Wirtschaftlichkeitsrechnung eines Nahwärmebetreibers unter Berücksichtigung von Solarthermie

Abstract

Die steigenden Preise von biogenen Brennstoffen, insbesondere von Pellets und Hackschnitzel, bringen die Betreiber von Biomasseheizwerken immer stärker in Bedrängnis. Der wirtschaftliche Betrieb eines Heizwerks wird dadurch immer schwieriger. In dieser Arbeit wird die Frage nach der Wirtschaftlichkeit eines Biomasseheizwerks unter der Berücksichtigung von Solarthermie behandelt. Im Detail werden die Auswirkungen der Installation einer solarthermischen Anlage in Abhängigkeit des solaren Deckungsgrades untersucht. Zu diesem Zweck wird ein Biomasseheizwerk, ergänzt mit solarthermischer Wärmeerzeugung, in MATLAB modelliert. Ein Minimierungsproblem wird für die jährlichen Kosten des Heizwerks formuliert. Um den Einfluss der Brennstoffpreise auf die Wärmegestehungskosten zu überprüfen, werden die verschiedenen Kombinationen des Heizwerks, mit oder ohne Speicher und Solarthermieanlage, Sensitivitätsanalysen unterzogen. Die Analyse zeigt, dass die Installation eines Wärmespeichers mit der damit verbundenen Erhöhung der verwendeten Hackschnitzelmenge in allen Szenarien die wirtschaftlichste Möglichkeit ist. Die Abhängigkeit von einem einzigen Brennstoff steigt und Preiserhöhungen wirken sich verstärkt auf die Wärmegestehungskosten aus. Die Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage hängt sehr stark von der Förderung ab. Ohne Förderung sind bei der gewählten Wärmenachfrage solare Deckungsgrade von 2-3% wirtschaftlich. Bei einer, heute in Österreich üblichen, Investitionsförderung von 40% sind solare Deckungsgrade im Bereich bis zu 20% möglich. Eine Anlage mit 5% solarem Deckungsgrad erzielt bei dieser Förderung mehr Gewinn als das ursprüngliche Heizwerk. Die kleinsten solaren Wärmegestehungskosten treten bei einer solaren Deckungsrate von rund 10% auf.

The increasing prices of biogenic fuels, especially of pellets and woodchips, get the operators of biomass heating plants more and more into economic troubles. Consequently, the economic operation of heating plants gets more difficult. This thesis investigates the economic viability of a biomass heating plant with consideration of solarthermal energy. The effects of installing a solar thermal system, in addition to a biomass heating plant, depending on the solar fraction, are examined in detail. For this purpose, a biomass heating plant supplemented with solar thermal heat generation is modeled in MATLAB. For the annual cost of the heating plant a minimization problem is expressed. Sensitivity analyzes are conducted in order to determine the influences of fuel prices on the heat production costs, with or without storage and solar thermal system. The analysis shows that the installation of a heat storage with the associated increase of woodchips is the most economical way of operation in all scenarios. The increasing dependence on a single fuel has a stronger impact on the costs of heat generation in case of rising prices. The economic efficiency of a solar thermal system depends very much on the investment incentives. At the chosen heat demand a solar fraction of 2-3% is economic without promotion. In case of an investment promotion of 40% the economically feasible solar fraction increases up to 20%. A 40% promoted plant using a solar thermal system with a solar fraction of 5% achieves more profit than the original heating plant. The lowest solar thermal heat generation costs occur in case of 10% solar fraction.