Tagungsband
20 .
Sektorkopplung & Flexibilisierung
Termin: 14.–15.11.2017, Kulturhaus Römerfeld
Windischgarsten
Kessel für Scheitholz,
Pellets & Hackgut 4 bis 4.500 kW
Großkessel für
Biomasse bis 20.000 kW bis 20.000 kW
Pelletskessel mit Brennwerttechnologie
HERZ pelletstar CONDENSATION bis 300 kW in Kaskade
Kesselkörper aus Edelstahl gefertigt
Bis zu 20 % Brennstoffeinsparung gegenüber hochwertigen klassischen Pelletsanlagen
U M W E LT F R E U N D L I C H E E N E R G I E
M I T M O D E R N S T E R T E C H N I K !
Energieeffi zienz – wir reden nicht nur darüber, wir tun auch etwas dafür.
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14.–15. November 2017, Windischgarsten 20.
Programmübersicht/Inhaltsverzeichnis
Dienstag, 14.11.2017
Biomassetag
09:00–10:30 Block I: Begrüßung und Wärmewende . . . 13
11:00–12:20 Block II: Erdgaseinspeisung, Biotreibstoffe und Mikronetze . . . . 19
13:30–15:00 Block III: Bioökonomie, Klimakonferenz und Pelletswirtschaft . . . . 37
15:30–17:00 Block IV: Ökostrom, volkswirtschaftliche Effekte und Nachhaltigkeit . . . 49
ab 20:00 Festakt und Konferenzdinner „25 Jahre Biomasseverband Oberösterreich“
Mittwoch, 15.11.2017
Heizwerke-Betreibertag 09:00–10:45 Block I: Berichte der Landesheizwerksverbände . . . 6711:30–12:45 Block II: Wärmeliefervertrag, Betriebsübergabe und Abfallholz . . . 69
14:15–16:05 Block III: Solarthermie, Ökostrom und Firmenneuheiten . . . 85
16:30–17:30 Block IV: Holzasche, Optimierung und Arbeitssicherheit . . . 105
Impressum:
Herausgeber, Eigentümer und Verleger: Österreichischer Biomasse-Verband, Franz Josefs-Kai 13, A-1010 Wien; Inhalt: Autoren der Beiträge, eine detaillierte Quellenangabe zu den Beiträgen
14.–15. November 2017, Windischgarsten 20.
Unter dem Motto „Sektorkopplung und Flexibilisierung“ findet am 14. und 15.
November 2017 der 20. Österreichische Biomassetag in Windischgarsten statt.
Die Auswirkungen der globalen Erderwärmung um durchschnittlich ein Grad Celsius haben sich 2017 massiv gezeigt: Etwa 200 Milliarden Euro werden die Aufräumarbeiten nach den Hurrikans Harvey und Irma die US-amerikanischen Bevölkerung und ihre Wirtschaft kosten. Von den Auswirkungen der Monsun- stürme am anderen Ende der Erdkugel wie z. B. in Indien oder Sri Lanka mit Hunderten Toten wurde hierzulande kaum berichtet. Auch in Österreich hinter- lässt der Klimawandel seine Spuren: Ein außergewöhnlich kalter Jänner und ein extrem heißer Sommer – trotz starker Niederschläge mit Murenabgängen und Überschwemmungen, dazwischen Wasserknappheit und Dürre – verursachen Schäden an Hab und Gut der Bevölkerung und an unserer Natur. Auch wenn es gelingen sollte, die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius zu begrenzen, werden sich die Auswirkungen des Klimawandels in Zukunft noch deutlich verstärken.
Österreich hat sich verpflichtet, seinen Beitrag zur Begrenzung der Erderwär- mung zu leisten – was fehlt, ist der politische Konsens, wie dies geschehen soll.
Klar ist, es kann nur in einem nationalen Schulterschluss über Partei- und Sek- torengrenzen hinweg, gemeinsam mit der traditionellen und neuen Energiewirt- schaft erfolgen. In diesem Sinne ist das Motto des diesjährigen Biomassetages – Sektorkopplung und Flexibilisierung – nicht nur rein technisch zu verstehen.
Wenn es gelingen soll, die Energiewende in Schwung zu bringen, müssen alle Erneuerbaren und die uns noch verfügbaren fossilen Ressourcen
bestmöglich genutzt werden.
Der 20. Österreichische Biomassetag zeigt auf, in welchen Bereichen abseits der traditionellen Wärmebereitstellung die Bioenergie zusätzliche Beiträge lie- fern kann. Trotz einer Steigerung der Anzahl der mit Bioenergie beheizten Haus- halte wird der Einsatz von Biomasse in diesem Segment aufgrund von Effizienz- steigerungen zurückgehen. Mit einem Kubikmeter Holz können (zusätzlich zur Wärmeerzeugung) durch die Holzverstromung beispielsweise 3.000 Kilometer mit einem E-Fahrzeug zurückgelegt werden. Die Aufbereitung von Biomasse zu Erdgas oder Heizöl ist ebenfalls technisch gelöst.
Der Abendempfang steht heuer ganz im Zeichen des 25-jährigen Bestehens des Biomasseverbandes OÖ. Mit dem Heizwerke-Betreibertag findet am 15. No- vember das nationale Branchentreffen der österreichischen Heizwerkebetreiber statt. Auch hier sind neue Geschäftsmodelle und Technologien sowie die Ver- schränkung mit anderen Erneuerbaren ein zentrales Thema.
Wir freuen uns darauf, Sie am 20. Österreichischen Biomassetag in Windisch- garsten begrüßen zu dürfen.
Energiewende braucht nationalen Schulterschluss
INNOVATIVE LÖSUNGEN VON 7 BIS 1000 KW.
Mehrfach ausgezeichnet.
Pelletskessel Scheitholzkessel Hackgutkessel Kombikessel
Holzverstromungsanlage
20.
Dienstag, 14. November 2017
08:00–09:00 Registrierung
09:00–09:30 Begrüßung und Eröffnung
• Ludwig Mayrhofer,
Obmann Biomasseverband Oberösterreich
• LR Max Hiegelsberger, Land Oberösterreich
• Ökonomierat Karl Grabmayr,
Vizepräsident Landwirtschaftskammer OÖ 09:30–09:50 Bericht des Präsidenten DI Josef Plank,
Präsident des Österreichischen Biomasse-Verbandes 09:50–10:10 Die Wärmewende -
Kosten, Nutzen und technische Umsetzung in Österreich Dr. Lukas Kranzl, Energy Economics Group, TU Wien
10:10–10:30 Bioenergie in Deutschland – In welche Richtung geht es?
Matthias Held, Bundesverband BioEnergie e.V. (BBE) 10:30–11:00 Kaffeepause
11:00–11:20 Dekarbonisierung des Raumwärmemarktes mit grünem Gas
Dr. Robert Tichler, Energieinstitut Universität Linz 11:20–11:40 Erdgasproduktion aus fester Biomasse am Beispiel Göteborg
Dr. Markus Luisser, BIOENERGY 2020+ GmbH
11:40–12:00 KWK-Anlagen im kleinen Leistungsbereich SYNCRAFT Engineering GmbH
FRÖLING Heizkessel- und Behälterbau Ges.m.b.H.
HARGASSNER GmbH
12:00–12:20 Mikronetze - die mögliche Rolle von Biomasse zur regionalen Balance von Produktion und Verbrauch im Strom- und Wärmebereich
Dr. Michael Stadler, BIOENERGY 2020+ GmbH 12:20–13:30 Mittagspause
13:30–13:50 Bioökonomie- und Energiestrategie als neuer Motor für die Biomassebranche
Elisabeth Köstinger, Präsidentin Ökosoziales Forum Europa, MEP, Generalsekretärin ÖVP*
13:50–14:10 Aktuelles von der Klimakonferenz und die Re- duktion von Stromimporten zur Vermeidung von Kohle- und Atomstrom
Dr. Heinz Kopetz, Weltbiomasseverband
14:10–14:30 Saisonale und kurzzeitige Flexibilisierung der Stromerzeugung aus fester Biomasse
DI Richard Kitzberger, VOIGT+WIPP Industrial Research GmbH 14:30–14:50 Notwendige Weichenstellungen zur Entwicklung der heimischen Pelletwirtschaft
Dr. Christian Rakos, pro:Pellets Austria 15:00–15:30 Kaffeepause
15:30–15:50 Volkswirtschaftliche Effekte und Nutzen von Biomasse-KWK-Anlagen
DI Lorenz Strimitzer, Austrian Energy Agency
15:50–16:10 Anforderungen an ein künftiges Ökostromregime Mag. Hans-Christian Kirchmeier, IG Holzkraft
16:10–16:30 Kosten-Nutzen Analyse der Ökostromförderung für Biomasse-KWK-Anlagen
Dr. Christoph Strasser, BIOENERGY 2020+ GmbH 16:30–16:50 Wie nachhaltig ist Bioenergie?
HR DI Manfred Wörgetter, BIOENERGY 2020+ GmbH 19:00 Bierempfang
20:00 Festakt und Konferenzdinner
„25 Jahre Biomasseverband Oberösterreich“
*angefragt
Biomassetag –
Sektorkopplung und Flexibilisierung
20.
Mittwoch, 15. November 2017
08:00–09:00 Registrierung
09:00–09:30 Begrüßung und Eröffnung
• ÖR Ludwig Schurm, Vorsitzender Arbeitsgemeinschaft Biomasse-Nahwärme
• Ing. Mag. Friedrich Pernkopf, Kammerdirektor der Landwirtschaftskammer OÖ
• Bgm. Ing. Norbert Vögerl,
Marktgemeindeamt Windischgartsten 09:30–10:30 Neues aus der Biomassebranche DI Christian Burger, AGRAR PLUS, Niederösterreich Ing. Enes Hamidovic, SEEGEN, Salzburg
Franz Moser, Bioenergie Service Gen.m.b.H, Steiermark Ing. Bernhard Nöckl, Biomasseverband Vorarlberg Ing. Alois Voraberger, Biomasseverband Oberösterreich Anton Taschner, Biomasseverband Burgenland
Ing. Martin Mayer, Biomasseverband Kärnten DI Andreas Moser, Tiroler Heizwerkverband
10:30–10:45 Entwicklungen bei der Förderung von Biomasseheizwerken
Katharina Meidinger MSc,
Kommunalkredit Public Consulting Gmbh 10:45-11:30 Kaffeepause
11:30–11:45 Leitfaden zum Wärmeliefervertrag – Die neue ABiNa-Vorlage
Mag. Matthias Gröger, Landwirtschaftskammer Österreich 11:45–12:00 Betriebsübergabe – Was tun?
DI Horst Striessnig, nahwärme.at
12:00–12:15 Abfallholz im Heizwerk – Welche Brennstoffe sind geeignet?
DI Hubert Grech, BMLFUW
12:15– 12:30 Steuerliche Änderungen für Heizwerke Mag. Helmut Kierner, Holzinger & Partner
12:30–12:45 Umsetzung der MCP-D in der Feuerungsanlagen- Verordnung
Ing. Daniel Paleczek MSc, Biomasseverband Oberösterreich 12:45–14:15 Mittagessen und Möglichkeit zur Besichtigung des Heizwerks
14:15–14:30 Wirtschaftliche Betrachtung von Solarthermie in Nahwärmeanlagen
DI Roger Hackstock, Austria Solar
14:30–14:45 Aktuelle Entwicklung im Ökostromregime Mag. (FH) Ing. Gerhard Uttenthaller,
Biomasseverband Oberösterreich
14:45–15:45 Technik, Neuigkeiten, Produkte HERZ Energietechnik GmbH
Projektvorstellung Biomasseheizwerk Markt Hartmannsdorf:
2 x 875 kW mit neuartigem Verbrennungssystem
BURKHARDT GmbH / AGRO Forst und Energietechnik GmbH Serienreife bzw. Wirtschaftlichkeit von Pellets-Holzvergasern – Projekte in Österreich
HEGER Edelstahl GmbH
Simple Heat – Optimierte Werkstoffwahl für effiziente Wärme- rückgewinnung aus Abgasströmen bei Biomassefeuerungen GUNTAMATIC Heiztechnik GmbH
Sind Modulblock-Großanlagen die Zukunft von Biomasse - Heizkraftwerken? Am Beispiel einer Guntamatic 5,5 MW Anlage URBAS Stahl und Anlagenbau
Innovation meets energy
Oberösterreichische Versicherung AG Ist Ihr Heizwerk richtig versichert?
GLOCK Ökoenergie GmbH
Holzverstromung im kleinen Leistungsbereich 16:05–16:30 Kaffeepause
16:30–16:50 Holzasche als Qualitätsdünger
Yvonne Bosch, Bundesgütegemeinschaft Holzasche e.V.
16:50–17:10 Heizwerkoptimierung in Fernitz – Erfahrungen aus der Praxis
Franz Moser, Bioenergie Service Gen.m.b.H 17:10–17:30 Arbeitssicherheit im Heizwerk Ing. Siegfried Hiesmair, AUVA-Landesstelle Linz 17:30 Ende der Veranstaltung
Heizwerke-Betreibertag
KRAFT-WÄRME-KOPPLUNG MIT HOLZPELLETS
>> MAxIMUM AN EFFIZIENZ
30% Elektrischer Wirkungsgrad bei min. 7500 Betriebsstunden im Jahr.
>> CO
2-NEUTRAL
Es werden nur die Mengen an CO
2freigesetzt, wie ursprünglich vom Baum aufgenommen.
>> REGIONAL NACHWACHSEND
Nutzen Sie den Brennstoff aus heimischen Wäldern und stärken Sie dadurch die Region.
>> GENORMTER BRENNSTOFF
Komfortables Handling, verlässlicher hoher Heizwert, sehr gute Verfügbarkeit uvm.
>> PREISSTABIL
Holzpellets unterliegen keinen extremen Preisschwankungen wie etwa Erdöl.
>> UNABHÄNGIG vON ÖL UND GAS KWK-Anlagen von Burkhardt benötigen keinerlei fossile Brennstoffe.
HOLZPELLE T-KWK vON BURKH ARDT
LEISTUNGE N AGRO
IN KOOPER ATION MIT
• 50 / 165 / 1 80 kW el. L eistung
• bis zu 30% e l. Wirkungs grad
• Serienprod uktion
• ca. 200 Anl agen weltw eit
• 5.000.000 h B etriebserfahr ung
• Kesselanla gen von 0,4 – 30 MW/t h.
• Warmwass er, Heißwa sser, Damp f
• Thermoölb oiler für OR C 0,3 – 5 MW/e l.
• Mobile Con taineranlag en
ondensatio nen
14.–15. November 2017, Windischgarsten 20.
Biomassetag
Block I: Begrüßung und
Wärmewende
Ausblick der Holzenergie in Deutschland
Matthias Held
Bundesverband BioEnergie e.V. (BBE)
Invalidenstrasse 91, 10115 Berlin, Deutschland held@bioenergie.de
www.bioenergie.de
Die Wärme- und Stromerzeugung aus Holz ist eine tragende Säule der deutschen Energiewende und wird auch in Zukunft unverzichtbarer Bestandteil einer sicheren und klimafreundlichen Energieversorgung bleiben. Unter Wahrung strenger Anforderungen an Umwelt- und Naturschutz kann das Spektrum zur Verfügung stehender Brennstoffe noch deutlich ausgebaut werden. Die gesamte Bioenergie kann damit in 2050 einen wirtschaftlich nützlichen Beitrag zum Endenergiebedarf Deutschlands von 26 % leisten. Der Anbau von mehrjährigen Energiepflanzen auf landwirtschaftlichen Grenzertragsstandorten bietet ein enormes zusätzliches Potenzial, Klimaschutz, Versorgungssicherheit, Naturschutz und Wertschöpfung zu verbinden.
Die energetische Nutzung von Holz erfolgt in Deutschland ressourceneffizient und nachhaltig, denn sie basiert zu mehr als zwei Dritteln auf der Nutzung von Reststoffen und Nebenprodukten der Forst- und Holzwirtschaft sowie der Entsorgung von Holzabfällen. Als wichtiger Wirtschaftsfaktor vieler holzbe- und -verarbeitender Unternehmen ist die Vermarktung von Holzbrennstoffen oder die Selbstversorgung mit klimafreundlicher Prozessenergie ein integraler Bestandteil der stofflichen Holznutzung und kein Widerspruch. Für viele Millionen Tonnen behandelter Althölzer bleibt auch zukünftig die thermische Verwertung in den Biomasseanlagen ohne Alternative.
Schon heute werden durch die Holzenergie 36 Mio. Tonnen CO2-Äquivalente vermieden – gleichbedeutend mit 10 % der gesamten CO2-Einsparungen Deutschlands in 2014. Nimmt Deutschland seine Verpflichtungen zur Treibhausgasreduzierung im Paris-Abkommen ernst, führt an der Holzenergie zur Bereitstellung von Prozesswärme in Industrie und Gewerbe kein Weg vorbei, denn kein anderer Energieträger ist in der Lage, das erforderliche Temperaturniveau kostengünstig und klimaneutral bereitzustellen.
Durch Investitionen in die Holzenergie hohe Wertschöpfungseffekte vor allem in strukturschwachen, ländlichen Regionen ausgelöst. Über 45.000 Menschen finden so zurzeit in Deutschland in der Holzenergie Beschäftigung, der Mittelstand kann in vielen Anwendungsmöglichkeiten Technologie- führerschaft erlangen und sich damit Wettbewerbsvorteile auf den globalen Märkten erwirtschaften.
Eine Übernutzung der heimischen Wälder, ein negativer Einfluss auf die Biodiversität oder gar ein Raubbau am Wald findet nachweislich nicht statt – das belegen aktuelle Erhebungen und Studien. Im Gegenteil wird nach Aussage des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft der deutsche Wald auch mit dem Ausbau der Energieholznutzung heute naturnäher bewirtschaftet als jemals zuvor und ist so vorrats-, struktur- und artenreich wie in kaum einem anderen Mitgliedsland der EU.
Das Potenzial der Holzenergie wächst mit der nachhaltigen Bewirtschaftung deutscher Wälder Holzbrennstoffe aus der Forst- und Landwirtschaft sowie Reststoffe aus der Kreislaufwirtschaft können einen erheblichen Teil des Energiebedarfs nachhaltig erzeugen. Im Zusammenspiel mit einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz – vor allem im Wärmesektor – können 26 Prozent des Endenergiebedarfs (1.819 PJ) allein durch die Bioenergie gedeckt werden (FNR, 2016). Derzeit bleibt jedoch gerade das Waldrestholz zu einem Drittel ungenutzt, über 218 PJ könnten noch zusätzlich unter Wahrung strenger Nachhaltigkeitskriterien umweltfreundlich bereitgestellt werden. (FNR, 2016).
Die energetische Holznutzung gehört als integraler Bestandteil zur Forst- und Holzwirtschaft Bei der Verarbeitung des nachwachsenden Rohstoffs Holz zu Produkten aller Art fallen immer Reststoffe und Nebenprodukte an, die sich neben der stofflichen Nutzung für eine energetische Nutzung anbieten. Etwa zwei Drittel der energiewirtschaftlich genutzten Holzbrennstoffe in
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In Deutschland fallen so pro Jahr etwa 8 bis 9 Mio. Tonnen sogenanntes Altholz an (Mantau, 2012).
Aufgrund guter Konjunktur und einer starken Nachfrage nach Holzprodukten ist zukünftig mit einem Ansteigen der Altholzmenge auf ca. 13 bis 14 Mio. Tonnen im Jahr 2030 zu rechnen (trend:research, 2017).
Etwa ein Viertel des jährlichen Aufkommens wird derzeit für die unbedenkliche Wiederverwendung beispielsweise für die Spanplattenproduktion aufbereitet. Aufgrund der vielseitigen Behandlungen des Holzes während seiner Nutzungsphase, z.B. mit Leimen, Lacken oder Holzschutzmitteln, ist jedoch nicht jedes Altholz unbedenklich stofflich nutzbar. Mit jeder Verarbeitungs- oder Nutzungsstufe nimmt die Qualität der Holzfasern ab und das Risiko von Schadstofffrachten zu. Hinzu kommt, dass auch aus Gründen einer strengen Qualitätssicherung in der Holzindustrie die Aufnahmekapazität von wiederverwertetem Altholz begrenzt ist. Holz, das folglich nicht mehr für eine stoffliche Verarbeitung geeignet ist, steht für eine energetische Verwertung zur Verfügung, die damit auch eine wichtige Entsorgungsfunktion im Markt übernimmt.
Nur mit Holzenergie gelingt auch die Wärmewende in Gewerbe und Industrie
Deutschland hat mit dem Paris-Abkommen seine Verpflichtung zur CO2-Minderung erneuert. In dieser neuen Legislaturperiode ab Herbst 2017 müssen die Anstrengungen entsprechend dem Nationalen Klimaschutzplan intensiviert werden, die Treibhausgasemissionen insbesondere im Energiesektor zu reduzieren. Nach dem Verkehr entstehen mit 181 Mio. Tonnen CO2-Äquivalente (in 2014) die höchsten Emissionen bei der Bereitstellung von Prozessenergie in der Industrie (AEE, 2017).
Die Nutzungsmöglichkeiten der verschiedenen erneuerbaren Energiequellen sind hier jedoch auch bei mittelfristiger Betrachtung eingeschränkt. Ihr Anteil beträgt daher heute auch erst 4 % und wird sich wegen des höheren Temperaturniveaus ohne die energetische Nutzung von Holzenergiepotenzialen nicht signifikant erhöhen. Ferner benötigen drei Viertel aller Wirtschaftszweige für ihre Fertigungsprozesse Prozessdampf. Das dabei vielfach erforderliche Temperaturniveau von bis zu 500 Grad Celsius kann derzeit nur mit der Bioenergie wirtschaftlich erreicht werden.
Abbildung 1: Biomasse eignet sich aufgrund des hohen Temperaturniveaus besser für die Bereitstellung von Prozessenergie als andere erneuerbare Energien.
Holzenergie setzt Wirtschaftsimpulse und stärkt den ländlichen Raum
Investitionen in die Holzenergie sind Investitionen in die Stärkung des ländlichen Raums und bieten aufgrund der hohen Wertschöpfungstiefe auch strukturschwachen Regionen zukunftsfähige Perspektiven.
Für den Mittelstand bedeutet der Ausbau der Strom- und Wärmeproduktion aus Holz ein besonders großes Potenzial, die Technologieführerschaft und damit dauerhafte Wettbewerbsvorteile in vielen Anwendungs- bereichen zu erlangen. Hohe Umwelt- und Qualitätsstandards machen Technologien „Made in Germany“ schon heute zu einem Exportschlager der Green Economy und treffen den Bedarf der globalen Märkte in ihren Bestrebungen zur Abkehr von fossilen Energieträgern im Energiesektor.
In 2016 wurden durch die Bioenergie insgesamt Wirtschaftsimpulse in Höhe von über 10 Mrd. Euro ausgelöst (UBA, 2017). Mehr als 113.000 Arbeitsplätze konnten so durch alle Bioenergiesparten geschaffen oder erhalten werden, davon 45.000 allein im Bereich der festen Biomasse (AEE, 2017).
Abbildung 2: Die feste Biomasse schafft in Deutschland mehr als 45.000 Arbeitsplätze auch in strukturschwachen Regionen.
Holzenergie leistet einen unverzichtbaren Beitrag zum Klimaschutz
Der Energieträger Holz weist wie kein anderer erneuerbarer Energieträger das Potenzial auf, Treibhausgasemissionen aus fossilen Quellen schnell und kostengünstig zu substituieren. Dabei werden besonders hohe Substitutionseffekte erzielt, wenn sowohl fossil erzeugter Strom als auch fossil erzeugte Wärme in Wärmenetzen ersetzt werden. In 2014 konnten bereits 36 Mio. Tonnen CO2- Äquivalente im Strom- und Wärmemarkt eingespart werden. Das entspricht 4 % der gesamten THG- Emissionen oder 10 % der Treibhausgasminderung Deutschlands in 2014. 90 % der THG-Minderung im bisher wenig entwickelten EE-Wärmemarkt werden durch die Bioenergie geleistet (Umweltbundesamt, 2017).
Die nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder ist dabei für eine kontinuierliche Erhöhung der THG- Minderung Voraussetzung. In einem unbewirtschafteten Wald ist die Aufnahmekapazität des Kohlenstoffs bald erschöpft – der Speicher ist „voll“, so dass sich Kohlenstoffbindung und natürliche CO2-Emissionen die Waage halten. Die sorgsame und dem Standort angepasste Entnahme von Holz für stoffliche und/oder energetische Zwecke sorgt dagegen für einen steten Nachwuchs im Wald.
Bleibt das Holz dann möglichst lange in Nutzung oder substituiert besonders CO2-intensive Energieträger, erhöht sich damit über den Holzspeicher im Wald hinaus die Minderung klimaschädlicher Treibhausgase in der Atmosphäre.
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Abbildung 3: Die deutsche Forst- und Holzwirtschaft trägt wesentlich zur Senkung der Treibhausgasemissionen bei.
Die energetische Nutzung von Holz in Deutschland ist naturverträglich
Erhebungen der Bundeswaldinventur III oder zum Zustand der deutschen Wälder belegen ihre nachhaltige Bewirtschaftung, und zwar entgegen der öffentlichen Meinung auch vor dem Hintergrund einer höheren Energieholznutzung. Ein Raubbau am deutschen Wald oder eine Übernutzung der Ressourcen findet nachweislich nicht statt. Auch hinsichtlich der Biodiversität stellt eine aktuelle Studie des Bundesamtes für Naturschutz fest, dass die Mobilisierung von Energieholz in einem nachhaltig bewirtschafteten Wald nicht zu einem Rückgang der Biodiversität führt, sondern die Nutzungsmöglichkeiten des Waldes sinnvoll ergänzt (Bundesamt für Naturschutz, 2017).
Mit Inkrafttreten der neuen Richtlinie für erneuerbare Energien in Europa wird auch mit Unterstützung der deutschen Holzenergiebranche voraussichtlich ab 2021 ein verbindliches Nachweissystem zur Einhaltung von einheitlichen und messbaren Nachhaltigkeitsindikatoren eingeführt. Dadurch wird es möglich, das Nachhaltigkeitsniveau der energetischen Holznutzung transparent und objektiv zu dokumentieren und das Nachhaltigkeitsrisiko weiterhin zu senken. Die Holzenergiebranche in Deutschland stellt sich in ihrer Verantwortung für Natur, Mensch und Klima dieser Herausforderung.
• 60 kW Wärme & 20 kW Strom
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A B C D E F G
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A
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14.–15. November 2017, Windischgarsten 20.
Biomassetag
Block II:
Erdgaseinspeisung,
Biotreibstoffe und
Mikronetze
Greening the Gas – Dekarbonisierung mit erneuerbaren Gasen
Mag. Michael Mock
Geschäftsführer Fachverband der Gas- und Wärmeversorgungsunternehmungen Sparte Industrie der Wirtschaftskammer Österreich
1010 Wien, Schubertring 14 mock@gaswaerme.at hwww.gaswaerme.at
Die Gaswirtschaft wird zunehmend selbst zum Anbieter von „grünem“ Gas: Bis 2050 möchte die Branche den gesamten derzeitigen Gaseinsatz im Raumwärmemarkt (Gasheizungen und Fernwärme) auf erneuerbare Beine zu stellen und mit Gasfahrzeugen einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung der Mobilität leisten. Das grüne, CO2-neutrale Gas wird aus den Reststoffen der Tier- und Pflanzenproduktion, Klärschlamm und aus überschüssigem erneuerbaren Strom (Power-to- Gas) gewonnen.
Zahlreiche namhafte österreichische Gasversorger haben bereits eine Reihe von Versuchsprojekten mit diesen erneuerbaren Gasen. Die Energienetze Steiermark haben im Vorjahr eine Reststoffanlage mit Biogas in Betrieb genommen und ins Netz integriert. Die Energie Oberösterreich betreibt eine Power-to-Gas-Versuchsanlage in Linz. Die Rohöl AufsuchungsAG forscht im Rahmen des Projekts
„Underground Sun Storage“ in einem kleinen Speicher zum Thema Wasserstoff: In dem mikrobiologischen Prozess wird Wasserstoff in Methan umgewandelt.
Dekarbonisierung des Wärmemarktes bis 2050
Nach einer aktuellen Studie der Johannes Keppler Universität Linz können bis 2050 in Österreich 2 Mrd. m3 grünes Gas ins Gasnetz eingespeist werden. Damit könnten alle Gas- und Fernwärmekunden in Österreich mit erneuerbarer Wärme oder 3 Mio. Fahrzeuge mit grünem Gas versorgt werden. Das grüne, CO2-neutrale Gas soll dabei zu drei Viertel aus Reststoffen der Tier- und Pflanzenproduktion oder aus Klärschlamm, der Rest mittels Power-to-Gas Technologie aus überschüssigem erneuerbaren Strom gewonnen werden.
Abbildung 1: Erneuerbares Gas im Vergleich zur Gasnachfrage im Wärmebereich Sektorkopplung durch Nutzung der Erdgasinfrastruktur
Das grüne Gas (Biomethan, Wasserstoff, synthetisches Gas) kann dabei – analog zu Erdgas – in die bestehende, gut ausgebaute Gasinfrastruktur eingespeist, gespeichert und transportiert werden. Auch durch die Power-to-Gas Technologie kann die Erzeugung erneuerbaren Stroms mit der bereits vorhandenen, hochgradig vernetzten Gasinfrastruktur verbunden werden. Dies ermöglicht einen günstigen und einfachen Energietransport, die Speicherung erneuerbarer Elektrizität im Gasnetz (30
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Das grüne Gas ist daher flexibel einsetzbar wie kein anderer erneuerbarer Energieträger: zur Strom- und Wärmeerzeugung in dezentralen Blockheizkraftwerken und zentralen Anlagen mit Kraft-Wärme- Kopplung, zur Wärmeerzeugung in hocheffizienten Gas-Brennwertheizungen sowie als regenerative Kraftstoffe im Erdgasfahrzeugen.
Abbildung 2: Übersicht über erneuerbares und synthetisches Gas
Erneuerbares Gas wird als Biogas aus Abfällen und pflanzlichen Reststoffen und als synthetisches Gas aus Stromüberschüssen gewonnen (Power-to-Gas).
Die Power-to-Gas-Methode ermöglicht die Speicherung der Stromüberschüsse für längere Zeit und in großen Mengen. Durch Wasser-Elektrolyse wird nicht benötigter Strom aus erneuerbaren Energien in Gas – Wasserstoff oder Methan – umgewandelt. Dieses Gas kann ins Gasnetz eingespeist und in Gasspeichern gespeichert werden. Dadurch geht erneuerbare Energie nicht verloren, sondern kann bei Bedarf genutzt werden.
Sowohl Biogas als auch synthetisches Gas, als „Grüne Gase“ sind komplett CO2-neutral und damit klimaneutral wie Ökostrom, dabei vielfältiger einsetzbar und speicherbar.
Emissionsarme Mobilität – Erdgas im Mobilitätssektor
Für eine möglichst schadstoffarme Mobilität ist eine Kombination aus allen zur Verfügung stehenden Technologien notwendig. Besonders in Ballungszentren sind beispielsweise Erdgas betriebene Fahrzeuge eine wertvolle Ergänzung zum E-Mobilitätsbereich. Ein erdgasbetriebenes Fahrzeug erzeugt im Vergleich mit Benzin oder Diesel über 90 % weniger Luftschadstoffe, Null Feinstaub und um bis zu 25 % weniger CO2. Mit Biomethan können 97 % der CO2-Emissionen eingespart werden.
Maßnahmen für die Energiewende
Um diesen wichtigen Beitrag zur Energiewende zu schaffen und zu fördern, bedarf es einiger Maßnahmen. Die wichtigste Maßnahme ist die Gleichbehandlung von grünem Gas mit anderen Erneuerbaren, zum Beispiel hinsichtlich Wohnbauförderungen, Bauordnung und OIB-Richtlinien.
Darüber hinaus sind der Entfall der Erdgasabgabe für den Anteil grünes Gas, der in das Gasnetz eingespeist wird, die Anerkennung von Anschlussleitungen und die Möglichkeit eine Investitionsförderung bei Errichtung einer Anlage zur Erzeugung von grünem Gas notwendig. Als weitere Maßnahme ist eine Gleichstellung der Gasmobilität mit E-Mobilität notwendig.
Neue Entwicklungen in Klein-KWK-Anlagen am Beispiel Syncraft
DI (FH) Marcel Huber SynCraft Engineering GmbH Münchnerstr. 22, 6130 Schwaz marcel.huber@syncraft.at www.syncraft.at
SYNCRAFT® plant und installiert schlüsselfertige Holzkraftwerke in der Bandbreite zwischen 200 und 500 kW elektrischer Leistung, wie nachfolgender Aufstellung entnommen werden kann. Aber auch die Adaptierung oder Sanierung bestehender Anlagen zur effizienten Wärme- Grundlastversorgung gehört zu den Kernkompetenzen des privat geführten und österreichischen Unternehmens mit Sitz in Tirol. Erfolgreiche Referenzanlagen in Österreich und in Italien sind bereits seit mehreren Jahren in Betrieb und können nach Vereinbarung gerne besichtigt werden.
Tabelle 1: Überblick über die Holzkraftwerke von SYNCRAFT®
CW 700-200 CW 1000-300 CW 1200-400 CW 1800-500
elektrische Leistung 200 kW 300 kW 400 kW 500 kW
thermische Leistung
(Basisausführung) 326 kW 488 kW 615 kW 770 kW
thermische Leistung
bis zu 481 kW 719 kW 920 kW 1.153 kW
Brennstoffwärmeleistung 721 kW 1.067 kW 1.368 kW 1.754 kW Brennstoffbedarf 140 kg/h 208 kg/h 267 kg/h 342 kg/h spezifischer
Brennstoffbedarf 0,70 kg/kWhel 0,69 kg/kWhel 0,67 kg/kWhel 0,68 kg/kWhel
Nebenprodukt Holzkohle 1,95 m3/d 2,9 m3/d 3,7 m3/d 4,7 m3/d in Kombination mehrerer, parallel geschalteter Anlagen auch höhere Leistungen möglich
Die hoch entwickelte Technologie von SYNCRAFT® mit ihrem weltweit einzigartigen gestuften Schwebefestbettverfahren erzeugt durch einen thermochemischen Prozess aus Waldhackgut, elektrische sowie thermische Energie. Die erzeugte Wärme wird zumeist in das Fern- oder Nahwärme-Netz eingespeist. Der Strom ist das Kernprodukt eines jeden SYNCRAFT®-Werkes. Mit nur 0,7 kg Waldhackgut wird 1 kWh Strom erzeugt. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 30 % und einem Brennstoffnutzungsgrad von bis zu 92 %, zählen die Holzkraftwerke von SYNCRAFT® zu den rentabelsten in der gesamten Bioenergiebranche. Weitere Gründe für die Rentabilität sind die hohe Anlagenverfügbarkeit von über 7.500 Stunden, die geringen Wartungskosten, keine Zusatzkosten für den laufenden Betrieb und das Zusatzprodukt der Aktiv- bzw. Holzkohle. Ein SYNCRAFT®-Werk amortisiert sich nach fünf bis zehn Jahren je nach Wertigkeit der produzierten Wärme. Als Nebenprodukt entsteht Biokohle, welche als Holzkohle einen Marktwert zwischen 200 bis 500 Euro erzielt, oder zur Erzeugung von hochwertiger Terra-Preta (Schwarzerde) eingesetzt werden kann. Damit entsprechen Biomassekraftwerke von SYNCRAFT® dem Konzept der Bioenergie mit Kohlenstoffspeicherung (*bioenergy with carbon capture and storage) und tragen so zur negativen CO2-Emission bei.
Vorteile beim Betrieb eines Holzkraftwerks von SYNCRAFT
• Waldrestholz inkl. Feinanteil und Rinde
• Reduzierte Betriebskosten mit Ausbaupotenzial in Richtung Altholzverwertung
• Höchste Effizienz
• Weiter reduzierte Betriebskosten durch abgesenkten Brennstoffbedarf und höchsten elektrischen Wirkungsgrad in der gesamten Branche unter 500 kWel
• Keine versteckten Nebenkosten
• Geringe Betriebskosten da keinerlei Hilfsstoffe für den Betrieb eingesetzt werden
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Abbildung 1: Vorteile beim Betrieb eines Holzkraftwerks von SYNCRAFT – Waldrestholzeinsatz – max. elektrische Effizienz – reines Kondensat ohne Hilfsstoffe – Nebenprodukt Bioholzkohle
Bei SYNCRAFT®-Werken wird als Rohstoff Holzhackgut fast beliebigem Ursprungs inklusive Feinanteil und Rinde eingesetzt. Der Wassergehalt lässt sich durch die Nutzung der auskoppelbaren Niedertemperaturwärme mühelos auf die geforderten 10 bis 15 % senken. Zudem ist man tolerant gegenüber Steinen und Nägel. Durch die Nutzung günstiger Rohstoffquellen, die mit den neuen Entwicklungen von SYNCRAFT bis hin zu Altholzklasse A1 reichen und in Kombination mit der Nutzung unserer reinen Holzkohle als Aktivkohle können die Stromgestehungskosten unserer Holzkraftwerke von 9 cent/kWh auf unter 3 cent/kWh reduziert werden. Damit gelingt zukünftig auch ein wirtschaftlicher Anlagenbetrieb abseits jeglicher Fördertarife.
Abbildung 2: Stromkostenvergleich CW 1800-500-Basisvariante versus Altholz & Aktivkohle-Version
Fröling: Der große Name für Wärme und Strom aus Holz
Innovative Lösungen im Leistungsbereich von 7 bis 4.000 kW
Wolfgang Aichinger
Fröling Heizkessel- und Behälterbau GmbH Industriestraße 12, 4710 Grieskirchen info@froeling.com
www.froeling.com
Fröling ist der große Name für Biomasseanlagen. Das familiengeführte Unternehmen bietet neben hocheffizienten Heizsystemen (im Leistungsbereich von 7 bis 4.000 kW) auch Lösungen für die Brennstofflagerung, Speicher, Wärmetauscher und Regelungssysteme.
Fröling exportiert in mehr als 35 Länder weltweit und verfügt über Produktionsstätten in Österreich und Deutschland.
Mit über 50 Jahren Erfahrung als Heizkesselspezialist hat Fröling den neuen Festbettvergaser CHP entwickelt, der Wärme und Strom aus Holz gewinnt. Der CHP wurde 2015 mit dem EnergieGenie prämiert. Dieser Innovationspreis des Umweltministeriums zeichnet neue Produkte nach den Kriterien Innovation, Energieeinsparung und Neuheitsgrad aus.
Der Fröling-Festbettvergaser CHP ist in mehreren Leistungsstufen bis 56 kW elektrisch bzw. bis 115 kW thermisch erhältlich und erzielt einen Gesamtwirkungsgrad von über 85 %. Die Anlage ist in einem Container betriebsbereit installiert (Holzvergasungsanlage inkl. Sicherheitstechnik, Abgasleitung und automatischer Gasfackel) und ist jeweils von Fröling im Werk in Betrieb genommen und geprüft. Die andere Möglichkeit ist die Indoor-Variante, mit bis zu 20 Einheiten, die als Kaskade an einem Ort installiert werden können. Hier ergibt sich eine elektrische Leistung von bis zu 1.200 kWel.
Abbildung 1: Fröling-Festbettvergaser als Kaskadenvariante bei der Bioenergie Wenigzell
Seit 2013 sind die ersten Kundenanlagen erfolgreich in Betrieb. Die Betreiber sind vom vollautomatischen Betrieb und der hohen Energieeffizienz dieser Anlage begeistert. Das weltweite Fröling-Service-Netzwerk gewährleistet eine bestmögliche Unterstützung vor Ort.
Kundenservice von der Planung bis zur Wartung
Der große Umfang der Dienstleistungen von Fröling wird von Heizungsbauern, Baumeistern, Planern und Architekten hoch geschätzt. Fröling bietet einen umfangreichen Service in der Planungsphase, während der Ausführung und im Betrieb. Experten aus der ganzen Welt nehmen an Seminaren in
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Abbildung 2: Schulungszentrum von Fröling in Grieskirchen Daten und Fakten
Werke: Grieskirchen (AUT), Stritzing (AUT), Marzahna (GER)
Verkaufs-/ Schulungs-/ Kompetenzzentren: Grieskirchen (AUT), München (GER), Straßburg (FRA), Bozen (ITA)
Mitarbeiter: rund 600 Exportquote: über 80 %
Märkte: Europa (Hauptmarkt), USA, weitere Vertriebspartner weltweit
Hargassner – Wärme und Strom aus Holz
Manfred Linecker Hargassner GmbH,
Anton Hargassner Str. 1, 4952 Weng office@hargassner.at
www.hargassner.at
Anton Hargassner überzeugte vor 30 Jahren seine Frau, bei dem neu gebauten Familienhaus auf eine selbstgebaute, automatische Holzheizung zu setzen. Für diese und ähnliche Entwicklungen erwarb Hargassner in den folgenden Jahren Patente und gründete 1984 die Firma Hargassner GesmbH.
Mehr als 90.000 Anlagen konnten seitdem in Betrieb genommen werden.
Abbildung 1: Das Firmengelände von Hargassner in Weng umfasst eine Gesamtfläche von 30.000 m2. Seit über 30 Jahren produziert die Firma Hargassner nun schon Hackgutanlagen und seit 20 Jahren auch Pelletsanlagen. Im Angebot sind Anlagen im Leistungsbereich von 9 bis 330 kW, mittels Kaskadenlösung bis 2.000 kW. Seit 2010 werden auch Stückholzkessel von 20 bis 60 kW hergestellt.
Die Firma verfügt über eine Produktionskapazität von 10.000 Kessel/Jahr.
Seit 2013 beträgt die Gesamtfläche des Unternehmens 30.000 m2. In der Produktion sind modernste CNC-gesteuerte Blechbearbeitungsmaschinen, Schweißroboter und eine vollautomatische Pulverbeschichtungsanlage im Einsatz.
Der Export wird über Niederlassungen und Generalvertretungen in über 30 Länder der Welt abgewickelt. Hauptexportmärkte sind Deutschland, Frankreich, Schweiz, Italien, usw. – aber auch in Ländern wie Neuseeland, Kanada und Japan sind Biomasseheizungen von Hargassner gefragt. Der Exportanteil liegt bereits bei über 70 % des Umsatzes und steigt ständig an.
Abbildung 2: Die neue Hargassner-KWK-Anlage besticht durch ihre kompakte Bauweise und den vollautomatischen Betrieb.
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Das neue Biomasse-KWK bietet eine interessante Technologie für die Wärme- und Stromerzeugung, die auch im optimalen Leistungsbereich für landwirtschaftliche Biomasse-Nahwärmeanlagen mit hohen elektrischen und auch hohen Gesamt-Wirkungsgraden betrieben werden kann. Gerade in den Wintermonaten steht aufgrund der niedrigen Pegelstände der Flüsse und geringer Sonneneinstrahlung nur wenig erneuerbare Energie zur Verfügung. Darum basiert unsere Stromversorgung in dieser Zeit auf dem Betrieb von Kohle- und Gaskraftwerken sowie Stromimporten.
Strom aus Holzgas-KWK-Anlagen leistet daher einen wichtigen Beitrag zur Versorgungssicherheit und zur Vermeidung von Energieimporten.
Mit unserer Kraft-Wärme-Kopplung werden 60 kW Wärme und 20 kW Strom erzeugt. Die Vorteile der zweifach preisgekrönten Hargassner-KWK-Anlage liegen auf der Hand: überzeugt sie doch durch eine kompakte Bauweise mit sehr wenig Platzbedarf und den vollautomatischen Betrieb durch das durchdachte Regelungskonzept.
Mikro-Netze und die regionale Balance von Erzeugung und Verbrauch im Strom- und Wärmebereich
Dr. Michael Stadler
Area Manager Smart- und Microgrids BIOENERGY 2020+ GmbH, CTO XENDEE Inc., Kalifornien
Affiliated Scientist Lawrence Berkeley Laboratory, University of California, CTO Zentrum für Energie und innovative Technologien
Gewerbepark Haag 3, 3250 Wieselburg michael.stadler@bioenergy2020.eu https://www.bioenergy2020.eu
Bioenergy2020+ Autoren: Elisa Carlon, Markus Gölles, Walter Haslinger, Klaus Lichtenegger, Christine Mair, Andreas Moser, Daniel Muschick, Michael Stadler, Michael Zellinger
Zentrum für Energie und innovative Technologien Autoren: Margit Temper
Intelligente Stromnetze
Abbildung 1: Smartgrid – intelligente Strom und Energienetze (Smartgrids) verwenden Kommunikations- und Informationstechnologien, um die Lasten und Erzeuger im Netz zu koordinieren und somit auf dynamische Veränderungen im Netz reagieren zu können. Aufgrund von Smartgrids können die Verbraucher vermehrt als aktive Partner einbezogen werden. (Smart Grid.gov, 2017)
Bei intelligenten Stromnetzen spielt die räumliche Zuordnung zwischen den Verbrauchern und den meist zentralen (großen) Erzeugern nur eine untergeordnete Rolle. Das heißt, zwischen Erzeuger und Verbraucher können große Distanzen liegen und es besteht oftmals die Notwendigkeit teure Übertragungsleitungen zu bauen (Handelsblatt, 2016).
Was sind Mikro-Netze?
Mikro-Netze (Microgrids) sind kleine, lokale Energienetze für Strom, Wärme und Kälte, die Haushalte und Betriebe mit Energie versorgen. Sie sind eine Untergruppe der intelligenten Stromnetze und können ihren Energiebedarf selbstständig aus erneuerbaren Energien oder anderen Energieformen decken, etwa Biomasse, Wärmepumpen, Windräder oder Kraftwärmekopplungen (Building Microgrids at Berkeley), (STADLER, 2016). Microgrids können individuell gesteuert werden. Sie berechnen den Verbrauch und können Energie im Bedarfsfall dorthin verlagern, wo sie gerade gebraucht wird, oder sie reduzieren den Energieverbrauch. Sie erhöhen dadurch die Systemeffizienz, reduzieren Verluste, und verbessern die Integration von volatilen Energieformen wie Photovoltaik und Wind. Zudem haben sie den Vorteil, dass sie sich vom Stromnetz entkoppeln und für angeschlossene Gebäude oder Gewerbebetriebe weiterhin Strom, Wärme und Kälte produzieren können.
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Abbildung 2: Microgrid-Konzept (Berkeley Lab, 2016)
Einige Regionen, die von Hurrikans und Stromausfällen betroffen sind, nützen Mikro-Netze bereits.
Microgrids können aber auch einen Vorteil für lokale Energieversorger darstellen, da diese auch Dienstleistungen an Energieversorger anbieten können. So kann z.B. das Microgrid Bio-Synthetic Natural Gas (SNG) oder Biogas in das Erdgasnetz einspeisen und so erneuerbare Energie zur Verfügung stellen.
Eine andere Möglichkeit ist die Bereitstellung von Regelenergie, um Netzengpässe zu reduzieren.
Grundsätzlich gibt es zwei Forschungsfragen bezüglich Microgrids:
a. Welche dezentralen Technologien (Biomasse, PV, Wärmepumpe etc.) sollen in welchem Umfang (d.h. Kapazitäten) wo im Energienetz (Strom, Wärme, Gas und Kälte) installiert werden, um den ökonomischen und umwelttechnischen Erfolg zu garantieren?
b. Wie sollen diese Technologien in Abhängigkeit von dynamischen Randbedingungen (z.B. Wetter, veränderbare Lasten oder veränderliche Strompreise) betrieben werden, um die ursprünglich simulierten ökonomischen und umwelttechnischen Ziele auch wirklich zu erreichen?
Grundsätzlich können diese Fragen vom Distributed Energy Resources-Customer Adoption Model Plus (DER-CAM+) des Lawrence Berkeley National Laboratory beantwortet werden (DER-CAM, 2016), aber dieses mathematische/physikalische Modell weist Limitierungen, speziell im Biomasse- und Wärmebereich auf. Deshalb wird DER-CAM+ im Rahmen des österreichischen Forschungs- förderungsgesellschaft-Projekts OptEnGrid (Optimale Vernetzung von Wärme-, Strom- und Gasnetzen zur Erhöhung von Effizienz und Zuverlässigkeit) mit Wärmetechnologien weiterentwickelt. Die BIOENERGY 2020+ GmbH besitzt eine Entwicklerlizenz und erweitert DER-CAM+ mit internationalen Partnern.
Märkte
Mikro-Netze und dezentrale Energieerzeugung, die sich durch eine enge räumliche Bindung von Energieerzeugungseinheiten und Verbraucher auszeichnen, werden ein internationales Technologievolumen von rund 170 Mrd. € im Jahre 2020 darstellen (Microgridknowledge, 2016), (Utilitydive, 2015), (Navigant Research). Die größten Exportmärkte werden Asien und Nordamerika sein, der europäische Raum wird den dritten Platz einnehmen. Die verschiedenen Märkte zeichnen sich durch unterschiedliche Technologiemixe aus. So z.B. wird Biomassevergasung im asiatischen Raum eine Rolle im Bereich Microgrids spielen. In Nordamerika werden Photovoltaik und Kraft-Wärme-Kopplungen, in Kombination mit Speichertechnologien wichtig sein. 160 Microgrids sind derzeit in den USA in Betrieb:
42 % davon im Militärbereich, gefolgt von Universitäten (Campus) und Kommunen. Der Bundesstaat New
York weist die größten Kapazitäten auf, gefolgt von Kalifornien. 35 % aller Microgrids sind kleiner als 1 MW, und 36 % liegen zwischen 1 und 10 MW (GTMResearch, 2016).
Abbildung 3: Microgrid-Technologien USA;
KWK: Kraft-Wärme-Kopplung
Abbildung 4: Microgrid-Technologien Kalifornien:
größter Anteil im Technologiesegment PV.
Beschreibung OptEnGrid
Es gibt eine Vielzahl von Technologiemöglichkeiten (Wärmepumpe, elektr. Speicher, Solarthermie, Blockheizkraftwerk etc.) die in einem Mikro-Netz installiert werden können. Welche Kombination ist aber ideal für ein bestimmtes Mikro-Netz?
Abbildung 5: Energiefluss Optionen in einem Mikro-Netz, optimiert von OptEnGrid; Grüne Pfeile:
Stromfluss; Blaue Pfeile: Treibstoff (z. B. Biogas, Erdgas), Rote Pfeile: Wärme; Orange Pfeile: Verluste.
Abbildung 5 zeigt die möglichen Optionen und wie die verschiedensten Lasten im Gebäude gedeckt werden können. Diese Lasten müssen zumindest auf Stundenbasis für ein Jahr beschreibbar sein, um Leistungsspitzen sowie Lastverlagerung modellieren zu können. Die mathematische Optimierung (z.B.
Mixed Integer Linear Programming) muss die Energiebilanz erfüllen, d.h. in jedem Zeitschritt muss Angebot gleich Nachfrage sein. Nur Speicher können diese Energiebilanz „umgehen“ und somit eine Entkopplung von Erzeugung/Angebot und Nachfrage erwirken. OptEnGrid versucht nun diese Energiebilanz für die betrachteten zukünftigen Jahre zu optimieren und dabei die gesamten Energiekosten oder CO2-Emissionen zu minimieren. In jedem Zeitschritt werden die Betriebskosten durch den richtig gewählten Einsatz von Technologien optimiert und somit bestimmt, welche Technologien
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attraktiv sind und installiert werden sollen. Die Kostenrechnung innerhalb von OptEnGrid beinhaltet z.B.
die amortisierten Investitionskosten der verschiedensten Technologien, Brennstoffkosten, Wartungskosten, CO2 Steuern, Strom- und Gaskosten, etc. Eine mathematische Beschreibung von DER- CAM, der Vorgängerversion von OptEnGrid, kann (Michael STADLER, 2014) entnommen werden.
Mikro-Netz Planungsbeispiel: Technologie und Forschungszentrum (tfz) Wieselburg-Land
Mithilfe von OptEnGrid wird das Technologie- und Forschungszentrum (tfz) Wieselburg energetisch optimiert. Das tfz ist eines von vier Technopolen in Niederösterreich (Krems, Tulln, Wiener Neustadt und Wieselburg). Diese Technopolstandorte führen Forschung, Ausbildung und Wirtschaftsunternehmen zusammen, um international anerkannte Spitzenforschung zu betreiben und Wirtschaftsimpulse zu setzen (Ecoplus). Die BIOENERGY 2020+ GmbH, welche am Standort Wieselburg forscht, ist führend auf dem Gebiet der Umwandlung von Biomasse in Energie und der stofflichen Nutzung von Biomasse. Seit März 2017 wird die Abteilung „intelligente Stromnetze und Mikro-Netze“ aufgebaut, welche die Stromseite und die Modellierung der Biomasse verbindet und somit ganzheitlich die Wärme, Kälte und Strom für Mikro- Netze betrachtet.
Abbildung 6: Das tfz Wieselburg wurde 2009 errichtet und beherbergt innovative Technologien wie eine Hackgutheizung, eine Absorptionskälteanlage, eine Solarthermieanlage, sowie Wärmespeicher.
Anhand dieses Beispiels wird die ganzheitliche Optimierung demonstriert und aufgezeigt, wie attraktiv die verschiedenen Technologien sind. Es werden insgesamt vier Szenarien berücksichtigt: Szenario 1:
Referenzfall, bei dem die gesamte Energie vom Energieversorger gekauft wird; Szenario 2: Wärme und Warmwasser können neben Gas auch durch Hackgut bereitgestellt werden, und die Energiekosten werden minimiert; Szenario 3: alle möglichen dezentralen Technologien sind erlaubt und Energiekosten werden minimiert; Szenario 4: alle möglichen Technologien sind erlaubt und CO2-Emissionen werden minimiert. Bei OptEnGrid handelt es sich um ein mathematisches Optimierungstool, welches die verschiedenen Optionen bewertet und als Ergebnis bereitstellt. Die wesentlichen technischen Ergebnisse sind die optimalen Investitionskapazitäten, sowie der Einsatzplan der Technologien. Das tfz ist das erste mit OptEnGrid optimierte Beispiel und deshalb sollten die hier dargestellten Ergebnisse nur als ein erster Entwurf verstanden werden.
Annahmen
Grundsätzlich sind folgende dezentralen Technologien und Energieformen in den Szenarien 3 und 4 verfügbar: a) Stromkauf vom Energieversorger; b) Gaskauf vom Energieversorger; c) Hackgutheizung;
d) elektrische Wärmepumpe für Wärme und Kälteerzeugung; e) Absorptionskälteanlage; f) Photovoltaik;
g) Solarthermie; h) Wärmespeicher; i) elektrischer Speicher; j) Blockheizkraftwerk auf Erdgasbasis.
Weiters wurde angenommen, dass überschüssige Energie nur lokal gespeichert werden kann und nicht an den Energieversorger verkauft wird, da die Einspeisetarife (ohne Förderungen) sehr gering sind. In weiterer Folge werden aber auch geförderte Einspeisetarife berücksichtigt. Die detaillierten Annahmen können dem Anhang entnommen werden.
Ergebnisse für das tfz
Der Referenzfall (Szenario 1), nur mit Strom- und Gasbezug vom Energieversorger, ist der CO2 und Kosten intensivste Fall. Wird eine Hackgutheizung als Option in OptEnGrid erlaubt, wird diese auch sofort installiert und senkt die jährlichen Energiekosten um 12 % (Szenario 2). Aufgrund des biogenen Brennstoffes werden auch die CO2-Emissionen um mehr als die Hälfte gegenüber dem Referenzfall reduziert. Dieses Ergebnis unterstreicht die Wichtigkeit der regionalen Energieform Biomasse. Werden nun alle verfügbaren Technologien in der Optimierung erlaubt und sollen die Energiekosten optimiert werden, sollte eine 90 kW Photovoltaik Anlage im tfz installiert werden (Szenario 3). Diese zusätzliche erneuerbare Energieform reduziert die Kosten um 19 % und CO2-Emissionen um 70 %, gegenüber dem Referenzfall. Dieses Ergebnis unterstreicht, dass PV keine exotische Technologie ist und ohne Förderung kostengünstig sein kann. Im letzten Szenario, in dem die CO2 Emission minimiert werden sollen, werden nun auch ein elektrischer Speicher mit 32 kWh und eine Absorptionskälteanlage installiert, welche vom Hackgutkessel beliefert wird. Der CO2 minimierende Fall treibt die Kosten wieder nach oben, da nun teure Technologien (elektr. Speicher und Absorptionskälte) verwendet werden, aber die Kosten liegen nach wie vor unter dem Referenzfall (Szenario 1). Solarthermie und Wärmespeicher sind in keinem der Fälle attraktiv (siehe Tabelle 1).
Die Optimierung berücksichtigt auch die Energie- und Lastflüsse. Diese werden in der Optimierung als Randbedingung verwendet, wodurch die Technologien strategisch platziert werden können, um Netzengpässe zu vermeiden. D.h. sollten Engpässe im Netz bestehen, werden die Ergebnisse diese widerspiegeln. Die Technologien werden dann so platziert, dass die Lasten gedeckt werden können ohne das Netz zu überlasten (Siehe Abbildung 7).
Tabelle 1: Zusammenfassung OptEnGrid Ergebnisse tfz Wieselburg
Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Szenario 4 Beschreibung Nur Strom-
bezug vom Energie- vers., Gas für Heizen
Nur Strom- bezug vom Energievers., Hackgut für Heizen möglich
Alle dezentralen Technologien für Strom,
Wärme/Kühlen erlaubt, Kosten Minimierung
Alle dezentralen Technologien für Strom,
Wärme/Kühlen erlaubt, CO2- Minimierung Energiekosten,
inkl. amortisierte Investitionen
(€/Jahr)
67000 59000 (-12 %) 54000 (-19 %) 65000 (-3 %)
CO2-Emissionen.
(t/Jahr) 149 66 (-56 %) 44 (-70 %) 39 (-74 %)
Gaskessel (kW) 162 (67+95) 0 0 0
Hackgutkessel
(kW) 0 162 (67+95) 162 (67+95) 162 (67+95)
Strom WP (kW) 32 32 32 32
Absorptionskälte
(kW) 0 0 0 25
PV (kW) 0 0 901 90
E. Speicher (kWh) 0 0 0 31
1 Durch Dachfläche begrenzt und nur für Eigenverbrauch.
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Abbildung 7: Netzstruktur tfz; Ergebnis Technologieverteilung im lokalen tfz-Netz. Blaue Linie entspricht einem Wärmenetz. Die verschiedenen Symbole stellen die Technologien und deren optimalen Kapazitäten dar. Die grau schraffierte Box repräsentiert den Netzanschluss (Point of Common Coupling – PCC).
Um die entsprechenden Ziele (Kosten versus CO2-Minimierung) zu erreichen, liefert die Optimierung auch den Einsatzplan wie die Technologien betrieben werden sollen. Aufgrund der Installation einer Absorptionskälteanlage wird nun weniger Strom, als im Referenzfall (Szenario 1), benötigt und der elektrische Speicher liefert Energie in den Nachmittagsstunden, wenn die PV-Anlage nicht mehr genug Strom liefern kann (Siehe Abbildung 8).
Die durchgeführten Optimierungen bestätigen teilweise die am tfz installierten Technologien. Es scheint aber, dass die tatsächlich installierte Solarthermieanlage weder für die Kosten noch für die CO2 Reduktion relevant ist. Im tatsächlichen Gebäude ist eine Absorptionskälteanlage installiert, die aber in den Optimierungsläufen nur teilweise im CO2 Minimierungsfall auftritt (Szenario 4). Dies ist ein Indikator, dass die Absorptionskälteanlage nur eine suboptimale Lösung für das tfz darstellt.
Abbildung 8: Stromverbrauch und Einsatzplanung/Steuerung für einen Maitag für Szenario 4; schwarze strichlierte Linie: ursprünglicher Strombedarf aus Szenario 1; grüne Fläche: Strombezug vom Energieversorger; gelbe/orange Fläche: Energie von der PV-Anlage; violette Fläche: Reduktion des Strombedarfes aufgrund der Absorptionskälteanlage; blaue Fläche: Energie vom elektr. Speicher; blaue Linie: Lade- und Entladekurve des elektr. Speichers.
kW Ladezustand Batterie (kWh)
Schlussfolgerungen
Aufgrund der Vielzahl von Technologiemöglichkeiten und Interaktionen zwischen den dezentralen Optionen, kann die Mikro-Netz-Optimierung ein komplexes Thema darstellen. Optimierungstools wie OptEnGrid können hier eine Abhilfe schaffen, um die internationalen Märkte zu bewerten und zu erschließen. Wie das Optimierungsbeispiel „Technologie und Forschungszentrum (tfz)“ zeigt, können Mikro-Netze die CO2-Emissionen und Kosten erheblich senken und aufgrund der Verwendung von lokalen Energieformen die lokale Wirtschaft stärken. Die Verwendung und Integration von dezentralen Technologien wird neue Arbeitsplätze schaffen und verlorengegangene Arbeitsplätze in den anderen Branchen überkompensieren (Thesolarfoundation, 2016). Somit wird Know-how generiert, welches exportiert werden kann. Anstelle von Energieimporten treten Technologieexporte, womit ein direkter Beitrag zu den Pariser Weltklimaverträgen geschaffen wird (STADLER Michael, 2016).
Danksagung
Wir bedanken uns recht herzlich beim Team des österreichischen Klima- und Energiefonds und der Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) für die finanzielle Unterstützung des Projekts OptEnGrid, mit der Projektnummer 858815.
Einen herzlichen Dank an unsere OptEnGrid Projektpartner World-Direct eBusiness solutions GesmbH (http://www.world-direct.at/) und SOLID Solarinstallation + Design (https://www.solid.at/de/) für deren tatkräftige Unterstützung während des Projekts.
Referenzen
Berkeley Lab. (2016). Abgerufen am 10. Oktober 2017 von https://building-microgrid.lbl.gov/
Building Microgrids at Berkeley. (kein Datum). Abgerufen am 2. Oktober 2017 von https://building- microgrid.lbl.gov/about-microgrids
DER-CAM. (2016). Abgerufen am 12. Oktober 2017 von https://building-microgrid.lbl.gov/projects/der-cam Ecoplus. (kein Datum). Abgerufen am 13. Oktober 2017 von https://www.ecoplus.at/interessiert-
an/technopole/technopole-in-niederoesterreich/
GTMResearch. (2016). U.S. Microgrid Tracker Q3.
Handelsblatt. (11. Oktober 2016). Abgerufen am 2. Oktober 2017 von
http://www.handelsblatt.com/politik/deutschland/verzoegerter-netzausbau-bund-drosselt- windkraft-ausbau-im-norden/14669878.html
Michael STADLER, M. G. (1. November 2014). Optimizing Distributed Energy Resources and Building Retrofits with the Strategic DER-CAModel. Applied Energy Journal, 132(0306-2619), 557-567.
Microgridknowledge. (13. Dezember 2016). Abgerufen am 22. April 2017 von https://microgridknowledge.com/new-microgrid-projects/
Navigant Research. (kein Datum). Abgerufen am 20. April 2017 von
https://www.navigantresearch.com/newsroom/global-microgrid-capacity-is-expected-to-grow-from- 1-4-gw-in-2015-to-7-6-gw-in-2024
Smart Grid.gov. (2017). Abgerufen am 14. Oktober 2017 von US Department of Energy:
https://www.smartgrid.gov/the_smart_grid/smart_grid.html
STADLER Michael, M. T. (9. September 2016). Pariser Weltklimavertrag-Globaler Auftrag mit lokalen Folgen. Impulsreferat Energie- und Umwelt-Gemeinde-Tag, Energiewende.Land.Niederösterreich.
St. Pölten, Österreich.
STADLER, M. (7. Dezember 2016). Intelligente Stromnetze, Smartgrids und Microgrids. Abgerufen am 12.
Oktober 2017 von Talk-Show Science.talk, 7. Dezember 2016 Fernsehkanal ORF 3, Österreich und ARD-alpha, Deutschland: http://www.cet.or.at/movies/ScienceTalkMStadler.mp4
Thesolarfoundation. (2016). Abgerufen am 20. April 2017 von http://www.thesolarfoundation.org/solar- jobs-census/
Utilitydive. (29. July 2015). Abgerufen am 20. April 2017 von http://www.utilitydive.com/news/why-the- future-of-microgrids-wont-look-like-the-past/403093
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Anhang
Annahmen Quelle
Klimadaten:
CO2-Emissionen
CO2-Emissionen Strom 0,2 t CO2/MWh https://www.evn.at/SpecialPages/FooterNavig ation/Aktuelles/Stromkennzeichnung.aspx COP/Effizienzen:
COP Kompression-WP 4,5 Planungshandbuch Wärmepumpen
Viessmann, 2011
COP Absorptions-WP 0,7 Berliner Energieagentur GmbH, SUMMERHEAT, 2009
https://www.euroheat.org/wp-
content/uploads/2016/04/SUMMERHEAT_Re port.pdf
Technologiekosten:
Hackgutkessel (inkl.
Heizraumausstattung ohne Brennstofflager und Wärmeverteilsystem)
950 €/kWth http://www.tfz.bayern.de/festbrennstoffe/energ etischenutzung/035096/index.php
http://www.tfz.bayern.de/mam/cms08/festbren nstoffe/dateien/handbuch_bioenergie-
kleinanlagen-komplett.pdf
Gaskessel 475 €/kWth Annahme: 0.5 x Hackgutkessel auf Basis der Literatur
Kompressionskälte-
maschine 350 €/kWth G. Schaumann Dipl.-Ing. Karl W. Schmitz, Kraft-Wärme-Kopplung 10.1007/978-3-642- 01425-3_5, 2010
http://link.springer.com/chapter/10.1007/978- 3-642-01425-3_5
Solarthermie 900 €/kWth Daten von realer Anlage < 10kW, installiert in 2011 und inflationsbereinigt
Pufferspeicher 138 €/kWhth Daten von realer Anlage < 10kWh, installiert in 2011 und inflationsbereinigt
Tarife:
Strom-Kosten EVN Energievertrieb GmbH & Co KG (Strom-
Gewerbe): Mega Float Natur
https://www.e-control.at/industrie/service- beratung/gewerbe-tarifkalkulator
Gas-Kosten https://www.e-control.at/industrie/service-
beratung/gewerbe-tarifkalkulator Hackgut-Preise 0,0195 €/kWh interne Berechnung auf Basis von tfz
Jahresabrechnungen Lastprofile:
Stromverbrauch Synthetisches Lastprofil, skaliert mit tfz Messwerten
http://www.apcs.at/de/clearing/technisches- clearing/lastprofile
Interne Datenaufzeichnung der tfz Haustechnik
Heizbedarf Messwerte, Regelungsvorgaben der tfz
Haustechnik
Warmwasserbedarf Messwerte, Regelungsvorgaben der tfz
Haustechnik
Kühlbedarf Messwerte, Regelungsvorgaben der tfz
Haustechnik
„SIMPLE HEAT“ - Optimierte Werkstoffwahl für effiziente Wärmerückgewinnung aus Abgasströmen bei
Biomassefeuerungen“
Zur Erhöhung der Energieeffizienz und des Wirkungsgrades von Biomassefeuerungen werden nach der Kesselanlage oftmals Wärmerückgewinnungsanlagen eingebaut. Speziell in den letzten Jahren wurden diese Anlagen in verschiedensten Bereichen weiterentwickelt und grundlegend verbessert. Eine wesentliche Fragestellung war und ist immer wieder, unter welchen Betriebsbedingungen mit welchen Werkstoffen langfristig ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden kann. Weiters soll durch den Einsatz geeigneter Werkstoffe eine einfache und effiziente Art der Wärmerückgewinnung ermöglicht werden. Der Fernwärmerücklauf soll möglichst direkt, d.h. ohne Rücklaufanhebung, in die Wärmerückgewinnung geleitet werden.
Projekt Simple Heat
Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes die sogenannte „simple heat“
Technologie entwickelt. Insgesamt wurden 4 Testwärmetauscher mit verschiedenen Edelstahlmaterialien hergestellt und in die Rauchgasströme von zwei verschiedenen Heizwerken nach einem Elektrofilter im Bereich der Economiser eingebaut. Jeder Wärmetauscher wurde mit einem eigenen Kühlsystem ausgerüstet, mit welchem gezielt Rücklauftemperaturen eingestellt werden konnten.
Weiters wurden mithilfe spezieller Sonden Korrosionsraten online gemessen und durch gezielte Variation der Betriebsbedingungen (Brennstoff, Temperaturen, Harnstoffeindüsung) Erkenntnisse hinsichtlich Abhängigkeiten der Korrosionsrate von Taupunktunterschreitungen und von durch hygroskopische Salzablagerungen verursachte Korrosion gewonnen. Die neue „simple heat“
Technologie wurde danach einer wirtschaftlichen Bewertung im Vergleich zu Stand der Technik HEGER EDELSTAHL GESMBH
Zauner Straße 16 A-4784 Schardenberg
Tel.: +43 7713/50260, Fax: DW-15 E-Mail: office@heger-edelstahl.at Homepage: www.heger-edelstahl.at
14.–15. November 2017, Windischgarsten 20.
Biomassetag
Block III: Bioökonomie, Klimakonferenz und
Pelletswirtschaft
Aktuelles von der Klimakonferenz in Bonn und die Reduktion von Stromimporten zur Vermeidung von Kohle- und Atomstrom
DI Dr. Heinz Kopetz Weltbiomasseverband
Holländargatan 17, 111 60 Stockholm, Schweden hg.kopetz@netway.at
www.worldbioenergy.org
Im Jahr 2015 beschloss die Staatengemeinschaft in Paris einen neuen globalen Klimavertrag, der auf Jahrzehnte hinaus Grundlage der internationalen Klimapolitik bleiben wird. Das Ziel des Abkommens lautet, die Erwärmung auf deutlich unter 2°C in diesem Jahrhundert zu begrenzen. Dabei gibt Paris den Rahmen vor, die Umsetzung obliegt in erster Linie den Nationalstaaten.
In Bonn fand im November 2017 die zweite UN-Klimakonferenz nach der Konferenz in Paris statt. Seit Paris lautet die Schlüsselfrage der Klimadiskussion: Ist die Welt auf einem Pfad, der die Erreichung der Ziele von Paris sichert? Die Antwort ist komplex. Das zeigen auch die vielen technischen Diskussionen während der Klimakonferenz. Ich beschränke mich hier auf die zentralen Fragestellungen:
Warum ist die Einhaltung des 2°C-Zieles so wichtig?
Die Berichte für das Jahr 2016 zeigen: Die CO2-Konzentration in der Atmosphäre nimmt weiter zu, die globalen Temperaturen und der Meeresspiegel steigen, die Eisbedeckung geht rapid zurück – an den Polen, in Grönland, in den Alpen. Hitzewellen beeinträchtigen die Lebensumstände von Millionen Menschen, Katastrophen wie Hurrikane, Brände oder Dürreperioden zerstören Hab und Gut – und dies alles bereits bei einer globalen Erwärmung von 1°C. Diese Veränderungen gehen weiter, werden schlimmer, und damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass unser Planet Erde Kipppunkte (tipping points) überschreitet, die zu irreversiblen Veränderungen mit dramatischen Konsequenzen für die Lebensbedingungen der Menschen führen. Dies veranschaulicht die folgende Abbildung 1.
Die Grafik zeigt die Periode von 20.000 Jahren v.C. bis in das 3. Jahrtausend n.C. (horizontale Achse). Auf der vertikalen Achse links sind die Temperaturen dargestellt, Null als der Durchschnittswert der letzten Jahrtausende. Seit der letzten Eiszeit vor 20.000 Jahren stieg die Temperatur an (violettes Band), das blaue Band markiert das Temperaturniveau der vergangenen 8.000 Jahre. Der graue horizontale Streifen darüber markiert die Erwärmung von 1,5 bis 2°C (Paris- Ziel). Auf der vertikalen Achse rechts sind drei unterschiedliche Emissionsniveaus dargestellt: Tiefe Emissionen entsprechen einer Erwärmung von 1,5 bis 2°C; mittlere Emissionen von 3 bis 4°C und hohe Emissionen von 4 bis 8°C.
Im Rechteck links oben sind fünf Säulen zu sehen, von gelb nach rot eingefärbt; sie markieren die mit steigender Temperatur zunehmende Wahrscheinlichkeit von Kipppunkten, die schon bei 2°C schlagend werden könnten (gelb: wenig wahrscheinlich, rot: sehr wahrscheinlich). Das westantarktische Eisschild (WAIS) ist schon destabilisiert und kann bei Fortschreiten der Erwärmung zu einem 3 Meter höheren Meeresspiegel in den kommenden Jahrhunderten führen.
