21 0,13 Hilfsenergie
DT-EKM 9,35 8,85 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Hilfsenergie
ORC 9,99 9,45 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00
Pellets (Holz)
Vorkette 10,21 9,58 0,01 0,00 0,10 0,03 0,11 0,01 0,06 0,01 Direkte 59,64 0,00 0,00 0,02 0,27 0,02 0,36 0,12 0,40 0,00 Hilfsenergie 7,50 7,10 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 Waldrestholz
Vorkette 15,68 14,90 0,03 0,00 0,09 0,01 0,12 0,00 0,03 0,01 Direkte 4,21 0,00 0,04 0,01 0,38 0,03 0,50 0,07 0,21 0,13 Hilfsenergie
DT-EKM 10,04 9,50 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00 Hilfsenergie
ORC 10,04 9,50 0,02 0,00 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,00
Hilfsenergie
Heizwerk 7,50 7,10 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 Quelle: UBA auf Basis von BioEM (IFEU, 2016)
5.3.4 Ergebnisse der Emissionsbilanz
Die Netto-Emissionsbilanz der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der all-gemeinen Versorgung errechnet sich aus den oben angegebenen Einzelgrößen (vgl. Tabelle 80).
In Hinblick auf die Wirkungskategorie Treibhausgaseffekt trägt die Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in den Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versorgung zur Vermeidung von
ca. 1,5 Mio. t CO2-Äq. Treibhausgasemissionen bei. Der spezifische Treibhausgas-Vermeidungsfaktor beträgt aufgrund der hohen Substitution von Erdgas ca. 220 g CO2-Äq. / kWhth.
In Hinblick auf versauernd wirkende Luftschadstoffe ist festzuhalten, dass beim Einsatz fester Bio-masse geringere Schwefeldioxidemissionen als beim fossilen Brennstoffmix entstehen. Bei Stickoxiden ist die Emissionsbilanz jedoch negativ. Hinsichtlich weiterer Luftschadstoffe zeigt sich, dass vor allem die Kohlenmonoxid- und NMVOC-Emissionen, aber auch die Staubemissionen teilweise deutlich höher liegen als bei der verdrängten, durch Erdgas dominierten fossilen Fernwärmebereitstellung.
Tabelle 80: Emissionsbilanz der Wärmebereitstellung aus fester Biomasse in Heiz(kraft)werken der allgemeinen Versorgung
brutto
Während die ersten Rapsöl-Blockheizkraftwerke in den 1980er und 1990er Jahren i. d. R. wärmege-führt (d. h. je nach aktuellen Heizenergiebedarf) betrieben wurden, gewann in den Jahren des palmöl-getriebenen Ausbaubooms 2005 bis 2008 eine stärker stromgeführte Fahrweise zunehmend an Be-deutung (vgl. Kapitel 4.8). Da die Anlagen jedoch vielfach in Betrieben mit hohem Prozesswärmebe-darf (z. B. im Gartenbau oder Gewerbe) installiert wurden, konnten gleichwohl relativ hohe KWK-An-teile realisiert werden.
Mit dem Anstieg der Palmölpreise ab 2009 waren diese Anlagen nicht mehr wirtschaftlich zu betrei-ben und es kam zu zahlreichen Anlagenstillegungen. Parallel zur Stromerzeugung ging damit auch die Wärmebereitstellung aus Pflanzenöl deutlich zurück (vgl. Kapitel 4.8).
Der Biodieselverbrauch in den Bereichen Landwirtschaft, Militär und Baugewerbe wird aus energiebi-lanziellen Gründen seit 2014 (rückwirkend bis 2004) von der AGEE-Stat und der AGEB nicht mehr dem Verkehrssekor zugeordnet, sondern im Wärmeverbrauchssektor im Bereich flüssige Biomasse mitverbucht.
5.4.1 Endenergiebereitstellung
Die Angabe zur Wärmebereitstellung aus flüssiger Biomasse wird von der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) übernommen(siehe Kapitel 2.2.1). Der in Tabelle 75 angegebene Daten-stand entspricht der BMWi-Publikation „Erneuerbare Energie in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung (BMWi, 2017), die jährlich im September/Oktober publiziert wird. Zusätzlich erfolgt zum Jahresende sowie zum Februar/März eine Datenaktualisierung.56
Entsprechend der Vorgaben der EU-Richtlinie (Richtlinie 2009/28/EG, 2009) zur Förderung der Nut-zung von Energie aus erneuerbaren Quellen bezieht sich die angegebene Wärmebereitstellung aus flüssiger Biomasse auf die Nettowärmeerzeugung der Heiz(kraft)werke der allgemeinen Versorgung