Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof (Stand 03.03.2014)

Auftraggeber: Auftragnehmer: Stadt Oberhof IPH Klawonn.Selzer GmbH

Zellaer Str. 10 Friedrich-Ebert-Straße 38 98559 Oberhof 99423 Weimar Tel.: +49 036842 / 28 0-0 Tel.: +49 3643/457408-0 Fax: +49 036842 / 28 0-31 Fax: +49 3643/457408-88 E-Mail: [email protected] E-Mail: [email protected] Internet: www.stadt-oberhof.de Internet: www.iphks.de

Bearbeitung

Dipl.-Ing.(FH) Kathrin Selzer Dipl. Ing. (FH) Jörg Oettel

IPH Klawonn.Selzer GmbH und weitere Projektbeteiligte

Auftraggeber

Stadt Oberhof Bürgermeister, Herr Schulz

Gefördert durch Bundesministerium für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit FKZ 03KS3032 (Projektträger Jülich – Forschungszentrum Jülich GmbH)

Abgeschlossen Dezember 2013

Haftungsausschluss

Trotz sorgfältiger Prüfung sämtlicher Inhalte dieser Studie sind Unschärfen in der Datenbasis und methodischen Abhandlung nicht auszuschließen. Für die Richtigkeit, Vollständigkeit und Aktualität des Inhalts kann daher keine Gewähr übernommen werden. Eine Haftung der Herausgeber und Autoren aus inhaltlicher Interpretation ist im Zusammenhang mit potentiellen Folgen, insbesonders mit der wirtschaftlichen Verwertbarkeit und Vermögensschäden, auszuschließen. Der Inhalt dieser Studie spiegelt lediglich entsprechend der Beauftragung einen konzeptionellen Status und nicht die vertiefende Form einer Machbarkeitsstudie wider. Ferner werden in dieser Studie Empfehlungen durch die Bearbeiter zur Grundlage für Zielstellungen, Realisierungszeiträume, Maßnahmen und Öffentlichkeitsbeteiligungen im Bereich Klimaschutz und Nachhaltigkeit gegeben. Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Inhaltsverzeichnis

1. Zusammenfassung der Ergebnisse Wärmeversorgungskonzept Oberhof ...... 8

1.1 Energetische Ausgangssituation der Stadt Oberhof ...... 8

1.2 Stufenweise Nutzung von Potentialen zur Reduktion von Energieverbräuchen und zur

Verminderung der CO2-Bilanz ...... 11

1.2.1 Zusätzliches Potential zum Ausbau erneuerbarer Energien ...... 16

1.3 Fazit ...... 19

2. Einleitung und Zielstellung ...... 21

3. Rahmenbedingungen und Ausgangssituation der Stadt Oberhof ...... 28

3.1 Ermittlung Verbrauch Erdgas und Bedarf Erdöl ...... 28

3.2 Zusammenstellung Heizenergiebedarf ...... 29

4. Potentialabschätzung zur regenerativen Wärme- und Stromerzeugung ...... 31

4.1 Solarthermie und Photovoltaik ...... 31

4.1.1 Bestandsermittlung ...... 31

4.1.1.1 Photovoltaik (PV) ...... 31

4.1.1.2 Solarthermie (ST) ...... 31

4.1.2 Potenzialabschätzung ...... 33

4.1.3 Freiflächenpotenzial ...... 39

4.1.4 Zusatzpotenzial ...... 41

4.1.5 Fazit ...... 41

4.2 Geothermie ...... 43

4.2.1 Oberfächennahe Geothermie ...... 43

4.2.1.1 Einführung ...... 43

4.2.1.2 Geologische Situation ...... 43

4.2.1.3 Rechtliche Grundlagen ...... 43

4.2.1.4 Methodik und Ergebnisse ...... 46

4.2.2 Tiefengeothermie ...... 47

4.2.2.1 Einleitung ...... 47

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4.2.2.2 Geologie ...... 49

4.2.2.3 Strukturgeologie ...... 51

4.2.2.4 Allgemeine Annahmen ...... 54

4.2.2.5 Geotechnische und technische Parameter...... 54

4.2.2.6 Finanzielle Parameter ...... 56

4.2.2.7 Technische Varianten durch tiefe Geothermie ...... 57

Variante 1 – ORC-Kraftwerk ...... 57

Variante 2 – Kalina-Kraftwerk ...... 57

Variante 3 – Reine Wärmeproduktion ...... 58

4.2.2.8 Fazit ...... 59

4.3 Wasserkraft ...... 60

4.3.1 Naturräumliche Voraussetzungen ...... 60

4.3.2 Fazit ...... 61

4.4 Biomasse ...... 62

4.4.1 Bestandsanalyse ...... 62

4.4.2 Potenzialabschätzung ...... 64

4.4.3 Fazit ...... 65

4.5 Windkraft ...... 66

4.5.1 Windkraft auf Freifläche ...... 66

4.5.1.1 Einführung ...... 66

4.5.1.2 Standortsuche ...... 67

4.5.1.3 Identifizierung von Eignungsgebieten ...... 68

4.5.1.4 Potenzialabschätzung ...... 71

4.5.1.5 Fazit ...... 72

4.5.2 Windkraft gebäudeintegrier ...... 74

4.5.2.1 Potentialabschätzung für gebäudeintegrierte Windkraft ...... 74

4.5.2.2 Gebäudeintegration ...... 74

4.5.2.3 Auswahl geeigneter Standorte ...... 75

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4.5.2.4 Analyse des Stadtgebietes anhand von Karten und Satellitenbildern ...... 76

4.5.2.5 Besichtigung und Bewertung aussichtsreicher Gebäude ...... 76

4.5.2.6 Auswertung der vor Ort gesammelten Daten über die Eignung der potenziellen Standorte (Gebäude A-H) ...... 77

4.5.3 Windverhältnisse in Oberhof ...... 80

4.5.3.1 Windenergieverteilung ...... 82

4.5.3.2 Tagesverlauf ...... 83

4.5.3.3 Jahresverlauf...... 84

4.5.4 Überschlagsrechnung zum möglichen Ertrag ...... 85

4.5.5 Ertragsverbesserung durch Gebäudeintegration ...... 86

4.5.6 Fazit ...... 86

5. Potentialabschätzung zur Nutzung vorhandener Abwärme ...... 87

5.1 Abwärme aus Abwasser ...... 87

5.2 Abwärme aus den Kälteprozessen der Sportstätten ...... 88

5.2.1 Elekroenergieverbräuche Rennschlittenbahn ...... 88

5.2.2 Kälteleistung und elektrische Leistung Verdichter Rennschlittenbahn ...... 90

5.2.3 Betriebsstunden Verdichter Rennschlittenbahn ...... 90

5.2.4 Ermittlung Abwärmeangebot Rennschlittenbahn ...... 90

5.2.5 Kälteleistung und elektrische Leistung Verdichter Skisport-Halle ...... 92

5.2.6 Ermittlung Abwärmeangebot Skisport-Halle ...... 92

5.2.7 Fazit ...... 93

6. Erstellung eines Nutzungskonzeptes für Abwärme (techn. Betrachtung) ...... 94

6.1 Nutzung Abwärme aus Kälteprozessen ...... 94

6.2 Druckverlust und Energiebedarf Pumpen ...... 94

6.3 Untersuchung von Varianten mit zentralen Wärmepumpen ...... 94

6.3.1 Variante 1 - Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe (ZWP) ...... 94

6.3.2 Variante 2 – Nutzung Abwärme mittels ZWP und BHKW ...... 98

6.3.3 Variante 3 – Nutzung Abwärme mittels ZWP, Photovoltaik und Solarthermie ...... 100

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6.3.4 Variante 4 –Nutzung von Abwärme mittels ZWP, BHKW, Photovoltaik und Solarthermie ...... 102

6.4 Nutzung dezentraler Wärmepumpen ...... 104

6.4.1 Dezentrale Luft-Wasser-Wärmepumpen ...... 104

6.4.2 Dezentrale Sole-Wasser-Wärmepumpen ...... 105

6.5 Treibhausgasbelastung durch Kältemittel ...... 106

6.6 Vorschlag Nahwärmekonzept ...... 109

6.7 Insellöungen im Bestand ...... 111

6.7.1 Rennsteigtherme ...... 111

6.7.2 Treff-Hotel-Panorama ...... 111

6.7.3 Sportgymnasium ...... 112

6.7.4 Fazit der Insellösungen ...... 113

6.8 Speicherung für Abwärme aus den Kälteprozessen ...... 113

6.8.1 Wärmpumpe für Nahwärmekonzept ...... 116

7. Wirtschaftlicher Vergleich der einzelnen Konzepte ...... 117

7.1 Nutzung der Abwärme mittels ZWP Varianten 2-4 (s. 6.3.2-6.3.4) ...... 117

7.2 Nahwärmekonzept mittels tiefer Geothermie (s. 4.2.2.5) ...... 117

7.3 Nahwärmekonzept mittels dezentraler Wärmepumpen (s. 6.4) ...... 118

7.4 Kostenermittlung aller Varianten nach VDI 2067 ...... 119

7.4.1 Kostenvergleich der Konzepte bei Investitionskosten – Gestehungskosten ...... 119

7.5 Kostermittlung der Vorzugsvariante mit ZWP und BHKW ...... 119

7.5.1 Investitionskosten und Fördermöglichkeiten ...... 119

7.5.2 Verbrauchsgebundene Kosten und Fördermöglichkeiten ...... 122

7.5.3 Betriebsgebundene Kosten ...... 124

7.6 Bilanzierung der Vorzugsvariante unter Beachtung von Emissionen und Energiebedarf 124

7.7 Zusammenfassung der Vorzugsvariante...... 128

8. Last- und Energiemanagement für Nahwärmekonzepte ...... 134

8.1 Allgemeines ...... 134

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8.2 Nutzung der Ammoniakspeicher der Kälteanlagen als Elektroenergiespeicher ...... 134

8.3 Kraft-Wärme-Kopplung bei Sportereignissen ...... 135

8.4 Beleuchtung zu den Sportereignissen ...... 135

8.5 Energiesteuerungssystem auf Stadtebene ...... 136

8.6 Einführung der ISO50001 bei den Sportanlagen, Therme und Hotels ...... 137

9. Maßnahmenkatalog ...... 139

10. Abbildungsverzeichnis ...... 144

11. Tabellenverzeichnis ...... 147

12. Abkürzungsverzeichnis ...... 149

13. Literaturverzeichnis ...... 151

14. Anlagenverzeichnis ...... 155

15. Anlagen ...... 156

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1. Zusammenfassung der Ergebnisse Wärmeversorgungskonzept Oberhof

1.1 Energetische Ausgangssituation der Stadt Oberhof

Aus den Beschlüssen der Bundesregierung (IKEP - Meseberger Beschlüsse vom 23.08.2007) sind die daraus resultierenden Gesetze (EEG; KWK; EEWärmeG und EnEV) mit dem Ziel in Kraft getreten, die

CO2-Emmisionen gegenüber dem Stand von 1990 statt 20% um 40% zu reduzieren. Damit ist die gesetzliche Notwendigkeit manifestiert, unter anderem Energieeinsparungen im Gebiet der technischen Wärme- und Kälteerzeugung zu realisieren. Im Rahmen der immer knapper und teurer werdenden Rohstoffe ist ein sparsamer Umgang mit den vorhandenen Ressourcen notwendig.

Die Zielstellung der Thüringer Landesregierung bis 2020 ist ein Anteil an erneuerbaren Energien (EE) am Nettostromverbrauch mit 45 % zu erreichen und den Endenergieverbrauch gesamt mit 30% aus EE abzudecken.

Durch die Zielstellung der Klimaschutzoffensive vom Bund und Land Thüringen sowie des überdurchschnittlichen Kälte- und Wärmeenergiebedarfs der Oberhofer Sportstätten und der Tourismusbranche ist in dieser Studie ein nachhaltiges Nahwärmekonzept für Oberhof entwickelt worden.

In diesem Zusammenhang wurden bauliche und technische Energieeffizienzmaßnahmen, Potentiale zur Senkung des Energieverbrauchs, zur Sanierung der Gebäudesubstanz und zur Erhöhung der Energieeffizienz und Erhöhung des Anteils an erneuerbarer Energie untersucht.

Gegenwärtig investiert die Thüringer Landesregierung ca. 30 Mio. € in den Ausbau der Infrastruktur und für die technische Erweiterung der Sportstätten in Oberhof, um durch internationales Niveau den Wintersportveranstaltungen eine Perspektive zu bieten. Als achtkleinste Stadt von Thüringen hat Oberhof ein Tourismusaufkommen von täglich ca. 25% seiner Einwohner, gemessen am Jahresaufkommen. Dabei sind Spitzen besonders zu sportlichen Höhepunkten, an Wochenenden und während der Ferienzeiten logistisch zu bewältigen.

Für alle Maßnahmen sind die gesetzlichen Vorgaben im Bereich der Bausubstanz, der Nutzung von Anteilen aus erneuerbaren Energien, vorhandene Abwärme aus technischen Prozessen und der effiziente Einsatz innovativer und nachhaltiger Anlagentechnik einzubeziehen. Mit Hilfe einer komplexen Betrachtung und Umsetzung kann Oberhof strategisch zur Lösung der Klimaschutzaufgabe beitragen und Synergien in den Bereichen Tourismus und Sport sowie Energieströme am Standort nachhaltig ausnutzen und entwickeln.

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Nachfolgende Abbildungen dokumentieren die jährlichen Durchschnittsverbräuche (2009-2012) an Energie der Hauptverbrauchsbereiche Wärme, Strom und Verkehr sowie die daraus entstehende

CO2-Emission.

Energieverbrauch [GWh/a] (Jahresduchrschnittwert von 2009 - 2012)

Verkehr Strom 14,10 14,63 Strom (22,7 %)

Wärme (55,4 %)

Wärme Verkehr (21,9 %) 36,62

Abb. 1 Anteiliger Energieverbrauch nach Verbrauchsbereichen der Stadt Oberhof im ISTZUSTND (Beitrag ThINK)

CO2-Emission [t/a] (Jahresduchrschnittwert von 2009 - 2012)

Verkehr 4.333 Strom Strom (38,9 %) 8.161

Wärme (40.5 %)

Wärme Verkehr (20,6 %) 8.508

Abb. 2 Anteilige CO2-Belastung der Verbrauchsbereiche der Stadt Oberhof im ISTZUSTAND (Beitrag ThINK)

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Oberhof, Oberhof Oberhof Verbrauch Oberhof CO2 t Energieverbrauch /a Gesamtver- Gesamtausstoß kWh je Einwohne/ je Durchschnittswerte 2009-2012 brauch MWh/a a CO2 in t/a Einwohner/a

Wärme 35.500

Strom 14.180

Kraftstoff (Verkehr) insgesamt 14.100 4.333 8.463 2,60

Gas/Wärme 35 Veranstal- Heizöl/Wärme 1.085 tungen Diesel/Strom 450

Gesamt- Wärme 36.620 8.508 21.440 5,10 energieverbrauch Strom 14.630 8.161 8.781 4,90

Gesamtenergieverbrauch 65.350 21.002 38.684 12,60

Tab. 1 Anteilige CO2-Belastung der Verbrauchsbereiche der Stadt Oberhof im ISTZUSTAND (Beitrag ThINK)

(Stat. LA Thür.: 2012=1.666 Einwohner)

Tabelle 1: Übersicht zum ISTZUSTAND (Verbrauch/a)

Der Tabelle 1 können die energetischen Verbrauchsdaten entnommen werden. Zunächst wurde der ISZUSTAND des Gesamtverbrauches der Bereiche Strom und Wärme erfasst, sowie der Bereich

Verkehr mittels vorhandener Datenlage geschätzt. Für diese Verbrauchwerte wurde der CO2- Ausstoß nach Angaben der Energieverbraucher und bundesstatistischer Werte ermittelt. Die Istwerte pro Einwohner und Jahr von Oberhof liegen mit fast 35% über dem Bundesdurchschnitt (23.360 kWh/a).

Diese Feststellung bestätigt den erhöhten Energiebedarf von Oberhof durch die Tourismusbranche und die hohen Besucherzahlen zu den Sportveranstaltungen.

Die durchgeführte Potentialermittlung in den Bereichen erneuerbarer Energien zeigt, dass sich Oberhof durch eine umfängliche Nutzung der ermittelten Ressourcen in Richtung Klimaneutralität bewegen kann. Im Konzeptteil Maßnahmen werden dazu einige Empfehlungen gegeben.

Weitere Bausteine zur Senkung des Energiebedarfs im Bereich Wärme sind energetische Sanierungen der Bausubstanz nach Vorgaben der EnEV 2014. In der Teilstudie zum Klimaschutzkonzept wurde ein Potential von 35% der energetisch sanierungsbedürftigen Bausubstanz ermittelt.

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Auch in den Bereichen Energieoptimierung, Energiemanagement und regenerative Energie (Abwärme) bestehen Ressourcen, die zur Reduktion des Energiebedarfs erkannt und eingesetzt werden können.

1.2 Stufenweise Nutzung von Potentialen zur Reduktion von Energieverbräuchen und

zur Verminderung der CO2-Bilanz

Hauptziel dieses Teilkonzeptes war die Entwicklung eines innovativen Nahwärmekonzeptes für die Stadt Oberhof unter Beachtung der besonderen Bedingungen eines Sport- und Tourismuszentrums. Gleichzeitig sollte dieses Teilkonzept mit dem Teilkonzept zum integrierten Klimaschutz verwertbar sein, gemeinsame Maßnahmen verfolgen, um die politische Zielstellung der Bundesrepublik und der Thüringer Landesregierung im Bereich Klimaschutz zu unterstützen, Nachhaltigkeit zu dokumentieren und durch Wertschöpfung in der Tourismusbranche Oberhof eine Perspektive bieten.

Alle Maßnahmen zur Reduktion des Energiebedarfs, zur Nutzung regenerativer Anteile durch technische Optimierung und Innovation, sowie Substitution des fossilen Energiebedarfes durch Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien finden in diesem Stufenprogramm Anwendung. In der Ausgangssituation wurde der Wärmeverbrauch abzüglich der Insellösungen betrachtet. Diese beinhaltet die Objekte Sportgymnasium, Panorama-Treff-Hotel und die H2O-Therme.

Senkung Wärmeverbrauch [MWh/a]

100%

35.000 76% 30.000

25.000

20.000

15.000

10.000

5.000

0 Istzustand excl. Insellösung excl. Biomasse incl. Insellösung

Ausgangssituation des Wärmeverbrauchs abzüglich der Insellösungen in obiger Abbildung

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Stufe I

Nutzung von Potentialen durch Sanierung der Gebäude im Bestand

Als Ausgangswert für das Wärmeversorgungskonzept wurde der durchschnittliche Wärmever- brauchswert der Jahre 2009-2012 an bereit gestelltem Gas durch die Stadtwerke/Suhl-Zella-Mehlis gewählt. Dieser lag bei 32.105 MWh an Endenergiebedarf ohne Biomasse und Wärmeerzeugung mittels Dieselaggregaten zu Veranstaltungen p.a.

In der ersten Stufe zum Nahwärmeversorgungskonzept (Abbildung 3) kann der Gesamtwärmebedarf um ein durchschnittliches Sanierungspotential der Gebäude von 35%, ausgewiesen in der Teilstudie „Integriertes Klimaschutzkonzept der Stadt Oberhof“, reduziert werden. Eine Mitwirkung aller privaten, kommunalen und gewerblichen Akteure wurde dabei unterstellt, um einen Basiswert im Wärmebedarf für verschiedene technische Lösungen gleichermaßen vorgeben zu können.

Die bereits vorhandenen Insellösungen (Treffhotel Panorama, Sportgymnasium, Rennsteigtherme) und die gesonderten Verbräuche zu Sportveranstaltungen können bei der Bildung des Wärmeversorgungsbedarfs der Gebäude separat berücksichtigt werden. Während bei den Insellösungen bereits Energieeffizienzmaßnahmen durch Neubau oder Modernisierung durchgeführt wurden und der geforderte Mindestanteil an erneuerbaren Energie in der Energiebilanz erfüllt ist, besteht während der Sportveranstaltungen weiterhin ein erhöhter Energiebedarf (Tabelle1), der explizit zu untersuchen wäre, um eine Erhöhung von Energieeffizienz konzeptionell erstellen zu können. Abzüglich dieser Verbrauchswerte verringert sich der Wärmebedarf von Oberhof auf 24.363 MWh/a (Abbildung 3).

Das bereits genutzte Potential an erneuerbaren Energien im Bereich Wärme aus Biomasse, Geothermie und Solarthermie (3.190 MWh= 8,7% vom Gesamtbedarf) wurde als bereits realisierter Bestandteil übernommen.

Von diesem Ausgangswert reduziert sich der Endenergiebedarf für Wärme bei Realisierung des Sanierungspotentials der Gebäude und abzüglich der bereits realisierten Insellösungen (Therme,

Sportgymnasium und Panorama-Treff-Hotel) auf 15.835 MWh. Damit reduziert sich der CO2- Ausstoß auch auf 3.585 t/a. Alternativ kann durch die Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien z.B. Biomasse nicht realisiertes Sanierungspotential bilanztechnisch (Abbildung 5) ausgeglichen werden.

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Senkung Wärmebedarf [MWh/a]

100% 35.000

76% 30.000

25.000 49% 20.000

15.000

10.000

5.000

0 Istzustand excl. Insellösung Stufe I excl. Biomasse Sanierung Gebäude incl. Insellösung

Abb. 3: Wärmebedarf nach Umsetzung der Sanierungsmaßnahmen bei Stufe I

Stufe II

Nutzung der Abwärme der Sportstätten innerhalb des Nahwärmekonzeptes

Ein Hauptbestandteil dieser Studie war die Untersuchung von Möglichkeiten zur Nutzung von technischer Abwärme aus dem Sportstättenbetrieb für ein Nahwärmenetz. Dafür wurden das technische Abwärmepotential der Skihalle und der Bobbahn aus den Betriebs- und Leistungsdaten berechnet. Anschließend erfolgte ein Variantenvergleich nach wirtschaftlichen und nachhaltigen Kriterien. Die folgenden Varianten wurden zur Integration in ein Nahwärmekonzept unter den anerkannten Regeln der Technik untersucht und innovativ aufbereitet (siehe Abschnitt 6).

Variantenvergleich:

1. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe 2. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe und BHKW 3. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe und Photovoltaik sowie Solarthermie 4. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe, BHKW und Photovoltaik sowie Solarthermie

Dabei erfüllte die Variante 2 diese Zielstellung am erfolgreichsten im Vergleich unter wirtschaftlichen und nachhaltigen Kriterien.

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Durch die Nutzung der vorhandenen Abwärme der Sportstätten (5.2.5-5.2.6) in Stufe II, aus Variante 2 und der Umsetzung von Stufe I beträgt der erforderliche Primärenergiebedarf 10.319

MWh. Damit kann in Oberhof 65 % an Wärme abgedeckt werden und der CO2 –Ausstoß um 2.469 t reduziert werden. Zusätzlich werden mit dem BHKW 2.951 MWh/a Elektroenergie erzeugt, mit der sich die Anlage selbst versorgen kann und 1.168 MWh/a für andere Verbraucher zur Verfügung stehen.

Durch die Umsetzung von Stufe II beträgt ist noch eine jährliche Bedarfslücke von 5.516 MWh

Primärenergieeinsparung mit 1.116 t CO2-Ausstoß zu erschließen. Dieser Bedarf kann über den Ausbau und die Nutzung von erneuerbarer Energien zu 100 % gedeckt werden.

Senkung Wärmebedarf [MWh/a]

35.000 100%

30.000 76%

25.000

20.000 49%

15.000

10.000 32%

5.000

0 Istzustand excl. Insellösung Stufe I Stufe II excl. Biomasse Sanierung Varante 2 incl. Insellösung Gebäude Nahwärme- konzept

Abbildung analog Abbildung 3, jedoch Stufe II, Wärmeverbrauch nach Umsetzung des Nahwärmekonzeptes Bei der Erzeugung des Restbedarfs an Wärme zeigt Stufe III symbolisch vorhandenes Potential an erneuerbaren Energien.

Stufe III

Für den restlichen Endenergiebedarf an Wärme kann die Versorgung über das bestehende Zusatzpotential an erneuerbaren Energien der Bereiche Solarthermie, oberflächennaher Geothermie oder Biomasse (Hackschnitzel) erfolgen. Die technischen Potentiale von oberflächennaher Geothermie und Biomasse überschreiten den Endenergiebedarf an Wärme um

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ein Vielfaches. Gleichzeitig wird durch den Einsatz dieser Potentiale Oberhof im Bereich Wärme klimaneutral.

Senkung Wärmeverbedarf [MWh/a]

35.000 100%

30.000 76%

25.000

20.000 49%

15.000

10.000 22%

Potential erneuerbare 5.000 Energien schematisch

0

-5.000 Istzustand excl. Stufe I Stufe II Stufe III excl. Insellösung Sanierung Varante 2 Biomasse Gebäude Nahwärme- incl. konzept Insellösung

Abbildung analog Abbildung 3, jedoch Stufe III, Deckung des Wärmebedarfs CO2-frei Alternativ besteht im Bereich Biomasse über eine Kraft-Wärme-Kopplung bei der Wärmeerzeugung einen Anteil an Elektroenergie für den Eigenbedarf auszukoppeln. Durch den Verbrauchsbereich

Wärme kann der gesamte CO2-Ausstoß unter Anwendung der Stufen I-III maximal um 40% reduziert werden.

Stufe IV

In Stufe IV kann das Potential erneuerbarer Energien zur Versorgung mit Strom für verschiedene Bedarfsfälle genutzt werden. Diese sind zu Sportveranstaltungen und zur Versorgung zukünftiger E- Tankstellen besonders gegeben. Überschüsse können entsprechend dem Entwicklungsstand einem Speichersystem zugeführt oder in das zentrale Netz eingespeist werden. Entsprechend der Ausbaustufe und günstigerer Gestehungskosten können auch private Nutzer oder die Kommune Erträge zur Eigenversorgung erzielen und verwerten (Thema Bürgerbeteiligungen).

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1.2.1 Zusätzliches Potential zum Ausbau erneuerbarer Energien

Die erneuerbaren Energien in Oberhof sind gegenwärtig auf einem sehr niedrigen Ausbauniveau.

Biomasse Oberflächennahe Wasserkraft Windkraft Energieart Photovoltaik Solarthermie Geothermie (Wärme)

Jahresleistung (MWh) 56 60,9 30 0 3.104 0

Tab. 2 ISTZUSTAND erneuerbarer Energien in Oberhof

Oberhof, Oberhof Oberhof Verbrauch Oberhof CO2 Energieverbrauch /a Gesamtver- Gesamtausstoß pro Einwohner t/Einwohner Durchschnittswerte 2009-2012 brauch/MWh/a /kWh/a CO2/t /a

Wärme 35.720 8.508 21.440 5,10

Strom 14.630 8.161 8.781 4,90

Gesamtenergieverbrauch 50.350 16.169 30.221 10,00

Wärme 55.254 175 % Potential erneuerbare Strom 50.590 357 % Energien Gesamt 105.844 210 %

Tab.:3: Technisches Potential erneuerbarer Energien im Vergleich zum ISTZUSTAND

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Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Energieverbrauch Ist-Soll Vergleich MWh/a

100 % 60.000 Erdgas 50.000 64,5 %

40.000 Strom

30.000 29,2 % erneuerbare 20.000 6,3 % Energien 10.000

0 IST Soll

Abb. 4: Maßnahmenumsetzung des technischen Potentials an erneuerbaren Energien in den SOLLZUSTAND

Für den ISTZUSTAND bedeutet das einen Nutzungsgrad für Wärme von 8,7% und für Strom nur 0,04% an erneuerbaren Energien. Im Vergleich ISTZUSTAND zum Gesamtpotential an erneuerbarer Energie beträgt der Nutzungsgrad ebenfalls nur 6,3%.

Die vorliegende Teilkonzeption unterstellt dem ausgewiesenen und bilanzierten Potential an erneuerbaren Energien zunächst eine uneingeschränkte Nutzbarkeit. Für erforderliche Machbarkeitsstudien sind somit Grundlagen geschaffen wurden, die auf die entsprechenden örtlichen Bedingungen und Nutzungen anzupassen sind, damit in konkreten Projekten Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit transparent erfasst und berechnet werden kann. Überschlägig wurde festgestellt, dass mit dem bilanzierten Potential aus erneuerbaren Energien im Bereich Wärme der Bedarf durch fast das 1-2-fache und im Bereich Strom durch fast das 3-4-fache ersetzt werden kann. Mit dem vorhandenen Potential zur Erzeugung von Strom könnte ein Großteil des Bedarfs an Diesel und Benzin für den Verkehr und Veranstaltungen bilanziell ersetzt werden.

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Technisches Zusatzpotenzial erneuerbare Energien, Bereich Wärme oberflächennahe Geothermie tiefe Geothermie 12.625 MWh/a 20.064 MWh/a [23%] [36%]

Solarthermie Biomasse 1.100 MWh/a 21.405 MWh/a [2%] [39%]

Abb. 5 Technisches Potential erneuerbarer Energien zur Versorgung mit Wärme Gegenwärtig werden mit Bioenergie ca. 3.100 MWh/a erzeugt, womit ein Deckungsgrad von ca. 9,3 % der aktuell benötigten Endenergie im Bereich Wärmeerzeugung erreicht wird. Bei einem noch verfügbaren Ausbaupotenzial von ca. 18,3 GWh/a wäre dagegen ein Deckungsgrad von fast 2/3 der gegenwärtig benötigten Wärmeenergiemenge (ohne Nahwärme- und Sanierungskonzept) möglich (siehe Abschnitt 4.4). Einschränkend bleibt jedoch anzumerken, dass im Bereich Biomasse nicht das gesamte geerntete, einheimische Holz einer energetischen Nutzung zur Verfügung stehen wird, sondern dass große Teile der Holzernte in die Holzverarbeitung gehen werden. Die tatsächlich jährlich nutzbare Biomasse zur Wärmeerzeugung sollte in einer Machbarkeitsstudie weiterhin untersucht werden.

Im Wärmebereich besitzt die Solarthermie die geringsten Ausbaupotenziale. Bei einem technischen Gesamtpotenzial von ca. 1,16 GWh/a ist aber immer noch ca. 3,5 % Deckung des aktuellen Verbrauches möglich (siehe Abschnitt 4.1.1.2).

Bedeutende Ausbaupotenziale ergeben sich für die tiefe Geothermie (siehe Abschnitt 4.2.2). Im Bereich der oberflächennahen Geothermie ergeben sich weitere Potenziale von ca. 12,5 GWh/a. Bei einem vollständigen Ausbau dieses Potenzials wäre eine bilanzielle Deckung von ca. 38 % vom Istverbrauch möglich (siehe Abschnitt 4.2.1).

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Technisches Zusatzpotenzial erneuerbare Energien, Bereich Strom

Windkraft 15.453 MWh/a [30%]

tiefe Geothermie 32.149 MWh/a [64%]

Wasserkraft 0 MWh/a [0%]

Photovoltaik 2.932 MWh/a [6%]

Abb. 6 Technisches Potential erneuerbarer Energien zur Versorgung mit Strom Für die tiefe Geothermie, welche bis jetzt noch nicht genutzt wird, ergeben sich sogar noch größere Potenziale für Wärme (ca. 60%/a) und Strom (ca.230%/a). Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die für die Umsetzung dieser Potenziale, vor allem der tiefen Geothermie, erhebliche Zeiträume und finanzielle Mittel benötigt werden (siehe Abschnitt 4.2.2).

Im Strombereich verbleiben trotz des z.T. bereits genutzten Potenzials auch bei Photovoltaik, vor allem im Bereich der Dachflächen, große Potenziale (mehr als 2,9 GWh). Damit könnte etwa 1/5 des gegenwärtigen Stromverbrauches der Stadt gedeckt werden. Die tiefe Geothermie (über 32 GWh) und die Windkraft (ca. 15,5 GWh) liegen mit ihren Potenzialen noch deutlich über diesem Wert und dem jährlichen Strombedarf. Allerdings ist das Windkraftpotenzial z.Z. nur theoretisch, da nach der aktuellen Gesetzeslage Windkraftanlagen in Thüringer Wäldern nicht gestattet sind (siehe Abschnitt 4.5).

1.3 Fazit

Das Gesamtpotenzial aller erneuerbaren Energien (Strom und Wärme) in der Stadt Oberhof beläuft sich nach vorliegender Analyse auf fast 106 GWh im Jahr. Es besteht die Möglichkeit, fast alle Bereiche an erneuerbaren Energien auszubauen. Lediglich die Wasserkraft hat aufgrund fehlender geeigneter Gewässer keine Ausbaumöglichkeiten. Unter Beachtung des derzeitigen Bestandes erneuerbarer Energien von 3,25 GWh ergibt sich ein bilanzielles Zusatzpotenzial von 102,6 GWh. Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 19 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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Die derzeitige niedrige Ausschöpfung des Potenzials lässt genügend Raum für den weiteren Ausbau. Besonders die Potenziale von Photovoltaik und Bioenergie dürften einer relativ zügigen Umsetzung unterliegen. Im Bereich Biomasse kann bei der Verbrennung von Holz/Hackschnitzel eine Kraft- Wärme-Kopplung (KWK) zum Einsatz kommen. Dabei entsteht ein Wirkungsgrad von ca. 85%, wobei davon 80% für die Wärme- und 20% für die Stromerzeugung nutzbar sind. Für die Potenziale von Solar- und Geothermie ist eine rasche Mobilisierung nicht anzunehmen. Zu einer Umsetzung der Windkraftpotenziale wird es nur kommen können, wenn es gesetzliche Veränderungen zur Machbarkeit der Windkraftnutzung im Thüringer Wald geben wird.

Insgesamt wäre bei einer Betrachtung bzw. Realisierung des gesamten bilanzierten Potentials an erneuerbaren Energien eine Erfüllung der Nachhaltigkeit von 100 % machbar, d.h. Oberhof könnte CO2-frei werden.

Senkung CO2-Ausstoß Bereich Wärme [t/a]

25.000 100% 91%

20.000 81% 76%

15.000 60%

10.000

5.000

0 CO2 IST- excl. Stufe I Stufe II Stufe III gesamt Insellösungen Potential erneuerbare Energien schematisch

Obige Abbildung zeigt das Abschmelzen des CO2-Ausstoßes anteilig zum Gesamt-CO2-Aussoß für den Verbraucherbereich Wärme.

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2. Einleitung und Zielstellung Die Stadt Oberhof gilt für den Freistaat Thüringen als wichtigstes Tourismuszentrum und Luftkurort im Thüringer Wald. Weltweit zählt der Tourismus zu den stärksten Wirtschaftszweigen, was sich auch in den Beschäftigungszahlen widerspiegelt. Oberhof hat aber noch andere Attraktionen neben den Sparten der Tourismus- und Freizeitwirtschaft zu bieten. Als international bedeutendes Wintersportzentrum werden jährlich internationale Wettkämpfe im Biathlon, Skilanglauf und Rennschlittensport ausgetragen. Weiterhin beherbergt Oberhof ein nationales Sportgymnasium in dem Deutschlands Nachwuchs für den internationalen Wettkampfbetrieb im Wintersport vorbereitet wird und das auch mit Erfolg umsetzt. Um diese Erfolge auch perspektivisch fortzuführen, ist eine Kombination investiver, administrativer und infrastruktureller Maßnahmen sowohl für kommunale Zukunft Oberhofs als auch für den Tourismus und Spitzensport umzusetzen. Handlungsschwerpunkte liegen unter anderem in der Steigerung der städtebaulichen Attraktivität im Ortszentrum, der Erhaltung und dem Ausbau der vielfältigen Sportinfrastruktur, der Schaffung attraktiver touristischer Ganzjahresangebote und der Weiterentwicklung von Hotel- und Beherbergungskapazitäten einschließlich der Stärkung gehobener Gastronomieangebote. Oberhof hat erkannt, dass bei der Umsetzung dieser multifunktionalen Handlungskonzeption der Nachhaltigkeitsgedanke und die Zielstellung des kommunalen Klimaschutzes integriert sein müssen, weil durch die saisonal bedingte Nutzung im Tourismus- und Sportbereich stets energetische Herausforderungen von den Veranstaltern gestellt werden, die in einem vernünftigen Verhältnis zur klimapolitischen Zielstellung stehen müssen. Dieser Gedanke wurde im integrierten Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof aufgegriffen, Istzustände analysiert, Potentiale ermittelt, die Nutzung regenerativer Energien betrachtet, eine CO2-Bilanz erstellt und Maßnahmen zum effizienteren Umgang mit Primärenergie und somit zur Reduzierung des CO2-Emission empfohlen.

Allgemein

Die Stadt Oberhof ist ein staatlich anerkannter Luftkurort im Thüringer Wald am Rennsteig, dem bedeutendsten Höhenwanderweg und als bedeutendes Wintersportzentrum für den Weltcup im Biathlon, bekannt. Sie liegt im Landkreis Schmalkalden-Meiningen des Freistaates Thüringen (Deutschland) und etwa 65 km südwestlich der Landeshauptstadt Erfurt auf einer Höhe von 804 bis 825 m über NN.

Einwohner und Fläche

Die gesamte Grundfläche des bebauten Teils der Stadt weist die Form eines auf den Kopf gestellten T auf. Der älteste Siedlungskern ist im Südosten zu finden. Die Ausweitung erfolgte erst in

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westlicher und in den letzten 50 Jahren auch in nördlicher Richtung. Die im Nordosten des Ortes gelegene Feuchtfläche wurde erst ab 1997 für die Errichtung der Rennsteigthermen Oberhof und eines Hochseilgartens baulich genutzt. Oberhof ist aufgrund der Größe des Gemeindegebietes von 2.349 ha nicht in Stadtgebiete unterteilt.

Abb. 7: Stadtgebiet von Oberhof (Quelle: bing.com/maps) In Oberhof lebten zum 31.12.2012 1.666 Einwohner und somit liegt die Bevölkerungsdichte bei 71 Einwohnern je km². Alleinstellungsmerkmal ist die relativ geringe Einwohnerzahl von Oberhof, aber die nahezu 5-fache Anzahl von Tagesgästen. Diese Situation energetisch zu optimieren und die

Nutzung alternativer Energien zur Senkung der CO2-Bilanz zu erhöhen, stellt eine große Herausforderung nicht nur für den technischen Bereich bei der Umsetzung klimatischer Ziele dar. Aus diesem Grund ist die Stadt nicht vergleichbar mit anderen Städten, wo die Einwohnerzahl nahezu konstant ist.

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Jahr Einwohner Jahr Einwohner 1900 400 2003 1.647 1933 1.149 2004 1.613 1994 2.189 2005 1.632 1995 2.118 2006 1.673 1996 2.052 2007 1.594 1997 1.981 2008 1.533 1998 1.884 2009 1.513 1999 1.845 2010 1.530 2000 1.803 2011 1.527 2001 1.726 2012 1.666 2002 1.693

Tab. 4: Einwohnerentwicklung in Oberhof (Thüringer Landesamt für Statistik)

Merkmal Einheit 1992 2000 2012 Bodenfläche ha 2349 2347 2347 Davon Gebäude- und Freifläche ha 57 61 73 Betriebsfläche ha 0 0 2 darunter Abbauland ha 0 0 0 Erholungsfläche ha 28 38 40 Verkehrsfläche ha 112 112 121 darunter Straße, Weg, Platz ha 108 109 112 Landwirtschaftsfläche ha 50 43 41 darunter Moor ha - - - Heide ha 0 - - Waldfläche ha 2066 2058 2054 Wasserfläche ha 8 8 8 Flächen anderer Nutzung ha 27 26 7 darunter Friedhof ha 1 1 1 Unland ha 0 3 0 Siedlungs- und Verkehrsfläche ha 199 214 238 Nachrichtlich Gebäude- und Wohnen ha , , 10 Freifläche Gewerbe, Industrie ha , , 0 Betriebsfläche ohne Abbauland ha , - 2

Erholungsfläche Grünanlagen ha , , 1 Flächen anderer Nutzung ohne Friedhof ha 25 25 6

Tab. 5: Flächen nach Art der tatsächlichen Nutzung (Thüringer Landesamt für Statistik, www.tls.thueringen.de) Klima

Aufgrund der etwa 815 m ü. NN hohen Lage des Ortes am Kamm des Thüringer Waldes, in der Nähe des Rennsteigs gelegen, ist das Klima Oberhofs sehr rau. Auf der von Norden, Osten und Westen ungeschützten Hochfläche sind im jährlichen Mittel hohe Niederschlagsmengen von 1300

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mm zu verzeichnen. Die durchschnittliche Temperatur im Juli beträgt 12,8 °C, die des Januars -4 °C. Somit ist die Jahresdurchschnittstemperatur mit 4,4 °C im sehr niedrigen Bereich. Von Mitte November bis Ende März bedeckt normalerweise der Schnee die Pflanzenflächen.

Anbindung und Verkehr

Die Verbindungslandstraße 3247 der Städte Suhl und Gotha verläuft durch Oberhof in Nord- Südrichtung. Die ca. 8 km südlich gelegene Anschlussstelle an die Bundesautobahn A 71 (Richtung Norden und Süden) sowie die Anbindung an die Bundesautobahn A 4 (Richtung Osten und Westen) beim etwa 23 km entfernten Gotha erfolgt ebenfalls über die L 3247. Der Verkehr zu den Nachbarstädten Schmalkalden im Westen, dem östlich befindlichen Ilmenau sowie Gräfenroda und Arnstadt im Nordosten erfolgt über Landesstraßen.

Der Bahnhof von Oberhof ist etwa 5 km südlich der Stadt in einer Schlucht gelegen. Hier verläuft die Bahnstrecke von Erfurt ins fränkische Würzburg. Ebenfalls besteht eine Bahnverbindung zu den umliegenden Städten wie beispielsweise Eisenach, Bad Salzungen, und Schmalkalden. In regelmäßigen Abständen verkehren Linienbusse zwischen dem Bahnhof und dem Stadtzentrum.

Wirtschaftsstärke durch Tourismus

Durch die Lage Oberhofs am Rennsteig im Thüringer Wald sowie durch den Status als staatlich anerkannter Luftkurort lebt die Stadt vom Tourismus. Durch den nahe an der Stadt verlaufenden Bergwanderweg Eisenach – Budapest sowie den Rennsteig- Radwanderweg aber auch durch die hier vertretenen Wintersportzentren, die populärsten Sportarten sind Biathlon, Rennrodeln bzw. Bobsport, Skilanglauf und die Nordische Kombination, kann Oberhof auf große Besucherzahlen verweisen. Allein im Jahr 2012 zählte die Stadt 142.000 Gäste mit insgesamt 454.000 Übernachtungen (ø 3,2 Übernachtungen pro Gast). Nach Erfurt und Weimar ist Oberhof somit der meistbesuchte Ort in Thüringen.

Somit zeichnet sich Oberhof durch ein sehr gutes und vielseitiges Angebot im Bereich der Hotellerie, Dienstleistungs- und Einzelhandelsgewerbe aus. Die Stadt kann auf folgende Einrichtungen des Gastronomie- und Übernachtungsbereiches verweisen:

 3 Café´s bzw. Bar´s  20 Gaststätten  8 Hotels  7 Pensionen  5 Ferienwohnanlagen  ca. 60 Vermieter mit einer verschiedenen Anzahl von Ferienwohnungen

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Die Gesamtzahl aller Übernachtungsmöglichkeiten in Oberhof am Rennsteig beläuft sich auf ca. 3.500 Gästebetten.

Weiter verfügt Oberhof über mehrere Skischulen, Geschäfte und 3 Arztpraxen. Zu den öffentlichen Einrichtungen zählen das Tourismus- und Informationszentrum, die Stadtverwaltung, das Thüringer Forstamt Oberhof, eine Kindertagesstätte, eine Grundschule, ein Sportgymnasium, eine Gästebibliothek und die Drei-Felder-Halle. (www.oberhof.de)

Zur Neben einer Glasbläserei leisten der Aquarium-Terrarien-Zoo „Exotarium“, der Botanische

Garten sowie ein Hochseilgarten einen kulturellen Beitrag. Die Rennsteigtherme (neu H2Oberhof Wellness & Erlebnisbad) ist seit vier Jahren geschlossen und soll nach einem Umbau 2014, für die Einwohner und Touristen wieder eröffnet werden.

Sport

Am bekanntesten ist Oberhof wegen seiner Konzentration vieler Wintersportanlagen und als Austragungsort für den Weltcup im Biathlon. Hierzu zählen zwei Sprungschanzen, die DKB-Ski- Arena Oberhof mit der DKB-Skisporthalle sowie die Rennrodelbahn Oberhof. Diese Sportstätten befinden sich 500 bis 2.000 m westlich des Ortszentrums von Oberhof. Für die verschiedenen Sportstätten ist Kälteenergie erforderlich. Kälteenergie kann mechanisch unter Nutzung von Elektroenergie oder auch thermisch unter Nutzung von Wärmeenergie erzeugt werden. Die erforderliche Kälteenergie der Sportstätten rund um Oberhof wird mittels elektrisch angetriebener Kompressionskältemaschinen bereitgestellt. Die Abführung der anfallenden Wärme erfolgt über luftbeaufschlagte Rückkühlwerke. Für die Bereitstellung der erforderlichen Heizwärme existiert keine Gasversorgung, so dass dies elektrisch bzw. über Abwärmenutzung erfolgen muss.

Zielstellung des Projektes

Die Stadt Oberhof ist durch zahlreiche Veranstaltungen im Wintersport und damit als deutsches Wintersportzentrum national bekannt und wird als Austragungsort internationaler Wettkämpfe gern angenommen. Sport und Tourismus stellen in Oberhof ein wichtiges wirtschaftliches Segment für das Land Thüringen dar.

Für die Wintersportarten gibt es zwei Sprungschanzen, eine Bobbahn, die Ski-Arena und die DKB- Skihalle, in der ganzjährig Wintersport betrieben werden kann. Diese modernen und hervorragenden Bedingungen sorgen für die Absicherung und Durchführung des Sportes auf internationalem Niveau.

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Neben diesen sportlichen Attraktionen im Leistungssport erhält das Thüringer Tourismuszentrum Oberhof auch regen Zuspruch im Bereich Urlaub, Erholung und Breitensport. Seine Lage und sehr gute Luftqualität erfüllten die Bedingungen für die Verwendung des Titels Luftkurort.

Nach dem DKV-Statusbericht Nr. 22 hat die Kälteerzeugung in Deutschland ca. 14% Anteil am Elektroenergieverbrauch. In Oberhof ist bedingt durch die große Anzahl der Sportstätten der Anteil des Kälteenergiebedarfs hoch. Weiterhin sorgen die klimatischen Verhältnisse mit sehr geringen Lufttemperaturen über das Jahr für einen hohen Wärmeenergiebedarf. An mehr als 7.000 h im Jahr liegt die Lufttemperatur unterhalb 15°C (s. Abb.9).

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003

33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 -1 -3 -5 -7 -9 Aiußentemperatur in °C -11 -13 -15 -17 -19 -21 -23 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 Häufigkeit in h

Abb. 8: Summenhäufigkeit der Lufttemperaturen nach DIN 4710 für Zone 10 Oberhof hat also einen hohen Kälteenergie- und Wärmeenergiebedarf verglichen zu anderen Städten gleicher Größe. Dies macht die Entwicklung eines nachhaltigen integrativen Wärmekonzeptes für die 4 Bereiche

 der Sportstätten,  des Gaststätten und Hotelgewerbes,  der Kommunalen Gebäude,  und der privaten Haushalte, notwendig, dessen Primärenergieeinsatz von Strom, Wärme, Kälte und Abwärme sinnvoll miteinander verbunden werden soll, um Ressourcen zu schonen und somit für die Schaffung eines nachhaltigen Klimaschutzes für ein bedeutendes touristisches Zentrum zu sorgen.

Hierfür soll ein Nahwärmekonzept entwickelt werden, um u.a. Synergien zwischen dem Energiebedarf, bereits bestehender Insellösungen und dem Energieangebot der einzelnen Verbraucher in Oberhof zu nutzen. Bei der Steigerung der Energieeffizienz kommt dem Gebäudebereich eine strategisch entscheidende Bedeutung zu. Die Energieversorgung von

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Gebäuden benötigt rund 40% des gesamtdeutschen Endenergieverbrauches, wobei zwei Drittel davon auf den Bereich der Wohngebäude entfallen.

Oberhof stellt sich zum Ziel, mit einer intelligenten Lösung durch die Verknüpfung der einzelnen Wärmegewinne und Verluste, und eines intelligenten Energiemanagements, den Primärenergieeinsatz und damit die Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren. Durch diese Maßnahmen sollte eine Erhöhung der Energieeffizienz der einzelnen Verbraucher, wie Sportstätten, Gaststätten und Hotels, kommunale Gebäude und private Haushalte entstehen. Dadurch können die Energiekosten und die Treibhausgasemissionen nachhaltig gesenkt werden.

Verbrauchsdaten

Die Stadt Oberhof wird mit Strom der Thüringer Energie AG und für Gas durch die Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis laut Konzessionsverträge versorgt.

Für den Bereich Wasser/Abwasser ist das der Zweckverband Wasser und Abwasser Suhl „Mittlerer Rennsteig“.

Verbräuche 2012 für Strom: 14.180.800 kWh Gas: 32.395.100 kWh 2011 Wasser: 151.100 m³ 2011 Abwasser (ohne Regenwasser): 141.508 m³

Zahlen und Fakten verbraucherseitig:

 280 Häuser,  650 Wohnungen,  43 Einrichtungen des Hotel- und Gastgewerbes und  ca. 60 Privatvermieter mit ca. 3.500 Betten,  5 internationale Sportstätten;  450.000 Übernachtungen jährlich (drittgrößte Zahl in Thüringer Städten),  365.000 Tagesbesucher jährlich,  ein Gymnasium, eine Schule und einige kommunale Gebäude,  8 km langer Autobahntunnel

Der Einsatz von umweltschonenden Energien kommt in Oberhof durch die Erzeugung von Wärme aus Biomasse im privaten Bereich zum Tragen ca. 10% zum jährlichen Gasverbrauch. Der weitere Einsatz von regenerativen Energien sowie die Optimierung der Erzeugung, der Speicherung und der Verteilung weisen großes Potential auf und sind Zielstellung dieser Studie.

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3. Rahmenbedingungen und Ausgangssituation der Stadt Oberhof

3.1 Ermittlung Verbrauch Erdgas und Bedarf Erdöl

Aus den Angaben des zuständigen Bezirksschornsteinfegers wurde eine installierte Gesamtleistung von 19.757 kW für Öl-, Gas- und Flüssiggasfeuerstätten ermittelt. Dieser Wert ist jedoch nur informativ. Wesentlicher ist der Energiebedarf zur Bereitstellung der Wärme. Aus den bereitgestellten Lastgängen für den Erdgasverbrauch der Jahre 2009 bis 2012 der (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013) konnten die mittleren Werte je Monat in den folgenden Tabellen ermittelt werden. Diese Werte enthalten zwar nicht die Öl- und Flüssiggasfeuerstätten, es wird aber davon ausgegangen, dass sie den größten Anteil repräsentieren. Die Ergebnisse der Ermittlung der Verbräuche der einzelnen Jahre sind in Anlage 4 abgebildet. Die Darstellung erfolgte für einzelne Verbrauchergruppen, welche unter SLP und RLM zusammengefasst wurden.

SLP  Erfassung der Zählerstände (Gas) jährlich – Stundenwerte rechnerisch ermittelt durch (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

RLM  registrierte Lastmessung Gas – Zählerstände werden stündlich geloggt (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat Dienstleistungsgewerbe Beherbergung Wohnhäuser Mehrfamilienhäuser Gaststätten Handel Gewerbe nur Heizung Gesamt 1 22,4 MWh 338,4 MWh 1674,2 MWh 354,5 MWh 13,2 MWh 39,8 MWh 2442,6 MWh 2 21,6 MWh 308,2 MWh 1510,1 MWh 323,8 MWh 12,0 MWh 39,4 MWh 2215,0 MWh 3 16,9 MWh 277,0 MWh 1281,9 MWh 283,8 MWh 10,1 MWh 33,2 MWh 1902,9 MWh 4 12,8 MWh 215,5 MWh 855,3 MWh 196,2 MWh 7,9 MWh 25,1 MWh 1312,7 MWh 5 8,7 MWh 174,7 MWh 661,0 MWh 149,9 MWh 6,1 MWh 18,9 MWh 1019,3 MWh 6 6,7 MWh 136,3 MWh 464,3 MWh 107,6 MWh 4,3 MWh 13,9 MWh 733,0 MWh 7 6,3 MWh 119,9 MWh 363,6 MWh 87,9 MWh 3,8 MWh 11,5 MWh 593,0 MWh 8 5,1 MWh 120,8 MWh 343,5 MWh 94,7 MWh 3,8 MWh 10,8 MWh 578,7 MWh 9 7,5 MWh 158,7 MWh 533,3 MWh 141,0 MWh 5,0 MWh 16,4 MWh 862,0 MWh 10 13,2 MWh 233,7 MWh 958,1 MWh 244,6 MWh 8,3 MWh 31,7 MWh 1489,6 MWh 11 16,1 MWh 265,5 MWh 1119,1 MWh 283,5 MWh 9,4 MWh 38,1 MWh 1731,8 MWh 12 21,7 MWh 342,9 MWh 1585,9 MWh 374,1 MWh 12,8 MWh 49,0 MWh 2386,5 MWh Gesamt 159,0 MWh 2691,4 MWh 11350,4 MWh 2641,7 MWh 96,7 MWh 327,8 MWh 17267,0 MWh Tab. 6: mittlere Gasverbräuche für 2009 bis 2012 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat SWG Privat Privat II Handel/Gastätten und Hotels Stadt (Mehrzweckhalle) Rennsteig Therme Gesamt

1 137,9 MWh 69,0 MWh 53,5 MWh 234,4 MWh 69,9 MWh 171,5 MWh 174,4 MWh 1084,7 MWh 65,7 MWh 101,2 MWh 2162,2 MWh

2 128,2 MWh 74,4 MWh 49,9 MWh 210,4 MWh 61,7 MWh 161,4 MWh 161,2 MWh 1016,8 MWh 61,6 MWh 84,7 MWh 2010,2 MWh

3 96,5 MWh 55,7 MWh 37,1 MWh 152,1 MWh 42,7 MWh 111,0 MWh 130,6 MWh 755,7 MWh 53,9 MWh 48,0 MWh 1483,3 MWh

4 66,2 MWh 37,6 MWh 25,3 MWh 102,3 MWh 25,3 MWh 83,4 MWh 96,9 MWh 500,8 MWh 40,8 MWh 24,3 MWh 1002,9 MWh

5 52,6 MWh 28,7 MWh 20,2 MWh 72,6 MWh 12,5 MWh 64,4 MWh 80,6 MWh 401,6 MWh 31,4 MWh 5,6 MWh 770,1 MWh

6 40,6 MWh 22,8 MWh 15,7 MWh 46,0 MWh 5,4 MWh 51,3 MWh 69,4 MWh 308,3 MWh 24,0 MWh 2,7 MWh 586,0 MWh

7 33,7 MWh 20,0 MWh 13,0 MWh 35,7 MWh 1,0 MWh 41,8 MWh 61,2 MWh 268,4 MWh 17,3 MWh 1,4 MWh 493,5 MWh

8 33,5 MWh 19,1 MWh 13,0 MWh 36,3 MWh 0,5 MWh 39,6 MWh 59,9 MWh 205,6 MWh 16,0 MWh 1,4 MWh 424,8 MWh

9 44,9 MWh 26,5 MWh 16,6 MWh 59,4 MWh 3,1 MWh 61,3 MWh 76,9 MWh 278,6 MWh 24,3 MWh 2,8 MWh 594,3 MWh

10 78,0 MWh 45,0 MWh 28,5 MWh 130,2 MWh 27,3 MWh 103,3 MWh 116,0 MWh 679,7 MWh 37,7 MWh 19,5 MWh 1265,3 MWh

11 96,2 MWh 55,7 MWh 36,2 MWh 143,5 MWh 38,8 MWh 114,2 MWh 123,1 MWh 772,7 MWh 44,4 MWh 39,3 MWh 1464,1 MWh

12 134,4 MWh 78,2 MWh 51,4 MWh 224,1 MWh 63,0 MWh 154,0 MWh 163,2 MWh 1077,3 MWh 61,3 MWh 96,7 MWh 2103,6 MWh

Gesamt 942,7 MWh 532,8 MWh 360,2 MWh 1447,0 MWh 351,1 MWh 1157,3 MWh 1313,3 MWh 7350,0 MWh 478,4 MWh 427,5 MWh 14360,4 MWh

Tab. 7: mittlere Gasverbräuche für 2009 bis 2012 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

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Insgesamt wurde für den Erdgasverbrauch ein Wert von 31.627,4 MWh/a aus den mittleren Verbräuchen bestimmt. Für den Öl- und Flüssiggasverbrauch liegen keine Messwerte vor. Allerdings kann aus den Angaben des Bezirksschornsteinfegers eine Leistung von 210 kW für Ölfeuerungsstätten ermittelt werden. Für Flüssiggasfeuerstätten sind keine Angaben gemacht. Unter Berücksichtigung eines mittleren Erzeugungswirkungsgrades von 90%, einem Verhältnis Brennwert/Heizwert von 1,06 und 1862 Vollbenutzungsstunden ergibt sich ein Gesamtbedarf von ca. 460,5 MWh/a. Aufgeschlüsselt für die einzelnen Monate wurden folgende Werte ermittelt.

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 76,3 MWh 65,6 MWh 57,4 MWh 38,9 MWh 21,8 MWh 11,4 MWh 7,6 MWh 8,1 MWh 16,0 MWh 33,0 MWh 54,1 MWh 70,3 MWh Tab. 8: berechneter Energiebedarf Ölfeuerstätten

3.2 Zusammenstellung Heizenergiebedarf

Aus Verbrauchsdaten Abschnutt 3.1 kann unter Berücksichtigung folgender Parameter der Heizenergiebedarf ohne Berücksichtigung der Erzeugungsverluste ermittelt werden.

 Erzeugungswirkungsgrad 90% (Erdgas und Heizöl)  Verhältnis Brennwert/Heizwert für Erdgas 1,10  Verhältnis Brennwert/Heizwert für Heizöl 1,06

Monat Gesamt Abzug Modernisierung Bereinigt 1 3832,2 MWh -1341,3 MWh 2491,0 MWh 2 3512,7 MWh -1229,4 MWh 2283,2 MWh 3 2819,2 MWh -986,7 MWh 1832,5 MWh 4 1927,6 MWh -674,7 MWh 1253,0 MWh 5 1482,5 MWh -518,9 MWh 963,6 MWh 6 1088,9 MWh -381,1 MWh 707,8 MWh 7 895,5 MWh -313,4 MWh 582,1 MWh 8 828,0 MWh -289,8 MWh 538,2 MWh 9 1205,1 MWh -421,8 MWh 783,3 MWh 10 2282,0 MWh -798,7 MWh 1483,3 MWh 11 2660,8 MWh -931,3 MWh 1729,5 MWh 12 3733,5 MWh -1306,7 MWh 2426,7 MWh Gesamt 26268,0 MWh -9193,8 MWh 17074,2 MWh Tab. 9: ermittelter Heizenergiebedarf inkl. Verluste für Speicherung, Verteilung und Übergabe (Erdgas- und Ölfeuerungsstätten) Berücksichtigt man einen verminderten Bedarf von 35% durch die Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen, ergibt sich der bereinigte Heizenergiebedarf von 17.074 MWh/a, welcher als Grundlage für den Variantenvergleich möglicher Nahwärmekonzepte dienen soll. Für die einzelnen Verbrauchergruppen nach Tab. 6 und Tab. wurde dabei das in Tab. 10 angegebene Energieeinsparpotenzial angesetzt, deren gewichtetes Mittel 35% ergibt. Das Energieeinsparpotenzial wurde zum großen Teil einem parallel durchgeführten Klimaschutzkonzept (IKSS, 2013) entnommen und für nicht verfügbare Daten wurden Annahmen getroffen. Der Primärenergiebedarf an Erdgas/Heizöl nach Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen beträgt unter

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Berücksichtigung eines mittleren Wärmeerzeugerwirkungsgrades von 90% ca. 20.868 MWh/a (1). Die daraus resultierenden Kohlendioxidemissionen betragen 4.724 t/a (5). Diesem Wert liegt ein gewichteter CO2-Emissionsfaktor für Erdgas (Haushalte) und Heizöl von 249 g/kWhEndenergie zugrunde, welcher aus (IKSS, 2013) ermittelt wurde.

(1)

Verbrauchergruppe Potenzial Quelle Dienstleistungsgewerbe 25% Annahme Beherbergung 25% IKSS Wohnhäuser 46% IKSS Mehrfamilienhäuser 46% IKSS Gaststätten 25% IKSS Gewerbe nur Heizung 25% Annahme Städtische Wohnungsges. Oberhof 46% IKSS Privat 46% IKSS Privat II 46% IKSS Handel/Gastätten und Hotels 25% IKSS Stadt (Mehrzweckhalle) 20% Annahme Rennsteig Therme 0% Annahme Tab. 10: Angenommenes Energieeinsparpotenzial der Verbrauchergruppen (IKSS-integrierte Klimaschutzstudie)

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4. Potentialabschätzung zur regenerativen Wärme- und Stromerzeugung

4.1 Solarthermie und Photovoltaik

4.1.1 Bestandsermittlung

4.1.1.1 Photovoltaik (PV)

Entsprechend der Veröffentlichungen der Netzbetreiber über EEG-Anlagen existiert auf der Gemarkung von Oberhof bisher eine Photovoltaik (PV)-Anlage (Stand vom 12. 3. 2013). Die Anlage mit einer installierten Leistung von ca. 76 kWpeak befindet sich auf dem Dach des Internats des Sportgymnasiums. Sie wurde laut einer Pressemitteilung des Thüringer Ministerium für Bau, Landesentwicklung und Verkehr durch eine Projektgemeinschaft aus Bad Salzungen unter Verwendung von 360 Modulen eines Sächsischen Herstellers errichtet und am 21.7.2011 durch die Thüringer Energienetze an das Mittelspannungsnetz angeschlossen. Die Anlage lieferte im Jahr 2012 69.339 kWh elektrische Energie.

Mit 912,35 kWh/KWpeak ist das ein recht beachtlicher Wert der zeigt, dass der Ertrag von PV- Anlagen im Kammbereich des Thüringer Waldes durchaus mit Anlagen im Tiefland vergleichbar sein kann. Über weitere, nicht netzgekoppelte Inselanlagen auf dem Stadtgebiet von Oberhof liegen keine Informationen vor.

4.1.1.2 Solarthermie (ST)

Die Datenlage für solarthermische Anlagen ist unschärfer als im Fall der Photovoltaik, da diese Anlagen nicht nach EEG veröffentlichungspflichtig sind. Eine Baugenehmigung ist in der Regel ebenfalls nicht nötig.

Die mit Abstand größte Solarthermie-Anlage Oberhofs befindet in der Südfassade des Heizhauses des Sportgymnasiums (vgl . Abb. 9). Sie weist eine Kollektorfläche von ca. 130 m² auf und liefert damit im Jahr bis zu 40 MWh thermische Energie, die zur Unterstützung der Fußbodenheizung und zur Trinkwassererwärmung im Internat und in der Küche eingesetzt wird.

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Abb. 9: Heizhaus des Sportgymnasiums mit fassadenintegrierter Solaranlage auf der Südseite (Photo: ThINK-GmbH) Angaben zu weiteren installierten Solarkollektoren lassen sich über die Förderung gewinnen, die in der Regel durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) erfolgt. Allerdings muss der Erfassungsgrad hier nicht vollständig sein, da auch ungeförderte oder anderweitig geförderte Anlagen existieren könnten. Ein Beispiel dafür ist die Anlage im Sportgymnasium, bei der die Förderung über das Bundesumweltministerium erfolgte. Laut BAFA gab es mit Stand Januar 2013 im Postleitzahlgebiet 98805 (beinhaltet die Ortslagen Oberhof und Gehlberg) 11 solarthermische Anlagen mit einer Kollektorfläche von insgesamt 127,1 m². Diese wurden entsprechend der Einwohnerzahlen auf die beiden Gemeinden verteilt. Demnach gibt es in Oberhof insgesamt 203,14 m² Kollektorfläche (73,41 über die BAFA gefördert und 130 im Sportgymnasium).

Aus diesen Angaben kann überschlägig der Jahreswärmeertrag der bestehenden Anlagen abgeschätzt werden. In der Bundesrepublik liefern Solarthermie-Kollektoren pro Jahr im

Durchschnitt etwa 380 kWhtherm/m². Ausgehend von einer gegenüber dem thüringischen Mittel geringeren Globalstrahlung in Oberhof und längerer Schneebedeckung wird hier konservativ mit einem Wert von 300 kWhtherm/m²a gerechnet. Dass dies eine realistische Größenordnung ist, zeigt die bereits bestehende ST-Anlage des Sportgymnasiums, die etwa 308 kWhtherm/m²a liefert. Damit liefern alle bekannten Solarthermie- Anlagen Oberhofs gegenwärtig eine jährliche Wärmemenge von etwa 61 MWhtherm.

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4.1.2 Potenzialabschätzung

Grundlage für die Potenzialabschätzung für Photovoltaik und Solarthermie ist die Globalstrahlung, die innerhalb eines Jahres auf die Fläche von einem Quadratmeter der horizontalen Erdoberfläche trifft. Die Globalstrahlung setzt sich zusammen aus der direkten Sonneneinstrahlung und der diffusen Strahlung. Wie in Abb. 10 dargestellt, liegt die jährliche Summe der Globalstrahlung im Bereich von Oberhof etwa bei 1.000 kWh/m², während der Wert im Bereich um Erfurt bei etwa 1.015 kWh/m² liegt.

Abb. 10: Karte der jährlichen Globalstrahlung im Mittel der Jahre 1981-2000 (Datenquelle: DWD, Kartengrundlage: TLVermGeo Da die Globalstrahlung für eine horizontale Fläche bestimmt wird, auf die die Einstrahlung je nach Sonnenstand mit einem gewissen Winkel auftrifft, PV-Anlagen aber in der Regel durch ihre Neigung den Winkel deutlich verkleinern, erhöht sich die Einstrahlung um ca. 5%. Ein Abschlag von 10% muss für die gegenüber dem Tiefland länger andauernde Schneebedeckung angesetzt werden. Dieser Betrag ergibt sich aus dem Vergleich tatsächlich erzeugter Strommengen von Anlagen im Kammbereich des Thüringer Waldes mit Anlagen im Tiefland (Stadtgebiet von Erfurt). Dazu wurden anhand der EEG-Veröffentlichungen der Netzbetreiber die tatsächlichen Jahreserträge von PV-

Anlagen verglichen (siehe Abb. 11. Demnach lag der Jahresertrag, bezogen auf Kilowattpeak bei den Anlagen am Kamm des Thüringer Waldes im Mittel der Jahre 2008 bis 2011 etwa 10% unter den

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Erträgen der Erfurter Anlagen. Weiterhin ist ersichtlich, dass es zwischen den einzelnen Jahren erhebliche Abweichungen gibt, so lag die erzeugte Strommenge im Jahr 2011 auf Grund der allgemein höheren Einstrahlung in diesem Jahr etwa 10% über dem Wert der Vorjahre.

1200

1000

800

600

kWh/kWpeak 400

200

0 2008 2009 2010 2011

Erfurt Neuhaus am Rennweg Schmiedefeld am Rennsteig Neustadt am Rennsteig

Abb. 11: Vergleich der Jahreserträge von PV-Anlagen am Kamm des Thüringer Waldes und Erfurt (Datenquelle: 50Hertz) Für die Potenzialabschätzung Photovoltaik ergibt entsprechend der oben dargestellten Rahmenbedingungen ein Wert von 88,83 kWh/m²a (vgl. Tab. 11). Der Stromertrag pro kWp liegt etwa im Bereich der tatsächlich von Anlagen am Kamm des Thüringer Waldes erzielten Werte (ca. 700kWh/akWp, (vgl. Abb. 9).

Globalstrahlung (horizontale Fläche) 1000 kWh/m²a

Zuschlag für günstigere Ausrichtung von PV-Anlagen 5 %

Abschlag für häufigere Schneebedeckung -10 % durchschnittlicher Wirkungsgrad PV-Module 10 % durchschnittlicher Wirkungsgrad Wechselrichter 94 % durchschnittlicher jährlicher Stromertrag pro m² Modulfläche 88,83 kWh/m²a durchschnittlicher jährlicher Stromertrag pro kWp 710,64 kWh/a

Tab. 11: Berechnungsgrundlagen für die Potenzialabschätzung Photovoltaik in Oberhof

Für die Solarthermie wurde ein Ertrag von 300 kWhtherm pro Quadratmeter Kollektorfläche und Jahr zu Grunde gelegt. Dies ist wie im Fall der Photovoltaik etwa 10% weniger als bei Anlagen im

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Thüringer Becken. Es wurde davon ausgegangen, dass im Wesentlichen Flachkollektoren eingesetzt werden. Zum Vergleich: Die bereits bestehende Solarthermie-Anlage im Sportgymnasium liefert nach ersten Messungen etwa 308 kWhtherm/m²a.

Die Ermittlung der für die PV-und ST-Nutzung zur Verfügung stehenden Dachflächen in Oberhof erfolgte über die Gebäudegrundrisse, die aus der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) abgeleitet wurden. Einbezogen wurden dabei alle Haupt- und Nebengebäude > 10 m². Über die Grundfläche der Gebäude kann durch die Ableitung von entsprechenden Faktoren näherungsweise auf die solar nutzbare Dachfläche geschlossen werden. In den vergangen Jahren wurden in der Bundesrepublik zahlreiche Solarkataster erstellt. Hier erfolgte die Ermittlung der geeigneten Dachflächen durch Airborne Laserscanning (ALS). Nach diesen Studien sind je nach Dachstruktur etwa 25-38 % der Dachflächen einer Kommune tatsächlich für eine solare Nutzung geeignet, wobei die Dachflächen je nach Anteil Satteldächern und Flachdächern noch um einen geringen Faktor größer sind als die Gebäudegrundflächen.

Für Oberhof wurden die Faktoren sowohl in Anlehnung an die oben genannten Richtwerte, als auch durch direkte Ermittlung des Anteils an geeigneten Dachflächen aus hochauflösenden Luftbildern abgeleitet. Dazu wurde das Stadtgebiet in 13 Teilgebiete unterteilt, die jeweils eine unterschiedliche, charakteristische Dachstruktur aufweisen. Eine Übersicht über die Lage der Teilgebiete ist in Abb. 12 dargestellt.

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Abb. 12: Teilgebiete für die Ermittlung des Photovoltaik- und Solarthermie-Potenzials In Tab. 12 sind die gewählten Faktoren für jedes der 13 Teilgebiete dargestellt. Sie liegen zwischen 15 % und 36 % der jeweiligen Gebäudegrundfläche. Besonders niedrige Faktoren wurden beispielsweise für die Teilgebiete 1 und 2 mit der für Oberhof typischen Villenarchitektur mit Baualtern um das Jahr 1900 ermittelt. Diese Gebäude weisen sehr heterogene Dachstrukturen mit vielen Gauben und anderen Formen auf, so dass hier nur sehr wenige Flächen für die Energiegewinnung zur Verfügung stehen. Weiterhin können hier aus Gründen des Denkmalschutzes nicht alle Dächer genutzt werden. Ein Beispiel dafür ist das Hotel „Panorama“, dessen Dachflächen daher nicht mit in die Potenzialermittlung einflossen.

Höhere Faktoren wurden für die Teilgebiete 7 und 10 mit überwiegender Blockbebauung ermittelt. In Schmiedefeld am Rennsteig befinden sich beispielsweise in der Schmückestraße auf drei ähnlichen Wohnblöcken PV-Anlagen mit einer installierten Leistung von zusammen knapp 150 kW, die seit 2011 Strom ins Netz einspeisen.

Das Teilgebiet 11 besteht aus den Gebäuden des Oberhofer Sportgymnasiums. Hier befindet sich auf dem Dach des Internates seit Sommer 2011 bereits eine PV-Anlage mit 76 kW Leistung. Dennoch verbleibt auf den Dächern der anderen Gebäude noch weiteres Potenzial zur Errichtung von PV-Anlagen.

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Besonders sinnvoll ist die Nutzung von Strom aus Photovoltaik im Fall der Skihalle (Teilgebiet 13). Hier fällt die Zeit des höchsten Leistungsbedarfs im Sommer mit der Zeit der höchsten Stromproduktion zeitlich zusammen. Daher wurde diesbezüglich Kontakt zum technischen Leiter der Halle aufgenommen. Dabei ergab sich, dass es bereits Pläne gibt, im Innenhof der Westschleife eine PV-Anlage mit 262 kWpeak mit ca. 1770 m² Modulfläche zu errichten. Damit könnte in Zeiten hoher Einstrahlung die Last von ca. 330 kW zumindest anteilig aus regenerativen Quellen gedeckt werden. Eine Nutzung des Daches selbst ist aus garantierechtlichen Gründen derzeit nicht möglich. Daher wurde im Fall der Skihalle nicht deren Dachfläche, sondern die nutzbare Fläche des Innenhofes der Westschleife in die Potenzialermittlung einbezogen.

Die Aufteilung der potenziell geeigneten Dachflächen in eine Belegung mit Photovoltaik-Modulen oder Solarthermie-Kollektoren erfolgte für jedes Teilgebiet in Abhängigkeit des Wärmebedarfs. Im Gegensatz zur Photovoltaik sollte eine Solarthermie-Anlage auf einem Hausdach aus wirtschaftlichen Gründen eine bestimmte Größe nicht überschreiten. Bei zu großen Anlagen kann im Sommer die anfallende Wärme nicht genutzt werden. Sie werden deshalb in der Regel so dimensioniert, dass 60% des Warmwasserbedarfs des Gebäudes gedeckt werden kann. Dies entspricht einer Kollektorfläche von 1m² bis 1,5m² pro Person. In Oberhof kann dieser Wert etwas höher angesetzt werden, da beispielsweise in Hotels, Restaurants und Pensionen in der Küche höherer Bedarf an Warmwasser besteht. In Teilgebieten mit Gastgewerbe wurden daher in der Regel 20 % der geeigneten Dachflächen für Solarthermie vorgesehen.

Wie in Tab. 12 dargestellt, beträgt die Summe der Gebäudegrundfläche in Oberhof etwa 124.500 m². Davon sind, ausgehend von den ermittelten Faktoren und übertragen auf die Dachfläche, etwa 25.000 m² für eine Belegung mit PV- oder ST-Modulen geeignet. Entsprechend des gewählten Verhältnisses zwischen PV und ST stehen etwas mehr als 21.000 m² für Photovoltaik und ca. 3.900 m² für Solarthermie zur Verfügung. Im Fall der Photovoltaik ergeben sich daraus bei angenommenen 8 m² pro kWpeak etwa 2.647 kWpeak. Werden diese Flächen entsprechend der oben dargestellten Methodik in Energieerträge umgerechnet, ergeben sich ca. 1.881,5 MWh Strom aus Photovoltaik und 1.160,5 MWh Wärmeenergie aus Solarthermie.

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Potential Potential Gebäude- geeignete Fläche Fläche Beschreibung des Anteil Anteil Solarenergie Solarenergie Nr. Faktor grund- Dachfläche für PV für ST Teilgebietes PV ST aus PV aus ST fläche (m²) (m²) (m²) (m²) (kWh/a)* (kWh/a)* meist Einzelgebäude, teilweise Villenarchitektur mit heterogen Dachstrukturen, häufige 1 0,15 14.845 2226,8 0,8 0,2 1.781 445 158.242 133.605 Nord-Südorientierung der Giebel, denkmalgeschütztes Panorama-Hotel nicht enthalten Einzelgebäude, Reihenhäuser, recht heterogene Dachstrukturen, 2 0,17 8.655 1.471,4 0,8 0,2 1.177 294 104.561 88.282 Orientierung gleichverteilt, Neubauten mit homogenen Dachstrukturen Reihenbebauung, (Nord-Süd orientierte Giebel) 3 Einzelbebauung sowie ein 0,22 7.680 1.689,6 0,8 0,2 1.352 338 120.069 101.375 ideal orientierter Mehrgeschosser Ortszentrum, Einzelgebäude und Reihenbebauung, 4 teilweise Villenarchitektur 0,16 14.767,37 2.362,8 0,8 0,2 1.890 473 167.909 141.767 mit heterogen Dachstrukturen

5 Rennsteigtherme 0 3.361 0,0 0 0 0 0 0 0

meist Einzelgebäude, recht 6 heterogene Dachstrukturen, 0,21 8.327 1748,7 0,8 0,2 1.399 350 124.273 104.925 Dreifelderhalle Blockbebauung mit homogenen, gut orientierten 7 0,35 3.392 1.187,2 1 0 1.187 0 105.456 0 Dachstrukturen, einige Einzelgebäude überwiegend Einzelgebäude mit vergleichsweise 8 homogener Dachstruktur, 0,22 15.925 3.503,4 0,8 0,2 2.803 701 248.966 210.204 Blockbebauung mit Nord- Süd-Orientierung überwiegend Einzelgebäude, 9 eine Blockbebauung mit sehr 0,24 6.892 1.654,0 0,8 0,2 1.323 331 117.543 99.242 guter Orientierung ausschließlich Blockbebauung mit 10 homogenen, gut orientierten 0,36 5.663 2038,6 1 0 2.039 0 181.088 0 Dachstrukturen, einige Einzelgebäude, Kirche 11 Sportgymnasium 0,25 5.471 1.367,7 1 0 1.368 0 121.496 0 Garagen, Gewerbehalle mit 12 0,18 6.185 1.113,4 1 0 1.113 0 98.899 0 Flachdächern, Pension Gebäude im Außenbereich, überwiegend Einzelgebäude, 13 0,2 23.432 4.686,4 0,8 0,2 3.749 937 333.034 281.184 Skihalle entfernt, Innenhof enthalten Summe 124.595 25.049,93 21.181 3.869 1.881.536 1.160.585 in 1.881,5 1.160,6 MWh/a Tab. 12: Übersicht über die Teilgebiete und deren Photovoltaik- und Solarthermie-Potenzial

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4.1.3 Freiflächenpotenzial

Die Flächennutzung innerhalb der Gemarkung von Oberhof ist geprägt durch einen sehr hohen Waldanteil, Sportanlagen sowie bebaute Flächen. Weitere potenziell geeignete Freiflächen für PV- Anlagen stehen daher praktisch nicht zur Verfügung. Eine Möglichkeit der Doppelnutzung von Flächen ergäbe sich durch die Überdachung von größeren Parkflächen mit PV-Modulen. Gerade in einer Stadt wie Oberhof mit einer sehr hohen Zahl an Tagestouristen müssen viele Parkflächen vorgehalten werden, aus denen sich ein hohes PV-Potenzial ergibt.

Anhand des Flächennutzungsplanes wurden innerhalb der Gemarkung von Oberhof Parkflächen ausgewählt. Auf der Grundlage von Luftbildern wurden im GIS die für eine Überdachung geeigneten Flächen digitalisiert. Dabei handelt es sich um die jeweils nutzbaren Parkflächen, nicht aber die Flächen für Zu- und Abfahrt. In Abb. 11 ist dies beispielhaft anhand der Parkplatzfläche an der Rennsteigtherme dargestellt. Für die Abschätzung des PV-Potenzials wurde abweichend von den Dachflächen ein um 5 % niedrigerer Energieertrag (84,4 kWh/m²a) gewählt, da die Module bei PV-Parkplatzüberdachungen in der Regel flach montiert werden, während bei Dächern oftmals eine geneigte, südexponierte Montage möglich ist. In Tab. 13 sind die jeweiligen Parkflächen und die daraus resultierenden PV-Potenziale dargestellt. Demnach lassen sich pro Jahr auf überdachten Parkplätzen in Oberhof etwa 1,1 Mio. kWh Strom erzeugen, was immerhin etwa 59 % des Dachflächenpotenzials darstellt.

Wie auch bei den Dachflächen ist bei einer möglichen Errichtung von Parkplatzüberdachungen die vergleichsweise hohe Schneelast zu berücksichtigen. Bei einigen Parkplätzen sind Verschattungen durch Bäume im Randbereich zu beachten.

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Abb. 13: Beispiel für die Überdachung von Parkplätzen (Parkplatz Rennsteigtherme)

mit PV-Modulen Potential Nummer Bezeichnung der Parkfläche belegbare Solarenergie aus PV überdachte Fläche

1 Im Gründle / L3247 1.985 m² 167.534 kWh/a

2 Parkplatz Rennsteigtherme 1.320 m² 111.408 kWh/a

3 Parkplätze am Panorama-Hotel 3.401 m² 287.044 kWh/a

4 Wohnmobilparkplatz Zellaer Straße 1.780 m² 150.232 kWh/a

5 Parkplatz am Rondell 2.158 m² 182.135 kWh/a

6 Parkplatz Grenzadler 2.466 m² 208.130 kWh/a

Summe 13.110 m² 1.106.484 kWh/a

Tab. 13: PV-Freiflächenpotenzial auf Parkplatzüberdachungen in Oberhof

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4.1.4 Zusatzpotenzial

Das zusätzliche Potenzial für Photovoltaik und Solarthermie ist definiert als die Differenz zwischen dem Gesamtpotenzial und dem gegenwärtigen Bestand an Solaranlagen. Da in Oberhof sowohl für PV als auch für ST die Bestände nur sehr gering sind, entsprechen die Zusatzpotenziale annähernd den Gesamtpotenzialen. Wie in Tab. 14 dargestellt, lassen sich in Oberhof auf Dach- und Freiflächen mit Photovoltaik pro Jahr etwa 2.988 MWh Strom erzeugen. Von diesem Gesamtpotenzial werden bisher (Dezember 2012) etwa 2 % genutzt.

Aus Solarthermie auf Dachflächen lassen sich in Oberhof etwa 1.160 MWh thermische Energie erzeugen, wovon bisher ca. 5,25 % genutzt werden.

4.1.5 Fazit

Das Potenzial für Photovoltaik und Solarthermie wurde anhand der Globalstrahlung ermittelt. Es zeigte sich, dass diese in der Jahressumme in Oberhof mit ca. 1.000 kWh/m² nicht viel geringer ist als beispielsweise in Erfurt, wo er bei etwa 1.015 kWh/m² liegt. Unter Einbeziehung von Parametern wie Modul- und Wechselrichterwirkungsgrad sowie die längere Schneebedeckung von Modulen wurde ein durchschnittlicher jährlicher Stromertrag pro kWp von 710,6 kWh/a abgeleitet.

Für Solarthermie ergab sich analog dazu ein Ertrag von 300 kWhtherm pro Quadratmeter Kollektorfläche und Jahr. Die Abschätzung des technischen Potenzials erfolgte anhand der Gebäudegrundfläche, von der näherungsweise auf die Dachfläche geschlossen werden kann.

Daraus wurde in Abhängigkeit der jeweiligen Dachstruktur für verschiedene Teilgebiete Oberhofs ein Faktor abgeleitet der angibt, welcher Anteil der Dachfläche solar nutzbar ist. Für Oberhof liegt er zwischen 0,15 und 0,36. Daraus ergibt sich ein technisches Dachflächenpotenzial von 1.881,5 MWh Strom aus Photovoltaik und 1.160,5 MWh Wärmeenergie aus Solarthermie. Zusätzlich wurde das Freiflächenpotenzial auf Parkplatzüberdachungen untersucht. Hier wurde ein Potenzial von etwa 1,1 Mio. kWh Strom ermittelt, was immerhin etwa 59 % des Dachflächenpotenzials darstellt. Daraus ergibt sich ein technisches Gesamtpotenzial von 2.988 MWh/a. Davon werden (31.12.2012) bereits 56 MWh/a oder 1,87 % genutzt. Alle Angaben sind nochmals in Tab. 14 zusammengefasst.

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Potenzial Photovoltaik

Gesamtpotenzial PV (Dachflächen) 1.881,5 MWh/a

Gesamtpotenzial PV (Parkplatzüberdachungen) 1.106,5 MWh/a

Summe Gesamtpotenzial PV 2.988 MWh/a

Bestand (Dezember 2012) PV Dachflächen 56 MWh/a*

Zusatzpotenzial PV 2.932 MWh/a

vom Gesamtpotenzial bereits genutzt 1,87 %

Potenzial Solarthermie

Gesamtpotenzial ST 1.160,5 MWhtherm/a

Bestand (Dezember 2012) ST 60,9 MWhtherm/a

Zusatzpotenzial ST 1.099,6 MWhtherm/a

vom Gesamtpotenzial bereits genutzt 5,25 %

Tab. 14: Übersicht über Bestand und Potenziale zur solaren Energieerzeugung in Oberho

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4.2 Geothermie

4.2.1 Oberfächennahe Geothermie

4.2.1.1 Einführung

Der Begriff „Geothermie“ bezieht sich auf die Nutzung des (kontinuierlichen) Wärmestroms, der sich aus dem Erdinneren in Richtung der kälteren Erdoberfläche bewegt. In der Praxis wird dabei nur die Wärmeenergie aus dem obersten Teil der Erdkruste genutzt. Unter technischen Gesichtspunkten spricht man bei Bohrungen bis in Teufen von 400 m noch von oberflächennaher Geothermie, wobei in der Praxis für die Beheizung von Gebäuden sogar nur Bohrungen von bis zu 100 m zur Anwendung kommen.

In der vorliegenden Studie soll das technische Potenzial zur Wärmegewinnung mittels Erdwärmesonden aus dem oberflächennahen Untergrund untersucht werden. Luftwärmepumpen oder Bodenkollektoren sind nicht Gegenstand der Untersuchungen.

4.2.1.2 Geologische Situation

Die oberflächennahe geologische Situation im Bereich von Oberhof ist gekennzeichnet durch Sedimente des Rotliegend in Wechsellagerung mit Vulkaniten. Es handelt sich dabei überwiegend um Festgesteine, deren vergleichsweise homogener Aufbau zur Folge hat, dass das Untersuchungsgebiet aus hydrogeologischer Perspektive für das Niederbringen von Bohrungen gut geeignet ist. Nachteilig ist die im Vergleich zu Lockerersedimenten schwierigere Durchteufbarkeit dieser Gesteine.

4.2.1.3 Rechtliche Grundlagen

Das Niederbringen von Bohrungen für Erdwärmesonden mit einer Teufe von bis zu 100 m ist anzeigepflichtig, wenn diese „so tief in den Boden eindringen, dass sie unmittelbar oder mittelbar auf die Bewegung oder die Beschaffenheit des Grundwassers einwirken können“ (§ 50 Thüringer Wassergesetz), was bei diesen Bohrungen regelmäßig der Fall ist. Die für Oberhof zuständige Stelle ist die Untere Wasserbehörde des Landkreises Schmalkalden-Meiningen (Adresse: Landratsamt Schmalkalden-Meiningen, Untere Wasserbehörde, Obertshäuser Platz 1, 98617 Meiningen). In der Regel wird diese Bohranzeige aber von der beauftragten Bohrfirma übernommen. Tiefere Bohrungen sind darüber hinaus auch im Thüringer Landesbergamt in Gera anzuzeigen.

Etwa die Hälfte der Ortslage von Oberhof befindet sich in einem Wasserschutzgebiet der Schutzzone III und damit in einem aus wasserwirtschaftlicher Sicht ungünstigen Gebiet (erfordert Einzelfallentscheidungen). Die meisten Fließgewässer auf dem Stadtgebiet, die sich aber in der

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Regel nicht im besiedelten Gebiet befinden, sind Schutzzone II, in der Bohrungen für Erdwärmesonden generell unzulässig sind. (vgl. Abb. 15).

Aus technischer Sicht sind Erdwärmesonden zwar abgeschlossene Systeme, können aber innerhalb von wasserwirtschaftlich ungünstigen Gebieten durch die mögliche Verwendung wassergefährdender Stoffe und das Abteufen der Bohrung selbst ein potenzielles Risiko darstellen. In Wasserschutzgebieten Zone III sind sie daher nur eingeschränkt zulässig, weiterhin ist hier eine wasserrechtliche Erlaubnis entsprechend § 3 (2) Ziffer 2 Wasserhaushaltsgesetz notwendig. Demnach sind Benutzungen von Wasser auch „Maßnahmen, die geeignet sind, dauernd oder in einem nicht nur unerheblichen Ausmaß schädliche Veränderungen der physikalischen, chemischen oder biologischen Beschaffenheit des Wassers herbeizuführen.“

Die Untere Wasserbehörde prüft dann in Zusammenarbeit mit der Thüringer Landesanstalt für Geologie den jeweiligen Einzelfall. Es können dabei hinsichtlich der Bohrteufe, des Bohrverfahrens und des verwendeten Wärmeträgermittels entsprechende Auflagen gemacht werden. Allerdings kann es in Schutzzone III auch zu einer Untersagung des Vorhabens kommen, beispielsweise wenn die Bohrung unmittelbar den wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiter durchteuft oder bereits viele Bohrungen in diesem Gebiet realisiert sind.

Da die Schutzzone III kein generelles Ausschlusskriterium darstellt, werden im Rahmen dieser Potenzialstudie auch Bohrungen innerhalb dieses Gebietes zugelassen.

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Abb. 14: Übersicht über die Wasserschutzgebiete im Bereich Oberhof ISTZUSTAND von Oberhof

Nach den vorliegenden Informationen existieren in Oberhof in der Magnus-Poser-Straße gegenwärtig zwei Erdwärmebohrungen mit je 125 m Teufe. Bei 50 Watt Entzugsleistung pro Meter und 2400 Vollbenutzungsstunden ergibt sich daraus eine Jahresarbeit von 30 MWhtherm.

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4.2.1.4 Methodik und Ergebnisse

Aus wirtschaftlicher Perspektive sind Wärmepumpenheizungen nur in sehr gut gedämmten Gebäuden mit Flächenheizungen sinnvoll einzusetzen. In der Regel trifft dies vor allem für neu errichtete Gebäude zu. In der vorliegenden Studie wurde das technische Potenzial ermittelt, d. h. es wurden geeignete Flächen für das Niederbringen von Bohrungen in der Nähe von Gebäuden identifiziert. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass längerfristig auch Bestandsgebäude ausreichend gedämmt sein werden und im Zuge eines planmäßigen Heizungswechsels auch hier Wärmepumpen zum Einsatz kommen können.

Grundlage für die Abschätzung des technischen Potenzials sind die Grundrisse der Gebäude. Anhand der in den Katasterdaten enthaltenen Nutzungsart wurden Gebäude ausgeschlossen, die für die Nutzung oberflächennaher Geothermie ungeeignet sind oder die generell nicht beheizt werden (z. B. Wochenendhäuser, Werkstätten, Überdachungen, Garagen, Gebäude für Handel und Industrie). Sehr große Gebäude (Panorama-Hotel) und solche, die bereits über eine Wärmeversorgung aus weitgehend regenerativen Quellen verfügen (Sportgymnasium) wurden ebenso ausgeschlossen wie alle Gebäude mit einer Grundfläche < 45 m².

Um alle verbleibenden Gebäude wurde mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) ein regelmäßiges Raster der Bohransatzpunkte mit einem Abstand von 10 m gelegt. Die Punkte dürfen nicht näher als 2 m am Gebäude liegen und nicht weiter als 20 m entfernt sein. Bohrungen wurden weiterhin nicht auf Straßen, Fußwegen, Sportplätzen und anderen öffentlichen Flächen zugelassen. Bereiche wie Innenhöfe und Zufahrten wurden nicht ausgeschlossen, da nach dem gegenwärtigen Stand der Technik das Niederbringen von Bohrungen dort möglich ist. Da vor allem bei einzeln stehenden Gebäuden eine zu hohe Zahl an möglichen Bohrstellen entstehen kann, wurden in solchen Fällen auch Punkte manuell entfernt, bis je nach Grundfläche und Geschossigkeit pro Gebäude etwa 2-4 Bohrpunkte verblieben. In Abb. 15 ist beispielhaft für die Verteilung der Bohrungen im Stadtgebiet der Bereich Magnus-Poser-Straße / Am Schlossberg dargestellt.

Die Festlegung der Entzugsleistung folgte in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 4640,Blatt 2. Für Oberhof wurde ein Wert von 50 W/m (normaler Festgesteinsuntergrund) gewählt. Die Werte können durch die Gesteinsausbildung wie Klüftung, Schieferung und Verwitterung erheblich schwanken. Entsprechend der klimatischen Verhältnisse am Kamm des Thüringer Waldes wurde eine hohe Vollbetriebsstundenzahl von 2400 h gewählt. Alle weiteren Parameter sind in Tab. 15 dargestellt.

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Anzahl der möglichen Bohrpunkte 1.503 mittlere Teufe der Bohrungen 80 m

Entzugsleistung pro Bohrmeter nach VDI 4640 50 W

Vollbetriebsstunden pro Jahr 2.400 h technisches Potenzial 12.625 MWh technisches Potenzial pro Einwohner 8.417 kWh

Tab. 15: Parameter Potenzialabschätzung Geothermie

Abb. 15: Beispiel für mögliche Bohransatzpunkte für oberflächennahe Geothermie in Oberhof im Bereich Magnus-Poser- Straße / Am Schlossberg

4.2.2 Tiefengeothermie

4.2.2.1 Einleitung

Im Ergebnis der von JENA-GEOS® durchgeführten ThEGA-Studie zu den wirtschaftlichen Nutzungsoptionen der Tiefen Geothermie in Thüringen sowie eines von JENA-GEOS® erstellten Projektentwicklungsplanes der Tiefe Geothermie in Thüringen werden für den Standort Oberhof vorteilhafte Voraussetzungen für die Errichtung eines Kraftwerkes der Tiefen Geothermie abgeleitet (siehe Abb. 16).

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Die wahrscheinlich sehr gute gesteinsphysikalische Eignung im tiefen Untergrund des Standortes für eine Anwendung eines petrothermalen Systems deckt sich hier mit einem als ausreichend prognostiziertem Temperaturniveau im Reservoirhorizont. Damit sind für den Standort Oberhof – aus heutiger Sicht – günstige Voraussetzungen gegeben, ein elektrisches Geothermiekraftwerk mit Wärmeauskopplung zu planen und somit ein Modellprojekt für die Region zu schaffen. Die politischen Rahmenbedingungen für Geothermie sowie die Einspeisevergütung für Strom nach dem EEG haben sich seit 1. Januar 2012 deutlich verbessert.

Abb. 16: Natur- und wasserschutzrechtliche Restriktionen um Oberhof, Maßstab 1:100.000, Datengrundlage: Thüringer Landesverwaltungsamt. Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 48 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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4.2.2.2 Geologie

Allgemeine Geologie

Der Thüringer Wald wurde in mehreren Hebungsphasen während der Kreidezeit (vor 140 bis 65 Ma) und dem Tertiär (vor bis zu 40 Ma) als NW-SE-streichende Scholle zwischen zwei Verwerfungszonen bis zu 1.200 m herausgehoben. Sein innerer Aufbau offenbart somit eine komplizierte Erdgeschichte (WAGENBRETH & STEINER, 1990).

Der Thüringer Wald im geologischen Sinn gliedert sich von Nordwesten nach Südosten in die Eisenacher Mulde, den Ruhlaer Sattel und die Oberhofer Mulde. Daran anschließend folgt das Gebiet des Thüringer Schiefergebirges mit dem Schwarzburger Sattel.

Der nordwestliche Thüringer Wald um Eisenach baut sich vor allem aus klastischen und untergeordnet bindigen, stark verfestigten Schichtfolgen (Konglomerate und Sandsteine) des Rotliegend auf. Sie werden nördlich wie auch südlich von einem Zechsteingürtel (oberes Perm, vor ca. 257 bis 251 Ma) begrenzt, der sich im Bereich der nördlichen und südlichen Thüringer Wald- Randstörung erstreckt. Am südlichen Rand des westlichen Thüringer Waldes streicht dieser bis in den Raum östlich von Schmalkalden breitflächig aus. Im Gebiet um Ruhla und Brotterode stehen Granite, Gneise und Glimmerschiefer an. Diese Gesteine sind metamorph überprägt, zählen zu den ältesten Gesteinseinheiten des Thüringer Waldes und sind Bestandsteil des Grundgebirges. Die Gesteine werden als Ruhlaer Kristallin zusammengefasst. Ihre Abtragungsprodukte füllen die Eisenacher Mulde und teilweise auch die Oberhofer Mulde.

Der südöstliche Thüringer Wald wird vorwiegend aus Eruptivgesteinen des Rotliegenden gebildet. Zur Oberhofer Eruptivserie zählen Rhyolithe und Tuffe, welche von Sedimenten des Rotliegenden umgeben sind. Die Gehrener Eruptivserie bildet den südöstlichsten Abschnitt des Thüringer Waldes an der Grenze zum Thüringer Schiefergebirge mit den metamorphen Gesteinsfolgen des Schwarzburger Sattels. Die Eruptivserie der Gehrener Schichten ist eher sedimentarm. Neben Rhyolithen sind auch größere Vorkommen von Porphyriten sowie explosiven und ignimbritischen Tuffen bekannt. Um den Raum Suhl/Zella-Mehlis tritt, begrenzt von zwei Verwerfungslinien, inselartig der Thüringer Hauptgranit (Suhler Granitkomplex) zu Tage. Weitere obertägig anstehende Vorkommen des Thüringer Hauptgranits befinden sich bei Stützerbach, Schmiedefeld-Vesser und im Kleinen Thüringer Wald.

Im Betrachtungsraum Oberhof überlagern die zuvor angesprochenen Vulkanite der Oberhof- Formation des Übergangsstockwerkes den Thüringer Hauptgranit aus dem Grundgebirgsstockwerk

Abb. 17). Nach BAUNACK & LIPPMANN (2002) ist der gesamte Granitkomplex, welcher den Reservoirhorizont darstellt, mit Klüften und Gängen unterschiedlicher Richtungen durchzogen und

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weist somit ein definiertes Trennflächengefüge auf. Gesteinsgänge bestehen aus jüngeren Vulkaniten des Rotliegenden. Als Kluftfüllungen und Kluftbeläge sind Vererzungen von Mangan und Hämatit zu nennen. Mineralgänge führen Quarz oder Kalzit.

Für den südwestlichen Teil von Thüringen besteht ein rezentes Spannungsfeld mit der größten

Horizontalspannung σH in NW-SE-Richtung. Somit sind NW-SE-gerichtete Strukturen (Störungen und Störungssysteme mit dementsprechendem Kluftinventar) für Fluide bevorzugt als offene Systeme zu betrachten. NE-SW-streichende Strukturen sind eher als geschlossene Systeme anzunehmen.

Wie zudem aus Abb. 17 hervorgeht, besteht die Möglichkeit, dass die Bohrdublette auf eine Störungszone trifft. Für die weitere Bewertung und Planung kann daher eine genauere geophysikalische Auswertung und Modellierung des Untergrundes und des Störungsverlaufes hilfreich sein.

Abb. 17: Geologischer Schnitt durch Südwest-Thüringen und einen Teil der Oberhofer Mulde. Die Schnittspur ist in Anlage 1 dargestellt.

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4.2.2.3 Strukturgeologie

Das Inventar an Störungszonen und Klüften spielt für die Nutzung der tiefen Erdwärme, bei der vorrangig das heiße Gestein durch eingeleitetes Oberflächenwasser genutzt werden soll, eine maßgebliche Rolle. Die Richtung der für petrothermale Verfahren nutzbaren natürlichen Kluftflächen ist für das Erschließungskonzept entscheidend.

Die Südwest-Randstörung des Thüringer Waldes ist Bestandteil der übergeordneten Fränkischen Linie, die von Nordwest nach Südost verläuft und von Thüringen bis in den Oberpfälzer Wald nachweisbar ist. Sie besitzt abschnittsweise variszische Vorzeichnungen, kommt aber erst spät- bis postvariszisch zur Ausprägung und kann mit der Oberkarbonisch/Unterpermischen Beckenentwicklung in Verbindung gebracht werden (Abb. 18). Sie resultiert aus einer überregionalen E-W-gerichteten Dehnungsphase, welche an der NW-SE-verlaufenden Fränkischen

Linie dextrale, transtensionale Bewegungen verursachte (ZEH & BRÄTZ, 2004).

Aus diesem Zusammenhang heraus beschreibt LÜTZNER (in SEIDEL, 2005) ein paläotektonisches Modell mit Anlage von pull-apart Beckenstrukturen (Absenkungsbereich, der an den Seiten von zwei staffelförmig angeordneten, sich überlappenden Blattverschiebungen und an den Enden von Abschiebungen begrenzt wird, welche die beiden Horizontalverwerfungen miteinander verbinden) im Zeitraum oberes Stefan (Karbon) bis tiefstes Rotliegend (Perm) im Thüringer Wald (Abb. 19).

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Abb. 18: 3D-Blockbilder zur vereinfachten visuellen Veranschaulichung der geologischen Entwicklung des Thüringer Waldes im Oberkarbon/Unterperm aus ZEH & BRÄTZ (2004). Mit der Vorprägung der Fränkischen Linie (a) und einer folgenden E- W-gerichteten Dehnungsphase

Abb. 19: Paläotektonisches Modell des pull-apart Beckens im Zeitraum oberes Stefan/ tiefstes Rotliegend im Thüringer Wald. I= Dehnungsachse im Zeitraum der Georgenthal-Formation; 1 = Verbreitung der Basissedimente der Georgenthal- Formation, 1 a = untere, 1 b = ob

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An Bedeutung gewinnt die Fränkische Linie wieder im späten Mesozoikum (130 Ma) (TANNER,

BEHRMANN, ONKEN & WEBER, 1998; PETEREK, 2001), wo sie im Zuge der SE- bis E-gerichteten Bewegung von Afrika reaktiviert wurde.

Die im Untersuchungsgebiet liegende Südwest-Randstörung des Thüringer Waldes ist eine steile Aufschiebung, die mit ca. 60° nach NE einfällt. Auf Basis der aktuellen Datenlage und durch Analogieschlüsse wird angenommen, dass diese erst bei ca. 10.000 m Teufe in eine flache Lagerung

übergeht (abgeleitet nach Ausführungen von BIEWALD (2008), WUNDERLICH et al. (1997)).

Die NW-SE-streichende Heidersbacher Störung grenzt das Granitgebiet von Suhl und Zella-Mehlis von der vorwiegend aus Sedimenten bestehenden Goldlauter-Formation nach NE ab. An diese Störungslinie sind mehrere Porphyrintrusionen gebunden, die ebenfalls links und rechts der Störung parallel zu dieser verlaufen. Hieraus ergibt sich eine Anlage der Störung zur Rotliegendzeit. Der Versatz zwischen Granit und nördlich gelegener Rotliegend-Sedimente beträgt vermutlich über 400 m. Ein etwas größerer Versatz liegt in östlicher Richtung vor, was mit dem erosiven Erhalt der stratigrafisch höher liegenden Oberhof-Formation begründet werden kann. Der nördliche Teil der

Heidersbacher Störung ist an einer ca. 45° nach NE-abtauchende Fläche abgeschoben. ANDREAS et al. (1998) beschreiben an der Störungsfläche mehrere Generationen an störungsbedingt überprägten Gesteinen, was auf mehrere reaktive Phasen hindeutet. Untersuchungen aus der „Machbarkeitsstudie Suhl“ zeigen weiterhin eine ausgeprägte Zerrüttungszone an Störungen, die für Fluide raumschaffend ist.

Die Abb. 19 zeigt in einem Blockbild den Zusammenhang zwischen den Hauptstörungssystemen im Raum Meiningen-Oberhof. Die Darstellung reicht bis 10.000 m in die Tiefe. Die Störungen fallen auf den ersten Kilometern alle zunächst noch steil nach NE ein, wobei sie sich nach oben hin auffiedern. Aus der aktuellen Datenlage der „Machbarkeitsstudie Suhl“ lässt sich ableiten, dass erst bei 10.000 m Tiefe die listrisch in die Tiefe verlaufenden Störungen in die Horizontale übergehen und somit eine größere Sockelüberschiebung bilden. Eine Beeinträchtigung des wirtschaftlich nutzbaren Teufenhorizontes ist somit nicht zu erwarten.

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4.2.2.4 Allgemeine Annahmen

Um die Nutzungsmöglichkeiten der Tiefen Geothermie für Oberhof zu untersuchen, werden drei Szenarien für jeweils unterschiedliche Technologien, Reservoirteufen und -temperaturen betrachtet. Die Szenarien unterscheiden sich in ihren Energieerträgen und finanztechnischen Rahmengrößen:

Szenario 1 – ORC-Kraftwerk

Szenario 2 – Kalina-Kraftwerk

Szenario 3 – Reine Wärmeproduktion

Damit die Szenarien vergleichbar sind, müssen wesentliche Parameter angeglichen werden. Die Berechnung der Kosten und Erlöse der ORC-Anlage sowie der reinen Wärmeproduktion wurden mit dem von Helmut Tenzer ( ) entwickelten JENA-GEOS®-GeothermieTool Version 3.4 berechnet. Als Grundlage für das Szenario des Kalina-Kraftwerkes dient eine Berechnungsvorlage von Fa. EXORKA (Quelle: Machbarkeitsstudie Suhl).

4.2.2.5 Geotechnische und technische Parameter

Ausgangspunkt der drei Szenarien ist eine Dublettenbohrung mit Multiriss-Stimulation und anschließender Fluidzirkulation im spröd-kristallinen Reservoirgestein des Thüringer Hauptgranits. Für die Bohrungen sind der geothermische Gradient und damit auch die Oberflächentemperatur des Standortes von Bedeutung. Beide Parameter können aus GeotIS (PESTER et al., 2007; SCHULZ et al., 2007) entnommen werden. Wie aus Abb. 20 hervorgeht, liegt die Durchschnittsbodentemperatur um Oberhof bei etwa 6°C.

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Abb. 20: Durchschnittliche Bodentemperaturen um Oberhof (Quelle: GeotIS) In Abb. 21 ist ein Vertikalschnitt mit eingezeichneten Temperaturverläufen im Untergrund dargestellt. Diese wurden anhand der Bohrung „Thüringen Süd 1“ und mit Hilfe von Bohrungen im Thüringer Becken berechnet. Der genaue Temperaturgradient kann daher nur abgeschätzt werden.

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Abb. 21: Vertikalschnitt mit Temperaturen durch Südthüringen. Die schwarze Linie im Schnitt markiert die Lage Oberhofs. (Quelle: GeotIS) Mit einer Bodentemperatur von 6°C und einer Temperatur von 70 C bei 2.800 m u. GOK ergibt sich ein Temperaturgradient von 2,3 K/100 m. Es wird angenommen, dass der Gradient in größeren Tiefen auf bis zu 3,3 K/100 m ansteigt.

Da die einzelnen Szenarien auf verschiedenen Berechnungsgrundlagen mit verschiedenen Parametern beruhen, ergeben sich nur wenige technische Annahmen, die gleichgesetzt werden können. Zum einen ist dies die Produktions- bzw. Zirkulationsrate mit 100 l/s. Zum anderen betrifft das die Volllaststunden, die ein Kraftwerk unter Abzug von Wartungs- und Reparaturarbeiten, produziert. In den nachfolgenden Szenarien werden 8200 h/a angenommen, dies entspricht etwa 93 % der jährlichen Gesamtvolllaststunden

4.2.2.6 Finanzielle Parameter

Wesentlich umfangreicher als die technischen/geotechnischen Parameter sind die finanziellen Parameter. Es werden hier daher nur kurz die wichtigsten Annahmen zusammengestellt. Es ist zu beachten, dass die Marktentwicklung, Strompreise, technische Fortschritte usw. mehr oder wenige großen Einfluss auf die aufgelisteten Parameter haben. Änderungen oder Schwankungen sollten

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daher in weiteren Betrachtungen bedacht und unter Umständen die nachfolgenden Finanzaufstellungen neu berechnet werden.

Für die Bohrungen kann man heute von etwa 2.300 €/Bohrmeter ausgehen. Die Vorfelduntersuchungen, Stimulationen, Überwachungen etc. belaufen sich auf rund 40 – 45 Mio. €. Genaue Aufstellungen sind in den nachfolgenden Punkten aufgelistet.

In allen drei Szenarien wird ein Wirtschaftszeitraum von 20 Jahren betrachtet. Innerhalb dieser Dauer werden auch alle Kredite getilgt. Der Fremdkapitalanteil beträgt dabei 60 %. Der Zinssatz ist mit 8 % hierfür angenommen, für den Eigenkapitalanteil 0 %. Zudem sind eine Inflation von 3 %, sowie Strompreiserhöhungen festgesetzt.

4.2.2.7 Technische Varianten durch tiefe Geothermie

Variante 1 – ORC-Kraftwerk

In der Variante mit der ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle) wird das Fluid in einer Teufe von 5.500 m u. GOK auf 159,1 °C erwärmt. Mit einer angenommenen Abkühlung von 4,5 K während des Aufstieges ergibt sich eine Produktionstemperatur mit 154,6 °C. Der Wirkungsgrad der ORC-Anlage beträgt 13,5 %. Bei einer Reservoirteufe mit 5.500 m und einer horizontalen Ablenkung von 1000 m ergeben sich ca. 6.000 m Bohrlänge je Bohrung. Die Temperaturspanne von 154,6 bis 70 °C (ΔT = 84,6 K) wird in der ORC-Anlage zur Stromgewinnung genutzt. Die „verbleibenden“ 20 K, 50 °C ist die Reinjektionstemperatur, dient zur Wärmeauskopplung.

Die dargestellten Werte (Anlage 8a und b) gelten unter der Annahme der „Guten Durchströmung“

(GD). Dies bedeutet, dass die erzeugten Rissabstände im Reservoir etwa 38 m betragen (JUNG &

SPERBER, 2009).

Die ORC-Anlage produziert voraussichtlich 32.149 MWhel Jahresstrommenge und eine

Gesamtwärmemenge von 20.064 MWhth. Unter Berücksichtigung der Kosten ergeben sich daraus etwa 0,285 €/kWhel an Gestehungskosten. Die Spitzenwärmelast beträgt, bei 2400 Volllaststunden und einem Preis von 0,03 €/kWh, 8,36 MWth.

Variante 2 – Kalina-Kraftwerk

Die Vorzüge eines Kalina-Kraftwerks liegen in dem sehr hohen Wirkungsgrad für die Stromgewinnung für Reservoirtemperaturen um ca. 130 °C. Nachteilig für die Strommenge ist die geringe nutzbare Spreizung, womit das Arbeitsfluid den Kalina-Kreisprozess mit ca. 110 °C bereits verlässt.

Mit den bisher zur Verfügung stehenden Daten werden in einer Teufe von rund 4,7 km, was 5,7 km Gesamtbohrlänge je Bohrung entspricht, ca. 133 °C erreicht. Die Auslauftemperatur der Kalina- Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 57 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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Anlage von 110 °C kann natürlich zur Wärmeauskopplung verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Vorgaben kann die Temperaturspanne zwischen 110 und 74 °C genutzt werden, um 15 MWth und eine nutzbare Temperatur von 70 °C zu erhalten. Sowohl die thermische Leistung als auch die nutzbare Temperatur könnte man noch durch Absenkung der Reinjektionstemperatur erhöhen. Die produzierte Wärme aus bzw. nach dem Kalina-Kreisprozess würde man zum Selbstkostenpreis erhalten und könnte je nach Bedarf geregelt werden.

Bei einer angenommenen Inflationsrate von 3 % und 23.948 MWh Jahresstromproduktion ergeben sich die Gestehungskosten für die Kalina-Anlage mit 0,281 €/kWhel (siehe Anlage 9a und b).

Variante 3 – Reine Wärmeproduktion

Für das Szenario der reinen Wärmeproduktion ändern sich einige Parameter. Das Fluid wird in 3.400 m auf fast 90 °C erwärmt. An der Oberfläche kann anschließend die Temperaturspanne zwischen 85 und 55 °C zur Wärmeauskopplung genutzt werden. Entscheidend bei dieser Variante ist zum einen, dass sowohl die laufenden als auch die eingesetzten Kosten wesentlich reduziert werden können und zum anderen, dass die benötigte Wärmemenge über den Volumen- /Massenstrom reguliert werden muss. In Abschnitt 4 ist der letzte Punkt ausführlicher dargestellt.

Aus den geotechnischen Angaben ergibt sich aus 2.700 Volllaststunden eine produzierte Jahreswärmemenge von 27.086 MWh. Damit die Anlage auch wirtschaftlich läuft, entstehen

Gestehungskosten mit 0,125 €/kWhth (Anlage 10).

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4.2.2.8 Fazit

Die Szenarien bieten unterschiedliche Möglichkeiten zur Energiegewinnung. In Tab. 16 sind die wichtigsten Kennwerte der einzelnen Möglichkeiten einander gegenübergestellt. Im Folgenden werden die Ergebnisse, die die verschiedenen Szenarien liefern, genauer diskutiert.

Szenario 1 - ORC- Szenario 2 - Kalina- Szenario 3 - Reine Parameter Anlage Anlage Wärmeproduktion

Reservoirteufe [m u. GOK] 5.500 4.700 3.400 erwartete Temperatur [°C] 151,0 - 159,1 127,0 - 132,7 88,0 - 89,8 Temperatur 58,3 variabel, hier 70 70 Wärmenetzauskopplung [°C] Jahresstrommenge 32.149 23.948 - [MWhel/a] Jahreswärmemenge 20.064 max. 123.394 Ø 27.086 [MWhth/a] (bei 2.400 h/a) (bei 8.200 h/a) (bei 2.700 h/a)

Spitzenlast Wärme [MWth] 8,36 15,05 15,03 Investitionskosten [Mio. €] 62,18 50,21 28,56 mittlere Betriebskosten [Mio. 1,37 3,00 0,37 €/a] Gestehungskosten Strom 0,285 0,281 - [€/kWh] (Investitions- und Gestehungskosten Wärme 0,03 Betriebskosten für 0,125 [€/kWh] Wärmeauskopplung) Tab. 16: Übersicht zu den wichtigsten Daten der einzelnen Szenarien Die ORC-Anlage liefert mit Abstand die höchste Gesamtstrommenge, besitzt allerdings auch die höchsten Gestehungskosten. In dieser Berechnung wurden allerdings die Erlöse aus der Wärmekopplung nicht mit berücksichtigt. In der Jahresaufstellung (Anlage 8b) sind die

Wärmeerlöse mit 0,03 €/kWhth angesetzt, eine Anpassung und die Einbindung in die Gestehungskosten könnten diese daher etwas senken. Ähnliches gilt auch für den Fall der Kalina- Anlage. Eine Wärmeauskopplung ist in diesem Beispiel nicht berücksichtigt, aber durch den Aufbau der Anlage gegeben. In Szenario 3 ist zu beachten, dass sich die Strompreise für den eingekauften Strom und auch die anderen Betriebskosten mit einer Steigerung von 3 % erhöhen, die Erlöse für die Wärmeproduktion jedoch nicht. In weiterführenden Betrachtungen sollten all diese Faktoren daher eventuell mit einbezogen und standortspezifisch angepasst werden.

In Szenario 3 steht die Annahme einer durchschnittlichen Leistung von 10 MWth. Für die Jahresbetrachtung und -versorgung sollte aber eine monatliche Betrachtung gemacht werden. Das bedeutet, im berechneten Fall entsprechen 10 MWth einem Volumenstrom von 80 l/s. Im Sommer kann die thermische Leistung zum Beispiel auf 5 MWth durch eine Halbierung des Volumenstromes gesenkt werden, da vermutlich der Bedarf an Wärme wesentlich geringer ist. Das gilt natürlich

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analog zum umgekehrten Fall. Im Winter kann die thermische Leistung, durch die Erhöhung des

Volumenstromes auf 120 l/s, auf 15 MWth erhöht werden.

Es ist außerdem zu beachten, dass in jedem der drei Fälle der Eigenkapitalanteil auf 40 % festgelegt wurde, die Summen, vor allem in Szenario 3, sich jedoch deutlich unterscheiden. Die Festlegung des eingesetzten Kapitalbetrages und die damit verbundene Anpassung der Anteile ergeben also auch andere Kosten und Preise.

Es ist zu empfehlen, dass zuerst eine standortspezifische Wahl für Oberhof und dessen „Bedürfnisse“ getroffen und anschließend eine genauere Betrachtung des gewählten Szenarios mit verschiedenen Parametern gemacht wird.

4.3 Wasserkraft

4.3.1 Naturräumliche Voraussetzungen

Die Stadt Oberhof befindet sich im Kammbereich des Thüringer Waldes in einer Höhe von ca. 800 m über NN. Die Summe der jährlichen Niederschläge ist mit etwa 1300 mm eine der höchsten im Freistaat Thüringen. Die Quellbäche einiger größerer Fließgewässer (Gera, Ohra) befinden sich zwar innerhalb der Gemarkung, weisen aber wegen der kurzen Lauflängen auf dem Gemeindegebiet nur sehr geringe Abflüsse auf. Eine Nutzung der Wasserkraft zur Stromerzeugung findet innerhalb der Gemarkung Oberhofs gegenwärtig nicht statt. Etwa vier Kilometer südlich der Ortslage befindet sich am Lubenbach eine historische Schmiede mit Antrieb des Hammers über ein Wasserrad, die gegenwärtig als technisches Museum genutzt wird. An der Ohratalsperre etwa 6 Kilometer nördlich der Ortslage existiert eine Wasserkraftanlage zur Stromerzeugung.

Innerhalb des Gemeindegebietes von Oberhof ist das Fließgewässer mit den größten Abflussmengen der Silbergraben (vgl.Abb. 22). Es handelt sich um einen Quellbach der Ohra, der westlich des Stadtgebietes in etwa 840 m NN im Bereich des NSG „Saukopfmoor“ entspringt. Der Silbergraben und alle weiteren Fließgewässer im Einzugsgebiet sind Wasserschutzgebiet Zone II. Entsprechend der Klassifikation der Bund-Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) handelt es sich um einen grobmaterialreichen, silikatischen Mittelgebirgsbach mit hoher ökologischer Wertigkeit.

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Abb. 22: Silbergraben zwischen Einmündung Eimerbach und Stadtgrenze (Photo: ThINK-GmbH) Nach dem Verlassen des Stadtgebietes von Oberhof mündet der Silbergraben in die Ohratalsperre. Diese wird zur Gewinnung von Trinkwasser genutzt. Über eine Fernwasserleitung wird ein so Teil des Trinkwasserbedarfs der Städte Erfurt, Weimar und Jena gedeckt. Im Bereich der Staumauer befindet sich eine Wasserkraftanlage mit einer installierten Leistung von 400 kW. Zum Schutz der Talsperre vor Verunreinigungen ist der gesamte Verlauf des Silbergrabens mit allen Fließgewässern im Einzugsgebiet Trinkwasserschutzgebiet Zone II. Das Einzugsgebiet außerhalb des Gewässerlaufes ist Zone III (vgl. Abb. 23).

4.3.2 Fazit

Für eine wirtschaftliche Nutzung der Wasserkraft muss das Fließgewässer genügend Abfluss aufweisen. Zwischen Einmündung des Eimerbachs bis zum Verlassen des Stadtgebietes (vgl. Abb. 23) weist der Silbergraben einen mittleren Abfluss von ca. ca. 0,4 m³/s auf. Davon muss entsprechend § 33 Wasserhaushaltsgesetz noch eine Mindestwassermenge im Gewässer verbleiben, um die Durchgängigkeit dieses Ökosystems zu gewährleisten. Die genaue Menge ist vom jeweiligen Gewässer abhängig, sollte aber in der Regel nicht kleiner als ein Drittel sein. Bei einer beispielhaft angenommenen Fallhöhe von 1,5 m und einem Durchfluss von 0,26 m³/s (2/3 des mittleren Abflusses) ließe sich im Silbergraben eine Anlage mit ca. 2,4 kW Leistung installieren.

Für eine tatsächliche Nutzung dieses Potenzials müsste zunächst eine neue Anstauung errichtet und Wasserrecht erlangt werden. Dies erscheint vor dem Hintergrund der strengen Vorgaben der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie und der Lage in einem Wasserschutzgebiet Zone II sehr unwahrscheinlich. Der zu erwartende Energieertrag würde einen Eingriff in das intakte Ökosystem des Mittelgebirgsbaches nicht rechtfertigen. Eine Nutzung der Wasserkraft kann daher im Bereich des Silbergrabens nicht empfohlen werden.

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Abb. 23: Einzugsgebiet des Silbergrabens nordwestlich von Oberhof Eine bereits bestehende Querverbauung befindet sich im Pfanntal etwa 300 m nördlich des Bahnhofes von Oberhof. Hier wurde vermutlich zur Bereitstellung von Wasser für Dampflokomotiven im Rahmen des Baus des Brandleitetunnels am Ende des 19. Jahrhunderts ein Teich mit ca. 30 m Durchmesser aufgestaut. In der Mitte des Dammes befindet sich ein Überlauf, über den das Wasser mit einem Gefälle von ca. 30 Grad abläuft. Der hier verlaufende Bach befindet sich nicht in einem Wasserschutzgebiet, im Pfanntal verläuft laut Flächennutzungsplan eine unterirdische Elektroleitung. Allerdings ist der Abfluss mit ca. 30-50 l/s zu gering und lässt den wirtschaftlichen Betrieb einer Wasserkraftanlage gegenwärtig nicht zu.

Eine Stromerzeugung durch Wasserkraft innerhalb der Gemarkung von Oberhof kann insgesamt nicht empfohlen werden.

4.4 Biomasse

4.4.1 Bestandsanalyse

Die Analyse des Bestandes an Anlagen zur Energiegewinnung aus Biomasse wurde anhand von Daten des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Stand: 10/2012) und der Schornsteinfeger-Innung Thüringen (Stand: 12/2012) durchgeführt. Dabei zeigte sich eine nur

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geringe Bandbreite von Bioenergieanlagen in Hinsicht auf die genutzten Technologien, verwendete Einsatzstoffe und installierte thermische und elektrische Leistungen. In die Anlagenklasse bis 100 kW fallen hauptsächlich Heizungsanlagen und Einzelfeuerstätten. Diese werden mit Pellets, Holzhackschnitzeln oder Scheitholz betrieben. Die Auswertung des bundesweiten Marktanreizprogramms (MAP, Programmtitel Biomassekessel) des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle ergab für den PLZ-Bereich 98559 für den Zeitraum Januar 2001 bis

Oktober 2012 nur fünf geförderte Neuanlagen mit insgesamt 104,4 kWtherm Leistung. In Anbetracht der Tatsache, dass die Stadt Oberhof nur 53 % der Fläche bzw. 70 % der Einwohner des PLZ- Bereiches stellt, kann man statistisch davon ausgehen, dass näherungsweise 60 % der Anlagen (drei

Anlagen mit 63 kWtherm) innerhalb der Gemarkung Oberhofs zu finden sind. Der Grund für die geringe Anzahl an Neuanlagen dürfte der nicht förderfähige Altbestand in der Stadt sein. Angaben zum Gesamtbestand liegen bei den Schornsteinfegermeistern der Kehrbezirke bzw. der Schornsteinfeger-Innung Thüringen vor. Diese zeigen für Festbrennstoffe einen Bestand von 117 Anlagen in der Klasse bis 100 kW Leistung. Unter der Annahme, dass Kohle nur eine untergeordnete Rolle in Oberhof spielt, wurden 90 % der Anlagen und ihrer Leistung der Holznutzung zugerechnet. Die Anlagenleistungen wurden unter Verwendung mittlerer bundesdeutscher Vollbenutzungsstunden und einem Faktor zur Korrektur der Heizgradtage für Oberhof (1,26) in Jahresarbeit umgerechnet (UBA 2008, TLUG 2003). Diese beläuft sich in der

Anlagenklasse bis 100 kWtherm auf 1.304 MWh. In der Anlagenklasse größer 100 kW existiert auf dem Stadtgebiet Oberhof derzeit nur eine Anlage. Es handelt sich dabei um den Holzhackschnitzel-Kessel des Sportgymnasiums. Dieser wurde im Zuge der Modernisierung der Schulgebäude im Heizhaus installiert. Die thermische Leistung des Kessels beträgt 410 kW, die erzeugte Wärme etwa 1.800 MWh pro Jahr (2007). Weiterhin werden ein Erdgaskessel (290 kWtherm) und eine solarthermische Anlage genutzt um den Wärmebedarf des Sportgymnasiums zu decken (TMBLM 2008). Installierte Installierte Bereitgestellte Bereitgestellte elektrische thermische Anlagenklasse Anlagenzahl Endenergie Endenergie Leistung Leistung [MWh/a] [kWh/Ew]* [kW] [kW]

Bis 100 kW 117 - 1.360 1.304 854

Größer 100 kW 1 - 410 1.800 1.180

Summe 118 - 1.770 3.104 2.034

Tab. 17: Bestand an Anlagen zur Gewinnung von Energie auf Basis von Biomasse in der Stadt Oberhof. (* Entsprechend Einwohnerstand von 1.527 am 31.12.2011)

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4.4.2 Potenzialabschätzung

Die Potenzialanalyse für die Stadt Oberhof betrachtet diejenigen Potenziale an Biomasse, die innerhalb des Gemeindegebietes entstehen. Es ist zu mehr als 90 % von Wald bedeckt; weiterhin werden einige Flächen als Grünland genutzt, Ackerflächen existieren nicht. Entsprechend wurden Analysen der Teilpotenziale Wald und Grünland durchgeführt. Hinzu kommt das Teilpotenzial Grün- und Bioabfälle.

Wie in Tab. 17 dargestellt, befindet sich der überwiegende Teil des Waldes im Forstamt Oberhof in Landeseigentum. Die Kommunen verfügen demgegenüber nur über ca. 5,5 % der Waldflächen. Die vom Forstamt Oberhof bewirtschaftete Fläche umfasst aber neben Oberhof auch Teile anderer Gemeinden.

Eigentumsform Fläche in ha Anteil in %

Landeswald 14.457 86,49

Privatwald 1.240 7,42

Körperschaftswald (Kommune) 947 5,67

Bundeswald 71 0,42

Summe 16.715 100

Tab. 18: Eigentumsformen im Forstamt Oberhof Das energetisch größte Teilpotenzial der Bioenergie stellt in Oberhof der Wald dar. Die Waldfläche des Gemeindegebietes ist mit 2.146 ha bzw. 92 % Flächenanteil die dominierende Landnutzung in Oberhof. Nach Rücksprache mit dem Forstamt Oberhof stellt sich die Situation im Revier Oberhof wie folgt dar: Der jährliche laufende Holzzuwachs beträgt 8,5 Efm/ha*a (Erntefestmeter je Hektar und Jahr). Davon stehen 6,3 Efm/ha als mittlere jährliche Nutzungsmenge (Hiebsatz) unter Einhaltung einer nachhaltigen Forstwirtschaft zur Verfügung. Würde diese gesamte Menge einer energetischen Nutzung zur Wärmegewinnung (z. B. über Pellets in Heizungsanlagen) zugeführt, ergäbe sich eine Jahresarbeit von 20.758 MWh bzw. 13.594 kWh/Ew. In der Praxis werden vermutlich große Mengen des geernteten Holzes einer stofflichen Nutzung in der Holz- und Papierindustrie zugeführt. Wie groß dieser Anteil ist, variiert in Abhängigkeit der zentral ausgehandelten Lieferverträge und kann an dieser Stelle nicht beziffert werden. Die aktuelle jährliche Menge, die als so genanntes nicht verwertbares Nadelderbholz an Privatpersonen oder gewerblich als Hackerholz abgegeben wird, beträgt nach Auskunft des Forstamtes Oberhof nur ca. 2-3 % des jährlichen Hiebsatzes. Die davon in Oberhof direkt eingesetzte Menge liegt unter 0,1 %.

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Ein weiteres Teilpotenzial stellt das Grünland dar. Die Stadt Oberhof verfügt über 47 ha Grünland dessen Aufwuchs energetisch genutzt werden kann. Da die Stadt über keine Agrarbetriebe mit Viehhaltung verfügt, könnte das Potenzial des geernteten Heus zu 100 % energetisch verwertet werden. In der Regel wird der Aufwuchs als Grassilage zusammen mit Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen eingesetzt. Da die Stadt Oberhof über keine Biogasanlage verfügt, wurde in diesem Fall von einer Verbrennung des getrockneten Erntegutes zur energetischen Verwertung ausgegangen. Diese kann jedoch mit Schwierigkeiten in Bezug auf Emissionsgrenzwerte verbunden sein und setzt geeignete Heizungsanlagen voraus. Unter den genannten Bedingungen könnte die Biomasse des Grünlandes ein Bioenergiepotenzial von 499 MWh bzw. 327 kWh/Ew pro Jahr darstellen.

Als letztes Teilpotenzial wurden Grün- und Bioabfälle betrachtet. In der Praxis fallen unter diese Kategorie Bioabfälle (über Biotonne), Küchen- und Kantinenabfälle sowie Grünabfälle (inkl. Garten- und Parkabfälle). Mangels Datengrundlage auf kommunaler Ebene wurden gemittelte Werte des Landkreises Schmalkalden-Meiningen genutzt. Hiernach fallen pro Einwohner des Landkreises jährlich 65 kg Grünabfälle und 5 kg Küchen- und Kantinenabfälle an (TMLFUN 2012). Für die energetische Verwertung ergibt sich eine Wärmegewinnung durch Verbrennung (Grünabfälle) und eine Kraft-Wärme-Kopplung durch Vergärung zu Biogas (Küchenabfälle). Da auf dem Stadtgebiet Oberhof keine Biogasanlage existiert, wird das Energiepotenzial der Küchenabfälle folglich nicht endogen zur Verfügung stehen. Da es jedoch sehr gering ausfällt, beeinflusst dies das Gesamtpotenzial nur marginal. Die energetische Nutzung der Grün- und Bioabfälle könnte jährlich 147 MWh bzw. 97 kWh/Ew zur Bilanz beisteuern. Allerdings ist die Nutzung dieses Potenzials mit gewissen verfahrensrechtlichen Schwierigkeiten belegt, da die Entsorgung der privaten Abfälle in der Zuständigkeit des Landkreises liegt, die Abfuhr der gewerblichen Abfälle dagegen Angelegenheit der Kommune ist.

4.4.3 Fazit

In der Zusammenschau ergibt sich für die Stadt Oberhof das in Tabelle 9 dargestellte endogene bioenergetische Potenzial. Bei Ausschöpfung aller Teilpotenziale ständen der Stadt Oberhof jährlich 21.404 MWh Endenergie zur Verfügung. Unter Abzug des derzeitigen Nutzungsstandes von 3.104 MWh pro Jahr verblieben 18.300 MWh als zusätzliches bioenergetisches Potenzial. Einschränkend bleibt nochmals anzumerken, dass nicht das gesamte geerntete Holz einer energetischen Nutzung zur Verfügung steht wird. Allerdings würde nur ein geringer Teil des Potenzials benötigt, um den derzeitigen Anlagenstand mit Bioenergieträgern zu versorgen, was erreichbar sein dürfte.

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Jährliches Energiepotenzial (Endenergie) Teilpotenzial [MWh] [kWh/Ew]*

Grün- und Bioabfälle 147 97 Grünland 499 327 Wald 20.758 13.594 Summe 21.405 14.017 Tab. 19:Bioenergetische Potenziale in der Stadt Oberhof (Entsprechend Einwohnerstand von 1.527 am 31.12.2011)

4.5 Windkraft

4.5.1 Windkraft auf Freifläche

4.5.1.1 Einführung

Abgesehen vom bebauten Bereich und einiger Bergwiesen ist die Gemarkung Oberhof vollständig bewaldet. Eine Nutzung der Windkraft im Wald ist im Freistaat Thüringen gegenwärtig nicht genehmigungsfähig, aber auf politischer Ebene Gegenstand einer intensiven Debatte (z. B. aktuelle Stunde im Thüringer Landtag zum Thema Windkraftnutzung im Wald am 20.3.20131).

Grundsätzlich sind Windkraftanlagen laut Baugesetzbuch im Außenbereich privilegiert. Die Funktion der überörtlichen Steuerung durch Ausweisung von Eignungs- und Vorranggebieten wird durch die jeweiligen Regionalen Planungsgemeinschaften wahrgenommen. Oberhof befindet sich im Bereich der Regionalen Planungsgemeinschaft Südwestthüringen. Entsprechend des gültigen Regionalplans Südwestthüringen sind Waldgebiete > 1 ha gegenwärtig ein Ausschlusskriterium für Windkraftanlagen. Grundlage dafür ist die „Handlungsempfehlung für die Fortschreibung der Regionalpläne zur Ausweisung von Vorranggebieten „Windenergie“, die zugleich die Wirkung von Eignungsgebieten haben“, veröffentlicht im Thüringer Staatsanzeiger Nr.16/ 2007.

Die Auswirkungen von Windkraftanlagen auf das umgebende Ökosystem hängt – im Wald in noch stärkerem Maße als auf freien Flächen – vom jeweiligen konkreten Standort ab. In Wäldern mit hoher ökologischer Wertigkeit und vielfältigen Waldfunktionen sollten Windkraftanlagen daher nicht errichtet werden. Handelt es sich dagegen um einen intensiv forstwirtschaftlich genutzten Wald mit weniger hoher ökologischer Wertigkeit (z. B. Nadelholzmonokulturen), sollte dagegen die Windkraftnutzung nicht a priori ausgeschlossen werden. Die Eignung des jeweiligen Standortes ist dabei durch entsprechende Fachgutachten nachzuweisen. In einigen Bundesländern (z.B. Bayern und Baden Württemberg) können Windenergieanlagen (WEA) bereits in Wäldern errichtet werden.

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Unbeschadet der gegenwärtig fehlenden Genehmigungsfähigkeit sollen im Rahmen des vorliegenden Klimaschutzkonzeptes innerhalb der Gemarkung Oberhofs diejenigen Bereiche identifiziert werden, die grundsätzlich zur Errichtung von Windkraftanlagen geeignet sind. Sollte auf politischer Ebene die Entscheidung getroffen werden, dass eine Nutzung der Windkraft im Wirtschaftswald außerhalb von Schutzgebieten möglich ist, können auf diesen Flächen entsprechende Projekte umgesetzt werden – vorausgesetzt, der Grundstückseigentümer, die Kommune, die Mehrheit der örtlichen Bevölkerung sowie die Gäste Oberhofs befürworten die Windkraftnutzung ebenfalls und es sprechen keine naturschutzfachlichen oder sonstigen Gründe dagegen.

Nahe von Oberhof existieren bereits Pläne zur Errichtung eines Windrades. Da sich das Projekt aber nicht auf der Gemarkung von Oberhof befindet, soll an dieser Stelle nur kurz darüber informiert werden. Die Anlage soll an der Südwestflanke des Schützenberges nahe der Schanzen im Kanzlersgrund auf der Gemarkung von Steinbach Hallenberg in ca. 855 m über NN errichtet werden. Sie soll einen Beitrag zur Senkung der hohen Stromkosten der Sportstätten im Kanzlersgrund (ca. 800 MWh/Jahr, unter anderem für Kunstschnee) leisten. Laut eines entsprechenden Beitrages in der „Thüringer Allgemeinen“ vom 18.2.2012 sollen die Stromgestehungskosten ca. neun Cent betragen, was deutlich günstiger wäre als der Einkauf von Netzstrom, da hier neben den reinen Erzeugungskosten auch Gebühren für Netznutzung, EEG- Umlage und Mehrwertsteuer anfallen.

4.5.1.2 Standortsuche

Südlich der Ortslage von Oberhof befinden sich Schutzgebiete wie das NSG „Saukopfmoor“, das NSG „Schützenbergmoor“, das FFH-Gebiet „Schneekopf-Schmücker Graben“ sowie das FFH Gebiet „Mittlerer Thüringer Wald“. Der Rennsteig als bedeutende touristisch genutzte Achse und Denkmalensemble nach § 4 Thüringer Denkmalschutzgesetz verläuft ebenfalls in diesem Bereich. Das ortsnächste Naturschutzgebiet (NSG „Oberhofer Schlossberg“ liegt unmittelbar nördlich der Ortslage (vgl. Abb. 27) Seit dem Jahr 2000 ist die Stadt Oberhof staatlich anerkannter Luftkurort. Naturschutz- und FFH-Gebiete sind aufgrund ihrer hohen ökologischen Wertigkeit Tabuflächen für die Windkraftnutzung. Für Oberhof bedeutet dies, dass sich im Süden und im Westen der Ortslage im Bereich des Rennsteiges aus naturschutzfachlicher Sicht ungünstige Räume für die Windkraftnutzung befinden und daher in diesen Bereichen keine entsprechenden Anlagen errichtet werden sollten.

Der Thüringer Wald und insbesondere die Region um Oberhof gehören neben Weimar, Erfurt und Jena zu den wichtigsten Reisezielen im Freistaat Thüringen. Im Jahr 2012 wurden in Oberhof etwa 450.000 Übernachtungen gezählt, die Stadt ist ein außerdem ein national und international

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anerkanntes Zentrum des Wintersports. Aus Gründen der Raumwirkung sollten Windkraftanlagen nicht in den höchsten Kammlagen in unmittelbarer Rennsteignähe errichtet werden.

In einer Studie des Institut für Sozialforschung und Kommunikation, Bielefeld, aus dem Jahr 2007 (2000 befragte Personen) gaben auf die Frage: “Würden Sie sich gegen einen Urlaubsort in Deutschland entscheiden, weil dort Windkraftanlagen stehen?“ 84,7 % der befragten Personen an, sie würden sich nicht gegen den Ort entscheiden. Bisher sind allerdings keine belastbaren empirischen Untersuchungen über die Akzeptanz von Windenergieanlagen durch Urlauber im Mittleren Thüringer Wald bekannt.

Vor Realisierung eines entsprechenden Projektes sollten bei Gästen der Stadt Oberhof entsprechende Befragungen durchgeführt werden.

In einigen Gemeinden werden Windkraftanlagen offensiv in das touristische Gesamtkonzept eingebunden, indem über Anzeigen über die bisher erzeugte Energie und die momentane Leistung informiert und auf Schautafeln weitere Informationen zur Anlage gegeben werden. Auf ca. fünf Anlagen in der Bundesrepublik (z.B. Besucherwindanlage Aachen) wurden auch direkt unterhalb des Rotors Aussichtsplattformen installiert. Dies kann dazu beitragen, die Akzeptanz von Windenergieanlagen bei Gästen und Einheimischen zu erhöhen, ist allerdings auch mit höheren Kosten verbunden.

4.5.1.3 Identifizierung von Eignungsgebieten

Für eine konkrete Identifizierung von Eignungsgebieten innerhalb des Stadtgebietes von Oberhof wurde der bebaute Bereich zunächst mit einem Puffer von 1.000 m versehen (vgl. Abb. 27). Auf Grund der hohen touristischen Bedeutung und der zahlreichen Schutzgebiete wurde der Bereich des Rennsteigs südlich und westlich der Ortslage von Oberhof von der Suche nach Eignungsgebieten ausgeschlossen.

Um im Bereich wirtschaftlicher Windgeschwindigkeiten zu bleiben, wurde in den verbleibenden Gebieten nördlich und nordwestlich der Ortslage unter Verwendung eines Höhenmodells Flächen > 750 m über NN identifiziert. Hier werden in 130 m über Grund noch mittlere Windgeschwindigkeiten von ca. 7,5 bis 7,6 m/s angetroffen. Die sich daraus ergebende Leistung liegt etwa bei 260 W/m², was die Windkraftnutzung hier auch wirtschaftlich interessant macht. Weiterhin sollten auf den Flächen keine Hangneigungen > 7° auftreten.

Als Resultat dieser Suche ergaben sich die beiden in Abb. 27 dargestellten Flächen am Wadeberg und am Lärchenkopf. Die südliche Grenze der Flächen ist jeweils 1 km vom äußeren Rand der Ortslage entfernt, ihre sonstigen Grenzen bilden die 750 m-Höhenlinie. Im Fall der Fläche am

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Wadeberg wurde außerdem noch ein Puffer von 20 m zur L 3247 eingehalten. Die Fläche am Wadeberg ist mit 18,1 ha etwas größer als diejenige am Lärchenkopf (16,4 ha).

Obwohl beide Flächen wegen ihrer Höhenlage und Siedlungsferne grundsätzlich geeignet sind, sollte nur eine Fläche für die Windkraftnutzung entwickelt werden. Es wird auf Grund der Raumwirkung allgemein als günstiger angesehen, mehrere Anlagen auf einen Park zu konzentrieren als viele Einzelanlagen zu errichten. Im vorliegenden Fall sollte die Fläche am Wadeberg vorrangig entwickelt werden, da hier auf Grund der die Fläche tangierenden L 3247 schon eine gewisse Vorbelastung hinsichtlich Zerschnittenheit von Räumen und Schallemissionen besteht. In Abb. 24 ist die Fläche am Wadeberg mit Blickrichtung nach Osten dargestellt, im Hintergrund ist der Verlauf der L 3247 zu erkennen. Wie Abb. 25 zeigt, ist die auf der Fläche dominierende Baumart die Fichte. In Folge des Orkans Kyrill im Januar 2007 gibt es neben älteren Bäumen auch freie Flächen, die später aufgeforstet wurden. Die Zuwegung zur Fläche am Wadeberg kann als günstig bezeichnet werden. Direkt östlich verlauft die L 3247, auf dem westlichen Teil der Fläche verläuft ein breiter Forstweg („Herrenweg“), der aus Richtung Süden von der Kreuzung der beiden Landesstraßen her befahren keine größeren Kurven oder Steigungen aufweist.

Für eine tatsächliche Entwicklung dieser Fläche für den Bau von WEA müssen weitere Untersuchungen wie Bestandkartierungen und Kartierungen der Waldfunktionen durchgeführt werden, was im Rahmen dieser Studie nicht möglich ist.

Abb. 24: Fläche am Wadeberg mit Blick nach Osten in Richtung L 3247 (Photo: ThINK-GmbH)

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Abb. 25: Fläche am Wadeberg mit Blickrichtung Süden (Photo: ThINK-GmbH) Bei beiden Flächen handelt es sich um Landeswald, dass heißt, sie befinden sich im Eigentum von ThüringenForst - Anstalt öffentlichen Rechts. Als Untere Forstbehörde und Waldbesitzer in öffentlicher Hand wurde die Einrichtung um eine Stellungnahme zur potenziellen Eignung der Fläche am Wadeberg gebeten, in der zum Standort folgendes ausgeführt wird:

„Bei dem vorgeschlagenen Standort handelt es sich um eine aufgeforstete Kyrill-Fläche. Es ist Wald im Sinne des Waldgesetzes (§2 ThürWaldG), für den bei Nutzungsartenänderung die entsprechenden Antrags- und Genehmigungsverfahren eingehalten werden müssten und für den Ersatzleistungen (u. a. funktionsgleiche Ausgleichsaufforstungen) fällig würden. Das träfe auch zu, wenn die Fläche zzt. nicht baumbestanden wäre (Schadereignisse, Holzernte, im Falle von anderen zum Wald gehörenden Nutzungsarten). Die Entscheidung über die Änderung der Nutzungsart Wald ergeht gem. § 10 ThürWaldG im Einvernehmen mit der unteren Naturschutzbehörde; darüber hinaus ist die Behörde der Regionalplanung zu beteiligen. Bei der Abwägung über die Zulässigkeit von Nutzungsartenänderungen bzw. die Bestimmung der Ausgleichsaufforstungen kommt der Funktionalität der betroffenen Waldflächen (Nutz-, Schutz- und Erholungsfunktion) eine entscheidende Bedeutung zu. Bisher gab es keine Festlegungen zu diesen Waldfunktionen, deshalb kann zzt. keine Prüfung zur Eignung dieses Standorts für eine WEA vorgenommen werden. Die Notwendigkeit zur temporären oder dauerhaften Baumfällung ist jedoch kein Kriterium, da es hierfür angemessene Ersatzmaßnahmen geben muss. Der flächenmäßige Umfang der festzusetzenden Ausgleichsaufforstungsfläche bestimmt sich vorrangig nach der Leistungsfähigkeit der beanspruchten Waldfläche für die Waldfunktionen. Das Kompensationsverhältnis beträgt mindestens 1:1, kann aber bis zu 1:2,5 reichen (Bestandesalter, standörtliches Potenzial, Naturnähe, besondere Schutz- und Erholungsfunktionen).“

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4.5.1.4 Potenzialabschätzung

Die Kammlagen des Thüringer Waldes zählen zu den windhöffigsten Gebieten im Freistaat Thüringen. Die Fläche am Wadeberg liegt auf einer Höhe von 750 bis etwa 770 m über NN. Die Abschätzung des jährlichen Energieertrages erfolgte unter Verwendung von Daten über Windstärke und Windstärkeverteilung des DWD mit einer Rasterauflösung von einem Kilometer. Demnach beträgt die mittlere Windgeschwindigkeit im Bereich der Fläche am Wadeberg in 80 m über Grund etwa 6,9 m/s. Dieser Wert kann mit Hilfe der logarithmischen Windverteilung auf die Nabenhöhe von 108 m hochgerechnet werden. Hier, auf ca. 870 m über NN wird im Mittel einen Wert von 7,35 m/s erreicht. Daraus und unter Verwendung der weiteren in Tab. 20 dargestellten Parameter wurde für einen konkreten Anlagentyp die entsprechende Jahresarbeit berechnet. In diesem Fall wurde eine Enercon E 82 mit 108 m Nabenhöhe und 82 m Rotordurchmesser gewählt. Dieses Beispiel wurde lediglich für die Ermittlung einer konkreten Jahresarbeit gewählt und soll keine Präferenz für einen bestimmten Anlagentyp darstellen. Der Abstand der Rotorspitzen zu den Bäumen beträgt mehr als 30 m. Dies ist nötig, um eine turbulenzfreie Anströmung des Rotors zu gewährleisten. In einem Windpark im Wald bei Hof (Bayern) kam dieser Anlagentyp ebenfalls zum Einsatz. Die Naben der WEA befinden sich dort in einer Höhe von ca. 740 m über NN und pro Anlage soll hier ein mittlerer jährlicher Ertrag von ca. 4,5 Mio. kWh erzeugt werden.

Wie in Tab. 20 dargestellt, beträgt der mittlere Jahresenergieertrag am Wadeberg pro Anlage ca. 5,15 Mio. kWh. Aus Gründen der Raumwirkung und aus wirtschaftlichen Gründen sind Gruppen von WEA einer Einzelanlage vorzuziehen. Die gestreckte Form der Fläche würde bei einem Abstand der WEA von ca. 200 m etwa drei Anlagen zulassen. Bei einer detaillierten Untersuchung der tatsächlichen Anströmungsverhältnisse könnte sich diese Zahl auch noch erhöhen.

Die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen wird neben der Standortgüte von einer Vielzahl weiterer Einflussgrößen bestimmt. Vor allem sind dies: Anlagenpreis, Betreibermodell, Finanzierung, Kosten für Bau und für Netzanschluss, Pachten, sowie Betriebskosten. Für eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsanalyse wären entsprechende Zahlen für alle Parameter zu ermitteln, was im Rahmen dieser Potenzialstudie nicht geleistet werden kann.

Es kann aber eingeschätzt werden, dass auf Grund der sehr guten Windverhältnisse im Bereich des Wadebergs eine für Binnenland-Anlagen sehr gute Volllaststundenzahl von ca. 2500 erreicht wird. Allgemein wird für Binnenanlagen ein Wert von > 2000 Volllaststunden für eine angemessene Verzinsung des Kapitals erwartet.

Der nächste Netzanschlusspunkt in das Mittelspannungsnetz kann über das Umspannwerk Oberhof (EON) erfolgen, das sich etwa 1,5 km südlich des Standortes befindet.

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4.5.1.5 Fazit

Wie bereits zu Beginn dargestellt, müsste zunächst auf politischer Ebene die Entscheidung getroffen werden, Windkraft im Wald auch im Freistaat Thüringen unter bestimmten Voraussetzungen zuzulassen. Bei einer tatsächlichen Realisierung von konkreten Projekten auf der Gemarkung von Oberhof sind dann weitere detaillierte Untersuchungen zum Standort notwendig. Die hier dargestellte Potenzialabschätzung soll bezüglich der Energieerträge lediglich die Größenordnung des Windkraftpotenzials in Oberhof aufzeigen. Dabei wäre abzuwägen, dass es innerhalb des LSG „Thüringer Wald“ Flächen sehr unterschiedlicher ökologischer Wertigkeit gibt. Vor allem die in der Regel mit Fichtenmonokulturen bestockten Wirtschaftswälder sind aus naturschutzfachlicher Sicht prinzipiell für die Windkraftnutzung geeignet. Dies wäre aber in jedem Einzelfall durch entsprechende Gutachten nachzuweisen, wobei besonders die Avifauna zu berücksichtigen ist.

Standortdaten Wert Einheit Luftdichte (auf Nabenhöhe) 1,139 kg/m³ mittlere Windgeschw. (auf Nabenhöhe) ca. 7,35 m/s Höhe Anlagenfuß über NN ca. 760 m Weibull-Parameter Weibull Formparameter 2,098 - Weibull-Skalenparameter 7.35 - Anlagenparameter (Beispiel – WEA, hier Enercon E-82)

Nennleistung 2.050 kWp Nabenhöhe 108 m Rotordurchmesser 82 m Gesamthöhe 149 m Einschaltwindgeschwindigkeit 2,5 m/s Abschaltwindgeschwindigkeit 28-34 m/s Ergebnisse (Beispiel – WEA, hier Enercon E-82) Kapazitätsfaktor 28,7 % Volllaststunden 2.511 h/Jahr Betriebsstunden 8.453 % Energieertrag (pro Beispiel – WEA) 5.151.576 kWh/a Tab. 20: Ertragsabschätzung für eine Beispiel WEA (Quelle der Weibull-Parameter: DWD)

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Abb. 26: Schutzgebiete und Eignungsflächen Wind in Oberhof

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4.5.2 Windkraft gebäudeintegrier

4.5.2.1 Potentialabschätzung für gebäudeintegrierte Windkraft

Gebäudeintegrierte Windkraftanlagen sind Kleinwindkraftanlagen welche mit oder ohne Gehäuse direkt auf oder in die Gebäudefassade integriert werden. Diese Kleinwindkraftanlagen ermöglichen es, auch in Stadtgebieten Energie zu gewinnen ohne die von großen Anlagen bekannten Kritikpunkte wie Schattenwurf, Eissschlag und Flügelgeräusch. Essentiell für eine wirtschaftliche Nutzung ist jedoch der Standort. Durch gekonnte Positionierung der Anlage können lokale Windverstärkungsgebiete gezielt ausgenutzt werden. Ebenso kann eine falsche Positionierung am gleichen Gebäude zu überdurchschnittlich schlechtem Ertrag führen.

Oberhof ist windgünstig gelegen, gleichzeitig ist gerade in den Wintermonaten die nutzbare solare Strahlung begrenzt. Im Rahmen des Energiekonzeptes sollen daher die Gebäude des Gemeindegebietes auf potentielle Eignung untersucht und klassifiziert werden. Die aussichtsreichsten Standorte werden herausgearbeitet.

Arbeitsinhalte:

 Analyse des Bebauungsplanes und der Topographie bezüglich Windkrafteignung im Stadtgebiet  Besichtigung und Bewertung aussichtreicher Gebäude  Überschlagsrechnung zum möglichen Ertrag  Klassifizierung der Gebäude

4.5.2.2 Gebäudeintegration

Unter Gebäudeintegration versteht man, wenn die Windkraftanlage so in das Gebäude integriert ist, dass sie die Strömungsbedingungen am Gebäude zu einer Potentialerhöhung ausnutzt, dem Gebäude und dessen Benutzern weder Schaden noch Belästigungen zuführt und sich architektonisch mit dem Gebäude vereint. Aufgeständerte Mastanlagen auf Hausdächern (Abb. 28) werden nicht als Integration bezeichnet und finden in der Bearbeitung keine Beachtung. Durch das Gebäude selbst kann es zu einer Erhöhung des Potentials kommen. Hierzu muss es geeignete Maßnahmen zu deren Nutzung geben (Gehäuse, Windleiteinrichtung etc.).

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Abb. 27 Gebäudeintegration Abb. 28 Mastanlage

Windturbinen können bei einer Gebäudeintegration auf dem Dach oder an der Fassade befestigt werden. Eine Anordnung zwischen den Gebäuden ist nur bedingt sinnvoll, da es bei der Gebäudeumströmung auf dem Dach zu einer wesentlich stärkeren Strömung als an der Fassade kommt. Die Anordnung auf dem Dach ist also grundsätzlich am sinnvollsten.

Bei der architektonischen Integration ins Gebäude sind zum einen die Größe und damit die Proportionalität zum Gebäude und zum anderen die räumliche Verbindung zwischen Turbine und Gebäude entscheidend. Das Vorhandensein eines Flachdaches ist hier von entscheidendem Vorteil. Aus diesem Grund werden nur potentielle Standorte mit einem Flachdach bzw. sehr gering geneigtem Dach in die Untersuchung einbezogen. Für eine optimale Gebäudeintegration sind folgende Faktoren von Bedeutung.

 Lage am bzw. auf dem Gebäude  Architektonische Integration ins Gebäude  Wirtschaftlichkeit durch Erhöhung des Windpotentials  Wirkungsgrad und möglicher Jahresertrag  Vermeidung von Luft- und insbesondere Körperschall

4.5.2.3 Auswahl geeigneter Standorte

Ob ein Gebäude für die Integration einer Kleinwindkraftanlage geeignet ist, hängt nicht nur von der regionalen Lage sondern auch von der Lage und Höhe des Aufstellortes ab. Wichtige Faktoren für eine Bewertung sind:

 Dachform (Flachdächer und nur leicht geneigte Dächer sind geeignet)  Höhe des Gebäudes und damit Höhe des Aufstellortes  Hindernisse in der Umgebung des Aufstellortes, Verringerung des Potentials  Aufstellort auf dem Gebäude in Hauptwindrichtung möglich  Strömungsgünstiger Aufstellort (Gebäudeform), Erhöhung des Potentials

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 Akzeptanz der Aufstellung, immissionssensible Gebiete (reine und allgemeine Wohngebiete nach Bebauungsplan) sind wegen den geringen Immissionsgrenzen nicht geeignet  Statik und Konstruktion des Gebäudes, um die Tragfähigkeit und Sicherheit des Aufstellortes zu gewährleisten, sowie die zusätzliche Masse für die Absorption des Körperschalls aufzunehmen  Funktion des Gebäudes und  Nutzbarkeit des gewonnen Stromes direkt im Gebäude

4.5.2.4 Analyse des Stadtgebietes anhand von Karten und Satellitenbildern

Im ersten Schritt werden anhand von Karten und Satellitenbildern alle Gebäude mit Flachdach herausgesucht und in einer entsprechenden Karte hervorgehoben. (siehe Abb. 29: Potenzielle Standorte mit Flachdach für gebäudeintegrierten KWKA nach Satellitenbild

Abb. 29: Potenzielle Standorte mit Flachdach für gebäudeintegrierten KWKA nach Satellitenbild Die in den Satellitenbildern ermittelten potenziellen Standorte A und B befinden sich außerhalb des Ortskerns von Oberhof an den Sportstätten in leicht erhöhter Position. Beim Standort C handelt es sich mit dem Sportgymnasium um eines der höheren Gebäude. Es befindet sich am Ortsrand von Oberhof. Die Standorte E bis I befinden sich im Ortskern von Oberhof. Für eine genauere Bewertung aller potentiellen Standorte ist eine Vorortbegehung notwendig.

4.5.2.5 Besichtigung und Bewertung aussichtsreicher Gebäude

Im nächsten Schritt werden die ausgewählten Gebäude entsprechend einer Bewertungsmatrix vor Ort untersucht. Hierbei werden alle für die Beurteilung des Standortes notwendigen Informationen

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erfasst. Die Standorte werden mit einer Benotung von 1 bis 5 versehen. Fotos und Notizen zu Besonderheiten der jeweiligen Standorte runden das Bild ab.

Folgende Punkte enthält die Bewertungsmatrix:

 Lage des Gebäudes zum Ort (Randlage, Zentrum, etc.) und Angabe der Adresse  Höhenlage und Gelände des Gebäudestandortes  Höhe des Gebäudes über Gelände  Möglicher Aufstellort (Dach oder Fassade)  Art und Größe von Hindernissen mit Angabe der Himmelsrichtung  Höhe und Entfernung der Hindernisse zum potenziellen Aufstellort  Akzeptanz einer Kleinwindkraftanlage in Bezug auf architektonische Integrität, Wahrnehmung Luftschall  Konstruktion des Aufstellortes und Beurteilung der Tragfähigkeit  Besonderheiten des Aufstellortes

4.5.2.6 Auswertung der vor Ort gesammelten Daten über die Eignung der potenziellen Standorte (Gebäude A-H)

Der Grenzadler im Allgemeinen liegt außerhalb der Stadt. Hier befinden sich die Sportstätten. Das Areal befindet sich umgeben von geschlossenem Wald zwischen Hügeln oberhalb der Stadt. Die bestehenden Gebäude sind niedrig. Der noch im Satellitenbild denkbare Aufstellort für KWKA’s erwies sich bei einer Ortsbegehung als ungünstig aber nicht unmöglich. Note: 4

Das neu zu errichtende Multifunktionsgebäude scheint entsprechend seiner Größe und Gestalt als Windrichtung Aufstellort für gebäudeintegrierte Windkraft geeignet. Es wird empfohlen im Zuge der Planung eine mögliche Integration mehrerer KWKA’s zu prüfen

Abb. 30: Gebäude A – Stadion Grenzadler [Quelle: Architekturbüro Ludwig, Suhl]

Die Skihalle weckt durch ihre flächenmäßig sehr große Ausdehnung, den Wunsch sehr viele Windturbinen aufzustellen. Der Energiebedarf der Anlage ist so hoch, dass der gewonnene Strom immer direkt im Gebäude verbraucht werden kann. Leider erweist sich die Lage der Halle zwischen Hügeln und geschlossenem Wald nicht als sehr windreich. Note: 4

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Windrichtung

Abb. 31: Gebäude B– Skihalle Das Sportgymnasium weist sowohl im Satellitenbild als auch bei einer Vorortbegehung, die Möglichkeit auf KWKA‘s aufzunehmen. Die Lage ist durch die fehlenden Hügel in der Umgebung als windiger als am Grenzadler einzustufen. Die einzelnen Gebäude weisen ganz unterschiedliche Gebäudehöhen und –formen auf. Das nach Westen in Hauptwindrichtung orientierte Internat stellt auch gleichfalls das höchste Gebäude dar. Eine Aufstellung von mehreren Turbinen erscheint hier günstig. Durch die vorhanden PV Anlage ist dies aber nicht möglich. Ein alternativer Standort im Bereich des Sportgymnasiums sollte bei einer genaueren Untersuchung in Hinblick auf Dachkonstruktion, Genehmigungsfähigkeit und durch eine mindestens 3monatige Windmessung ermittelt werden. Note: 3

Windrichtung

Abb. 32: Gebäude C- Sportgymnasium Das markante Panoramahotel überragt als Wahrzeichen von Oberhof den gesamten Ort. Alle Faktoren (Höhe, Windrichtung, exponierte Lage, etc.) Lassen das Panoramahotel als den perfekten Standort für ein oder mehrere Kleinwindkraftanlagen erscheinen. Die Fragen der Integration in die Architektur sowie die Schallentwicklung der Anlagen lassen eine Aufstellung der Turbinen nicht zu. Note Effektivität: 1 ; Note Akzeptanz: 4

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Abb. 33: Gebäude D – Treff-Hotel-Panorama Die Mehrfamilienhäuser, vor allem an der Straße der Jugend, erscheinen vom Satellitenbild, der Luftaufnahme und auch bei einer vor-Ort-Begehung als sinnvolle Standorte für KWKA. Die Höhe der Mehrfamilienhäuser überragt die normalerweise eher niedrige Bebauung in Oberhof sowie die große Baulücke in Bereich der Therme und stellt sich als exponierter Standort für KWKA‘s dar. Die zu DDR Zeiten errichteten Wohnblöcke weisen erfahrungsgemäß eine gute und vollkommen ausreichende Statik auf. Die Gebäude verfügen über sehr flach geneigte Dächer. Durch die Dachaufstellung ist die Schallentwicklung als nicht störend einzustufen. Eine Aufstellung von mehreren Turbinen in Reihe erscheint als sehr sinnvoll. Note 1

MFH MFH

Abb. 34 Gebäude E-G – verschiedene Mehrfamilienhäuser

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Zurzeit wird an der Gräfenrodaer Str. ein neuer Busbahnhof mit einem P+R Parkhaus errichtet. Das relativ hohe Gebäude im Ortszentrum wird von keinen hohen Gebäuden verschattet, so dass dieser Standort für die Nutzung der gebäudeintegrierten Windkraft geeignet zu sein scheint. Evtl. Schallentwicklungen durch die Windturbinen sind entsprechend der Funktion als Parkhaus uninteressant. Der regenerative Strom der Turbinen kann auf direktem Wege der Elektromobilität dienen, indem im Parkhaus mehrere Ladestationen den Strom an die entsprechenden Fahrzeuge geben. Der energetische Nutzen dieser Maßnahme liegt auf der Hand. Erfahrungsgemäß ist der Nutzen aus Windkraft in der kalten Jahreszeit höher als im Sommer, was einem Wintersportort sehr entgegen kommt. Oberhof kann durch die gebäudeintegrierten Windräder der Elektromobilität mit regenerativem Strom Vorschub leisten. Note: 1

Abb. 35: Gebäude H Busbahnhof mit P + R Parkhaus

Fazit: Sowohl die beschriebenen Mehrfamilienhäuser als auch das Sportgymnasium werden entsprechend des derzeitigen Planungsstandes als sinnvolle Standorte für KWKA angesehen. Der neue Busbahnhof ist nach dem momentanen Kenntnisstand als hervorragender Standort einzustufen. Eine weiterführende Untersuchung (Statik, Genehmigungsfähigkeit, Windmessung) wird für alle drei Standorte empfohlen.

4.5.3 Windverhältnisse in Oberhof

Die nächstgelegen offiziellen Wetterstationen im Umkreis von Oberhof sind Meinigen, Kaltennordheim und Erfurt/ Bindersleben. Aus diesem Grund wurden für die weitere Untersuchung interpolierte stündliche Wetterdaten für Oberhof Zentrum und den Rennsteiggarten generiert. Dafür wurde die Standartsoftware Meteonorm von Meteotest (CH) eingesetzt.

Aus diesen Daten wurde der mögliche Ertrag kleiner bodennaher Windturbinen ab per Jahressimulation abgeschätzt. Im Wind enthalten sind demnach pro m² Rotorfläche der Turbine:

Oberhof Zentrum: 247 kWh/m²a bei 3,2 m/s mittlerer Windgeschwindigkeit

Oberhof Rennsteiggarten: 210 kWh/m²a bei 2,9 m/s mittlerer Windgeschwindigkeit

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Da diese Erträge auf Basis der Stundenmittelwerte berechnet wurden werden kurze Böen nur unzureichend abgebildet. Je nach Rotorgröße und Standortspezifika ist daher mit einem etwa 30% höheren Ertrag zu rechnen. Weiter begünstigend sind lokale Verstärkungsgebiete durch die Umgebungsbebauung und Rotorgehäuse.

Von dieser berechneten Windenergie können mit modernen Kleinwindanlagen ca. 40% geerntet werden.

Die folgenden Diagramme zeigen den Standort Zentrum.

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4.5.3.1 Windenergieverteilung

25,0% Energie- und Zeitanteil 20,0%

15,0%

10,0%

5,0%

0,0%

Energieanteil Zeitanteil

Abb. 36: Anteil der Windenergie (blau) und der Zeit (rot) klassifiziert nach Windgeschwindigkeit Es ist deutlich zu erkennen, dass die meiste Energie in den mittleren Windgeschwindigkeiten von 4- 10 m/s zu ernten ist. Im folgenden Diagramm sind diese Anteile integral aufgetragen. Daraus zeigt sich, dass die verwendete Windenergieanlagen in der Anlaufgeschwindigkeit nicht höher als 3 m/s liegen sollten, um nicht mehr als 10% Ertragsverlust zu erleiden.

100,0% 90,0% 80,0% 70,0% Energie- und Zeitanteil 60,0% akkumuliert 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0%

0,0%

0.0..1.0m/s 1.0..2.0m/s 2.0..3.0m/s 3.0..4.0m/s 4.0..5.0m/s 5.0..6.0m/s 6.0..7.0m/s 7.0..8.0m/s 8.0..9.0m/s

9.0..10.0m/s

15.0..16.0m/s 11.0..12.0m/s 12.0..13.0m/s 13.0..14.0m/s 14.0..15.0m/s 10.0..11.0m/s

Abb. 37: Anteil der Windenergie (blau) und der Zeit (rot) integriert über die Windgeschwindigkeit Die folgenden Abbildungen zeigen den möglichen Ertrag klassifiziert nach der Windrichtung. Deutlich sichtbar ist die Hauptkeule bei 250-260°. Eine feststehende Windturbine sollte für

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maximalen Ertrag in dieser Achse ausgerichtet werden. Eine Kebenkeule ist in der entgegengesetzten Richtung.

0.0° 350.0° 10.0° 340.0° 25, 20.0° 330.0° 30.0° 320.0° 20, 40.0° 310.0° 50.0° 15, 300.0° 60.0° 290.0° 10, 70.0° 280.0° 5, 80.0° 270.0° , 90.0° 260.0° 100.0° 250.0° 110.0° 240.0° 120.0° 230.0° 130.0° 220.0° 140.0° 210.0° 150.0° 200.0° 160.0° 190.0° 170.0° 180.0°

Abb. 38: Windenergierose, Verteilung der Energienach Windrichtungen

20,0% 100,0% 18,0% 90,0% 16,0% 80,0% 14,0% 70,0% 12,0% 60,0% 10,0% 50,0% 8,0% 40,0% 6,0% 30,0% 4,0% 20,0% 2,0% 10,0% 0,0% 0,0%

Richtungsverteilung Energie Geschwindigkeit Energie-Akkumuliert

Abb. 39: Richtungsverteilung von Windenergie (blau), Zeitanteil (rot) und Integral der Windenergie (grün)

4.5.3.2 Tagesverlauf

Die folgenden Abbildungen zeigen den Anteil des Windertrages über den Tagesverlauf. Diese sind für spätere Energiemanagementansätze und die zugehörigen Speicher- und Verbrauchsplanungen wichtig. Die Schwankungsbreite ist gering mit dem Minimum Morgens und dem Maximum Nachmittags. Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 83 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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4,0 3,0 2,0 1,0

20:00 .. 21:00 0.0° 45.0° 16:00 .. 17:00 90.0° 12:00 .. 13:00 135.0° 180.0° 8:00 .. 9:00 225.0° 270.0° 4:00 .. 5:00 315.0° 0:00 .. 1:00

Abb. 40: Tagesverlauf der Windenergie Anteilig nach Richtung und Uhrzeit

6,0% Nach Uhrzeit 5,0%

4,0%

3,0%

2,0%

1,0%

0,0%

1:00 .. 2:00 1:00 0:00 .. .. 0:00 1:00 .. 2:00 3:00 .. 3:00 4:00 .. 4:00 5:00 .. 5:00 6:00 .. 6:00 7:00 .. 7:00 8:00 .. 8:00 9:00

9:00 .. .. 9:00 10:00

19:00 .. 20:00 19:00 11:00 .. .. 12:00 11:00 .. 13:00 12:00 .. 14:00 13:00 .. 15:00 14:00 .. 16:00 15:00 .. 17:00 16:00 .. 18:00 17:00 .. 19:00 18:00 .. 21:00 20:00 .. 22:00 21:00 .. 23:00 22:00 .. 24:00 23:00 10:00 .. .. 11:00 10:00

Abb. 41: Statistischer Energieertrag nach Uhrzeit

4.5.3.3 Jahresverlauf

Die folgenden Abbildungen zeigen den Anteil des Windertrages über den Jahresverlauf. Das Maximum liegt in den Spätherbst- und Wintermonaten. Hier zeigt sich auch, dass die in der Energierose sichtbare Nebenkeule hauptsächlich von Dezember bis Februar entsteht.

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Jahresverlauf Windenergie

10,0

0.0° November 45.0° 90.0° September 135.0° Juli 180.0° Mai 225.0° 270.0° März 315.0° Januar

Abb. 42: Jahresverlauf der Windenergie nach Richtung und Monat

Jahresverlauf 14,0% 12,0% 10,0% 8,0% 6,0% 4,0% 2,0% 0,0%

Abb. 43: Verlauf des Energieertrages übers Jahr

4.5.4 Überschlagsrechnung zum möglichen Ertrag

Um eine genauere Abschätzung des Ertrages für den jeweiligen Standort zu ermitteln, ist am potenziellen Standort eine Windmessung von mind. 3 Monaten erforderlich. Die dadurch gewonnen Messwerte können mit den Messwerten umliegender Wetterstationen korreliert und über einen längeren Zeitraum hochgerechnet werden. Im Zuge des Energiekonzeptes für die Stadt

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Oberhof ist eine so genaue Untersuchung nicht möglich. Aus diesem Grund werden die vorliegenden Wetterdaten für eine erste Überschlagsrechnung herangezogen. Jeder potenzielle Standort wurde durch seine Standortbedingungen unterschiedlich bewertet. Hierfür kann jeweils ein Standortfaktor ermittelt werden.

4.5.5 Ertragsverbesserung durch Gebäudeintegration

Durch die Gebäudeintegration werden die natürlich vorkommenden Druckunterschiede zwischen Luv- und Leeseite eines Gebäudes (Windlasten, die auch in der Statik verwendet werden) für eine Potenzialerhöhung ausgenutzt (Abb. 44).

Der Rotor wird von einem strömungsoptimierten Gehäuse umgeben, um den Druckausgleich zwischen Vorder- und Hinterseite des Gebäudes für die Windkraftnutzung zu kontrollieren. Durch das Gehäuse kommt es zu einer zusätzlichen Potenzialerhöhung. Simulation und Messreihen an baugleichen Anlagen zeigen einen Potentialfaktor von 1,5 bis 3 im Verhältnis zur freien Aufstellung.

Abb. 44: Strömungssimulation, zu sehen ist die Potentialerhöhung durch das Gebäude

4.5.6 Fazit

Kleinwindanlagen im Bereich Oberhof sollten für optimalen Einsatz eine Anlaufgeschwin-digkeit von 3m/s oder kleiner haben. Die optimale Ausrichtung für feststehende gebäude-integrierte Anlagen ist 250-260° (WSW). Für kleine Anlagen mit 3m Kantenlänge erscheint aus den Untersuchungen heraus ein Jahresertrag von 1500-3000 kWh erreichbar.

Da die baulichen Rahmenbedingungen entscheidenden Einfluss auf den Ertrag haben empfiehlt es sich an potentiellen Standorten eine detailliertere Untersuchung mit Windmessung durchzuführen.

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5. Potentialabschätzung zur Nutzung vorhandener Abwärme

5.1 Abwärme aus Abwasser

Situation

Die Ortslage der Stadt Oberhof sowie die angrenzenden Sportstätten sind wasser- und abwasserseitig voll erschlossen. Während die Sportstätten abwasserseitig meist talwärts entwässert werden, erfolgt die Entwässerung des Stadtgebietes von Oberhof über eine Kläranlage in nordöstlicher Stadtrandlage. Im Vorfeld wird ein Teil des Mischwassers von einem Regenüberlaufbecken erfasst. Somit besteht kein einheitliches Trennsystem, wodurch dem Abwasser kälteres Regenwasser beigemischt wird. Kleinere Teilbereiche der Stadt wie die Crawinkler Straße, die Theodor-Neubauer-Straße, das Wohngebiet „Gründle“ und die Außengebiete Grenzadler, Obere Schweizer Hütte, Kinderland werden im Trennsystem entwässert. Die Trinkwasser- und Abwassermengen werden nur in der Gesamtmenge erfasst. Folgende Tabelle des Zweckverbandes Wasser und Abwasser „Mittlerer Rennsteig“ Suhl zeigt den anfallenden Mengen und die gemessene durchschnittliche Abwassertemper.

Tab. 21: Mengenangaben zum Wasser/Abwasser Stadtgebiet Oberhof

Abb. 45: Funktionsweise der Abwasserwärmenutzung (Grafik.Staubli)

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Voraussetzungen zur Nutzung

Nach Überprüfung der Gebäudestruktur der im Trennsystem entwässerten Bereiche konnte kein Zusammenschluss von Gebäuden zu einer gemeinsamen Heizzentrale festgestellt werden, was wiederum den wirtschaftlichen Betrieb eines Nahwärmenetzes mit Unterstützung durch Abwasserwärme entgegen spricht. Insgesamt auf die Jahresmenge gerechnet wird ein notwendiger Trockenwetterabfluss von 15 l/s nicht erreicht und liegt mit 1/3 weit darunter. Die Abwassertemperatur ist zwar gering überschritten, kann aber durch eine Absenkung auf 8-7 °C die vollumfängliche, biologische Klärfunktion nicht erfüllen. Der Kanalleitungsdurchmesser ist stark differenziert und erfüllt damit nicht den Mindestdurchmesser von DN 800 für den gezielten Einbau von Wärmetauschern.

Einschätzung

Aus gegebenen Gründen kann die Abwärmenutzung aus dem anfallenden Abwasser aus dem Stadtgebiet von Oberhof aus gegenwärtiger, wirtschaftlicher Sicht nicht empfohlen werden. Das anfallende Abwasser vom Panorama Treff Hotel und dem H2-Oberhof Wellness- und Erlebnisbad sollte auf Abwasserwärmenutzung gesondert überprüft werden.

5.2 Abwärme aus den Kälteprozessen der Sportstätten

Bei der Generierung der Kälteenergie in den verschiedenen Sportstätten Oberhofs fällt Abwärme in hohem Maße an, die ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Es liegt nahe, diese Abwärme für den erforderlichen Wärmebedarf Oberhofs nutzbar zu machen. Zur Umsetzung der Abwärmenutzung, muss im Vorfeld geprüft werden, wie viel Abwärme anfällt und welcher Bedarf abgedeckt werden kann. Um die Abschätzung des Abwärmebedarfs der Sportstätten durchführen zu können, muss man neben dem Elektroenergiebedarf der Kälteerzeugung auch den Kälteenergiebedarf kennen. Da dieser nicht gemessen wird, ist es erforderlich, den Kälteenergiebedarf qualifiziert abzuschätzen. Auch der Elektroenergieverbrauch der Kälteerzeugung wird nicht in jedem Fall (Skisport-Halle) explizit gemessen, sondern lediglich die gelieferte Elektroenergiemenge der jeweiligen Sportstätte mit allen Verbrauchern (Kälte, Heizung, Beleuchtung, etc.). Es muss diesbezüglich der Elektroenergiebedarf der Kälteerzeugung ebenfalls qualifiziert abgeschätzt werden.

5.2.1 Elekroenergieverbräuche Rennschlittenbahn

Als erstes wurden die monatlichen Elektroenergieverbräuche der Jahre 2006, 2007, 2011 und 2012 der Rennschlittenbahn ermittelt. Hierzu wurden die Lastgänge dieser Jahre ausgewertet. Die Gesamtenergieverbräuche sind Zählerwerte. Der Anteil der Verdichter für 2006 und 2007 wurde

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berechnet, für 2011 und 2012 lagen Zählerwerte vor. Für 2006 und 2007 musste also der Anteil der Nebenverbraucher abgeschätzt werden. Dabei wurde berücksichtigt, dass dieser Anteil während der Betriebszeit der Rennschlittenbahn einen höheren Absolutwert hat als außerhalb der Betriebsperiode. Außerhalb der Betriebszeit der Rennschlittenbahn kann eine mittlere elektrische Leistung von 48 kW für 2011 und 2012 ermittelt werden. Dies deckt sich mit dem Wert, welcher im Rahmen der 1. Studie ermittelt wurde (8). Hier wurde für den Zeitraum Juni 2006 bis Juni 2007 ein Wert von 47 kW berechnet. Hiervon ist der Anteil der Verdichter etwa 10 kW, wie die Auswertung der Zählerwerte für 2011 und 2012 ergab.

Gesamt 2006 2007 2011 2012 Januar 264.942 kWh 231.620 kWh 176.920 kWh Februar 246.531 kWh 182.320 kWh 215.500 kWh März 67.908 kWh 145.360 kWh 119.860 kWh April 28.981 kWh 47.480 kWh 41.700 kWh Mai 27.072 kWh 30.820 kWh 43.300 kWh Juni 22.856 kWh 21.705 kWh 26.940 kWh 20.274 kWh Juli 14.587 kWh 19.389 kWh 23.600 kWh 31.480 kWh August 19.164 kWh 19.242 kWh 62.000 kWh September 56.240 kWh 54.820 kWh 24.060 kWh Oktober 45.550 kWh 102.480 kWh November 103.293 kWh 342.900 kWh Dezember 260.273 kWh 277.420 kWh Tab. 22: Gesamter Elektroenergieverbrauch Rennschlittenbahn p.a. Verdichter 2006 2007 2011 2012 Januar 160.733 kWh 153.245 kWh 97.610 kWh Februar 99.845 kWh 75.520 kWh 80.640 kWh März 27.356 kWh 65.415 kWh 42.630 kWh April 2.822 kWh 4.785 kWh 3.920 kWh Mai 3.423 kWh 4.655 kWh 4.410 kWh Juni 2.301 kWh 2.814 kWh 3.990 kWh 2.255 kWh Juli 1.854 kWh 2.464 kWh 3.850 kWh 2.865 kWh August 2.302 kWh 2.312 kWh 40.535 kWh September 4.792 kWh 6.289 kWh 2.760 kWh Oktober 35.879 kWh 80.840 kWh November 59.683 kWh 284.525 kWh Dezember 189.857 kWh 202.365 kWh Tab. 23: Anteiliger Elektroenergieverbrauch Verdichter Rennschlittenbahn

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5.2.2 Kälteleistung und elektrische Leistung Verdichter Rennschlittenbahn

Aus den Daten in Abschnitt 5.2.1 wurden folgende mittlere elektrische Anschlussleistungen der Verdichter je Monat ermittelt.

Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember

343,0 kW 213,3 kW 74,0 kW 5,3 kW 5,6 kW 3,9 kW 3,7 kW 20,2 kW 6,4 kW 78,9 kW 348,8 kW 417,3 kW

Tab. 24: Mittlere elektrische Leistungsaufnahme Verdichter Rennschlittenbahn Zur Ermittlung der Kälteleistung wurde der Anteil der elektrischen Verdichterleistung angesetzt und die Kälteleistung solange verändert, bis die elektrische Leistung erreicht war. Als Verdampfungstemperatur wurde -15°C angenommen und als Kondensationstemperatur 25…27°C (abhängig vom Monat). Die Berechnung erfolgte mit Comsel, GEA Grasso Compressor Selection Software (Verdichtertypen V und P mit variablem Volumen). Folgende mittlere Kälteleistungen wurden für die Betriebsperiode von Oktober bis März ermittelt.

Mittel Okt Nov Dez Jan Feb Mrz

Qo 322 kW 1798 kW 2363 kW 1740 kW 1198 kW 275 kW

Tab. 25: Mittlere Kälteleistungen Rennschlittenbahn (t0 = -15°C/tC = 25…27°C)

5.2.3 Betriebsstunden Verdichter Rennschlittenbahn

Aus den Summenhäufigkeiten der auftretenden Temperaturen für die Klimazone 10 (Hof – Südöstliches Mittelgebirge bis 1000 m) können 3240 Betriebsstunden für die Betriebszeit von Oktober bis März ermittelt werden. Dabei wurde von einem Betrieb der Kälteanlage bis zu einer Außentemperatur von minimal -2°C ausgegangen. Unterhalb dieser Temperatur wird die Kälteanlage lt. Betreiber abgeschaltet. Folgende einzelne Betriebszeiten wurden ermittelt (s. Anlage 1):

Januar 400 h Februar 400 h März 610 h Oktober 740 h November 620 h Dezember 470 h

5.2.4 Ermittlung Abwärmeangebot Rennschlittenbahn

Ungünstig bei der Nutzung der Abwärme aus den Kälteprozessen ist, dass der Anteil mit zunehmender Außentemperatur größer wird. Es erhöht sich also das Angebot während gleichzeitig der Bedarf sinkt. Hinzu kommt, dass die Kältemaschinen der Rennschlittenbahn nur bis zu einer

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minimalen Temperatur von -2°C betrieben werden (Aussage Herr Peters). Diese Fakten machen eine Speicherung der Abwärme erforderlich.

Mit Hilfe der ermittelten Kälteleistung wurde das mögliche Abwärmeangebot berechnet. Einmal im Istzustand, also bei minimalen Kondensationstemperaturen von 25°C und einmal optimiert, also bei einer minimalen Kondensationstemperatur von 20°C. Diese kann z.B. bei einer Abwärmenutzung mittels Wärmepumpen realisiert werden. Für die Rennschlittenbahn wurde folgendes Abwärmeangebot berechnet:

Ist:

Abwärme Okt Nov Dez Jan Feb Mrz

4631,4 MWh 295,5 MWh 1362,5 MWh 1291,4 MWh 879,3 MWh 585,9 MWh 216,8 MWh

Tab. 26: Abwärmeangebot Rennschlittenbahn bei 25°C minimaler Kondensationstemp. In den Diagrammen in Anlage 2 ist gut zu erkennen, dass unterhalb von -2°C kein Abwärmeangebot vorhanden ist. Deshalb muss die Abwärme für die tieferen Temperaturen gespeichert werden. Gleichzeitig muss eine zusätzliche Wärmequelle vorhanden sein.

Allerdings kann der Kälteanlagenbetrieb optimiert werden. Senkt man die minimale Kondensationstemperatur von 25°C auf 20°C ab, so steigert dies die Effizienz der Kälteanlage. Eine Absenkung um 1 K bewirkt einen geringeren Elektroenergiebedarf der Verdichter von ca. 2…3%. Demgegenüber steht aber ein vermindertes Abwärmeangebot, da der Leistungsbedarf der Verdichter geringer ist. In der folgenden Tabelle ist das Abwärmeangebot bei einer minimalen Kondensationstemperatur von 20°C dargestellt.

Optimiert:

Abwärme Okt Nov Dez Jan Feb Mrz

4518,1 MWh 287,6 MWh 1330,3 MWh 1260,9 MWh 857,5 MWh 572,0 MWh 209,9 MWh

Tab. 27 : Abwärmeangebot Rennschlittenbahn bei 20°C minimaler Kondensationstemp. Im optimierten Zustand ist das Abwärmeangebot ca. 2,5% geringer, da die Verdichter mit besseren Leistungszahlen arbeiten. Zur Prüfung der Plausibilität der errechneten Werte wurde der berechnete Elektroenergiebedarf mit den Messwerten aus Tab. 23 verglichen (s. Tab.28). Die errechneten Werte liegen insgesamt zwischen den minimalen und maximalen Messwerten, mit einer in der Summe auftretenden Abweichung von ca. 6%. Im November ist eine maximale Abweichung von 22 % zu verzeichnen. Betrachtet man die Messwerte, so ist hier eine sehr große Schwankung zwischen minimalen und maximalen Elektroenergieverbrauch zu erkennen.

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Elektroenergie Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Summe

Rechnung 57,1 MWh 209,7 MWh 198,3 MWh 135,2 MWh 91,7 MWh 44,3 MWh 736,2 MWh

Messung Mittel 58,4 MWh 172,1 MWh 196,1 MWh 137,2 MWh 85,3 MWh 45,1 MWh 694,2 MWh

Messung Min 35,9 MWh 59,7 MWh 189,9 MWh 97,6 MWh 75,5 MWh 27,4 MWh

Messung Max 80,8 MWh 284,5 MWh 202,4 MWh 160,7 MWh 99,8 MWh 65,4 MWh

Abweichung Mittel -2,2% 21,8% 1,1% -1,5% 7,5% -1,9% 6,1%

Tab. 28: Vergleich rechnerischer Elektroenergiebedarf Verdichter Rennschlittenbahn mit Messwerten

5.2.5 Kälteleistung und elektrische Leistung Verdichter Skisport-Halle

Für die Skisport-Halle lagen keine separaten Messwerte für den Elektroenergieverbrauch der Verdichter vor. Deshalb wurde als erstes der Verlauf der Kälteleistungen in Abhängigkeit der Außentemperatur für jeden Monat überschlägig ermittelt. Dabei wurde die Kälteleistung in folgende Teilgrößen unterteilt:

 Wärmeeintrag Boden (Ansatz: abhängig von mittlerer Monatstemperatur Außenluft)  Wärmeeintrag Umschließungsflächen (abhängig von Außenlufttemperatur)  Innere Lasten (Sportler, Beleuchtung, solare Einträge, Pistenbully, etc.)  Sonstige Lasten (Lüftung, Ventilatoren, Pumpen, etc.) Der Gleichzeitigkeitsfaktor für die inneren und sonstigen Lasten wurde mit 0,5 angesetzt. Als Verdampfungstemperatur wurde -16°C angenommen und die Kondensationstemperatur wurde in Abhängigkeit der Außenlufttemperatur in einem Bereich 25°C bis 32°C variiert. Die Berechnung erfolgte mit Comsel, GEA Grasso Compressor Selection Software (Verdichtertypen SpDuo LD-5A und 610).

5.2.6 Ermittlung Abwärmeangebot Skisport-Halle

Mit Hilfe der ermittelten Kälteleistung wurde das mögliche Abwärmeangebot berechnet. Dabei wurde angenommen, dass die ausgekoppelte Wärmemenge aus den Ölkühlern und die Wärmemenge des Heißgases bis zu einer Temperatur von 40°C für den Eigenverbrauch genutzt wird, und somit nicht zur Verfügung steht. Es wurde ein gesamtes Abwärmeangebot von 1.802 MWh über das Jahr ermittelt. In der folgenden Tabelle sind die monatlichen Abwärmemengen dargestellt. In Tab. 29 ist die Verteilung des monatlichen Abwärmepotenzials über der Außenlufttemperatur abgebildet.

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Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

118,7 114,0 138,2 148,3 170,6 175,3 185,4 181,9 164,4 153,6 129,4 122,4 MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh MWh

Tab. 29: Monatliche Abwärmemengen (ohne Eigennutzungsanteil) aus den Kälteprozessen Skisport-Halle Das Gesamtabwärmepotential der Skisporthalle bilanziert sich auf das gesamte Jahr im Gegensatz zum Abwärmepotential der Rennschlittenbahn.

5.2.7 Fazit

Bilanziert man das Abwärmepotential der Sportstätten, kann damit ca. 20 % vom Endenergieverbrauch an Wärme der Stadt Oberhof im ISTZUSTAND substituiert werden. Der Substitutionsgrad kann durch folgende Nutzungskonzeptionen und der Integration von Wärme aus erneuerbaren Energien erhöht werden.

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6. Erstellung eines Nutzungskonzeptes für Abwärme (techn. Betrachtung)

6.1 Nutzung Abwärme aus Kälteprozessen

In den folgenden Abschnitten sollen Möglichkeiten der Nutzung der Abwärme aus den Kälteprozessen zur Umsetzung eines Nahwärmekonzeptes untersucht werden. Hierbei wird für den Vergleich der gesamte bereinigte Bedarf entsprechend Tab. zugrunde gelegt. Auf Basis der ermittelten Ergebnisse wird ein Konzept ausgewählt und unter Ausschluss vorhandener Insellösungen mit eigenen Energiekonzepten in Abschnitt 6.8 betrachtet.

6.2 Druckverlust und Energiebedarf Pumpen

Zur Umwälzung des Wärmeträgermediums im Nahwärmenetz sind Pumpen erforderlich, deren elektrischer Leistungsbedarf vom Durchsatz und der Förderhöhe abhängt. Um diesen berechnen zu können, wurden einige Randparameter angesetzt, die unverändert blieben.

Faktor Druckverlust Druckverlust

Strecke Länge DN Spreizung Pumpe Wärmeübertrager Einbauten

Skisporthalle - Rennschlittenbahn 1730 m 100 5 K 60% 1 bar 1,15

Rennschlittenbahn - Wärmezentrale 3040 m 250 5 K 65% 1 bar 1,15

Wärmezentrale – Verbraucher 1810 m 200 10 K 65% 1,5 bar 1,15 (1 Strang)

Tab. 30: allgemeine Randparameter für Berechnung Druckverlust und Energiebedarf Für die Berechnung des spezifischen Druckverlustes (Pa/m) in Abhängigkeit des Durchsatzes wurde nahtloses Stahlrohr gewählt.

6.3 Untersuchung von Varianten mit zentralen Wärmepumpen

6.3.1 Variante 1 - Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe (ZWP)

Die aus den Kälteprozessen anfallende Abwärme steht bei Ausnutzung der gesamten Kondensationswärme auf einem niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung. Um das Abwärmepotenzial nutzbar zu machen, ist der Einsatz einer Wärmepumpe erforderlich. In diesem Abschnitt soll der Einsatz einer oder mehrerer zentraler Wärmepumpen untersucht werden. Dabei wird von einer Vorlauftemperatur im Nahwärmenetz von max. 55°C ausgegangen. Dies bedeutet, dass die angeschlossenen Verbraucher eine maximale Vorlauftemperatur im Heizkreis von 50°C

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erreichen, was bei der energetischen Sanierung berücksichtigt werden muss. Für den Bereich der Trinkwassererwärmung ist hier evt. eine Nacherwärmung erforderlich, wenn aus hygienischen Gründen höhere Temperaturen gefordert werden. Aber viele Hauswärmepumpen stellen ebenfalls nur eine maximale Heizwassertemperatur von 50°C zur Verfügung.

Aus den Abschnitten 5.2.4 und 5.2.6 kann unter Berücksichtigung der Wärmeverluste folgendes Abwärmeangebot aus den Kälteprozessen zusammengestellt werden (Tab. 31). Berücksichtigt man zusätzlich den Elektroenergieaufwand der Wärmepumpe(n) mit einer Jahresarbeitszahl von 5,2, ergibt sich das in (Tab. 32) dargestellte nutzbare Wärmeangebot. Eine beispielhafte Kreisprozessberechnung zur Ermittlung der Jahresarbeitszahl ist in Anlage 6 beigefügt. Zur Berechnung wurden folgende Randparameter einer Industriewärmepumpe zugrunde gelegt: (siehe folgende Tabelle mit Daten eienr Industriewärmepumpe für die Ermittlung von Jahresarbeitszahlen.

Hersteller Baureihe Bezeichnung Kältekreis HeizleistungLeistungsaufn.COP Kaltwasser Quelle Warmwasser KM Menge Kompressor Anz QH Pel kW kW °C °C °C °C °C °C °C °C COP Eta kg Ein Aus mitt t0 Ein Aus mitt tC _Max _WP Johnson Controls Mülligen/Schweiz NH3 880 Sabroe-Kolb 3+5 5600 3,97 15 10 12,5 5 Abwasser 45 62 53,5 65 7,97 0,498

Für die Wärmeverluste wurden folgende mittlere Werte angesetzt.

Skisporthalle – Rennschlittenbahn: 4,3 W/m 15/10°C Rennschlittenbahn – Wärmezentrale: 9,5 W/m 15/10°C Wärmezentrale – Verbraucher: 26,5 W/m 55/40°C

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Angebot JAZ = 4,2 Restbedarf Nahwärmenetz

Monat Gesamt Rennschlittenbahn Skisport-Halle Wärmepumpe Gesamt Pumpenenergie

1 1000,8 MWh 781,7 MWh 113,2 MWh 213,1 MWh 1490,2 MWh 94,0 MWh

2 696,6 MWh 531,7 MWh 109,0 MWh 152,6 MWh 1586,7 MWh 38,4 MWh

3 281,3 MWh 181,1 MWh 132,6 MWh 74,7 MWh 1551,2 MWh 7,1 MWh

4 73,3 MWh 143,0 MWh 34,0 MWh 1179,6 MWh 6,5 MWh

5 97,3 MWh 165,1 MWh 39,3 MWh 866,3 MWh 8,3 MWh

6 106,8 MWh 170,0 MWh 40,5 MWh 601,0 MWh 9,1 MWh

7 115,5 MWh 179,9 MWh 42,8 MWh 466,5 MWh 9,8 MWh

8 111,2 MWh 176,4 MWh 42,0 MWh 427,0 MWh 9,4 MWh

9 93,3 MWh 159,1 MWh 37,9 MWh 690,0 MWh 8,0 MWh

10 403,6 MWh 264,4 MWh 148,1 MWh 98,2 MWh 1079,7 MWh 12,7 MWh

11 1616,2 MWh 1265,0 MWh 124,1 MWh 330,7 MWh 113,3 MWh 113,4 MWh

12 1591,2 MWh 1254,8 MWh 116,9 MWh 326,6 MWh 835,6 MWh 176,1 MWh

Gesamt 6187,0 MWh 4278,6 MWh 1737,5 MWh 1432,4 MWh 10887,1 MWh 492,8 MWh

Tab. 31: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen und Wärmepumpe + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz Das nutzbare Wärmeangebot beträgt etwa 6.187 MWh/a und entspricht somit ca. 36% des bereinigten Bedarfs. Die verbleibende Differenz, welche durch andere Energieträger bzw. Wärmeerzeuger bereitzustellen ist, beträgt 10.887 MWh/a. Jedoch ist für den Betrieb der Wärmepumpe Elektroenergie von ca. 1.432 MWh/a aufzuwenden. Weiterhin besteht ein Elektroenergiebedarf für die Pumpen zur Umwälzung des Wassers im Nahwärmenetz von etwa 493 MWh/a. Unter Berücksichtigung eines Faktors von 2,6 ist ein Primärenergieeinsatz von 5.006 MWh/a für die Stromgenerierung erforderlich. Demgegenüber steht eine Primärenergieeinsparung von ca. 7.562 MWh/a Erdgas, wenn man von einem mittleren Erzeugungswirkungsgrad von 90% und einem Primärenergiefaktor von 1,1 ausgeht (2).

(2)

Somit beträgt die auf Primärenergiebasis bereinigte Energieeinsparung ca. 2.556 MWh/a (3) bzw. 12%.

(3)

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Wird die zusätzlich erforderliche Elektroenergie zu 100% aus erneuerbaren Energien generiert, beträgt die Primärenergieeinsparung entsprechend 7.562 MWh/a.

Wärmemengen 3000,0 MWh

Bedarf 2500,0 MWh Angebot

2000,0 MWh

1500,0 MWh

1000,0 MWh

500,0 MWh

0,0 MWh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

Abb. 46 : Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 1 Es ist zu erkennen, dass der Bedarf i.d.R. deutlich über dem Angebot liegt. Dies würde bedeuten, jegliche Abwärme zu speichern, um den größtmöglichen Bedarfsanteil zu decken.

Die gesamten Kohlendioxidemissionen dieser Variante betragen ca. 4.102 t/a (4). Diesem Wert liegt der gewichtete CO2-Emissionsfaktor für Erdgas (Haushalte) und Heizöl von 249 g/kWhEndenergie zugrunde und für die Stromgenerierung wurde ein CO2-Emissionsfaktor von 566 g/kWh angesetzt. Beide Werte wurden aus der schon genannten Klimaschutzstudie (IKSS 2013)ermittelt bzw. entnommen.

(4) In den Emissionen ist jedoch noch nicht der direkte Emissionsanteil des Kältemittels der Wärmepumpe(n) enthalten. Dieser Wert wird in einem späteren Abschnitt ermittelt und in die Betrachtungen einbezogen. Im Istzustand, nach Umsetzung des energetischen Einsparpotenzials von 35%, betragen die Kohlendioxidemissionen zur Generierung der erforderlichen 17.074 MWh Heizwärme pro Jahr bei einem Erzeugungswirkungsgrades von 90% ca. 4.724 t/a (5). Somit beträgt das Emissionsminderungspotenzial 622 t/a bzw. 13% bei Realisierung dieser Maßnahme und bei den angesetzten Parametern.

(5)

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6.3.2 Variante 2 – Nutzung Abwärme mittels ZWP und BHKW

In diesem Abschnitt soll der Einsatz einer oder mehrerer zentrale(r) Wärmepumpe(n) in Verbindung mit einem oder mehreren BHKW‘s als Stromlieferant für die Wärmepumpe untersucht werden. Durch den Betrieb des BHKW`s fällt zusätzliche Abwärme von etwa 4.754 MWh/a an, welche direkt genutzt werden kann, da das Temperaturniveau entsprechend hoch ist.

Parameter BHKW:  elektrische Leistung 378 kW  Thermische Leistung 567 kW  elektrischer Wirkungsgrad 36%  thermischer Wirkungsgrad 54%

Angebot JAZ = 5,2 Pel = 378 kW Restbedarf Nahwärmenetz Monat Gesamt Rennschlittenbahn Skisport-Halle Wärmepumpe BHKW Gesamt Pumpenenergie 1 1422,6 MWh 781,7 MWh 113,2 MWh 213,1 MWh 421,8 MWh 1068,3 MWh 107,3 MWh 2 1077,6 MWh 531,7 MWh 109,0 MWh 152,6 MWh 381,0 MWh 1205,7 MWh 47,7 MWh 3 703,1 MWh 181,1 MWh 132,6 MWh 74,7 MWh 421,8 MWh 1129,4 MWh 12,7 MWh 4 481,6 MWh 143,0 MWh 34,0 MWh 408,2 MWh 771,4 MWh 10,6 MWh 5 519,2 MWh 165,1 MWh 39,3 MWh 421,8 MWh 444,5 MWh 12,6 MWh 6 515,0 MWh 170,0 MWh 40,5 MWh 408,2 MWh 192,8 MWh 13,0 MWh 7 537,4 MWh 179,9 MWh 42,8 MWh 421,8 MWh 44,7 MWh 12,4 MWh 8 533,1 MWh 176,4 MWh 42,0 MWh 421,8 MWh 5,1 MWh 11,7 MWh 9 501,6 MWh 159,1 MWh 37,9 MWh 408,2 MWh 281,8 MWh 12,2 MWh 10 825,4 MWh 264,4 MWh 148,1 MWh 98,2 MWh 421,8 MWh 657,9 MWh 19,3 MWh 11 1729,5 MWh 1265,0 MWh 124,1 MWh 330,7 MWh 113,3 MWh 0,0 MWh 113,4 MWh 12 2013,0 MWh 1254,8 MWh 116,9 MWh 326,6 MWh 421,8 MWh 413,7 MWh 199,7 MWh Gesamt 10859,0 MWh 4278,6 MWh 1737,5 MWh 1432,4 MWh 4672,0 MWh 6215,2 MWh 572,4 MWh Tab. 32 : Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Wärmepumpe + BHKW + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz Das Wärmeangebot beträgt etwa 10.859 MWh/a und entspricht somit ca. 64% des bereinigten Bedarfs. Also deutlich höher als ohne BHKW. Allerdings entspricht dieser Wert nicht der Einsparung, da durch das BHKW selbst Erdgas verbraucht wird. Die primärenergetische Einsparung an Erdgas (und Heizöl) beträgt etwa 3.755 MWh/a bzw. 18%, wobei der Elektroenergiebedarf der Wärmepumpe und Nahwärmenetzpumpen über das Jahr betrachtet zu 100% durch das BHKW gedeckt wird und zusätzlich ca. 1.110 MWh/a Elektroenergie ins öffentliche Netz eingespeist werden. In der Monatsbilanz läuft das BHKW im November nur sehr selten, da das zur Verfügung stehende Wärmeangebot der Sportstätten und der Wärmepumpe zur Bedarfsdeckung ausreichend ist. Dieser Monat könnte also optimal zu Wartungszwecken genutzt werden. Unter Berücksichtigung des Primärenergiefaktors von 2,6 für die Stromgenerierung können durch den Überschussstrom ca. 2.886 MWh/a Primärenergie im Kraftwerk eingespart werden. Insgesamt beträgt die Primärenergieeinsparung also ca. 6.641 MWh/a (6) bzw. ca. 32%. Durch den

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zusätzlichen Einsatz eines BHKW’s ist die Primärenergieeinsparung also mehr als doppelt so hoch. Die verbleibende Differenz für den Heizenergiebedarf (ohne Erzeugungsverluste), welche durch andere Energieträger bereitzustellen ist, beträgt 6.215 MWh/a.

(6)

Wärmemengen 3000,0 MWh Bedarf

Angebot 2500,0 MWh

2000,0 MWh

1500,0 MWh

1000,0 MWh

500,0 MWh

0,0 MWh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

Abb. 47: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 2 Die durch die Verbrennung von Erdgas bzw. Heizöl für die Wärmeerzeugung entstehenden

Kohlendioxidemissionen betragen ca. 3.880 t/a (8). Diesem Wert liegt der gewichtete CO2-

Emissionsfaktor für Erdgas (Haushalte) und Heizöl von 249 g/kWhEndenergie für den Restbedarf von 6.134 MWh/a (s. Tab. 32) zugrunde. Für den Gasbedarf des BHKW’s von ca. 8.803 MWh/a (7) wurde der Wert für Erdgas (Haushalte) von 248 g/kWhEndenergie angesetzt (IKSS,2013).

(7)

(8)

Demgegenüber steht eine Einsparung bei der Stromgenerierung von ca. 628 t/a (9), durch die zusätzliche Einspeisung der Elektroenergie vom BHKW ins öffentliche Netz. Insgesamt betragen die zu berücksichtigenden Kohlendioxidemissionen ca. 3.237 t/a. Die Einsparung im Vergleich zum Istzustand nach Formel (5) beträgt etwa 1.487 t/a bzw. 31%.

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(9)

6.3.3 Variante 3 – Nutzung Abwärme mittels ZWP, Photovoltaik und Solarthermie

Wenn statt des BHKW’s zur Stromgenerierung Photovoltaik genutzt wird, entfällt der zusätzliche Gasbedarf für das BHKW. Dies würde aber auch ein geringeres Wärmeangebot zur Folge haben, da die Abwärme des BHKW’s nicht mehr zur Verfügung steht. Hierfür kann aber zusätzlich die Solarthermie genutzt werden. Wie sich dies auf den Primärenergieverbrauch und die Emissionen auswirkt, soll in diesem Abschnitt untersucht werden. Folgende jährlichen Erträge und Kollektorflächen wurden in Anlehnung an AP02 angesetzt.

Solarthermie: 300 kWhthermisch/(m²·a) 2.932 m²

Photovoltaik: 88,83 kWhelektrisch/(m²·a) 17.432 m²

Bei der Ermittlung der Kollektorflächen wurde die Skisport-Halle nicht mit berücksichtigt, da hier bei der Installation einer Solaranlage der Betreiber die Erträge zur Eigennutzung verwenden sollte und würde. Aus den Karten des DWD für die Globalstrahlung 2012 konnten für die Region die Werte in Tab. 33 entnommen werden. Für den Monat Mai ist die Globalstrahlung am höchsten. Daraus wurden die relativen Anteile der anderen Monate und unter Berücksichtigung der o.g. Jahreserträge die einzelnen Monatserträge ermittelt.

Monat Globalstrahlung Solarthermie Photovoltaik Jan 23,5 kWh/(m²·M) 13% 6 kWh/(m²·M) 2 kWh/(m²·M) Feb 48,5 kWh/(m²·M) 26% 13 kWh/(m²·M) 4 kWh/(m²·M) Mrz 90,0 kWh/(m²·M) 49% 24 kWh/(m²·M) 7 kWh/(m²·M) Apr 113,5 kWh/(m²·M) 62% 30 kWh/(m²·M) 9 kWh/(m²·M) Mai 183,5 kWh/(m²·M) 100% 49 kWh/(m²·M) 15 kWh/(m²·M) Jun 151,0 kWh/(m²·M) 82% 40 kWh/(m²·M) 12 kWh/(m²·M) Jul 158,5 kWh/(m²·M) 86% 42 kWh/(m²·M) 13 kWh/(m²·M) Aug 133,5 kWh/(m²·M) 73% 36 kWh/(m²·M) 11 kWh/(m²·M) Sep 108,5 kWh/(m²·M) 59% 29 kWh/(m²·M) 9 kWh/(m²·M) Okt 63,5 kWh/(m²·M) 35% 17 kWh/(m²·M) 5 kWh/(m²·M) Nov 28,5 kWh/(m²·M) 16% 8 kWh/(m²·M) 2 kWh/(m²·M) Dez 18,5 kWh/(m²·M) 10% 5 kWh/(m²·M) 1 kWh/(m²·M) Mittel 1121 kWh/(m²·a) 300 kWh/(m²·a) 89 kWh/(m²·a) Tab. 33: Werte Globalstrahlung 2012 (Quelle: DWD) und ermittelte Erträge

Durch den Einsatz von Solarthermie kann zusätzliche Wärme von etwa 880 MWh/a generiert werden.

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Angebot 2932 m² JAZ = 4,2 Restbedarf Nahwärmenetz

Gesamt Rennschlittenbahn Skisport-Halle Solarthermie Wärmepumpe Gesamt Pumpenenergie

1019,2 MWh 781,7 MWh 113,2 MWh 18,4 MWh 213,1 MWh 1471,7 MWh 94,4 MWh

734,6 MWh 531,7 MWh 109,0 MWh 38,1 MWh 152,6 MWh 1548,6 MWh 38,8 MWh

351,9 MWh 181,1 MWh 132,6 MWh 70,6 MWh 74,7 MWh 1480,6 MWh 7,8 MWh

162,4 MWh 143,0 MWh 89,1 MWh 34,0 MWh 1090,6 MWh 7,0 MWh

241,3 MWh 165,1 MWh 144,0 MWh 39,3 MWh 722,3 MWh 9,0 MWh

225,3 MWh 170,0 MWh 118,5 MWh 40,5 MWh 482,5 MWh 9,8 MWh

239,9 MWh 179,9 MWh 124,4 MWh 42,8 MWh 342,2 MWh 10,6 MWh

216,0 MWh 176,4 MWh 104,8 MWh 42,0 MWh 322,2 MWh 10,1 MWh

178,5 MWh 159,1 MWh 85,1 MWh 37,9 MWh 604,9 MWh 8,4 MWh

453,4 MWh 264,4 MWh 148,1 MWh 49,8 MWh 98,2 MWh 1029,9 MWh 13,5 MWh

1638,6 MWh 1265,0 MWh 124,1 MWh 22,4 MWh 330,7 MWh 90,9 MWh 114,4 MWh

1605,7 MWh 1254,8 MWh 116,9 MWh 14,5 MWh 326,6 MWh 821,0 MWh 177,1 MWh

7066,6 MWh 4278,6 MWh 1737,5 MWh 879,6 MWh 1432,4 MWh 10007,5 MWh 500,9 MWh

Tab. 34: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Wärmepumpe + Solarthermie + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz Das Wärmeangebot beträgt etwa 7.067 MWh/a und entspricht somit ca. 41% des bereinigten Bedarfs und ist deutlich geringer als beim Einsatz eines BHKW‘s. Die primärenergetische Einsparung an Erdgas (und Heizöl) ist hingegen deutlich höher, da der Gasbedarf des BHKW’s wegfällt und beträgt etwa 8.637 MWh/a bzw. 41%. Der Elektroenergiebedarf der Wärmepumpe und Nahwärmenetzpumpen kann über das Jahr betrachtet nahezu durch die Photovoltaik gedeckt werden. Der zusätzliche Elektroenergiebedarf beträgt etwa 385 MWh/a. Unter Berücksichtigung des Primärenergiefaktors von 2,6 für die Stromgenerierung beträgt der zusätzliche Primärenergiebedarf zur Stromgenerierung ca. 1001 MWh/a. Insgesamt beträgt die Primärenergieeinsparung also ca. 7.637 MWh/a (10) bzw. 37% und ist also höher als durch den BHKW-Einsatz. Die verbleibende Differenz für den Heizenergiebedarf (ohne Erzeugungsverluste), welche durch andere Energieträger bereitzustellen ist, beträgt 10.008 MWh/a.

(10)

Die gesamten Kohlendioxidemissionen dieser Variante betragen 2.987 t/a und setzen sich aus 2.769 t/a für die Wärmeerzeugung mittels Erdgas bzw. Heizöl und 218 t/a für den zusätzlichen

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Elektroenergiebedarf zusammen. Die Einsparung im Vergleich zum Istzustand nach Formel (5) beträgt etwa 1.737 t/a bzw. 37%.

Wärmemengen 3000,0 MWh

Bedarf 2500,0 MWh Angebot

2000,0 MWh

1500,0 MWh

1000,0 MWh

500,0 MWh

0,0 MWh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

Abb. 48: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 3

6.3.4 Variante 4 –Nutzung von Abwärme mittels ZWP, BHKW, Photovoltaik und Solarthermie

Variante 2 und 3 zeichnen sich zum einen durch einen geringen Restbedarf an Heizenergie aus (Variante 2) oder zum anderen durch eine hohe Primärenergieeinsparung und damit deutlich geringeren Kohlendioxidemissionen (Variante 3). Deshalb soll in diesem Abschnitt die Kombination beider Varianten untersucht werden. Es wird davon ausgegangen, dass sich die jeweiligen Vorteile der einzelnen Varianten ergänzen und zu dem deutlich besten Ergebnis führen.

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Angebot 2932 m² JAZ = 4,2 Pel = 378 kW Restbedarf Nahwärmenetz

Monat Gesamt Rennschlittenbahn Skisport-Halle Solarthermie Wärmepumpe BHKW Gesamt Pumpenenergie

1 1441,1 MWh 781,7 MWh 113,2 MWh 18,4 MWh 213,1 MWh 421,8 MWh 1049,9 MWh 108,3 MWh

2 1156,5 MWh 531,7 MWh 109,0 MWh 38,1 MWh 152,6 MWh 421,8 MWh 1126,8 MWh 48,4 MWh

3 773,7 MWh 181,1 MWh 132,6 MWh 70,6 MWh 74,7 MWh 421,8 MWh 1058,8 MWh 14,0 MWh

4 584,2 MWh 143,0 MWh 89,1 MWh 34,0 MWh 421,8 MWh 668,7 MWh 11,5 MWh

5 663,1 MWh 165,1 MWh 144,0 MWh 39,3 MWh 421,8 MWh 300,5 MWh 13,9 MWh

6 647,1 MWh 170,0 MWh 118,5 MWh 40,5 MWh 421,8 MWh 60,7 MWh 13,0 MWh

7 582,1 MWh 179,9 MWh 124,4 MWh 42,8 MWh 342,2 MWh 0,0 MWh 12,4 MWh

8 538,2 MWh 176,4 MWh 104,8 MWh 42,0 MWh 322,2 MWh 0,0 MWh 11,7 MWh

9 600,3 MWh 159,1 MWh 85,1 MWh 37,9 MWh 421,8 MWh 183,0 MWh 12,9 MWh

10 875,2 MWh 264,4 MWh 148,1 MWh 49,8 MWh 98,2 MWh 421,8 MWh 608,1 MWh 20,7 MWh

11 1729,5 MWh 1265,0 MWh 124,1 MWh 22,4 MWh 330,7 MWh 90,9 MWh 0,0 MWh 114,4 MWh

12 2027,6 MWh 1254,8 MWh 116,9 MWh 14,5 MWh 326,6 MWh 421,8 MWh 399,2 MWh 201,4 MWh

Gesamt 11618,6 MWh 4278,6 MWh 1737,5 MWh 879,6 MWh 1432,4 MWh 4551,9 MWh 5455,6 MWh 582,7 MWh

Tab. 35: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Solarwärme, Wärmepumpe + BHKW und verbleibende Restbedarf Das Wärmeangebot beträgt etwa 11.537 MWh/a bzw. ca. 68% des bereinigten Bedarfs. Dieser Wert ist also von allen untersuchten Varianten der höchste. Die primärenergetische Einsparung an Erdgas beträgt etwa 4.995 MWh/a bzw. 24%. Der Elektroenergiebedarf der Wärmepumpe und Netzpumpen wird über das Jahr vollständig durch das BHKW und die Photovoltaik gedeckt werden. Zusätzlich werden ca. 2.514 MWh/a in das öffentliche Netz eingespeist. Unter Berücksichtigung des Primärenergiefaktors von 2,6 für die Stromgenerierung beträgt die Primärenergieeinsparung aus der Stromgenerierung ca. 6.535 MWh/a. Insgesamt ergibt sich also eine Primärenergieeinsparung von ca. 11.530 MWh/a (11) bzw. 55%. Der erforderliche Primärenergieeinsatz ist also geringer als die Hälfte des bereinigten Istzustandes. Die verbleibende Differenz für den Heizenergiebedarf (ohne Erzeugungsverluste), welche durch andere Energieträger bereitzustellen ist, beträgt 5.537 MWh/a.

(11)

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Wärmemengen 3000,0 MWh Bedarf

Angebot 2500,0 MWh

2000,0 MWh

1500,0 MWh

1000,0 MWh

500,0 MWh

0,0 MWh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

Abb. 49 : Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 4 Die gesamten Kohlendioxidemissionen betragen etwa 2.162 t/a und setzen sich aus 3.585 t/a für die Wärmeerzeugung mittels Erdgas bzw. Heizöl und einer Emissionsminderung von 1.423 t/a für die Stromgenerierung zusammen. Die Einsparung im Vergleich zum Istzustand nach Formel (5) beträgt etwa 2.562 t/a bzw. 54%.

6.4 Nutzung dezentraler Wärmepumpen

Die Umsetzung eines Nahwärmenetzes muss als erstes dazu führen, dass eine primärenergetische Einsparung erzielt wird. Weiterhin müssen die Treibhausgasemissionen reduziert werden. Deshalb soll ein Vergleich gegen einen möglichen zukünftigen Stand der Technik durchgeführt werden. Als zukünftiger Stand der Technik zur Heizwärmegenerierung wird vor allem die Wärmepumpe gesehen. Hierbei gibt es unterschiedliche Ausführungen mit entsprechenden Vor- und Nachteilen. Zum einen gibt es Luft-Wasser-Wärmepumpen, die von der Umsetzung und den Anschaffungskosten die günstigste Alternative darstellen können. Zum anderen gibt es Sole- Wasser-Wärmepumpen, die i.d.R. deutlich bessere Jahresarbeitszahlen als die Luft-Wasser- Wärmepumpen aufweisen. In den nachfolgenden Abschnitten sollen die Primärenergieeinsparung und die Emissionsminderung von Treibhausgasen im Vergleich zum Istzustand berechnet werden, die durch den Einsatz von dezentralen Wärmepumpen beim Endnutzer entstehen.

6.4.1 Dezentrale Luft-Wasser-Wärmepumpen

Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen als Wärmequelle die Umgebungsluft und transformieren die aufgenommene Wärme über den Kaltdampfprozess auf ein höheres und damit nutzbares Temperaturniveau. Dabei ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe umso effizienter, je höher die Temperatur der Umgebungsluft ist. Um den Temperaturhub zu realisieren, muss der Wärmepumpe

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höherwertige Energie, nämlich Elektroenergie zum Antrieb des Verdichters, zugeführt werden. Setzt man den Nutzen ins Verhältnis zum Aufwand, so erhält man die sogenannte Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe oder die Jahresarbeitszahl (JAZ), bei Verwendung der Energiemengen. Die Wärmepumpen-Feldteststudie des Frauenhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zeigt, dass die mittleren Jahresarbeitszahlen für Luft-Wasser-Wärmepumpen bei ca. 2,9 liegen [8]. Für die Berechnungen wurde eine JAZ von 3,0 angesetzt. Aus diesen Vorgaben lässt sich für einen bereinigten Heizenergiebedarf von 17.074 MWh/a ein Elektroenergieaufwand von ca. 5.691 MWh/a berechnen (12).

(12)

Unter Berücksichtigung des Primärenergiefaktors von 2,6 für die Stromgenerierung beträgt der Primärenergiebedarf 14.797 MWh/a. Im Istzustand beträgt der Primärenergiebedarf unter Berücksichtigung eines mittleren Wirkungsgrades von 90% für die Wärmeerzeugung und eines Primärenergiefaktors von 1,1 gleich 20.868 MWh/a (1). Die Primärenergieeinsparung hat also eine Größenordnung von 6.071 MWh/a bzw. ca. 29%. Die durch die Elektroenergieerzeugung entstehenden Kohlendioxidemissionen betragen ca. 3.221 t/a (13).

(13)

Das Emissionsminderungspotenzial im Vergleich zum Istzustand von 4.724 t/a (5) beträgt demzufolge ca. 1.503 t/a bzw. 32%.

6.4.2 Dezentrale Sole-Wasser-Wärmepumpen

Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen als Wärmequelle die Erdwärme. Das vorhandene Temperaturniveau ist über das Jahr verteilt annähernd gleich bei etwa 10°C. Allerdings liegt Oberhof in einem Trinkwasserschutzgebiet und es ist fraglich, ob der Einsatz von Sole-Wasser- Wärmepumpen überall genehmigt wird. Die Wärmepumpen-Feldteststudie des Frauenhofer- Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zeigt, dass die mittleren Jahresarbeitszahlen für Sole- Wasser-Wärmepumpen bei ca. 3,9 liegen[8]. Für die Berechnungen wurde eine JAZ von 4,0 angesetzt. Aus diesen Vorgaben lassen sich entsprechend Gleichung (12) ein Elektroenergieaufwand von ca. 4.268 MWh/a und ein Primärenergiebedarf von 11.098 MWh/a berechnen. Die Primärenergieeinsparung beträgt im Vergleich zum Istzustand 9.770 MWh/a bzw. ca. 47%. Durch die Stromgenerierung werden gemäß Gleichung (13) ca. 2.416 t

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Kohlendioxidemissionen im Jahr verursacht. Das Emissionsminderungspotenzial beträgt also ca. 2.308 t/a bzw. 49%.

Ein Vergleich mit Variante 4 Abschnitt 6.3.4 zeigt, dass die mögliche Primärenergieeinsparung und Emissionsminderung beim Einsatz von ausschließlich Sole-Wasser-Wärmepumpen größer ist. In der Realität werden aber nicht nur Sole-Wasser-Wärmepumpen eingesetzt werden, sondern es werden ein Großteil Luft-Wasser-Wärmepumpen vorhanden sein. Nicht nur weil diese kostengünstiger sind, sondern auch einen geringeren Installationsaufwand verursachen (keine Erdbohrungen). Setzt man nur einen Anteil an Luft-Wasser-Wärmepumpen von 50% voraus, was real eher zu gering sein dürfte, so betragen die möglichen Primärenergieeinsparungen nur noch 7.926 MWh/a bzw. 38%, bei einer mittleren Jahresarbeitszahl von ca. 3,43. Das Emissionsminderungspotenzial beläuft sich auf etwa 1.907 t/a bzw. 40%. Die Kohlendioxidemissionen betragen 2.817 t/a.

Die Ausführungen zeigen, dass als mögliche Nahwärmekonzepte die Varianten 2 bis 4 in Betracht kommen. Jedoch einzig bei Variante 4 kann relativ sicher davon ausgegangen werden, dass die Energieeinsparungen und Emissionsminderungen größer sind. Die Emissionen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe sind für das Nahwärmekonzept entsprechend Variante 4 ca. 667 t/a bzw. 24% geringer als im Vergleich zum Wärmekonzept mit dezentralen Wärmepumpen (14). Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass in den bisherigen Betrachtungen die direkten Treibhausgasemissionen nicht enthalten sind, welche durch den Einsatz von Kältemitteln entstehen. Diese zusätzlichen Emissionen werden durch den sogenannten TEWI-Kennwert (Total Equivalent Warming Impact) erfasst. Die direkten Emissionen dezentraler Wärmepumpensysteme könnten bei ausreichender Datenlage, wie Kältemittelart und Kältemittelfüllmenge, ermittelt werden.

(14)

6.5 Treibhausgasbelastung durch Kältemittel

Der TEWI – Kennwert ist eine Kennzahl, mit deren Hilfe die gesamten Auswirkungen auf die Umwelt beim Betrieb von Kälteanlagen, zu denen auch Wärmepumpen zählen, berücksichtigt werden können. Also sowohl die indirekten Emissionen durch den benötigten Energieaufwand für den Antrieb der Kälteanlage als auch die direkten Emissionen durch das eingesetzte Kältemittel selbst. Direkte Auswirkungen auf die Umwelt entstehen u.a. durch Leckageverluste, bei denen Kältemittel direkt in die Atmosphäre gelangt oder durch Verluste bei der Rückgewinnung von

Kältemitteln. Die direkten Emissionen werden mittels des GWP-Wertes eines Kältemittels auf CO2- Äquivalente umgerechnet. Die indirekten Emissionen entstehen bei der Generierung der für die

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Kältemaschine erforderlichen Antriebsenergie, bei der vor allem das Treibhausgas CO2 in die Atmosphäre gelangt. Also zum Beispiel durch die Verbrennung fossiler Energieträger zur Stromerzeugung.

TEWI = (GWP·L·n) + (GWP·m·[1-αr]) + (n·Ea·β) (15)

Leckage Rückgewinnungsverluste Energiebedarf

direkter Treibhauseffekt indirekter Treibhauseffekt

L - Leckrate pro Jahr [kg] n - Betriebszeit der Anlage [Jahre] m - Anlagenfüllgewicht [kg]

αr - Recycling-Faktor

Ea - Energiebedarf pro Jahr [kWh/a]

β - Energiemix/CO2-Emission pro kWh

Zur Beschreibung der Klimawirksamkeit eines Stoffes wird dessen Treibhauspotenzial GWP (Global

Warming Potential) angegeben. Der GWP-Wert wird auf das wichtigste Treibhausgas CO2 normiert und ist ein relativer Vergleichswert, in welchem Verhältnis gegenüber CO2 der betreffende Stoff die Infrarot-Wärmestrahlung absorbiert und sie damit in der Atmosphäre zurückhält. So hat 1 kg des Kältemittels R134a mit einem GWP-Wert von 1.430 ein vergleichbares Treibhauspotenzial wie

1.430 kg CO2 [IPCC 2007]. Da sich die atmosphärische Lebensdauer der verschiedenen Kältemittel stark unterscheiden kann, erfolgt die Ermittlung des GWP-Wertes bezogen auf einen Zeitraum von 100 Jahren. Große Wärmepumpen, wie sie für das Nahwärmekonzept in Frage kommen, verwenden oft natürliche Kältemittel wie CO2, Ammoniak oder Propan, mit keinen bzw. vernachlässigbar geringen direkten Treibhausgasemissionen. Der GWP-Wert der natürlichen Kältemittel ist Null bzw. sehr gering (Propan 3,3). Weiterhin kommt in einigen Anwendungen R134a als synthetisches Kältemittel zum Einsatz.

Zur Berechnung der Gesamt-Treibhausgasemissionen (TEWI) wurde für die direkten Emissionen durch Leckage ein Wert über die Betriebszeit der Anlage von 5%/Jahr angenommen. Dieser Wert berücksichtigt unter anderem auch Havariefälle. Weiterhin wurde von einer Betriebszeit der Anlage von 18 Jahren und einem Recycling-Faktor von 0,7 ausgegangen. Der Recycling-Faktor berücksichtigt nicht nur die beim Absaugen des Kältemittels aus der Wärmepumpe auftretenden Verluste, sondern z. B. auch die Kältemittelmengen, die im Kältemittelöl verbleiben, sowie die Verluste, die beim Umfüllen und bei der Zerstörung des Kältemittels in einem Entsorgungs- Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 107 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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unternehmen auftreten. In der folgenden Tabelle sind die Gesamt-Treibhausgasemissionen für das synthetische Kältemittel R134a und das natürliche Kältemittel Ammoniak (R717) für das Nahwärmekonzept entsprechend Variante 2 dargestellt.

TEWI - Betrachtung Nahwärmekonzept (Variante 2) Kältemittel R134a Ammoniak GWP Treibhauspotenzial (100 a)1) 1430 0 Betriebszeit der Anlage 18 a 18 a Kältemittelfüllmenge der Anlage 1200 kg 2400 kg Recycling-Faktor 0,7 0,7

Emissionsfaktor Strommix Deutschland in g CO2/kWh 566 566 Energiebedarf Kälteerzeugung indirekter Anteil

Leckagerate 5 %/a 5 %/a

direkte Emissionen durch Leckage in CO2 äqu. 1544,4 t 0,0 t direkte Emissionen durch Rückgewinnungsverluste CO2 äqu. 514,8 t 0,0 t indirekte Emissionen aus ermitteltem Energiebedarf CO2 äqu. 58266,0 t 58266,0 t

60325,2 t 58780,8 t Gesamt - Treibhausbelastung (TEWI - Zahl) CO2 äqu. 100% 97% Tab. 36Treibhausbelastung für das Nahwärmekonzept (Variante 2) und unterschiedlichen Kältemitteln Bei gleicher Jahresarbeitszahl und somit gleichem Energiebedarf ergeben sich für Ammoniak als Kältemittel etwa 3% geringere Treibhausgasemissionen über die Betriebszeit von 18 Jahren. Es ist gut zu erkennen, dass der Anteil der direkten Emissionen für Ammoniak keinen Einfluss auf die Gesamtemissionen hat, da der GWP-Wert Null ist (s. Abb. 45). Für das Kältemittel R134a kommen zu den indirekten Emissionen noch die direkten Emissionen von insgesamt 2.059 t über 18 Jahre hinzu. Ein Vergleich mit dem Istzustand ergibt Emissionen von 85.032 t über 18 Jahre. Die mögliche Einsparung beträgt somit insgesamt 24.995 t. Dies bedeutet eine Reduzierung der Treibhausgase um ca. 29% beim Einsatz von R134a für das Nahwärmekonzept entsprechend Variante 2. Für Ammoniak ergibt sich der Wert von 31% entsprechend Abschnitt 6.3.2, da es keine zusätzlichen direkten klimawirksamen Emissionen gibt.

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direkte und indirekte Emissionen 70000,0 t

60000,0 t

50000,0 t

40000,0 t

30000,0 t

20000,0 t

10000,0 t

0,0 t R134a Ammoniak indirekte Emissionen aus ermitteltem Energiebedarf CO2 äqu. 57978,0 t 57978,0 t direkte Emissionen durch Rückgewinnungsverluste CO2 äqu. 514,8 t 0,0 t direkte Emissionen durch Leckage in CO2 äqu. 1544,4 t 0,0 t Abb. 50: Direkte und indirekte Treibhausgasemissionen

6.6 Vorschlag Nahwärmekonzept

Die vorangegangenen Ausführungen zeigen, dass sowohl energetische als auch ökologische Verbesserungspotenziale bestehen, wenn ein Nahwärmekonzept realisiert wird. Im Vergleich zum Istzustand stellt jedes der hier untersuchten Nahwärmekonzepte eine Verbesserung dar. Im Vergleich zu einer dezentralen Wärmeversorgung mittels Wärmepumpen kann nicht jedes Nahwärmekonzept in Betracht kommen. Zusammenfassend sind in der nachfolgenden Tabelle noch einmal alle untersuchten Nahwärmekonzepte im Vergleich zum Istzustand übersichtlich dargestellt. Die Werte für die Treibhausgasemissionen der Nahwärmekonzepte enthalten zusätzlich den direkten Anteil des Kältemittels R134a (s. Tab. 36). Die direkten Emissionen wurden zur Vergleichbarkeit auf 1 Jahr zurückgerechnet, obwohl der Anteil der Rückgewinnungsverluste erst zum Ende der angesetzten Betriebszeit von 18 Jahren wirksam wird. Zusätzlich wurde der Istzustand ohne Berücksichtigung des energetischen Sanierungspotenzials aufgenommen. Dies gibt Aufschluss über das gesamte Potenzial der Energieeinsparung und Emissionsminderung, wenn durch bauliche Maßnahmen (z.B. Dämmung Außenbauteile) 35% Energieeinsparung erzielt werden.

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Istzustand Nahwärmekonzept

vor Sanierung nach Sanierung Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4

Endenergiebedarf Wärme 29186,7 MWh 18971,3 MWh 14022,0 MWh 14453,8 MWh/a 11504,2 MWh 11923,3 MWh/a

Erdgas/Heizöl 29186,7 MWh 18971,3 MWh 12096,8 MWh 15618,0 MWh/a 11119,4 MWh 14491,3 MWh/a

Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 1925,2 MWh -1164,2 MWh/a 384,8 MWh -2568,0 MWh/a

Primärenergiebedarf Wärme 32105,3 MWh 20868,5 MWh 18312,0 MWh 14152,9 MWh/a 13231,9 MWh 9263,6 MWh/a

Erdgas/Heizöl 32105,3 MWh 20868,5 MWh 13306,5 MWh 17179,8 MWh/a 12231,4 MWh 15940,4 MWh/a

Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 5005,5 MWh -3026,9 MWh/a 1000,5 MWh -6676,8 MWh/a

Treibhausgasemissionen 7267 t/a 4724 t/a 4216 t/a 3335 t/a 3101 t/a 2261 t/a

Erdgas/Heizöl 7267 t/a 4724 t/a 3012 t/a 3880 t/a 2769 t/a 3600 t/a

Strom 0 t/a 0 t/a 1090 t/a -659 t/a 218 t/a -1453 t/a

direkte Emissionen Kältemittel 0 t/a 0 t/a 114 t/a 114 t/a 114 t/a 114 t/a

Primärenergieeinsparung Wärme

11236,9 MWh 13793,3 MWh 17952,4 MWh/a 18873,5 MWh 22841,7 MWh/a zu Istzustand vor Sanierung 35% 43% 56% 59% 71%

2556,5 MWh 6715,6 MWh/a 7636,6 MWh 11604,9 MWh/a zu Istzustand nach Sanierung 12% 32% 37% 56%

Emissionsminderung

2544 t/a 3051 t/a 3932 t/a 4167 t/a 5007 t/a zu Istzustand vor Sanierung 35% 42% 54% 57% 69%

508 t/a 1388 t/a 1623 t/a 2463 t/a zu Istzustand nach Sanierung 11% 29% 34% 52%

Tab. 37: Übersicht Variantenvergleich (Energie und Emissionen) Tab. 37 zeigt deutlich, dass Variante 4 als Nahwärmekonzept das größte Einsparpotenzial aufweist. Allerdings sind bei dieser Variante auch die höchsten Investitionskosten zu erwarten. Die Wärmegestehungskosten der Varianten 2 bis 4 werden in einem späteren Abschnitt behandelt. Variante 1 wird aufgrund des deutlich geringeren Einsparpotenzials nicht weiter berücksichtigt. Da nicht der komplette Bedarf über das Nahwärmekonzept gedeckt werden kann, muss der Restbedarf an Heizenergie anderweitig bereitgestellt werden. Hierzu bieten sich vorhandene Insellösungen an.

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6.7 Insellöungen im Bestand

6.7.1 Rennsteigtherme

Die Rennsteigtherme hat ein eigenes innovatives Energiekonzept, bestehend aus einer Wärmepumpe, einem BHKW und einem Spitzenlastkessel mit Erdgas. Es ist daher nicht sinnvoll, diesen Verbraucher in das Nahwärmekonzept einzubeziehen. Der jährliche Energieverbrauch, welcher über den Primärenergieträger Erdgas bereitgestellt wurde, betrug 427,5 MWh/a (bezogen auf HO). Unter Berücksichtigung eines Faktors Brennwert/Heizwert von 1,1 erhält man einen auf den Heizwert HU bezogenen Energieverbrauch von 388,6 MWh/a. Dieser Wert spiegelt aber nicht den Bedarf der Therme wider, da diese in den betrachteten Verbrauchsjahren nicht öffentlich in Betrieb war. Jedoch ist dieser Wert aus dem ermittelten Gesamtbedarf abzuziehen.

6.7.2 Treff-Hotel-Panorama

Das Treff Hotel Panorama hat ebenfalls ein eigenes Energiekonzept, welches vom Energiemanager Techem umgesetzt wurde und betreut wird. Ursprünglich erfolgte die Wärmeversorgung des Hotels durch 3 Kessel mit einer Gesamtleistung von 3.480 kW. Durch eine Sanierung der Gebäudehülle wurde der Heizleistungsbedarf deutlich abgesenkt. Aktuell versorgen zwei Brennwertkessel mit je 700 kW und 1.300 kW sowie ein Blockheizkraftwerk mit 140 kW elektrisch und 216 kW thermisch die 409 Hotelzimmer und 80 Ferienwohnungen. Die Sanierung der Wärmeversorgung erfolgte im Rahmen eines Wärmecontractings, wobei die Investitionen vom Contractor übernommen wurden. (Vorhauer Corel) [15]. Auch dieser Verbraucher soll nicht im Nahwärmekonzept berücksichtigt werden. Der jährliche geschätzte Energiebedarf beträgt 5.913 MWh/a. Dieser Wert beinhaltet sowohl den Gasbedarf für die Wärme- als auch für die Elektroenergieerzeugung des BHKW’s und wurde unter folgenden Annahmen ermittelt:

BHKW Vollbenutzungsstunden 5.000 h/a Wirkungsgrad thermisch 55% Wirkungsgrad elektrisch 35% Brennwertkessel Vollbenutzungsstunden 1.523 h/a

Die verminderten Vollbenutzungsstunden des Brennwertkessels wurden wie folgt vereinfacht bestimmt.

Vollbenutzungsstunden „normal“ 1862 h/a Vollbenutzungsstunden BHKW 5.000 h/a

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thermische Energiemenge, die nicht von Brennwertkesseln bereitgestellt werden muss:

(16)

geschätzte thermische Energiemenge der Brennwertkessel:

(17) geschätzte Vollbenutzungsstunden Brennwertkessel:

(18) Berücksichtigt man einen Wirkungsgrad für die Brennwertkessel und das BHKW (gesamt) von 90%, so ergibt sich ein auf den Brennwert (HO) bezogener Gasbedarf von 7.227 MWh/a.

6.7.3 Sportgymnasium

Auch das Sportgymnasium wird über ein eigenes Energiekonzept versorgt. Ein Großteil des Wärmebedarfs wird über einen Holzhackschnitzel-Kessel mit 410 kW Heizleistung gedeckt. Ein weiterer Teil mittels Solarthermie und die Spitzenlast über einen Erdgaskessel. Der gemessene

Erdgasverbrauch betrug im Jahr 2007 77 MWh und 2008 82 MWh (bezogen auf HU) [12]. Im Mittel also etwa 80 MWh/a bzw. 88 MWh/a (bezogen auf HO).

Monat Ausgewählt Abzug Modernisierung Bereinigt 1 2864,4 MWh -1002,5 MWh 1861,9 MWh 2 2613,9 MWh -914,9 MWh 1699,0 MWh 3 2164,0 MWh -757,4 MWh 1406,6 MWh 4 1500,4 MWh -525,1 MWh 975,3 MWh 5 1151,8 MWh -403,1 MWh 748,6 MWh 6 836,8 MWh -292,9 MWh 543,9 MWh 7 677,1 MWh -237,0 MWh 440,1 MWh 8 661,0 MWh -231,4 MWh 429,7 MWh 9 977,3 MWh -342,1 MWh 635,3 MWh 10 1712,3 MWh -599,3 MWh 1113,0 MWh 11 1998,8 MWh -699,6 MWh 1299,2 MWh 12 2775,3 MWh -971,3 MWh 1803,9 MWh Gesamt 19933,2 MWh -6976,6 MWh 12956,6 MWh Tab. 38: Ermittelter Heizenergiebedarf inkl. Verluste für Speicherung, Verteilung und Übergabe (Erdgas- und Ölfeuerungsstätten) ohne Insellösungen

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Der gesamte Heizenergiebedarf beträgt unter Berücksichtigung eines Sanierungspotenzials von 35% etwa 12.957 MWh/a (s. Tab. 39).

6.7.4 Fazit der Insellösungen

Insgesamt beträgt der Bedarf der Insellösungen also ca. 7.743 MWh/a (bezogen auf HO). Damit ergibt sich unter Berücksichtigung eines Sanierungspotenzials von 35% ein bereinigter

Heizenergiebedarf ohne Erzeugerverluste (bezogen auf Hu) für das Nahwärmekonzept.

6.8 Speicherung für Abwärme aus den Kälteprozessen

Bei der Abführung der Wärme aus den Kälteprozessen soll die gesamte Kondensationswärme und zum Teil die nicht genutzte Überhitzungswärme verwendet werden. Hierzu werden die luftgekühlten Kondensatoren durch wassergekühlte Kondensatoren ersetzt. Die Wassertemperaturen wurden für die Berechnungen mit einer Spreizung von 5 K berücksichtigt, 10°C am Eintritt und 15°C am Austritt aus dem Kondensator. Eine genaue Planung, insbesondere im Hinblick auf die Druckverluste, den Volumenstrom und Energiebedarf der Pumpen ist jedoch unabdingbar. Hierbei ist ein Optimum in der Gesamtenergieeffizienz zu finden. Die im Rahmen dieser Studie angenommen Parameter sind in Tab. 30 zu finden. Da Bedarf und Angebot i.d.R. zeitlich nicht immer übereinstimmen, sollte ein Kaltwasserspeicher vorgesehen werden, welcher die Abwärme der Kälteprozesse aufnehmen kann. Die Größe ist u.a. abhängig von den auftretenden Differenzen zwischen Bedarf und Angebot, deren Verlauf auf Grundlage der vorhandenen Daten hier nur vereinfacht ermittelt werden konnte. Abb. 52 zeigt den jährlichen Verlauf des stündlichen Heizenergiebedarfs für Oberhof ohne Insellösungen und unter Berücksichtigung des energetischen Sanierungspotenzials der Gebäudehülle von 35%. Dieser wurde aus den stündlichen Erdgasverbräuchen der Jahre 2010 bis 2012 ermittelt (s. Anlage 5). Demgegenüber ist die Beladung des Speichers aus dem ermittelten Angebot der Kälteprozesse aufgetragen. Die vorhandene Datenlage ließ nur die Darstellung eines stark vereinfachten Verlaufs zu. Aus den ermittelten Monatswerten gemäß Abschnitte 5.2.4 und 5.2.6 für das Abwärmeangebot aus den Kälteprozessen und unter Berücksichtigung der Wärmeverluste wurde der mittlere Tageswert des entsprechenden Monats ermittelt, welcher für die Skisport-Halle gleichmäßig auf 24 Stunden aufgeteilt wurde.

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Monat Anteil Temperaturen Kälteanlage AUS kleiner -2°C von - bis

Oktober 1% -

November 16% 1 - 5 Uhr

Dezember 41% 22 - 8 Uhr

Januar 50% 21 - 9 Uhr

Februar 45% 21 - 8 Uhr

März 21% 0 - 5 Uhr

Tab. 39: Annahme Zeiten "Kälteanlage Rennschlittenbahn AUS" - kein Abwärmeangebot Für die Rennschlittenbahn wurden die Werte für die Monate Oktober bis März auf den Tagesverlauf unterschiedlich aufgeteilt, da ein Betrieb der Verdichter nur bei einer Außenlufttemperatur von größer -2°C erfolgt. Es wurde davon ausgegangen, dass die tieferen Temperaturen nachts bzw. in den frühen Morgenstunden auftreten, hier also eher kein Betrieb der Kälteanlage erfolgt. Mit Hilfe der Außenlufttemperaturen aus [4] konnten die Werte Tab. 38 ermittelt werden.

Energiebilanz Speicher 4,50 MWh Ladezustand Beladung

4,00 MWh Bedarf

3,50 MWh

3,00 MWh

2,50 MWh

2,00 MWh

1,50 MWh

1,00 MWh

0,50 MWh

0,00 MWh 1.1 15.1 29.1 12.2 26.2 12.3 26.3 9.4 23.4 7.5 21.5 4.6 18.6 2.7 16.7 30.7 13.8 27.8 10.9 24.9 8.10 22.10 5.11 19.11 3.12 17.12 31.12

Abb. 51: Energiebilanz Kaltwasserspeicher (max. Speicherkapazität 4 MWh)

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Abb. 51 zeigt, dass der Heizenergiebedarf größtenteils über dem Angebot (Beladung) liegt. Eine deutliche Ausnahme bilden die Monate November und Dezember. Hier wird die maximale Speicherkapazität häufig erreicht, da das Angebot deutlich größer ist als in den anderen Monaten. Berechnungen ergaben, dass ab einer Speicherkapazität von ca. 15 MWh etwa 92% des

Abwärmeangebots aus den Kälteprozessen der Sportstätten genutzt werden können (s. Abb. 52). Bei einer Spreizung des Kaltwassers von 5 K würde ein Speichervolumen von ca. 2.578 m³ erforderlich sein. Um das Speichervolumen und damit die Kosten zu minimieren, könnte eine größere Spreizung des Kaltwassers erforderlich sein, was im Detail genau zu prüfen ist. Bei 10 K beträgt das erforderliche Speichervolumen nur noch 1.289 m³. Dies hat jedoch wiederum Einfluss auf die Energieeffizienz der Kältemaschinen der Sportstätten und der Wärmepumpe(n). Ohne Speicherung der Abwärme könnten ca. 80% des Angebots nutzbar sein. Das heißt, schon mit einem relativ kleinen Speicher ist ein hohes Abwärmepotenzial nutzbar. Um den ermittelten maximal auftretenden Bedarf decken zu können, ist eine Speicherkapazität von 3,5 MWh erforderlich (s. Abb. 52). Dies ergibt bei einer Spreizung von 5 K ein Speichervolumen von ca. 600 m³. Der Speicher sollte in einer der Sportstätten (optimal Rennschlittenbahn) platziert werden. Von diesem Speicher wird das Wasser bei Bedarf zu einer neu zu errichtenden Wärmezentrale transportiert, in welcher mittels einer oder mehrerer Wärmepumpe(n) die Abwärme der Kälteprozesse auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht wird. Durch die geringen Wassertemperaturen sind die Wärmeverluste des Speichers und der Rohrleitung sehr gering.

nutzbare Abwärme Sportstätten 95%

93%

91%

89%

87%

85%

83% nutzbarerAnteil Abwärme

81%

79%

77%

75% 0,0 MWh 2,0 MWh 4,0 MWh 6,0 MWh 8,0 MWh 10,0 MWh 12,0 MWh 14,0 MWh 16,0 MWh 18,0 MWh 20,0 MWh

Speicherkapazität

Abb. 52: Nutzbare Abwärme Kälteprozesse Sportstätten in Abhängigkeit der Speicherkapazität

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6.8.1 Wärmpumpe für Nahwärmekonzept

Aus den ermittelten stündlichen Verläufen für Bedarf und Angebot lässt sich bei einer Speicherkapazität von 3,5 MWh eine Maximalleistung von ca. 3,00 MW in der Stunde bestimmen, die aus dem Speicher entnommen wird. Diese Leistung muss die Wärmepumpe über den Verdampfer übertragen können, damit das Abwärmeangebot vollständig genutzt werden kann. Dementsprechend muss die Kälteleistung im Verdampfer der Wärmepumpe ausgelegt sein.

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7. Wirtschaftlicher Vergleich der einzelnen Konzepte

7.1 Nutzung der Abwärme mittels ZWP Varianten 2-4 (s. 6.3.2-6.3.4)

Um eine Entscheidung für oder gegen ein Nahwärmekonzept entsprechend der Varianten 2 bis 4 treffen zu können, wurden die Kosten der Hauptbaugruppen des jeweiligen Nahwärmekonzeptes abgeschätzt. Bauliche Maßnahmen zur Errichtung des Gebäudes der Wärmezentrale sind in der Kostenschätzung nicht enthalten. Die Kostenschätzungen ergaben für Variante 2 die geringsten Wärmegestehungskosten. Die gesamten Jahreskosten wurden mit 1.333.687 € (netto) abgeschätzt. Dies ergibt Wärmegestehungskosten von 12,6 ct/kWh (netto) zur Generierung der erforderlichen Heizenergie von 10.544 MWh/a. Für Variante 3 liegen die geschätzten Kosten bei 20,2 ct/kWh und für Variante 4 bei 15,0 ct/kWh. Dabei wurde von spezifischen Preisen von 400 €/m² Kollektorfläche für Solarthermie und 1.700 €/m² für Photovoltaik ausgegangen. Für die Vergütung des eingespeisten Photovoltaikstroms wurde der Satz für Juli 2013 von 12,75 ct/kWh angesetzt [4].

Variante 2 - Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + BHKW

Variante 3 - Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + Solarthermie und Photovoltaik

Variante 4 - Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + BHKW + Solarthermie und Photovoltaik

7.2 Nahwärmekonzept mittels tiefer Geothermie (s. 4.2.2.5)

Im Abschnitt 4.2 wurde ein Wärmekonzept mittels Geothermie untersucht. Es wurden Wärmegestehungskosten von 12,5 ct/kWh bei einer Jahreswärmemenge von 27.086 MWh/a ermittelt. Die gesamten Investitionskosten des Geothermie-Heizwerks sind in AP03 mit 28,56 Mio. Euro angegeben. Berücksichtigt man zusätzlich die Investitionskosten des Nahwärmenetzes und den bereinigten Heizenergiebedarf von 12.957 MWh/a (ohne Insellösungen), ergeben sich Wärmegestehungkosten von ca. 37,0 ct/kWh. Diese Variante ist also unter den gegebenen Randbedingungen und Annahmen wirtschaftlich nicht darstellbar. Eine Kombination mit einem Geothermie-Heizkraftwerk könnte hingegen wirtschaftlich darstellbar sein. Für ein Geothermie- Heizkraftwerk (ORC- oder Kalina-Anlage) entsprechend AP03 betragen die ermittelten Wärmegestehungskosten für einen bereinigten Heizenergiebedarf von 12.957 MWh/a ca. 6,3 ct/kWh. Diese Kosten entstehen durch das erforderliche Nahwärmenetz. Dabei wurde davon ausgegangen, dass die gesamten Investitionskosten für das Geothermie-Heizkraftwerk in den Stromgestehungskosten berücksichtigt sind. Die gesamten Investitionskosten für Geothermie- Heizkraftwerk und Nahwärmenetz werden mit 66,95 Mio. Euro für die ORC-Anlage und 54,98 Mio. Euro für die Kalina-Anlage abgeschätzt (Anschnitt 4.2.2.7.2).

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7.3 Nahwärmekonzept mittels dezentraler Wärmepumpen (s. 6.4)

Für eine dezentrale Luft-Wasser-Hauswärmepumpe mit einer Heizleistung von 8 kW wurden die Wärmegestehungskosten mit 13,1 ct/kWh (netto) überschlagen. Dabei wurde der Betrachtungszeitraum gleich der Nutzungsdauer der Wärmepumpe von 18 a gewählt. Die Investitionskosten wurden mit 11.000 € abgeschätzt. Instandsetzungs- und Wartungskosten wurden keine berücksichtigt. Die verbrauchsgebundenen Kosten wurden mit einer Teuerungsrate von 1,3%/a ermittelt. Unter gleichen Voraussetzungen ergeben sich für eine Sole-Wasser- Wärmepumpe Wärmegestehungskosten von 14,2 ct/kWh (netto). Die Investitionskosten sind mit ca. 16.078 € höher, da die Wärmequellenerschließung mittels Erdsonden kostenintensiver ist. Die Ermittlung der Kosten der Wärmequellenerschließung erfolgte mit einer mittleren Wärmeentzugsleistung der Erdsonden von 50 W/m. Es wurden Kosten von 40 €/m angesetzt.

Die Recherchen zeigten, dass die Strompreise für Wärmepumpen regional stark schwanken und auch die Strompreisentwicklung für Haushaltsstrom in den letzten Jahren stark zugenommen hat (s. Abb. 54). So konnte für den Zeitraum von 2000 bis 2007 eine Teuerungsrate von 4,1%/a ermittelt werden. Für den Zeitraum von 1991 bis 2007 betrug die Teuerungsrate immer noch 1,3%/a. Aus diesem Grund wurden die verbrauchsgebundenen Kosten, welche sich aus dem Arbeitspreis ergeben, unter Berücksichtigung einer Teuerungsrate von 1,3%/a berechnet.

Strompreisentwicklung in Deutschland

24,00 Strompreise von 1991 - 2007 (Quelle: BMWT)

lineare Strompreisentwicklung ab 1991 entspricht einer jährlichen Teuerungsrate von 4,1% lineare Strompreisentwicklung ab 2000 22,00

20,00

18,00 Arbeitspreis Arbeitspreis (brutto) ct/kWh in entspricht einer jährlichen Teuerungsrate von 1,3%

16,00

14,00 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 Jahr

Abb. 53: Entwicklung des Strompreises für Haushalte [13]

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7.4 Kostenermittlung aller Varianten nach VDI 2067

7.4.1 Kostenvergleich der Konzepte bei Investitionskosten – Gestehungskosten

In der folgenden Tabelle sind die Kosten der möglichen Wärmekonzepte übersichtlich dargestellt.

Stromgestehungskoste Investitionskosten Wärmegestehungskosten n

Nahwärmekonzept Variante 2 6,29 Mio. € 12,6 ct/kWh -

Nahwärmekonzept Variante 3 11,51 Mio. € 20,2 ct/kWh -

Nahwärmekonzept Variante 4 11,90 Mio. € 15,0 ct/kWh -

Nahwärmekonzept Geothermie-Heizkraftwerk (ORC) 66,95 Mio. € 6,3 ct/kWh 28,5 ct/kWh

Nahwärmekonzept Geothermie-Heizkraftwerk (Kalina) 54,98 Mio. € 6,3 ct/kWh 28,1 ct/kWh

Wärmekonzept dezentrale Wärmepumpen 11 - 16 T€/Stck. 13,1 - 14,2 ct/kWh -

Tab. 40: Kostenübersicht Wärmekonzepte Die geringsten Wärmegestehungskosten weist also ein Nahwärmekonzept in Verbindung mit einem Geothermie-Heizkraftwerk auf. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Wärme quasi als Abfallprodukt anfällt und die gesamten Investitionskosten in den Stromgestehungskosten berücksichtigt sind. Allerdings sind hier die Investitionskosten sehr viel höher als bei den anderen Varianten. Deshalb soll ein Geothermie-Heizkraftwerk hier nicht in die weiteren Betrachtungen einfließen. Die geringsten Investitionskosten sind bei der Umsetzung des Nahwärmekonzepts Variante 2 zu erwarten. Durch dieses Nahwärmekonzept werden vorhandene Abwärmequellen (Kälteprozesse Sportstätten) genutzt und mit einem KWK-Prozess gekoppelt. Durch die Umsetzung des Nahwärmekonzepts Variante 2 - „Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + BHKW“ können darüber hinaus geringere Wärmegestehungskosten als durch die anderen untersuchten Nahwärmekonzepte (Ausnahme: Geothermie-Heizkraftwerk) und auch als durch dezentrale Heizungswärmepumpen erzielt werden. In den nachfolgenden Abschnitten werden die einzelnen Kostenbereiche für das Nahwärmekonzept Variante 2 genauer dargestellt.

7.5 Kostermittlung der Vorzugsvariante mit ZWP und BHKW

7.5.1 Investitionskosten und Fördermöglichkeiten

Die Investitionskosten des Nahwärmekonzepts Variante 2 wurden in einer Gesamthöhe von ca. 6,29 Mio. Euro abgeschätzt:

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Dabei wurde die Anzahl der Hausübergabestationen nach einer Zählung der Gebäude der Stadt abgeschätzt [11].

Einfamilienhäuser 65

Mehrfamilienhäuser 62

Hotels, Pensionen, Fewo-Anlagen, gewerbl. Gebäude 39

Öffentl. Gebäude, Sportstätten 17

Wohnblöcke 14

Tab. 41: Ergebnisse Häuserzählung Oberhof 1. Kapitalgebundene Kosten

Bedarfskennwert Pos. Bezeichnung techn. Daten e Investitionskosten

(netto)

Qo = 2810 1.1 Wärmepumpe kW Tv =1810h 568.421 €

1.2 BHKW + Montage + Inbetriebnahme 338.518 €

1.3 Rohr + Tiefbauarbeiten L = 6005 m 3.843.200 €

Förderung durch KfW L = 3620 m - 217.200 €

1.4 Pumpen 43.000 €

1.5 Wärmeübetrager 165.000 €

1.6 Speicher 600 m³ 420.000 €

1.7 Hausübergabestation 197 Stck. 591.000 €

Förderung Hausübergabestation durch KfW 197 Stck. - 354.600 €

1.8 Unsicherheit Kostenschätzung 15% 895.371 €

Summe kapitalgebundene Kosten 6.292.710 €

Tab. 42: geschätzte Investitionskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 Für die Förderung von Nahwärmenetzen gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen fördert das Bundesamt für Wirtschaft- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Wärmenetze aus Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen), die im Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) geregelt ist. Zum

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anderen werden Nahwärmenetze, aber auch große Wärmespeicher in Form eines langfristigen, zinsgünstigen Darlehens der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) mit Til-gungszuschüssen aus Bundesmitteln nach dem Marktanreizprogramm (MAP) gefördert. Diese Förderung erfolgt im Rahmen der Richtlinien des BMU (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt in Deutschland.

Unter die Förderung durch das BAFA fallen der Neu- und Ausbau von Wärmenetzen, die zu mindestens 50% bei der Inbetriebnahme und mindestens 60% im Endausbau aus KWK-Anlagen gespeist werden (Zuschlagszahlung gemäß § 7 a des KWKG). Das vorgeschlagene Nahwärmekonzept erreicht diese Quote nicht, so dass dieser Fördertopf nicht angezapft werden kann. Durch die KfW wird der Neu- und Ausbau von Wärmenetzen pro Meter Trasse gefördert, die zu mindestens 50% aus erneuerbaren Energien (auch KWK-Anlagen) gespeist werden. Darüber hinaus muss im Mittel über das gesamte Netz ein Mindestwärmeabsatz von 500 kWh pro Jahr und Meter Trasse nachgewiesen werden, was mit dem vorgeschlagenen Nahwärmekonzept deutlich überschritten wird. Weiterhin werden Hausübergabestationen mit jeweils bis zu 1.800 Euro gefördert, unabhängig von der Höhe der Wärmenetzförderung. Hierfür müssen die Investitionen vom Investor und Betreiber des Wärmenetzes durchgeführt werden und es darf kein kommunaler Anschlusszwang bestehen. Der Antrag auf Zulassung einer Förderung durch die KfW muss in jedem Fall vor Beginn des Vorhabens über die Hausbank gestellt werden, über welche auch ein Kredit aufgenommen werden muss. Die Förderung erfolgt über einen Tilgungszuschusses auf diesen Kredit durch die KfW in Höhe von 60 € je neu errichtetem Meter Trassenlänge (Neu- und Ausbau), wenn nicht gleichzeitig die Förderung durch das BAFA erfolgt. In diesem Fall verringert sich der Satz auf 20 €/m. Der Förderhöchstbetrag beträgt 1 Million Euro bzw. 300.000 € bei gleichzeitiger Förderung über das BAFA [6].

Es wird davon ausgegangen, dass die Förderung in Form des Tilgungszuschusses durch die KfW möglich ist. Als anrechenbares Wärmenetz wurde die geschätzte Trassenlänge zwischen neu zu errichtender Wärmezentrale und den Verbrauchern mit 3.620 m berücksichtigt. Zur Ermittlung der jährlichen Kosten nach der Annuitätenmethode wurde ein Zinssatz von 6% zugrundegelegt. Durch den abweichenden Betrachtungszeitraum von der Nutzungsdauer der einzelnen Komponenten entsprechend [14], ergibt sich ein Restwert nach dem angesetzten Betrachtungszeitraum von 20 Jahren, da während des Betrachtungszeitraums Ersatzinvestitionen erforderlich werden. Die geschätzten kapitalgebundenen Jahreskosten wurden mit 453.848 €/a ermittelt.

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1. Kapitalgebundene Kosten

mit

Annuität bei Zins Restwert bei Teuerung Pos. Bezeichnung Nutzungdauer Betrachtungszeitraum Ersatz 6,0% von 0,0% Jahreskosten

[a] [a] (netto) (netto)

1.1 Wärmepumpe 18 20 1 8,72% 157.543 € 35.822 Euro/a

BHKW + Montage + 1.2 Inbetriebnahme 15 20 1 8,72% 70.368 € 23.379 Euro/a

1.3 Rohr + Tiefbauarbeiten 40 20 0 8,72% 599.164 € 282.830 Euro/a

Förderung durch KfW -10.860 Euro/a

1.4 Pumpen 18 20 1 8,72% 11.918 € 2.710 Euro/a

1.5 Wärmeübetrager 20 20 1 8,72% 51.448 € 9.900 Euro/a

1.6 Speicher 20 20 1 8,72% 130.958 € 25.200 Euro/a

Förderung ab 20 m³

1.7 Hausübergabestation 30 20 0 8,72% 61.426 € 46.171 Euro/a

Förderung Hausübergabestation durch KfW -17.730 Euro/a

1.8 Unsicherheit Kostenschätzung 18 20 1 8,72% 248.161 € 56.427 Euro/a

Summe kapitalgebundene Kosten 1.330.985 € 453.848 Euro/a

Tab. 43: Geschätzte kapitalgebunden Jahreskosten für Nahwärmekonzept Variante 2

7.5.2 Verbrauchsgebundene Kosten und Fördermöglichkeiten

Die verbrauchsgebundenen Kosten fallen im Wesentlichen für das erforderliche Erdgas zum Antrieb des BHKW‘s an. Für das bezogene Erdgas muss die Mineralölsteuer von 0,55 ct/kWh beglichen werden, welche aber auf Antrag zurückerstattet werden kann. Weiterhin muss die Elektroenergie für die Pumpen des Nahwärmenetzes bezogen werden. Die Berechnungen ergaben zwar, dass das BHKW prinzipiell den gesamten Elektroenergiebedarf im Jahr decken kann, aber die Bilanzierung der einzelnen Monate ergab für den Januar, November und Dezember eine Deckungslücke von insgesamt ca. 561 MWh. Dies entspricht in etwa dem Pumpenenergiebedarf (s. Tab. 46). In den anderen Monaten produziert das BHKW hingegen 1.816,9 MWh zu viel, weshalb diese Menge in das öffentliche Netz eingespeist werden muss. Hierfür bekommt der Betreiber eine Vergütung, die er entweder mit dem Netzbetreiber aushandeln kann, oder die sich nach dem durchschnittlichen Preis des Baseload-Stroms des vorangegangenen Quartals richtet, wie er an der Leipziger Strombörse EEX erzielt wurde. Weiterhin wird nach dem novellierten KWK-Gesetz für jede ins

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öffentliche Stromnetz eingespeiste Kilowattstunde Strom ein Zuschlag (KWK-Zuschlag) gezahlt. Voraussetzung für die Förderung ist eine Zulassung der KWK-Anlage durch das BAFA. Die Höhe richtet sich nach der elektrischen Leistung des BHKW‘s. Für KWK-Anlagen über 250 kW bis 2 MW beträgt der Fördersatz 2,40 ct/kWh. Die Dauer der Zahlung erfolgt bis 30.000 Vollbenutzungsstunden [1]. Da das BHKW den Strom direkt am Ort bereitstellt und der örtliche Netzbetreiber den eingespeisten Strom weiterleitet, muss dieser nicht über lange Strecken transportiert werden. Somit werden Netzkosten vermieden, die dem Betreiber des BHKW‘s gutgeschrieben werden. Es besteht jedoch keine festgesetzte Vergütung für kleine KWK-Anlagen, weshalb der Preis unterschiedlich ist und mit dem Netzbetreiber ausgehandelt werden muss.

2. Verbrauchsgebundene Kosten

Pos. Bezeichnung techn. Daten Energiebedarf spez. Kosten Jahreskosten

2.1 Wärmepumpe

Arbeitspreis Elektro Pel = 702,5 kW 0 kWh 15,13 ct/kWh 0 Euro/a

Leistungspreis Elektro 9,50 €/kWM 40.043 Euro/a

2.2 BHKW

Gaspreis QGas = 1155 kW 8.653.260 kWh 4,72 ct/kWh 503.467 Euro/a

Vergütung Elektroenergie Baseload -Pel = 378,0 kW -1.816.900 kWh 4,38 ct/kWh -79.508 Euro/a

Grundpreis Gas 55,17 €/kWM 815 Euro/a

Rückerstattung Mineralölsteuer 0,55 ct/kWh -47.593 Euro/a

Stromsteuer für eingespeisten Strom 2,05 ct/kWh 37.246 Euro/a

KWK-Zuschlag 2,40 ct/kWh -8.730 Euro/a

vermiedenes Netznutzungsentgelt 0,50 ct/kWh -9.085 Euro/a

2.4 Kaltwasserpumpe

Arbeitspreis Elektro Pel = 238,3 kW 582.644 kWh 15,13 ct/kWh 108.565 Euro/a

Leistungspreis Elektro 9,50 €/kWM 27.166 Euro/a

Summe verbrauchsgebundene Kosten 572.387 Euro/a

Tab. 44: Geschätzte Verbrauchskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 Die Berechnungen ergaben verbrauchsgebundene Kosten in Höhe von ca. 572.387 €/a. Dabei wurde davon ausgegangen, dass der gesamte Elektroenergiebedarf der Wärmepumpe(n) zur Nutzung der Abwärme aus den Kälteprozessen durch das BHKW gedeckt wird. Die Eigennutzung der generierten Elektroenergie stellt den größten Gewinn dar. Weiterhin wurde eine Teuerungsrate von 2,1%/a angesetzt. Dieser Satz ergibt sich aus einem gewichteten Mittelwert für eine Teuerungsrate Strom von 1,3%/a und Gas von 2,3%/a für den Zeitraum von 1990 bis 2007 [2].

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7.5.3 Betriebsgebundene Kosten

Die Ermittlung der betriebsgebundenen Kosten erfolgte für die in Tab. 45 angegebenen Parameter. Der prozentuale Ansatz der Instandsetzungs- und Wartungskosten erfolgte entsprechend [14]wie folgt:

Wärmepumpe 3,0% Instandsetzung 1,0% Wartung BHKW 6,0% Instandsetzung 2,0% Wartung Rohrleitung 1,0% Instandsetzung 0,0% Wartung Pumpen 2,0% Instandsetzung 1,0% Wartung Wärmeübertrager 2,0% Instandsetzung 0,0% Wartung Speicher 1,0% Instandsetzung 0,5% Wartung Hausübergabestation 2,0% Instandsetzung 1,0% Wartung

3. Betriebsgebundene Kosten

3.1 Instandsetzung 1,67% der Investkosten 104.929 Euro/a

3.2 Wartung 0,47% der Investkosten 29.848 Euro/a

3.3 Personalkosten 30 €/h 0,986 h/(kW·a) 138.065 Euro/a

3.4 Versicherung und Verwaltung 0,55% der Investkosten 34.610 Euro/a

Summe betriebsgebundene Kosten 307.452 Euro/a

Tab. 45: Geschätzte Betriebskosten für Nahwärmekonzept Variante 2

7.6 Bilanzierung der Vorzugsvariante unter Beachtung von Emissionen und Energiebedarf

Es wird also die Umsetzung des Nahwärmekonzepts Variante 2 - „Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + BHKW“ ohne Berücksichtigung der Insellösungen empfohlen. Eine Nutzung der Solarthermie und Photovoltaik ist unabhängig jederzeit möglich. Durch das Nahwärmekonzept sollen folgende Wärmequellen mit einem geschätzten Gesamtpotenzial von 10.722 MWh/a erschlossen und genutzt werden. Es wurde ein Speicher mit einer Kapazität von 3,5 MWh angenommen. Der nutzbare Anteil der Abwärme aus den Sportstätten liegt somit bei ca. 85%.

Abwärme Kälteprozesse Rennschlittenbahn: 3.618 MWh/a Abwärme Kälteprozesse Skisport-Halle: 1.467 MWh/a Elektrische Antriebsenergie Wärmepumpe: 1.211 MWh/a Abwärme BHKW: 4.426 MWh/a

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Angebot JAZ = 5,2 Pel = 378 kW Restbedarf Nahwärmenetz Monat Gesamt (minus Wärmeverluste) Rennschlittenbahn Skisport-Halle Wärmepumpe BHKW Ausgewählt Pumpenenergie

1 1251,4 MWh 661,2 MWh 95,4 MWh 180,1 MWh 421,8 MWh 610,4 MWh 107,3 MWh 2 954,1 MWh 449,1 MWh 91,9 MWh 128,8 MWh 381,0 MWh 745,0 MWh 47,7 MWh 3 639,8 MWh 150,7 MWh 111,9 MWh 62,5 MWh 421,8 MWh 766,8 MWh 12,7 MWh 4 454,0 MWh 120,7 MWh 28,7 MWh 408,2 MWh 521,2 MWh 10,6 MWh 5 487,5 MWh 139,5 MWh 33,2 MWh 421,8 MWh 261,2 MWh 12,6 MWh 6 482,5 MWh 143,7 MWh 34,2 MWh 408,2 MWh 61,5 MWh 13,0 MWh 7 440,1 MWh 152,0 MWh 36,2 MWh 359,0 MWh 0,0 MWh 12,4 MWh 8 429,7 MWh 149,1 MWh 35,5 MWh 352,2 MWh 0,0 MWh 11,7 MWh 9 471,0 MWh 134,4 MWh 32,0 MWh 408,2 MWh 164,2 MWh 12,2 MWh 10 743,8 MWh 221,5 MWh 125,1 MWh 82,5 MWh 421,8 MWh 369,2 MWh 19,3 MWh 11 1299,2 MWh 1072,2 MWh 104,7 MWh 280,2 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 113,4 MWh 12 1753,3 MWh 1063,4 MWh 98,6 MWh 276,6 MWh 421,8 MWh 50,6 MWh 199,7 MWh Gesamt 9406,4 MWh 3618,0 MWh 1467,1 MWh 1210,7 MWh 4426,2 MWh 3550,2 MWh 572,4 MWh

Tab. 46: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Solarwärme, Wärmepumpe + BHKW und verbleibender Restbedarf ohne Insellösungen Die geschätzten Wärmeverluste von der Wärmezentrale zu den Verbrauchern betragen 1.261 MWh/a. Weiterhin kann im November nicht das gesamte Angebot genutzt werden, da der recherchierte Bedarf geringer ist. Insgesamt ergibt sich ein nutzbares Wärmeenergieangebot von 9.406 MWh/a (s. Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. 46), was 73% des gesamten bereinigten Bedarfs der berücksichtigten Verbraucher darstellt. Die Primärenergieeinsparung beträgt ca. 5.516 MWh/a bzw. 35% für die berücksichtigten Verbraucher. Die zu erwartenden Kohlendioxidemissionen liegen bei 2.469 t/a (inkl. direkter Emissionen Kältemittel R134a). Im Vergleich zum Istzustand der berücksichtigten Verbraucher mit 3.585 t/a ist das eine Einsparung von ca. 1.116 t/a bzw. 31%.

Wärmemengen 2000,0 MWh Bedarf 1800,0 MWh Angebot 1600,0 MWh

1400,0 MWh

1200,0 MWh

1000,0 MWh

800,0 MWh

600,0 MWh

400,0 MWh

200,0 MWh

0,0 MWh 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

Abb. 54: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 4 ohne Insellösungen

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In Abb. 55 kann man den hohen Deckungsanteil des Nahwärmekonzepts für den berücksichtigten Bedarf erkennen. Der aktuelle Primärenergiebedarf ohne Insellösungen und ohne Berücksichtigung eines Sanierungspotenzials von 35% liegt bei ca. 24.363 MWh/a (s.Tab.47). Dies ergibt Kohlendioxidemissionen von etwa 5.515 t/a (249 g/kWh). Die gesamte Primärenergieeinsparung beträgt ca. 14.165 MWh/a bzw. 58% bei einem Emissionsminderungspotenzial von 3.072 t/a. Dieses Einsparpotenzial kann also erschlossen werden, wenn durch Sanierungsmaßnahmen (z.B. Dämmung Gebäudehülle) eine Reduzierung des Heizenergiebedarfs von 35% erzielt wird und die ausgewählten Verbraucher über das vorgeschlagene Nahwärmekonzept mit Heizenergie versorgt werden. In Tab.47 sind die Ergebnisse noch einmal übersichtlich zusammengestellt. Zusätzlich sind die Ergebnisse einer dezentralen Wärmeversorgung mittels Wärmepumpen abgebildet. Dabei wurde davon ausgegangen, dass der Heizenergiebedarf zu jeweils 50% durch Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen gedeckt wird. Die mittlere Jahresarbeitszahl wurde mit 3,43 angesetzt.

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Istzustand (ohne Insellösungen) dezentrale Wärmepumpen Nahwärmekonzept

vor Sanierung nach Sanierung 50% L-W und 50% S-W-WP Variante 2

Endenergiebedarf Wärme 22148,0 MWh 14396,2 MWh 3777,4 MWh 10983,6 MWh

Erdgas/Heizöl 22148,0 MWh 14396,2 MWh 0,0 MWh 12239,4 MWh

Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 3777,4 MWh -1255,8 MWh

Primärenergiebedarf Wärme 24362,8 MWh 15835,8 MWh 9821,3 MWh 10198,2 MWh

Erdgas/Heizöl 24362,8 MWh 15835,8 MWh 0,0 MWh 13463,3 MWh

Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 9821,3 MWh -3265,1 MWh

Treibhausgasemissionen 5515 t/a 3585 t/a 2138 + xxxx t/a 2443 t/a

Erdgas/Heizöl 5515 t/a 3585 t/a 0 t/a 3039 t/a

Strom 0 t/a 0 t/a 2138 t/a -711 t/a

direkte Emissionen Kältemittel 0 t/a 0 t/a xxxx t/a 114 t/a

Primärenergieeinsparung Wärme

8527,0 MWh 14541,5 MWh 14164,6 MWh zu Istzustand vor Sanierung 35% 60% 58%

6014,5 MWh 5637,6 MWh zu Istzustand nach Sanierung 38% 36%

Emissionsminderung

1930 t/a 3072 t/a zu Istzustand vor Sanierung 35% 56%

1142 t/a zu Istzustand nach Sanierung 32%

Tab. 47: Übersicht Ergebnisse Energiebedarf und Emissionen Es zeigt sich, dass die primärenergetischen Einsparungen des vorgeschlagenen Nahwärmekonzepts die gleiche Größenordnung haben, wie die Heizenergieversorgung über dezentrale Wärmepumpen. Der Ansatz einer Verteilung der dezentralen Wärmepumpen mit 50% Sole-Wasser-Wärmepumpen dürfte in der Realität zu hoch sein. Es ist zu erwarten, dass der Anteil der Luft-Wasser- Wärmepumpen höher ist. Somit würde sich das energetische und ökologische Einsparpotenzial zugunsten des Nahwärmekonzepts verschieben, da die Luft-Wasser-Wärmepumpen i.d.R. schlechtere Jahresarbeitszahlen aufweisen als Sole-Wasser-Wärmepumpen. Durch die geringeren Investitionskosten und auch dem geringeren Aufwand der Wärmequellenerschließung finden sie einen stärkeren Absatz am Markt.

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7.7 Zusammenfassung der Vorzugsvariante

Die Stadt Oberhof zeichnet sich durch die vielen Veranstaltungen im Wintersport aus und ist als deutsches Wintersportzentrum international bekannt. So sind in Oberhof die Wintersportarten Biathlon, Rennrodeln bzw. Bobsport, Skilanglauf und die Nordische Kombination populär und es finden Weltcups und andere große Events statt. Um diese Aktivitäten sicherzustellen, ist ein hoher Bedarf an Kälteenergie erforderlich. Bei der Generierung der Kälteenergie in den verschiedenen Sportstätten Oberhofs fällt Abwärme in hohem Maße an, die bisher größtenteils ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Es liegt nahe, diese Abwärme für den erforderlichen Wärmebedarf Oberhofs durch ein Nahwärmekonzept nutzbar zu machen. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen der Erstellung eines integrierten Wärmeversorgungskonzeptes für die Stadt Oberhof verschiedene Möglichkeiten eines Nahwärmenetzes untersucht. Zur Umsetzung der Abwärmenutzung, musste im Vorfeld geprüft werden, wie viel Abwärme anfällt und welcher Bedarf abgedeckt werden kann. Um die Abschätzung des Abwärmeangebots der Sportstätten durchführen zu können, musste neben dem Elektroenergiebedarf der Kälteerzeugung auch der Kälteenergiebedarf ermittelt werden. Da dieser nicht gemessen wird, war es erforderlich, den Kälteenergiebedarf qualifiziert abzuschätzen. Als signifikante Wärmequellen mit einem hohen Abwärmeangebot wurden dabei die Rennschlittenbahn und die Skisport-Halle ermittelt. Die Rennschlittenbahn wird in der Zeit von Oktober bis März betrieben. Die Kältemaschinen laufen bei Lufttemperaturen von größer gleich -2°C [10]. Insgesamt wurde ein Abwärmepotenzial von 4.631 MWh/a ermittelt. Beim Betrieb der Skisport-Halle fällt ganzjährig Abwärme durch den Betrieb der Kältemaschinen an. Dabei wurde aber berücksichtigt, dass die ausgekoppelte Wärmemenge aus den Ölkühlern und die Wärmemenge des Heißgases bis zu einer Temperatur von 40°C für den Eigenverbrauch genutzt wird, und somit nicht zur Verfügung steht. Es wurde ein gesamtes Abwärmeangebot von 1.802 MWh über das Jahr ermittelt. Da Bedarf und Angebot nicht immer zeitgleich anfallen, muss die Abwärme aus den Kältemaschinen der Sportstätten gespeichert werden. Hierfür wurde ein erforderliches Speichervolumen für einen Kaltwasserspeicher von 600 m³ bei einer Spreizung des Kaltwassers von 5 K ermittelt. Die maximale Wärmeleistung pro Stunde wurde aus dem gemessenen Gasverbrauch (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013) mit 3,5 MW ermittelt. Dementsprechend wurde die maximale Speicherkapazität mit 3,5 MWh gewählt. Durch die Bestimmung der Lastgänge für Bedarf und Verbrauch konnte das nutzbare Abwärmeangebot mit 85% des Gesamtangebots bei einer Speicherkapazität von 3,5 MWh ermittelt werden. Somit sind unter Berücksichtigung der Wärmeverluste zwischen Kältemaschinen und Speicher insgesamt 5.085 MWh/a Abwärme aus den Sportstätten nutzbar. Demgegenüber steht ein gesamter Heizenergiebedarf von 26.268 MWh/a (ohne Erzeugungsverluste auf den unteren Heizwert bezogen), ermittelt aus den bereitgestellten Lastgängen für den Erdgasverbrauch der

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Jahre 2009 bis 2012 der Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH [12]und dem ermittelten Heizenergiebedarf für Ölfeuerungsstätten. Berücksichtigt man einen verminderten Bedarf von 35% durch die Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen, ergibt sich ein bereinigter Heizenergiebedarf von 17.074 MWh/a, welcher als Grundlage für den Variantenvergleich möglicher Nahwärmekonzepte diente. Das Energieeinsparpotenzial wurde zum großen Teil einem parallel durchgeführten Klimaschutzkonzept (IKSS) [7] entnommen und für nicht verfügbare Daten wurden Annahmen getroffen. Der Primärenergiebedarf an Erdgas/Heizöl nach Umsetzung von Sanierungsmaßnahmen beträgt unter Berücksichtigung eines mittleren Wärmeerzeugerwirkungsgrades von 90% ca. 20.868 MWh/a. Die daraus resultierenden

Kohlendioxidemissionen betragen 4.724 t/a. Diesem Wert liegt ein gewichteter CO2-

Emissionsfaktor für Erdgas (Haushalte) und Heizöl von 249 g/kWhEndenergie zugrunde, welcher aus [6]ermittelt wurde.

Für die Umsetzung eines Nahwärmekonzepts zur Nutzung des Abwärmepotenzials wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht. Dabei wurden sowohl die Druck- und Wärmeverluste im Nahwärmenetz als auch der Energiebedarf der Netzpumpen berücksichtigt. Um das Abwärmepotenzial nutzbar zu machen, ist der Einsatz einer Wärmepumpe erforderlich, da die aus den Kälteprozessen anfallende Abwärme nur auf einem niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung steht. Um den erforderlichen Temperaturhub auf ein höheres Niveau zu realisieren, muss der Wärmepumpe höherwertige Energie, nämlich Elektroenergie zum Antrieb des Verdichters, zugeführt werden, die entweder aus dem öffentlichen Netz gezogen oder durch andere technische Maßnahmen zur Verfügung gestellt werden muss. Setzt man den Nutzen (Heizleistung) ins Verhältnis zum Aufwand (elektrische Antriebsleistung), so erhält man die sogenannte Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe oder die Jahresarbeitszahl (JAZ), bei Verwendung der Energiemengen. Als Vorlauftemperatur im Nahwärmenetz wurde von max. 55°C am Austritt der Wärmepumpe ausgegangen. Dies bedeutet, dass die angeschlossenen Verbraucher eine maximale Vorlauftemperatur im Heizkreis von 50°C erreichen können, was bei der energetischen Sanierung berücksichtigt werden muss. Für den Bereich der Trinkwassererwärmung ist hier evt. eine Nacherwärmung erforderlich, wenn aus hygienischen Gründen höhere Temperaturen gefordert werden. Aber viele Hauswärmepumpen stellen ebenfalls nur eine maximale Heizwassertemperatur von 50°C zur Verfügung. Folgende Varianten für ein Nahwärmekonzept wurden untersucht:

1. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe 2. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe und BHKW 3. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe und Photovoltaik sowie Solarthermie 4. Nutzung Abwärme mittels zentraler Wärmepumpe, BHKW und Photovoltaik sowie Solarthermie Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 129 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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Weiterhin besteht die Möglichkeit, Wärme über Tiefengeothermie bereitzustellen, was in einem gesonderten Abschnitt betrachtet wurde. Die Umsetzung eines Nahwärmenetzes muss als erstes dazu führen, dass eine primärenergetische Einsparung erzielt wird. Weiterhin müssen die Treibhausgasemissionen reduziert werden. Deshalb wurde ein Vergleich gegen einen möglichen zukünftigen Stand der Technik durchgeführt. Als zukünftiger Stand der Technik zur Heizwärmegenerierung wird vor allem die Wärmepumpe gesehen. Hierbei gibt es unterschiedliche Ausführungen mit entsprechenden Vor- und Nachteilen. Zum einen gibt es Luft-Wasser- Wärmepumpen, die von der Umsetzung und den Anschaffungskosten die günstigere Alternative darstellen können. Zum anderen gibt es Sole-Wasser-Wärmepumpen, die i.d.R. deutlich bessere Jahresarbeitszahlen als die Luft-Wasser-Wärmepumpen aufweisen. Der Vorteil einer zentralen Wärmepumpe in Kombination mit einem Nahwärmenetz liegt in einer höheren Jahresarbeitszahl (JAZ) als die im Mittel erreichbare Jahresarbeitszahl von dezentralen Luft-Wasser- und Sole-Wasser- Wärmepumpen. Demgegenüber stehen aber der Energieaufwand für die erforderlichen Nahwärmenetzpumpen und die Wärmeverluste des Nahwärmenetzes. Für die zentrale(n) Wärmepumpe(n) wurde anhand gegebener Parameter einer Industriewärmepumpe mit Ammoniak als Kältemittel eine JAZ von 5,2 ermittelt. Die mittlere JAZ von dezentralen Wärmepumpen wurde mit 3,43 ermittelt. Dabei wurde von einem einen Anteil an Luft-Wasser-Wärmepumpen von 50% ausgegangen. Die Untersuchungen zeigten, dass sowohl energetische als auch ökologische Verbesserungspotenziale bestehen, wenn ein Nahwärmekonzept realisiert wird. Im Vergleich zum Istzustand stellt jedes der 4 untersuchten Varianten eine Verbesserung dar. Im Vergleich zu einer dezentralen Wärmeversorgung mittels Wärmepumpen kann nicht jede Variante in Betracht kommen. Um eine Entscheidung für oder gegen eine Variante treffen zu können, wurden deshalb neben den energetischen und ökonomischen auch wirtschaftliche Betrachtungen durchgeführt. Hierzu wurden die Kosten der Hauptbaugruppen des jeweiligen Nahwärmekonzeptes abgeschätzt. Bauliche Maßnahmen zur Errichtung des Gebäudes der Wärmezentrale sind in der Kostenschätzung nicht enthalten. Die Kostenschätzungen ergaben für Variante 2 die geringsten Wärmegestehungskosten. Bei der Umsetzung eines Geothermie-Heizkraftwerkes wären zwar noch geringere Wärmegestehungskosten zu erwarten, allerdings stecken hier die sehr hohen Investitionskosten in den Stromgestehungskosten. Von einer Lösung mittels eines Geothermie- Heizkraftwerkes wird aufgrund der sehr hohen Investitionskosten abgesehen, auch werden durch diese Lösung keine vorhandenen Synergien genutzt. Die gesamten Jahreskosten für das Nahwärmekonzept nach Variante 2 wurden mit 1.364.011 € (netto) abgeschätzt. Diese enthalten die kapitalgebundenen Kosten (Investition), die verbrauchsgebundenen Kosten (Energiebedarf) und die betriebsgebundenen Kosten (Wartung, Instandsetzung, Personal und Versicherung). Die Wärmegestehungskosten zur Generierung der Heizenergie inkl. Verluste wurden mit 12,7 ct/kWh

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(netto) berechnet. In der folgenden Tabelle sind die geschätzten Investitionskosten und Wärmegestehungskosten der betrachteten Nahwärmekonzepte und einer Lösung mit dezentralen Wärmepumpen dargestellt.

Investitionskosten Wärmegestehungskosten Stromgestehungskoste Nahwärmekonzept Variante 2 6,33 Mio. € 12,7 ct/kWh n - Nahwärmekonzept Variante 3 11,51 Mio. € 20,2 ct/kWh - Nahwärmekonzept Variante 4 11,94 Mio. € 15,3 ct/kWh - Nahwärmekonzept Geothermie-Heizkraftwerk 66,95 Mio. € 6,3 ct/kWh 28,5 ct/kWh (ORC)Nahwärmekonzept Geothermie-Heizkraftwerk 54,98 Mio. € 6,3 ct/kWh 28,1 ct/kWh (WärmekonzeptKalina) dezentrale Wärmepumpen 11 - 16 T€/Stck. 13,1 - 14,2 ct/kWh - Tab. 48: Kostenübersicht Wärmekonzepte Zusammenfassend ist in der nachfolgenden Tabelle noch einmal das untersuchte Nahwärmekonzept Variante 2 im Vergleich zum Istzustand mit und ohne Berücksichtigung des energetischen Sanierungspotenzials der Gebäude von 35% übersichtlich dargestellt. Zusätzlich sind die Ergebnisse einer dezentralen Wärmeversorgung mittels Wärmepumpen abgebildet. Der aktuelle Primärenergiebedarf ohne vorhandene Insellösungen und ohne Berücksichtigung eines Sanierungspotenzials von 35% liegt bei ca. 24.363 MWh/a (s. Tab. 48). Dies ergibt Kohlendioxidemissionen von etwa 5.515 t/a (Emissionsfaktor 249 g/kWh). Als Insellösungen wurden 3 Objekte herausgefiltert, welche nicht in das in das Nahwärmekonzept einbezogen werden, da hier eigene Energiekonzepte umgesetzt wurden. So hat die Rennsteigtherme ein eigenes innovatives Energiekonzept, bestehend aus einer Wärmepumpe, einem BHKW und einem Spitzenlastkessel mit Erdgas. Das Treff Hotel Panorama hat ebenfalls ein eigenes Energiekonzept, welches vom Energiemanager Techem umgesetzt wurde und betreut wird. Aktuell versorgen hier zwei Brennwertkessel mit je 700 kW und 1.300 kW sowie ein Blockheizkraftwerk mit 140 kW elektrisch und 216 kW thermisch die 409 Hotelzimmer und 80 Ferienwohnungen. Auch das Sportgymnasium wird über ein eigenes Energiekonzept versorgt. Ein Großteil des Wärmebedarfs wird über einen Holzhackschnitzel-Kessel mit 410 kW Heizleistung gedeckt. Ein weiterer Teil mittels Solarthermie und die Spitzenlast über einen Erdgaskessel. Insgesamt beträgt der Primärenergiebedarf der Insellösungen ca. 7.743 MWh/a (bezogen auf unteren Heitwert), welche nicht durch das untersuchte Nahwärmekonzept abgedeckt werden.

Die gesamte Primärenergieeinsparung beträgt ca. 14.043 MWh/a bzw. 58% bei einem Emissionsminderungspotenzial von 3.046 t/a (s. Tab. 49). Dieses Einsparpotenzial kann also erschlossen werden, wenn durch Sanierungsmaßnahmen (z.B. Dämmung der Gebäudehülle) eine Reduzierung des Heizenergiebedarfs von 35% erzielt wird und die gesamten Verbraucher (ohne Insellösungen, Abschnitt 6.8) über das vorgeschlagene Nahwärmekonzept mit Heizenergie versorgt werden. Die Werte für die Treibhausgasemissionen des Nahwärmekonzeptes enthalten zusätzlich

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den direkten Anteil des Kältemittels R134a. Die direkten Emissionen der dezentralen Wärmepumpensysteme können bei ausreichender Datenlage, wie Kältemittelart und Kältemittelfüllmenge, ermittelt werden. Direkte Auswirkungen auf die Umwelt durch das Kältemittel entstehen u.a. durch Leckageverluste, bei denen Kältemittel direkt in die Atmosphäre gelangt oder durch Verluste bei der Rückgewinnung von Kältemitteln. Die direkten Emissionen werden mittels des GWP-Wertes eines Kältemittels auf CO2-Äquivalente umgerechnet.

Istzustand (ohne Insellösungen) dezentrale Wärmepumpen Nahwärmekonzept vor Sanierung nach Sanierung 50% L-W und 50% S-W-WP Variante 2 Endenergiebedarf Wärme 22148,0 MWh 14396,2 MWh 3777,4 MWh 10973,8 MWh Erdgas/Heizöl 22148,0 MWh 14396,2 MWh 0,0 MWh 12141,4 MWh Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 3777,4 MWh -1167,6 MWh Primärenergiebedarf Wärme 24362,8 MWh 15835,8 MWh 9821,3 MWh 10319,7 MWh Erdgas/Heizöl 24362,8 MWh 15835,8 MWh 0,0 MWh 13355,5 MWh Strom 0,0 MWh 0,0 MWh 9821,3 MWh -3035,8 MWh Treibhausgasemissionen 5515 t/a 3585 t/a 2138 + xxxx t/a 2469 t/a Erdgas/Heizöl 5515 t/a 3585 t/a 0 t/a 3015 t/a Strom 0 t/a 0 t/a 2138 t/a -661 t/a direkte Emissionen Kältemittel 0 t/a 0 t/a xxxx t/a 114 t/a

Primärenergieeinsparung Wärme zu Istzustand vor Sanierung 8527,0 MWh 14541,5 MWh 14043,0 MWh 35% 60% 58% zu Istzustand nach Sanierung 6014,5 MWh 5516,1 MWh 38% 35% Emissionsminderung zu Istzustand vor Sanierung 1930 t/a 3046 t/a 35% 55% zu Istzustand nach Sanierung 1116 t/a 31% Tab. 49: Übersicht Ergebnisse Energiebedarf (bezogen auf unterene Heizwert und Emissionen Es wird also die Umsetzung des Nahwärmekonzepts Variante 2 - „Nutzung Abwärme Kälteprozesse mittels Wärmepumpe + BHKW“ ohne Berücksichtigung der Insellösungen (Abschnitt 6.8) empfohlen. Eine Nutzung der Solarthermie und Photovoltaik ist unabhängig jederzeit möglich. Durch das Nahwärmekonzept können folgende Wärmequellen mit einem geschätzten Gesamtpotenzial von 10.722 MWh/a erschlossen und genutzt werden.

Abwärme Kälteprozesse Rennschlittenbahn: 3.618 MWh/a Abwärme Kälteprozesse Skisport-Halle: 1.467 MWh/a Elektrische Antriebsenergie Wärmepumpe: 1.211 MWh/a Abwärme BHKW: 4.426 MWh/a

Es empfiehlt sich der Einsatz eines Kaltwasserspeichers mit einer Kapazität von ca. 3,5 MWh. Der nutzbare Anteil der Abwärme aus den Sportstätten kann somit bei ca. 85% liegen. Die geschätzten

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Wärmeverluste im Nahwärmenetz betragen 1.261 MWh/a. Insgesamt ergibt sich also ein nutzbares Wärmeenergieangebot von 9.406 MWh/a (Gesamtpotenzial abzgl. Wärmeverluste), was ca. 73% des gesamten bereinigten Heizwärmebedarfs der berücksichtigten Verbraucher darstellt. Die zu erwartenden Kohlendioxidemissionen liegen bei 2.469 t/a (inkl. direkter Emissionen Kältemittel R134a).

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8. Last- und Energiemanagement für Nahwärmekonzepte

8.1 Allgemeines

Durch die Projektpartner wurden Möglichkeiten zur Kraft-Wärme-Kälte Kopplung und zur Einführung eines Nahwärmenetzes untersucht. Für ein integriertes Energiekonzept liegt es nahe, diese Ideen mit Vorhersagen zu Energieerträgen und Nutzungsverhalten zu koppeln. Damit lassen sich die besten Synergien finden. Geeignete Steueralgorithmen und Regeln für diesen Gemeindeverbund zu finden, ist durch die vielen Einflussfaktoren einen hochkomplexe Aufgabe.

Im Folgenden werden Ansatzpunkte für weitere Speicher-, Steuerungs- und Einsparmöglichkeiten aufgezeigt.

8.2 Nutzung der Ammoniakspeicher der Kälteanlagen als Elektroenergiespeicher

Im Bereich der Rodelbahn und im Bereich der Skihalle wird Ammoniak als Kältemittel eingesetzt. Der Kühlprozess ist als Kreislauf ausgelegt bei dem Ammoniak verdichtet und dann im Wärmetauscher abgekühlt wird. Das dadurch verflüssigte Medium wird in großen Speichertanks zwischengelagert bevor es zur Eisbahn gepumpt wird. Dort angekommen verdampft es, nimmt dabei die Wärme auf und strömt zurück zum Verdichter.

An der Rodelbahn sind mehrere Verdichter installiert, so dass hier eine Stufenweise Schaltung möglich ist.

Werden nun einzelne Verdichter abgeschaltet, dann kann der Prozess mit dem gespeicherten flüssigen Ammoniak dennoch vorerst weiterlaufen. Dieser Vorrat kann nach der Lastspitze durch Einsatz weiterer Verdichter wieder Kompensiert und der Speicher nachgeladen werden.

Überschlag Speichervermögen, die Werte sind stark abhängig von Auslegungsgrößen wie Systemdruck und Temperaturniveau:

 Dichte bei -40°C, 1bar Systemdruck:690,2 kg/m³

 spezifische Verdampfungswärme:1370 kJ/kg

 gespeicherte Energie in Verflüssigung:ca. 263 kWh/m³ Flüssig-NH4

Voraussetzung dafür ist eine Möglichkeit die einzelnen aus dem übergeordneten Lastmanagement abzuschalten bzw. einzuschalten. Weiterhin ist dafür im Detail das Speichervermögen für gasförmiges Ammoniak zu prüfen, so dass es nicht zu Drucküberhöhungen im System kommt. Es ist ersichtlich solche Speicher und Einsparmöglichkeiten sehr eng an den Kälteprozess gekoppelt sind und im Rahmen von Modernisierungsarbeiten durch den Anlagenplaner geprüft werden sollten.

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8.3 Kraft-Wärme-Kopplung bei Sportereignissen

Durch fernsehgerechte Beleuchtung, Übertragungstechnik und die notwendige Infrastruktur werden zu den internationalen Sportereignissen in Oberhof große Mengen an Strom und Wärme benötigt. Darüber hinaus ist es wichtig die entsprechenden Kapazitäten mit größtmöglicher Ausfallwahrscheinlichkeit, bis hin zum Ausfall der Mittelspannungsstation, bereitzustellen. Das führt dazu, dass Dieselgeneratoren stetig auf Bereitschaft mitlaufen, selbst wenn ausreichend Netzkapazitäten vorhanden sind. Im Jahr 2013 waren zum Beispiel 2400 kVA Stromleistung mehrfach redundant sicherzustellen.

Die realen Verbrauchszahlen sind hier stark von Witterungsbedingungen und Flächenplan abhängig. Für entsprechende Veranstaltungspläne reicht der Verbrauch von 25.000 Liter Diesel (70 t CO2) bis hin zu 40.000 Litern (111 t CO2).

Gleichzeitig werden Festzelte und Büros zu einem großen Teil mit mobilen Ölbrennern beheizt. Es liegt daher nahe bei der zukünftigen Planung der Aufstellungsorte von Festzelten, Generatoren und Stromtrassen die Möglichkeiten der Kraftwärmekopplung einzubeziehen. Dies ist besonders in Betracht der umgesetzten Energiemengen wichtig. Für eine Veranstaltung wie den Biathlon- Weltcup benötigt werden mehrere zehntausend Liter Diesel und Heizöl benötigt.

Unter der Annahme von 50% Generatorwirkungsgrad und Ausnutzung von 20% der Abwärme für Zeltheizung wäre es im obigen Beispiel möglich 2.500-4000 Liter Diesel zu sparen, dies entsprich 7- 11 t CO2. Vorrausetzung ist dazu eine enge Zusammenarbeit zwischen Veranstalter und Energiedienstleister, wegen der technischen und organisatorischen Herausforderungen für ein solches Pilotprojekt.

Generell bleibt aber anzumerken dass die Versorgungssicherheit / Haftung für den Veranstalter oberste Priorität hat und jede energetische Kombination welche diese einschränkt wenig Chancen auf Umsetzung hat.

8.4 Beleuchtung zu den Sportereignissen

Die professionelle Beleuchtung bei der Fernsehübertragung hat das Ziel auch Nahaufnahmen in großer Detailschärfe und Farbtreue darzustellen. Entsprechend rigoros sind die Vorgaben zu Leuchtdichten und eingesetzten Leuchtmitteln. Das ist aus energetischer Sicht bedauerlich, da stromsparende Technologien wie Hochtemperatur-Halogen, Gasentladungslampen und LED- Technik nur in wenigen Bereichen bisher Einzug gehalten haben. Durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeits- und 3D-Aufnahmeverfahren wird die Problematik der notwendigen Beleuchtungsdichte zukünftig noch verschärft.

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Die Stadt Oberhof kann hier eine Vorreiterrolle einnehmen wenn zusammen mit den Veranstaltern und Sendeanstalten bei einem kleineren Sportereignis entsprechende stromsparende, aber von den üblichen Anforderungen abweichende Beleuchtungstechnik eingesetzt wird.

8.5 Energiesteuerungssystem auf Stadtebene

Neben den Sportanlagen haben noch die Therme, die großen Hotels und die zukünftigen Ladeinfrastrukturpunkte Möglichkeiten des Eingriffs in die Energieverbrauchsteuerung. Bereiche in denen auf Basis der Vorhersage regenerativer Erträge und der Einzelbedarfsplanung Lastverschiebungen möglich sind wurden in den jeweiligen Arbeitspaketen aufgezeigt. Eine wichtige Vorrausetzung dafür ist das in [IKSS2013] beschriebene Monitoring und Leitsystem auf Stadtebene.

Verbrauchsempfehlung Internet-Server Werbung Nutzer Gast (Webseite, Viusalisierung) Verhaltens- entscheidung stellt bereit

Gebäude ohne Smart Information Prognose- Leittechnik Meter Monitoring-Server Daten IIS (Wetterbericht, Messdaten (Berechnungen, Events) Prognose) Energieversorger Messstellen Datenbank

Gebäude mit Leittechnik Ladestationen und (Sportstätten, Therme, etc.) Elektromobilität

Abb. 55: Überblick über die wichtigsten Akteure und Informationsverbindungen für ein gemeinsames Monitoring in Oberhof [IKSS2012] Eine zentrale Steuerung großer zeitvariabler Verbraucher auf Stadtebene, als Erweiterung zu einem Monitoring für das Gesamtgebiet, erhöht die lokale Nutzung der in Oberhof erzeugten regenerativen Energie deutlich. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch zwar nicht direkt gesenkt werden, jedoch verringert sich die CO2 Bilanz dieser Energie. Dies wird besonders sinnvoll wenn der regenerative Energieertrag 30% des Energieverbrauches übersteigt.

Die Umsetzung kann Schrittweise erfolgen, beginnend mit einer „passiven Steuerung“, indem die Verbraucher ihre Aktionen an den Angaben einer Webplattform (vgl. Abbildung) orientieren. Mit der Modernisierung technischer Anlagen in Sportstätten und Hotels können zunehmend auch Leitsysteme mit Maschine2Machine (SCADA) Schnittstellen integriert werden.

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aktuell Prognose Statistik Tipps

Energieampel Energieeffizienz live – Energiemanagement für ganz Oberhof

Regenerativer Stromanteil: aktuell 59% heute 27% Prognose 40%

Oberhof gesamt Verbrauch (Tag) Ertrag (Tag) Strom 1.024 kW (5.123 kWh) 600 kW (1.390 kWh) Wärme 300 kW (800 kWh) 230 kW (300 kWh) optimale Zeiten für reg. Verbraucher 11:00-13:30 Details Wochenübersicht Jahresübersicht 15:00-17:15

Abb. 56: Vorschlag einer möglichen Webseite zur Visualisierung der Live-Werte des Energiemangements für ganz Oberhof, im Zentrum stehen der regenerative Anteil am Energiebedarf und Zeiten für möglichst CO2-neutralen Verbrauch.

8.6 Einführung der ISO50001 bei den Sportanlagen, Therme und Hotels Wichtigster Ansatzpunkt für Verbrauchsminderung ist die stetige Analyse der Verbrauchsursachen. Diese können dann bewertet und ggf. vermindert werden. Die ISO 50001 definiert hierzu sowohl organisatorische Prozesse als auch Umsetzungsempfehlungen.

Abb. 57: Aufgaben und Methoden zur Überwachung und Reduktion des Energieverbrauches nach ISO 50001 [WIKI_ISO50001, CC-ASA3.0

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Die Umsetzung ist in Deutschland derzeit nur für Betriebe über 250 Mitarbeiter verpflichtend, da die Einführung mit organisatorischem Aufwand verbunden ist. In Anlehnung an die Empfehlungen in [IKSS2013] für Hotels, um die Vorteile in Oberhof dennoch zu nutzen empfiehlt sich die zentrale Organisation eines entsprechenden Stammtisches durch die Stadt. So können auch Erfahrungen und Aufwendungen von Teilen der vorgeschlagenen Maßnahmen für die teilnehmenden Gewerbe gebündelt werden.

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9. Maßnahmenkatalog Die vorgeschlagenen Maßnahmen im integrierten Wärmeversorgungskonzept konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Ergebnisse der Untersuchungen zur Nutzung der Abwärme aus den Kälteprozessen der Sportstätten und der Nutzung des vorhandenen Potentials an erneuerbaren Energien. Im Bereich der Wärmeversorgung besteht für Oberhof der größte Energiebedarf und stellt somit den Schwerpunkt für die Realisierung der Ziele im Klimaschutz. Gleichzeitig wurde im Bereich Strom bei erneuerbaren Energien auf genügend technisches Potential hingewiesen, das zur Eigennutzung und zur Versorgung der Elektromobilität perspektivisch genutzt werden kann.

In Vorbereitung zur Umsetzung dieser Maßnahmen wurde von den Verfassern folgender Katalog erstellt, der offen ist für Hinweise, Ergänzungen oder Änderungen, die nach Veröffentlichung diese Konzeptes diskutiert werden, den vorliegenden Katalog bereichern und Umsetzungen von Maßnahmen unterstützen. Weiterhin wurden die Maßnahmen vom Maßnahmenkatalog der Teilstudie „Integriertes Klimaschutzkonzept“ mit den Schwerpunkten innovativer Klimaschutz und klimafreundliche Mobilität selektiert und für die Zielstellung dieser Teilstudie nach betroffenen Schwerpunkten aufbereitet. Die Öffentlichkeitsarbeit für diese Teilstudie ist Bestandteil der komplexen Öffentlichkeitsarbeit innerhalb der Teilstudie zum integrierten Klimaschutz der Stadt Oberhof. Die erfolgreiche Umsetzung folgender kurz- bis langfristigen Maßnahmen setzt neben einer kontinuierlichen Öffentlichkeitsarbeit auch arrangiertes Energie- und Klimaschutzmanagement- system voraus.

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Der Maßnahmenkatalog setzt sich zusammen aus den Bereichen:

Empfehlung Maßnahmen Zeit Akteure

Aufbau eines Energie- und Klimaschutzmanagements innerhalb der Stadtverwaltung kontinuierlichen Verbesserungspro- Aufbau einer kurzfristig Kommunalverwaltung, Organisationsstruktur Landkreis, Ministerium zess in der Verwaltung initiieren

Entwickeln eines kommunalen kurzfristig Kommunalverwaltung, energie- und klimapolitischen Landkreis, Ministerium Leitbildes

Ziele setzen, Energie- und mittelfristig Kommunalverwaltung, Klimaschutzprogramm Landkreis, Ministerium beschließen

Maßnahmen planen, finanzieren mittelfristig Kommunalverwaltung, und umsetzen Landkreis, Ministerium

Einfluss auf Eigenbetriebe Einführung eines Energie- und kurzfristig Kommune, Unternehmen wahrnehmen Klimaschutzmanagements

Organisation des Energiecontrolling, kurzfristig Kommune, Unternehmen Gebäudemanagements Energiemonitoring

Energiemanagement für Sportstätten Zertifizierung mittelfristig Ministerium, Landkreis, Kommune

Stadtplanung und Stadtentwicklung

Bestandssanierung hat Vorrang vor -Gebäudehülle kurz- Kommune, Unternehmen, Neubau -Optimierung Heizungsanlagen mittelfristig Privat

-Beleuchtung

-effiziente Gebäudetechnik städtebauliche Planungen Energiekonzepte einfordern kurzfristig Kommune

Ausschreibung von Bauleistungen Angebote hinsichtlich kurzfristig Kommune energetischer Qualität bewerten

Erneuerbare Energien und alternative Technologien erneuerbare Energien Machbarkeitsstudien kurz- Kommune, Land, Privat, langfristig Ministerien, Unternehmen Bürgerbeteiligungen

Nutzung von Abwärme der Umsetzung eines mittel- Ministerien, Behörden,

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Sportstätten Nahwärmenetzes langfristig Unternehmen,Öffentlichkeit

Lastbegrenzung während Nutzung von mittel- Ministerium, Kommune, Spitzenbedarfszeiten Speichertechnologien langfristig Unternehmen

Erstellung von Katastern Solarthermie kurz- Kommune, Ministerium

Photovoltaik mittelfristig

oberflächennahe Geothermie

Erstellung einer PV-Anlage Skihalle, Machbarkeitsstudie kurzfristig Betreibergesellschaft, Kommune, Ministerium

Nutzung von Biomasse, (einheimische Machbarkeitsstudie mittelfristig alle Beteiligten, hierbei Holzvorkommen) größter Biomassekraftwerk Wertschöpfungsanteil

Erstellung einer PV-Anlage auf Park- Machbarkeitsstudie mittelfristig platz H2O_Therme

Verkehr und Elektromobilität alternative Verkehrstechnik und -Fahrradwege ausbauen kurz- Ministerien, Behörden, Verkehrskonzepte mittelfristig Unternehmen,Öffentlichkeit -Parkplatzsysteme außerhalb von

Oberhof (P&R)

-Elektrotankstellen

-Busverkehr Hybrid oder elektr.

Bürger und Unternehmen ( indirekter kommunaler Einfluss)

Beratung -Informations- und kurz- privat, Unternehmen Kommune Beratungsangebote mittelfristig

-Bildungsprojekte

-Fördermaßnahmen

-Pilotprojekte

-Energie- und Bauberatung

-Wettbewerbe und Aktionstage

Netzwerktätigkeiten -Bereitstellung Räumlichkeiten kurz- Kommune

und Werbemöglichkeiten mittelfristig

Tab. 50 Maßnahmenempfehlungen

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Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Die Ergebnisse des integrativen Wärmeversorgungskonzeptes und die Möglichkeiten der Nutzung regenerativer Energien wurden auch im Rahmen des intergrierten Klimaschutzkonzeptes in den Maßnahmenkatalog aufgenommen. Im Maßnahmenkatalog wird eine Prioritätenliste erstellt, in der kurz-, mittel- und langfristige Maßnahmen mit der Stadt Oberhof abzustimmen und in einem Aktionsplan festzulegen sind. Die Aktionspläne sind nach einzelnen Bereichen der Energieeinsparung, der Nutzung von Energiearten (besonders regenerative Energien), und der Erzeugung von Energie geordnet. Zu erwartende Investitionskosten für die einzelnen Maßnahmen werden abgeschätzt sowie ein Zeitfenster für die Umsetzung der Maßnahmen und Aktionen erstellt.

In der Umsetzung der in den Arbeitspaketen des Wärmeversorgungskonzeptes empfohlenen Maßnahmen, steckt ein hohes wirtschaftliches Potential für die Region in und um Oberhof. Der gezielte Einsatz erneuerbarer Energien in Oberhof, sowie die energetische Vernetzung aller Bedarfsträger bedeutet nicht nur eine wirtschaftliche Stärkung von Tourismus und Gewerbe, sondern senkt auch langfristig die Energiekosten und den CO2-Ausstoß. Regionale Wertschöpfung umfasst alle in einer Region erbrachten wirtschaftlichen Leistungen. Werden neue Erneuerbare- Energien-Anlagen ausgebaut, kommt dies direkt den betreffenden Regionen zu Gute. Handwerksbetriebe erhalten mehr Aufträge, Umsatz und Gewinn steigen. Höhere Steuereinnahmen für die Stadt und neu geschaffene Arbeitsplätze sind die Folge. Diese und weitere Effekte der regionalen Wertschöpfung sollen untersucht und dargestellt werden.

 die Wertschöpfungskette Erneuerbarer Energien  Vermeidung von Importkosten für fossile Brennstoffen  Mehreinnahmen entspannen die Haushaltstöpfe  Jobmotor erneuerbare Energien

Oberhof hat einen hohen Kälteenergie- und Wärmeenergiebedarf verglichen zu anderen Städten vergleichbarer Größe. Dies macht die Entwicklung eines nachhaltigen integrativen Wärmeversorgungskonzeptes notwendig, dessen Primärenergieeinsatz von Strom, Wärme, Kälte und Abwärme sinnvoll miteinander verbunden werden soll, um Ressourcen zu schonen und somit für die Schaffung eines nachhaltigen Klimaschutzes für ein bedeutendes touristisches Zentrum zu sorgen. Hierfür wurden neben verschiedenen regenerativen Energieträgern wie Solarthermie, Erdwärme (Geothermie) und Biomasse auch verfügbare Abwärmepotenziale untersucht. Weitere regenerative Energien wie Windkraft wurde ebenfalls in die Betrachtung einbezogen, um z.B. erforderliche Antriebsenergien zur Verfügung zu stellen. Weiterhin wurdel untersucht, inwieweit die Potenziale aus der Abwärme der Kälteprozesse der Sportstätten und des Abwassers und die

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Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Potenziale aus der Solar- und Geothermie sowie der Biomasse in einem Nahwärmekonzept umgesetzt und genutzt werden können. Denn sowohl Klima- und Umweltproblematik und steigende Energiepreise als auch die sensible Lage Oberhofs im Naturpark Thüringer Wald erfordern eine innovative, umweltverträgliche, energieeffiziente und wirtschaftliche Energieversorgung. Aus diesem Grund muss eine gesamtenergetische Betrachtung für ganz Oberhof erfolgen. Mit Hilfe des Nahwärmekonzeptes sollen Synergien zwischen dem Energiebedarf und dem Energieangebot der einzelnen Verbraucher in Oberhof genutzt werden. Im Rahmen des integrierten Wärmeversorgungskonzeptes werden die beteiligten großen Verbraucher, Erzeuger und Speichermöglichkeiten zusammen mit dem Nutzerverhalten und den Energiemanagementregeln in einer Simulation abgebildet. Für Oberhof besteht das Ziel, mit einer intelligenten Lösung durch die Verknüpfung der einzelnen Wärmegewinne und Verluste und eines intelligenten Energiemanagements den Primärenergieeinsatz und damit die Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren. Durch diese Maßnahmen erfolgt eine Erhöhung der Energieeffizienz der einzelnen Verbraucher, wie Sportstätten, Gaststätten und Hotels, kommunale Gebäude und private Haushalte. Dadurch können die Energiekosten gesenkt und die Treibhausgasemissionen im Bereich Wärme bis zu 40% nachhaltig gesenkt werden. In der Zusammenstellung der Verbrauchsdaten Strom und Wärme der Bedarfsgruppen der Stadt Oberhof konnten bereits verschiedene Diskontinuitäten festgestellt werden. Die bisherige Nutzung erneuerbarer Energien zeigt noch große Lücken. Mittels bedarfsgesteuerten Energiemonitoring sollen Energieeffizienzmaßnahmen erfasst und simuliert werden, um ressortübergreifend Klimaschutz, Treibhausgasminderung, Optimierung von Energieanwendungen, Energieeffizienzsteigerung und Integration erneuerbarer Energien in einer touristischen Stadt und einem aktiven Wintersportzentrum nachhaltig umzusetzen.

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10. Abbildungsverzeichnis Abb. 1 Anteiliger Energieverbrauch nach Verbrauchsbereichen der Stadt Oberhof im ISTZUSTND (Beitrag ThINK) ...... 9 Abb. 2 Anteilige CO2-Belastung der Verbrauchsbereiche der Stadt Oberhof im ISTZUSTAND (Beitrag ThINK) ...... 9 Abb. 3: Wärmebedarf nach Umsetzung der Sanierungsmaßnahmen bei Stufe I ...... 13 Abb. 4: Maßnahmenumsetzung des technischen Potentials an erneuerbaren Energien in den SOLLZUSTAND ...... 17 Abb. 5 Technisches Potential erneuerbarer Energien zur Versorgung mit Wärme ...... 18 Abb. 6 Technisches Potential erneuerbarer Energien zur Versorgung mit Strom ...... 19 Abb. 7: Stadtgebiet von Oberhof (Quelle: bing.com/maps) ...... 22 Abb. 8: Summenhäufigkeit der Lufttemperaturen nach DIN 4710 für Zone 10 ...... 26 Abb. 9: Heizhaus des Sportgymnasiums mit fassadenintegrierter Solaranlage auf der Südseite (Photo: ThINK-GmbH) ...... 32 Abb. 10: Karte der jährlichen Globalstrahlung im Mittel der Jahre 1981-2000 (Datenquelle: DWD, Kartengrundlage: TLVermGeo ...... 33 Abb. 11: Vergleich der Jahreserträge von PV-Anlagen am Kamm des Thüringer Waldes und Erfurt (Datenquelle: 50Hertz) ...... 34 Abb. 12: Teilgebiete für die Ermittlung des Photovoltaik- und Solarthermie-Potenzials ...... 36 Abb. 13: Beispiel für die Überdachung von Parkplätzen (Parkplatz Rennsteigtherme) ...... 40 Abb. 14: Übersicht über die Wasserschutzgebiete im Bereich Oberhof ...... 45 Abb. 15: Beispiel für mögliche Bohransatzpunkte für oberflächennahe Geothermie in Oberhof im Bereich Magnus-Poser-Straße / Am Schlossberg ...... 47 Abb. 16: Natur- und wasserschutzrechtliche Restriktionen um Oberhof, Maßstab 1:100.000, Datengrundlage: Thüringer Landesverwaltungsamt...... 48 Abb. 17: Geologischer Schnitt durch Südwest-Thüringen und einen Teil der Oberhofer Mulde. Die Schnittspur ist in Anlage 1 dargestellt...... 50 Abb. 18: 3D-Blockbilder zur vereinfachten visuellen Veranschaulichung der geologischen Entwicklung des Thüringer Waldes im Oberkarbon/Unterperm aus ZEH & BRÄTZ (2004). Mit der Vorprägung der Fränkischen Linie (a) und einer folgenden E-W-gerichteten Dehnungsphase ...... 52 Abb. 19: Paläotektonisches Modell des pull-apart Beckens im Zeitraum oberes Stefan/ tiefstes Rotliegend im Thüringer Wald. I= Dehnungsachse im Zeitraum der Georgenthal-Formation; 1 = Verbreitung der Basissedimente der Georgenthal-Formation, 1 a = untere, 1 b = ob ...... 52 Abb. 20: Durchschnittliche Bodentemperaturen um Oberhof (Quelle: GeotIS) ...... 55

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Abb. 21: Vertikalschnitt mit Temperaturen durch Südthüringen. Die schwarze Linie im Schnitt markiert die Lage Oberhofs. (Quelle: GeotIS) ...... 56 Abb. 22: Silbergraben zwischen Einmündung Eimerbach und Stadtgrenze (Photo: ThINK-GmbH) .. 61 Abb. 23: Einzugsgebiet des Silbergrabens nordwestlich von Oberhof ...... 62 Abb. 24: Fläche am Wadeberg mit Blick nach Osten in Richtung L 3247 (Photo: ThINK-GmbH) ...... 69 Abb. 25: Fläche am Wadeberg mit Blickrichtung Süden (Photo: ThINK-GmbH) ...... 70 Abb. 26: Schutzgebiete und Eignungsflächen Wind in Oberhof ...... 73 Abb. 27 Gebäudeintegration ...... 75 Abb. 28 Mastanlage ...... 75 Abb. 29: Potenzielle Standorte mit Flachdach für gebäudeintegrierten KWKA nach Satellitenbild .. 76 Abb. 30: Gebäude A – Stadion Grenzadler [Quelle: Architekturbüro Ludwig, Suhl] ...... 77 Abb. 31: Gebäude B– Skihalle ...... 78 Abb. 32: Gebäude C- Sportgymnasium ...... 78 Abb. 33: Gebäude D – Treff-Hotel-Panorama ...... 79 Abb. 34 Gebäude E-G – verschiedene Mehrfamilienhäuser ...... 79 Abb. 35: Gebäude H Busbahnhof mit P + R Parkhaus ...... 80 Abb. 36: Anteil der Windenergie (blau) und der Zeit (rot) klassifiziert nach Windgeschwindigkeit .. 82 Abb. 37: Anteil der Windenergie (blau) und der Zeit (rot) integriert über die Windgeschwindigkeit 82 Abb. 38: Windenergierose, Verteilung der Energienach Windrichtungen ...... 83 Abb. 39: Richtungsverteilung von Windenergie (blau), Zeitanteil (rot) und Integral der Windenergie (grün) ...... 83 Abb. 40: Tagesverlauf der Windenergie Anteilig nach Richtung und Uhrzeit ...... 84 Abb. 41: Statistischer Energieertrag nach Uhrzeit ...... 84 Abb. 42: Jahresverlauf der Windenergie nach Richtung und Monat ...... 85 Abb. 43: Verlauf des Energieertrages übers Jahr ...... 85 Abb. 44: Strömungssimulation, zu sehen ist die Potentialerhöhung durch das Gebäude ...... 86 Abb. 45: Funktionsweise der Abwasserwärmenutzung (Grafik.Staubli) ...... 87 Abb. 46 : Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 1 ...... 97 Abb. 47: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 2 ...... 99 Abb. 48: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 3 ...... 102 Abb. 49 : Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 4 ...... 104 Abb. 50: Direkte und indirekte Treibhausgasemissionen ...... 109 Abb. 51: Energiebilanz Kaltwasserspeicher (max. Speicherkapazität 4 MWh) ...... 114 Abb. 52: Nutzbare Abwärme Kälteprozesse Sportstätten in Abhängigkeit der Speicherkapazität .. 115 Abb. 53: Entwicklung des Strompreises für Haushalte [13] ...... 118

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Abb. 54: Vergleich Bedarf und Angebot Heizenergie Variante 4 ohne Insellösungen ...... 125 Abb. 55: Überblick über die wichtigsten Akteure und Informationsverbindungen für ein gemeinsames Monitoring in Oberhof [IKSS2012]...... 136 Abb. 56: Vorschlag einer möglichen Webseite zur Visualisierung der Live-Werte des Energiemangements für ganz Oberhof, im Zentrum stehen der regenerative Anteil am Energiebedarf und Zeiten für möglichst CO2-neutralen Verbrauch...... 137 Abb. 57: Aufgaben und Methoden zur Überwachung und Reduktion des Energieverbrauches nach ISO 50001 [WIKI_ISO50001, CC-ASA3.0 ...... 137

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11. Tabellenverzeichnis Tab. 1 Anteilige CO2-Belastung der Verbrauchsbereiche der Stadt Oberhof im ISTZUSTAND (Beitrag ThINK) ...... 10 Tab. 2 ISTZUSTAND erneuerbarer Energien in Oberhof ...... 16 Tab.:3: Technisches Potential erneuerbarer Energien im Vergleich zum ISTZUSTAND...... 16 Tab. 4: Einwohnerentwicklung in Oberhof (Thüringer Landesamt für Statistik) ...... 23 Tab. 5: Flächen nach Art der tatsächlichen Nutzung (Thüringer Landesamt für Statistik, www.tls.thueringen.de) ...... 23 Tab. 6: mittlere Gasverbräuche für 2009 bis 2012 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella- Mehlis Netz GmbH, 2013) ...... 28 Tab. 7: mittlere Gasverbräuche für 2009 bis 2012 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella- Mehlis Netz GmbH, 2013) ...... 28 Tab. 8: berechneter Energiebedarf Ölfeuerstätten ...... 29 Tab. 9: ermittelter Heizenergiebedarf inkl. Verluste für Speicherung, Verteilung und Übergabe (Erdgas- und Ölfeuerungsstätten) ...... 29 Tab. 10: Angenommenes Energieeinsparpotenzial der Verbrauchergruppen (IKSS-integrierte Klimaschutzstudie) ...... 30 Tab. 11: Berechnungsgrundlagen für die Potenzialabschätzung Photovoltaik in Oberhof ...... 34 Tab. 12: Übersicht über die Teilgebiete und deren Photovoltaik- und Solarthermie-Potenzial ...... 38 Tab. 13: PV-Freiflächenpotenzial auf Parkplatzüberdachungen in Oberhof ...... 40 Tab. 14: Übersicht über Bestand und Potenziale zur solaren Energieerzeugung in Oberho ...... 42 Tab. 15: Parameter Potenzialabschätzung Geothermie ...... 47 Tab. 16: Übersicht zu den wichtigsten Daten der einzelnen Szenarien ...... 59 Tab. 17: Bestand an Anlagen zur Gewinnung von Energie auf Basis von Biomasse in der Stadt Oberhof. (* Entsprechend Einwohnerstand von 1.527 am 31.12.2011) ...... 63 Tab. 18: Eigentumsformen im Forstamt Oberhof ...... 64 Tab. 19:Bioenergetische Potenziale in der Stadt Oberhof (Entsprechend Einwohnerstand von 1.527 am 31.12.2011) ...... 66 Tab. 20: Ertragsabschätzung für eine Beispiel WEA (Quelle der Weibull-Parameter: DWD) ...... 72 Tab. 21: Mengenangaben zum Wasser/Abwasser Stadtgebiet Oberhof...... 87 Tab. 22: Gesamter Elektroenergieverbrauch Rennschlittenbahn p.a...... 89 Tab. 23: Anteiliger Elektroenergieverbrauch Verdichter Rennschlittenbahn ...... 89 Tab. 24: Mittlere elektrische Leistungsaufnahme Verdichter Rennschlittenbahn ...... 90 Tab. 25: Mittlere Kälteleistungen Rennschlittenbahn (t0 = -15°C/tC = 25…27°C) ...... 90

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Tab. 26: Abwärmeangebot Rennschlittenbahn bei 25°C minimaler Kondensationstemp...... 91 Tab. 27 : Abwärmeangebot Rennschlittenbahn bei 20°C minimaler Kondensationstemp...... 91 Tab. 28: Vergleich rechnerischer Elektroenergiebedarf Verdichter Rennschlittenbahn mit Messwerten ...... 92 Tab. 29: Monatliche Abwärmemengen (ohne Eigennutzungsanteil) aus den Kälteprozessen Skisport-Halle ...... 93 Tab. 30: allgemeine Randparameter für Berechnung Druckverlust und Energiebedarf ...... 94 Tab. 31: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen und Wärmepumpe + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz ...... 96 Tab. 32 : Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Wärmepumpe + BHKW + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz ...... 98 Tab. 33: Werte Globalstrahlung 2012 (Quelle: DWD) und ermittelte Erträge ...... 100 Tab. 34: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Wärmepumpe + Solarthermie + verbleibender Restbedarf und Energiebedarf Pumpen Nahwärmenetz ...... 101 Tab. 35: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Solarwärme, Wärmepumpe + BHKW und verbleibende Restbedarf ...... 103 Tab. 36Treibhausbelastung für das Nahwärmekonzept (Variante 2) und unterschiedlichen Kältemitteln...... 108 Tab. 37: Übersicht Variantenvergleich (Energie und Emissionen) ...... 110 Tab. 38: Annahme Zeiten "Kälteanlage Rennschlittenbahn AUS" - kein Abwärmeangebot ...... 114 Tab. 39: Ermittelter Heizenergiebedarf inkl. Verluste für Speicherung, Verteilung und Übergabe (Erdgas- und Ölfeuerungsstätten) ohne Insellösungen ...... Fehler! Textmarke nicht definiert. Tab. 40: Kostenübersicht Wärmekonzepte ...... 119 Tab. 41: Ergebnisse Häuserzählung Oberhof ...... 120 Tab. 42: geschätzte Investitionskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 ...... 120 Tab. 43: Geschätzte kapitalgebunden Jahreskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 ...... 122 Tab. 44: Geschätzte Verbrauchskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 ...... 123 Tab. 45: Geschätzte Betriebskosten für Nahwärmekonzept Variante 2 ...... 124 Tab. 46: Nutzbares Wärmeangebot aus Kälteprozessen, Solarwärme, Wärmepumpe + BHKW und verbleibender Restbedarf ohne Insellösungen ...... 125 Tab. 47: Übersicht Ergebnisse Energiebedarf und Emissionen ...... 127 Tab. 48: Kostenübersicht Wärmekonzepte ...... 131 Tab. 49: Übersicht Ergebnisse Energiebedarf und Emissionen ...... 132 Tab. 50: Maßnahmenempfehlungen ...... 141

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12. Abkürzungsverzeichnis AGEB ...... Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. Ages ...... Gesellschaft für Energieplanungund Systemanalyse m. b. H. BAFA ...... Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle BauGB ...... Baugesetzbuch BBSR ...... Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung BGB ...... Bürgerliches Gesetzbuch BW ...... Brennwert CO2 ...... Kohlendioxid DEHOGA ...... Deutschen Hotel- und Gaststätten Verband e.V. Dena ...... Deutschen Energie-Agentur GmbH DH ...... Doppelhaus DKB ...... Deutsche Kreditbank EEWärmeG ...... Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz EH ...... Einzelhaus EMAS ...... Eco- Management and Audit Scheme EnEV ...... Energieeinsparerordnung ESC ...... Energiesparcontracting EVU ...... Energieversorungsunternehmen GEMIS ...... Globales Emissions-Modell integrierter Systeme GHD ...... Gewerbe, Handel und Dienstleistungen GOSOL ...... Solarbüro für energieeffiziente Stadtplanung Dr.Ing. Peter Goretzki GRZ ...... Grundflächenzahl HBO ...... Hessische Bauordnung HGO ...... Hessische Gemeindeordnung HT ...... Hochtarif ISO ...... Internationale Organisation für Normung IWU ...... Institut Wohnen und Umwelt GmbH KfW ...... Kreditanstalt für Wiederaufbau KWK ...... Kraftwärmekopplung MFH ...... Mehrfamilienhaus NT ...... Niedertarif ÖPNV ...... Öffentlicher Personennahverkehr OSG ...... Oberhofer Sportstätten GmbH OSM ...... open street map RH ...... Reihenhaus RLM ...... registrierende Leistungsmessung RR ...... Rennsteigradweg SLP ...... Standard Leistungs Profil SWG ...... Städtischen Wohnungsgesellschaft mbh TA...... Thüringer Allgemeine TEN ...... Thüringer Energienetze GmbH UBA ...... Umweltbundesamt VDI ...... Verein Deutscher Ingenieure Wp ...... Wärmepumpe WRG ...... Wärmerückgewinnung

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ZSE ...... Zentrales System Emissionen

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13. Literaturverzeichnis [1] ASUE. 2012. Das KWK-Gesetz 2012 - Grundlagen, Förderung, praktische Hinweise. 2012.

[2] Blaumann. 2009. Erdarbeiten. 2009.

[3] Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. 2008. Energiedaten Tabelle 26 – Entwicklung von Energiepreisen und Preisindizes Deutschland. 24. 6 2008.

[4] DIN 4710. Jan. 2003. Statistiken meteorologischer Daten zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen in Deutschland. Jan. 2003.

[5] EnergieAgentur NRW. 2013. Förderung Photovoltaikanlagen. 2013.

[6] Friedl, G. 2010. Fördermöglichkeiten von Nahwärmenetzen – KfW- und BAFA-Förderung einfach erklärt! [Hrsg.] Fachverband Biogas e.V. s.l. : Zusammengestellt von der Arbeitsgruppe V (Betriebs- und volkswirtschaftliche Bewertung) im „Biogas Forum Bayern“, 11 2010. Nr. V - 11/2010.

[7] IKSS, IPH Klawonn.Selzer GmbH, Think, projektRaum, Energie-Architektur GmbH, ILK Dresden. 2013. Erstellung eines integrierten Klimaschutzkonzeptes für die Stadt Oberhof. 2013.

[8] ISE, Miara, M., Günther, D., Kramer, T., Oltersdorf, T., Wapler, J. 2011. Wärmepumpen Effizienz – Messtechnische Untersuchung von Wärmepumpenanlagen zur Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb. Fraunhofer ISE. 2011.

[9] Paatzsch, R. 2008. Konzeption einer innovativen Energieversorgung innerhalb Oberhofs. ILK Dresden gGmbH. Dresden : s.n., 2008.

[10] Peter-OSG_GmbH. 2012. 2. Workshop Klimaschutzkonzept Oberhof. [Befragte Person] Paatzsch. 5. 9 2012.

[11]. Ergebnisse Häuserzählung. [E-Mail]. 6.3.2013 Stadt Oberhof

[12] Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH. 2013. Lastgänge Gasverbrauch Oberhof für 2009 bis 2012. [Hrsg.] Michael Brand. 14. 2 2013. zugesandt per E-Mail.

[13] Thüringer Ministerium für Bau, Landesentwicklung und Medien. Nachhaltiges Bauen aus energetischer Sicht - Produktdokumentation Sportgymnasium Oberhof.

[14] VDI 2067 Blatt 1. 2010. Wirtschaftlichkeit TGA_Entwurf. 9 2010.

Vorhauer, T. und Corell, P. http://www.ikz.de/nc/ikz-fachplaner/artikel/article/intelligentes- energiemanagement-in-der-immobilienwi.html. [Online] Techem Energy Contracting GmbH.

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www.ratgeber.co2online.de www.kompetenzzentrum-bauen.de www.klima-sucht-schutz.de www.eneff-stadt.info/de/pilotprojekte

Kommunale Beispiele

Weimar/ Zöllnerviertel, Frankfurt/Main, Freiburg, Schopfheim, Ludwigsburg, Karlsruhe, Inselgemeinde Juist, Jühnde-Barlissen, Kopenhagen, Güssing, Masdar

-Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG) (Hrsg.) (2003): REKLI. Aufbau einer Klimadatenbank und Regionale Klimadiagnose für Thüringen. Jena.

-Thüringer Ministerium für Bau, Landesentwicklung und Medien (TMBLM) (Hrsg.) (2008): Nachhaltiges Bauen aus energetischer Sicht. Projektdokumentation Sportgymnasium Oberhof. Erfurt.

-Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz (TMLFUN) (Hrsg.) (2011): Bioenergie in Thüringen - dezentral und nachhaltig in den Regionen. Erfurt.

-Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Forsten, Umwelt und Naturschutz (TMLFUN) (Hrsg.) (2012): Abfallbilanz 2010. Daten und Informationen zur Abfallwirtschaft. Erfurt.

-Umweltbundesamt (UBA) (Hrsg.) (2008): Effiziente Bereitstellung aktueller Emissionsdaten für die Luftreinhaltung. Dessau. -GEMIS-Datenbank - Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS) -Version 4.7 (2012): Online unter: http://www.gemis.de (Stand 16.01.2012).

-UBA: Umweltbundesamt (Hrsg.) (2012 a): Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-

-Emissionen des deutschen Strommix 1990-2010 und erste Schatzungen

-2011, Umweltbundesamt, Dessau, Online unter: http://www.umweltbundesamt.

-de/energie/archiv/CO2-strommix.pdf (Stand-24.10.2012).

-UBA - Umweltbundesamt (Hrsg.) (2012 b): Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger,

-Umweltbundesamt, Dessau, Online unter: http://www.umweltbundesamt.

-de/uba-info-medien/3761.html (Stand 24.10.2012).

-UBA - Umweltbundesamt (Hrsg.) (2013): Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger - Durch Einsatz erneuerbarer Energien vermiedene Emissionen im Jahr 2012 - Aktualisierte Anhänge 2 und 4 der Veröffentlichung „Climate Change 12/2009“.

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Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

-KUNERT, U.; RADKE, S. (2011): Kraftfahrzeugverkehr 2010: Weiteres Wachstum und hohe Bedeutung von Firmenwagen. in: DIW Berlin - Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung e.V., DIW Wochenbricht Nr. 48/2011.

-IFEU Institut für Energie und Umweltforschung Heidelberg GmbH (Hrsg.) (2010): Fortschreibung und Erweiterung ”Daten- und Rechenmodell: Energieverbrauch und Schadstoffemissionen des motorisierten Verkehrs in Deutschland 1960-2030 (TREMOD - Transport Emission Model, Version 5). Heidelberg.

-Kraftfahrtbundesamt (KBA) (Hrsg.) (2012): Statistik - Fahrzeuge - Bestand - Fahrzeugklassen und Aufbauarten, Online unter: http://www.kba.de. (Stand 24.10.2012).

-ANDREAS, D., JUNGWIRTH, J. & WUNDERLICH, J. (1992): Die strukturelle Entwicklung des Thüringer Waldes und seiner Vorländer. – Geol. Bl. NO-Bayern, 42: 109-126, Erlangen.

-BAUNACK, C. & LIPPMANN, R. (2002): Kartierung der Goldlauter- und Oberhof-Formation parallel der BAB (A 71) nördlich Zella-Mehlis. – Z. geol. Wiss., 337-350, Berlin.

-BIEWALD, W. (2008): Zur Ausbildung der Fränkischen Linie zwischen Stelzen und Theuern (GK 25 Eisfeld 5531 und Steinach 5532). – Beitr. Geol. Thüringen N. F., 15: 69-90.

-JENA-GEOS® Ingenieurbüro GmbH (2013): Machbarkeitsstudie Tiefe Geothermie Suhl.

-JUNG, R. & SPERBER, A. (2009): Erschließung der Vulkanite des Norddeutschen Beckens mit Multiriss- Systemen. – Geothermische Fachtagung, 11 2009, Hrsg. j. I.-B. Sperber.

-PESTER, S., SCHELLSCHMIDT, R. & SCHULZ, R. (2007): Verzeichnis geothermischer Standorte – Geothermische Anlagen in Deutschland auf einen Blick. – Geothermische Energie, 56/57: 7- 8.

-PETEREK, A. (2001): Zur geomorphologischen und morphotektonischen Entwicklung des Fichtelgebirges und seines unmittelbaren Rahmens. – Geol. Bl. NO-Bayern, 51: 37-106, Erlangen.

-SCHULZ, R., AGEMAR, T., ALTEN, A.-J., KÜHNE, K., MAUL, A.-A., PESTER, S. & WIRTH, W. (2007): Aufbau eines geothermischen Informationssystems für Deutschland. – Erdöl Erdgas Kohle, 123, 2: 76-81, Hamburg.

-SEIDEL, G. (2003, Hrsg.): Geologie von Thüringen. – 2. Auflage, 601 S., Schweizerbart´sche Verlagsbuchhandlung (Stuttgart).

-TANNER, D., BEHRMANN, H., ONKEN, O. & WEBER, K. (1998): Three-dimensional retro-modelling of transpression on a linked fault system: Upper Cretaceous deformation on the western

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 153 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

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-WAGENBRETH, O. & STEINER, W. (1990): Geologische Streifzüge: Landschaft und Erdgeschichte zwischen Kap Arkona und Fichtelberg. – 4. Auflage, 203 S., Dt. Verlag für Grundstoffindustrie (Leipzig).

-WUNDERLICH, J., ANDREAS, D. & HÄHNEL, C. (1997): Tektonische Verhältnisse am Westthüringer Quersprung (nordwestlicher Thüringer Wald). 1. Flache Überschiebungstektonik im Zuge spätsaxonischer Transpression am Nordabschnitt der Floh-Asbach-Störung. – Beitr. Geol. Thüringen N. F., 4: 101-131.

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-[Tour2013] Tourismusgesellschaft Oberhof – Pressemittelung; „Tourismusgesellschaft

Oberhof zieht Bilanz: 2012 Rekordjahr bei Gästeübernachtungen“; Januar 2013.

-[TA2011] Thüringer Allgemeine – Online; „Oberhof hinterlässt bei Touristen jetzt einen

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für den kombinierten Verkehr e.V.; „Vergleichende Analyse von Energieverbrauch

und CO -Emissionen im Straßengüterverkehr und Kombinierten Verkehr

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-[GEMIS2013] GEMIS, Globales Emissions-Modell integrierter Systeme;

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14. Anlagenverzeichnis Anlage 1 Betriebstunden Verdichter Rennschlittenbahn ...... 158

Anlage 2 Verteilung monatliches Abwärmepotential Kälteprozess Rennschlittenbahn ...... 161

Anlage 3 Verteilung monatliches Abwärmepotential Kälteprzess Skisport-Halle ...... 163

Anlage 4 Monatliche Gasverbräuche Oberhof von 2009 bis 2012 ...... 167

Anlage 5 Stündlicher Gasverbrauch Oberhof für 2009 bis 2012 ...... 169

Anlage 6 Kältekreisprozessberechnung für Industriewärmepumpe mit Ammoniak ...... 171

Anlage 7 Topographische Übersichtskarte des betrachtungsraumes mit schnittspur ...... 172

Anlage 8a Deckungsbeitrag eiines ORC-Kraftwerkes (Szanario 1) ...... 173

Anlage 8b Jahresaufstellung eines ORC-Kraftwerkes (Szenario 1) angeheftet ...... 175

Anlage 9a Kostenübersicht einer Kalina-Anlage (Szenario 2) angeheftet ...... 176

Anlage 9b Jahresaufstellung einer Kalina-Anlage (Szenario 2) angeheftet ...... 177

Anlage 10 Jahresaufstellung einer reinen Wärmeproduktion (Szenario 3) angeheftet ...... 178

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15. Anlagen

Anlage 1: Betriebsstunden Verdichter Rennschlittenbahn Januar 400 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 Januar 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

Februar 400 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 Februar 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

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März 610 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 März 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

Oktober 740 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 Oktober 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

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November 620 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 November 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

Dezember 470 h

Zone 10 DIN 4710 Ausg. 2003 Dezember 32 30 28 26 24 22 20

C 18 ° 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 Aiußentemperaturin -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 0 20 40 60 80 100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620640660680700720740760 Häufigkeit in h

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Anlage 2: Verteilung monatliches Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn

Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - Oktober

30,00 MWh

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,4°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C Außenlufttemperatur

Abbildung 1: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn Oktober

Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - November 160,00 MWh

150,00 MWh

140,00 MWh

130,00 MWh

120,00 MWh

110,00 MWh

100,00 MWh

90,00 MWh

80,00 MWh

70,00 MWh

60,00 MWh

50,00 MWh

40,00 MWh

30,00 MWh

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,8°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C Außenlufttemperatur

Abbildung 2: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn November

Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - Dezember 200,00 MWh 190,00 MWh 180,00 MWh 170,00 MWh 160,00 MWh 150,00 MWh 140,00 MWh 130,00 MWh 120,00 MWh 110,00 MWh 100,00 MWh 90,00 MWh 80,00 MWh 70,00 MWh 60,00 MWh 50,00 MWh 40,00 MWh 30,00 MWh 20,00 MWh 10,00 MWh 0,00 MWh 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,2°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C

Außenlufttemperatur

Abbildung 3: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn Dezember

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 159 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

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Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - Januar 170,00 MWh

160,00 MWh

150,00 MWh

140,00 MWh

130,00 MWh

120,00 MWh

110,00 MWh

100,00 MWh

90,00 MWh

80,00 MWh

70,00 MWh

60,00 MWh

50,00 MWh

40,00 MWh

30,00 MWh

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C

Außenlufttemperatur

Abbildung 4: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn Januar

Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - Februar 100,00 MWh

90,00 MWh

80,00 MWh

70,00 MWh

60,00 MWh

50,00 MWh

40,00 MWh

30,00 MWh

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,0°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C

Außenlufttemperatur

Abbildung 5: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn Februar

Abwärme (inkl. Ölrückkühlung) Rennschlittenbahn - März

30,00 MWh

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,9°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,0°C Außenlufttemperatur

Abbildung 6: Abwärmepotenzial Kälteprozess Rennschlittenbahn März

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Anlage 3: Verteilung monatliches Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Januar

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,5°C -3,5°C -4,5°C -5,5°C -6,5°C -7,5°C -8,5°C -9,5°C -10,5°C-11,5°C-12,5°C-13,5°C-14,5°C-15,5°C-16,5°C-17,5°C-18,5°C-19,5°C-20,5°C-21,5°C-22,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 7: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Januar

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Februar

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 14,5°C 12,5°C 10,5°C 8,5°C 6,5°C 4,5°C 2,5°C 0,5°C -1,5°C -3,5°C -5,5°C -7,5°C -9,5°C -11,5°C -13,5°C -15,5°C -17,5°C -19,5°C -21,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 8: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Februar

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - März

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 21,5°C 19,5°C 17,5°C 15,5°C 13,5°C 11,5°C 9,5°C 7,5°C 5,5°C 3,5°C 1,5°C -0,5°C -2,5°C -4,5°C -6,5°C -8,5°C -10,5°C -12,5°C -14,5°C -16,5°C -18,5°C -20,5°C -22,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 9: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle März

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Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - April

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 26,5°C25,5°C24,5°C23,5°C22,5°C21,5°C20,5°C19,5°C18,5°C17,5°C16,5°C15,5°C14,5°C13,5°C12,5°C11,5°C10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,5°C -3,5°C -4,5°C -5,5°C -6,5°C -7,5°C -8,5°C -9,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 10: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle April

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Mai

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 28,5°C 27,5°C 26,5°C 25,5°C 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 11: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Mai

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Juni

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 29,5°C 28,5°C 27,5°C 26,5°C 25,5°C 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 12: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Juni

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Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Juli

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 32,5°C 31,5°C 30,5°C 29,5°C 28,5°C 27,5°C 26,5°C 25,5°C 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 13: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Juli

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - August

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 31,5°C 30,5°C 29,5°C 28,5°C 27,5°C 26,5°C 25,5°C 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 14: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle August

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - September

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 29,5°C 28,5°C 27,5°C 26,5°C 25,5°C 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 15: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle September

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 163 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Oktober

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 24,5°C 23,5°C 22,5°C 21,5°C 20,5°C 19,5°C 18,5°C 17,5°C 16,5°C 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,5°C -3,5°C -4,5°C -5,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 16: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Oktober

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - November

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 15,5°C 14,5°C 13,5°C 12,5°C 11,5°C 10,5°C 9,5°C 8,5°C 7,5°C 6,5°C 5,5°C 4,5°C 3,5°C 2,5°C 1,5°C 0,5°C -0,5°C -1,5°C -2,5°C -3,5°C -4,5°C -5,5°C -6,5°C -7,5°C -8,5°C -9,5°C -10,5°C -11,5°C -12,5°C -13,5°C -14,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 17: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle November

Abwärme (ohne Eigennutzungsanteil) Skihalle - Dezember

20,00 MWh

10,00 MWh

0,00 MWh 12,5°C 10,5°C 8,5°C 6,5°C 4,5°C 2,5°C 0,5°C -1,5°C -3,5°C -5,5°C -7,5°C -9,5°C -11,5°C -13,5°C -15,5°C -17,5°C -19,5°C -21,5°C Außenlufttemperatur Abbildung 18: Abwärmepotenzial Kälteprozess Skisport-Halle Dezember

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 164 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Anlage 4: monatliche Gasverbräuche Oberhof von 2009 bis 2012

Monat Dienstleistungsgewerbe Beherbergung Wohnhäuser Mehrfamilienhäuser Gaststätten Handel Gewerbe nur Heizung 1 0,0 MWh 317,8 MWh 1723,5 MWh 304,7 MWh 0,0 MWh 39,5 MWh 25,4 MWh 2 0,0 MWh 280,6 MWh 1496,1 MWh 268,1 MWh 0,0 MWh 34,2 MWh 22,4 MWh 3 0,0 MWh 280,1 MWh 1433,4 MWh 267,4 MWh 0,0 MWh 32,3 MWh 22,3 MWh 4 0,0 MWh 155,7 MWh 665,5 MWh 139,0 MWh 0,0 MWh 12,0 MWh 11,6 MWh 5 0,0 MWh 143,3 MWh 588,2 MWh 124,8 MWh 0,0 MWh 10,0 MWh 10,3 MWh 6 0,0 MWh 131,7 MWh 527,8 MWh 112,5 MWh 0,0 MWh 8,9 MWh 9,3 MWh 7 0,0 MWh 107,6 MWh 348,5 MWh 77,7 MWh 0,0 MWh 4,9 MWh 6,4 MWh 8 0,0 MWh 91,2 MWh 261,6 MWh 59,8 MWh 0,0 MWh 3,2 MWh 4,9 MWh 9 0,0 MWh 127,2 MWh 454,7 MWh 100,5 MWh 4,4 MWh 7,3 MWh 8,4 MWh 10 0,0 MWh 231,1 MWh 1015,9 MWh 204,2 MWh 8,8 MWh 21,5 MWh 16,0 MWh 11 0,0 MWh 236,6 MWh 1050,1 MWh 210,7 MWh 9,0 MWh 22,9 MWh 16,5 MWh 12 0,0 MWh 319,6 MWh 1564,0 MWh 289,7 MWh 12,8 MWh 36,3 MWh 22,7 MWh

Tabelle 1: Gasverbräuche für 2009 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat SWG Privat Privat II Handel/Gastätten und Hotels Stadt (Mehrzweckhalle) Rennsteig Therme 1 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 2 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 3 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 0,0 MWh 4 57,0 MWh 28,8 MWh 23,6 MWh 70,2 MWh 25,1 MWh 67,1 MWh 82,8 MWh 313,1 MWh 49,3 MWh 11,7 MWh 5 51,9 MWh 26,2 MWh 21,0 MWh 76,4 MWh 5,4 MWh 60,7 MWh 75,4 MWh 302,6 MWh 46,3 MWh 4,2 MWh 6 51,1 MWh 26,1 MWh 18,8 MWh 58,5 MWh 8,5 MWh 54,4 MWh 72,3 MWh 271,0 MWh 42,4 MWh 4,9 MWh 7 36,1 MWh 22,0 MWh 12,2 MWh 35,3 MWh 0,0 MWh 37,5 MWh 48,9 MWh 203,4 MWh 34,5 MWh 3,4 MWh 8 31,9 MWh 15,2 MWh 10,8 MWh 33,0 MWh 0,0 MWh 31,1 MWh 48,8 MWh 145,6 MWh 23,7 MWh 3,0 MWh 9 43,3 MWh 24,6 MWh 15,7 MWh 58,5 MWh 0,0 MWh 56,2 MWh 73,8 MWh 261,7 MWh 42,0 MWh 3,3 MWh 10 88,8 MWh 47,1 MWh 31,1 MWh 158,5 MWh 37,9 MWh 102,2 MWh 112,2 MWh 690,2 MWh 63,8 MWh 27,9 MWh 11 101,0 MWh 52,1 MWh 36,3 MWh 135,7 MWh 49,3 MWh 112,0 MWh 114,3 MWh 704,2 MWh 69,0 MWh 37,2 MWh 12 137,5 MWh 75,4 MWh 53,1 MWh 235,3 MWh 76,3 MWh 156,1 MWh 162,1 MWh 975,1 MWh 79,8 MWh 102,9 MWh

Tabelle 2: Gasverbräuche für 2009 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat Dienstleistungsgewerbe Beherbergung Wohnhäuser Mehrfamilienhäuser Gaststätten Handel Gewerbe nur Heizung 1 0,0 MWh 351,0 MWh 1808,8 MWh 338,8 MWh 14,4 MWh 0,2 MWh 24,8 MWh 2 0,0 MWh 297,0 MWh 1480,7 MWh 285,4 MWh 12,0 MWh 0,0 MWh 28,8 MWh 3 0,0 MWh 284,5 MWh 1364,6 MWh 269,3 MWh 11,2 MWh 0,0 MWh 27,5 MWh 4 0,0 MWh 223,3 MWh 989,5 MWh 239,5 MWh 8,5 MWh 0,0 MWh 21,0 MWh 5 3,8 MWh 200,5 MWh 873,9 MWh 186,6 MWh 7,4 MWh 0,0 MWh 20,1 MWh 6 1,9 MWh 117,4 MWh 411,0 MWh 99,6 MWh 4,1 MWh 0,0 MWh 10,3 MWh 7 1,1 MWh 86,1 MWh 237,4 MWh 60,6 MWh 3,0 MWh 0,0 MWh 6,2 MWh 8 2,0 MWh 147,8 MWh 426,7 MWh 147,2 MWh 4,3 MWh 0,0 MWh 11,1 MWh 9 3,1 MWh 199,0 MWh 662,3 MWh 219,6 MWh 6,0 MWh 0,0 MWh 16,4 MWh 10 12,8 MWh 248,4 MWh 982,4 MWh 306,6 MWh 8,6 MWh 0,0 MWh 28,0 MWh 11 16,1 MWh 290,0 MWh 1225,7 MWh 365,5 MWh 10,3 MWh 0,0 MWh 34,1 MWh 12 22,4 MWh 380,9 MWh 1770,2 MWh 487,6 MWh 14,2 MWh 0,0 MWh 45,7 MWh

Tabelle 3: Gasverbräuche für 2010 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat SWG Privat Privat II Handel/Gastätten und Hotels Stadt (Mehrzweckhalle) Rennsteig Therme 1 155,0 MWh 88,0 MWh 63,2 MWh 259,5 MWh 94,3 MWh 200,9 MWh 185,6 MWh 1088,5 MWh 88,1 MWh 106,5 MWh 2 127,0 MWh 72,8 MWh 52,9 MWh 218,5 MWh 76,4 MWh 157,6 MWh 156,3 MWh 863,1 MWh 76,7 MWh 81,2 MWh 3 109,2 MWh 62,4 MWh 45,1 MWh 185,9 MWh 59,7 MWh 128,4 MWh 140,2 MWh 753,8 MWh 74,4 MWh 70,4 MWh 4 77,2 MWh 41,9 MWh 28,2 MWh 126,2 MWh 35,8 MWh 95,0 MWh 104,2 MWh 455,9 MWh 57,7 MWh 32,2 MWh 5 72,0 MWh 38,7 MWh 26,1 MWh 109,6 MWh 30,1 MWh 75,8 MWh 97,1 MWh 444,1 MWh 44,8 MWh 13,4 MWh 6 37,7 MWh 20,8 MWh 15,3 MWh 40,5 MWh 6,8 MWh 43,8 MWh 65,0 MWh 216,7 MWh 26,8 MWh 5,8 MWh 7 30,2 MWh 15,5 MWh 11,6 MWh 28,5 MWh 0,0 MWh 35,5 MWh 50,4 MWh 69,8 MWh 10,5 MWh 2,1 MWh 8 40,0 MWh 22,8 MWh 15,9 MWh 43,8 MWh 0,0 MWh 49,7 MWh 71,4 MWh 5,7 MWh 16,9 MWh 2,7 MWh 9 57,6 MWh 31,6 MWh 20,7 MWh 82,9 MWh 0,9 MWh 72,2 MWh 91,3 MWh 43,3 MWh 20,9 MWh 7,1 MWh 10 83,4 MWh 46,7 MWh 31,9 MWh 141,5 MWh 25,1 MWh 114,0 MWh 129,6 MWh 648,4 MWh 32,0 MWh 25,6 MWh 11 104,1 MWh 57,9 MWh 39,7 MWh 173,2 MWh 40,4 MWh 128,3 MWh 131,6 MWh 764,1 MWh 42,8 MWh 55,7 MWh 12 151,9 MWh 85,6 MWh 60,9 MWh 246,3 MWh 71,2 MWh 173,2 MWh 181,1 MWh 1166,6 MWh 60,4 MWh 112,4 MWh

Tabelle 4: Gasverbräuche für 2010 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 165 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Monat Dienstleistungsgewerbe Beherbergung Wohnhäuser Mehrfamilienhäuser Gaststätten Handel Gewerbe nur Heizung 1 22,5 MWh 344,9 MWh 1597,8 MWh 405,1 MWh 12,6 MWh 0,0 MWh 43,3 MWh 2 20,3 MWh 311,8 MWh 1435,9 MWh 364,5 MWh 11,3 MWh 0,0 MWh 39,1 MWh 3 18,2 MWh 292,0 MWh 1270,4 MWh 337,5 MWh 10,3 MWh 0,0 MWh 36,2 MWh 4 10,5 MWh 189,3 MWh 720,5 MWh 207,9 MWh 6,3 MWh 0,0 MWh 22,2 MWh 5 8,8 MWh 165,3 MWh 594,9 MWh 174,6 MWh 5,4 MWh 0,0 MWh 18,8 MWh 6 6,2 MWh 131,3 MWh 437,4 MWh 124,0 MWh 4,2 MWh 0,0 MWh 13,9 MWh 7 6,8 MWh 140,8 MWh 480,5 MWh 136,3 MWh 4,5 MWh 0,0 MWh 15,2 MWh 8 5,6 MWh 117,7 MWh 383,0 MWh 109,8 MWh 3,8 MWh 0,0 MWh 12,4 MWh 9 6,9 MWh 133,0 MWh 465,2 MWh 132,5 MWh 4,4 MWh 0,0 MWh 15,1 MWh 10 12,6 MWh 217,4 MWh 879,0 MWh 237,4 MWh 7,5 MWh 0,0 MWh 39,5 MWh 11 15,0 MWh 251,7 MWh 1027,5 MWh 271,9 MWh 8,6 MWh 0,0 MWh 48,7 MWh 12 20,9 MWh 325,0 MWh 1471,2 MWh 363,9 MWh 11,9 MWh 0,0 MWh 62,2 MWh

Tabelle 5: Gasverbräuche für 2011 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat SWG Privat Privat II Handel/Gastätten und Hotels Stadt (Mehrzweckhalle) Rennsteig Therme 1 131,2 MWh 72,9 MWh 50,8 MWh 229,5 MWh 58,9 MWh 156,2 MWh 175,2 MWh 1071,1 MWh 55,4 MWh 98,5 MWh 2 119,5 MWh 65,0 MWh 46,3 MWh 212,0 MWh 50,7 MWh 150,5 MWh 153,4 MWh 965,2 MWh 51,7 MWh 83,9 MWh 3 97,2 MWh 52,8 MWh 36,6 MWh 169,6 MWh 37,7 MWh 115,2 MWh 138,4 MWh 771,3 MWh 52,6 MWh 42,3 MWh 4 51,5 MWh 29,6 MWh 21,9 MWh 80,9 MWh 15,7 MWh 78,8 MWh 94,7 MWh 500,4 MWh 29,4 MWh 5,8 MWh 5 42,8 MWh 23,4 MWh 18,0 MWh 56,0 MWh 5,0 MWh 63,1 MWh 79,7 MWh 404,0 MWh 18,8 MWh 2,7 MWh 6 33,9 MWh 19,4 MWh 14,5 MWh 40,9 MWh 0,0 MWh 52,7 MWh 72,8 MWh 329,6 MWh 12,9 MWh 0,2 MWh 7 34,2 MWh 20,8 MWh 15,7 MWh 40,6 MWh 0,0 MWh 47,2 MWh 74,6 MWh 412,1 MWh 12,1 MWh 0,0 MWh 8 32,3 MWh 20,3 MWh 14,1 MWh 37,0 MWh 0,0 MWh 39,6 MWh 63,3 MWh 341,5 MWh 12,4 MWh 0,0 MWh 9 36,9 MWh 23,6 MWh 14,8 MWh 47,5 MWh 4,9 MWh 55,8 MWh 68,2 MWh 351,7 MWh 14,7 MWh 0,6 MWh 10 67,9 MWh 40,6 MWh 26,1 MWh 116,6 MWh 21,1 MWh 93,2 MWh 110,5 MWh 652,6 MWh 23,6 MWh 9,1 MWh 11 79,9 MWh 51,7 MWh 30,6 MWh 99,5 MWh 30,5 MWh 99,3 MWh 120,3 MWh 711,0 MWh 27,4 MWh 17,2 MWh 12 120,3 MWh 74,9 MWh 45,1 MWh 197,3 MWh 52,5 MWh 140,7 MWh 153,7 MWh 1031,8 MWh 50,3 MWh 89,5 MWh

Tabelle 6: Gasverbräuche für 2011 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat Dienstleistungsgewerbe Beherbergung Wohnhäuser Mehrfamilienhäuser Gaststätten Handel Gewerbe nur Heizung 1 22,4 MWh 340,1 MWh 1566,7 MWh 369,4 MWh 12,5 MWh 0,0 MWh 65,8 MWh 2 22,9 MWh 343,3 MWh 1627,7 MWh 377,1 MWh 12,7 MWh 0,0 MWh 67,2 MWh 3 15,5 MWh 251,2 MWh 1059,4 MWh 260,9 MWh 8,9 MWh 0,0 MWh 46,9 MWh 4 15,2 MWh 293,6 MWh 1045,7 MWh 198,2 MWh 8,8 MWh 0,0 MWh 45,4 MWh 5 8,6 MWh 189,7 MWh 586,9 MWh 113,7 MWh 5,4 MWh 0,0 MWh 26,4 MWh 6 7,2 MWh 164,7 MWh 480,9 MWh 94,1 MWh 4,6 MWh 0,0 MWh 22,1 MWh 7 5,9 MWh 145,1 MWh 387,9 MWh 77,2 MWh 4,0 MWh 0,0 MWh 18,2 MWh 8 4,6 MWh 126,4 MWh 302,7 MWh 62,1 MWh 3,4 MWh 0,0 MWh 14,7 MWh 9 8,1 MWh 175,5 MWh 551,1 MWh 111,6 MWh 5,2 MWh 0,0 MWh 25,9 MWh 10 14,1 MWh 237,7 MWh 955,3 MWh 230,3 MWh 8,1 MWh 0,0 MWh 43,5 MWh 11 17,3 MWh 283,6 MWh 1173,3 MWh 285,9 MWh 9,8 MWh 0,0 MWh 53,2 MWh 12 21,8 MWh 346,0 MWh 1538,3 MWh 355,3 MWh 12,4 MWh 0,0 MWh 65,2 MWh

Tabelle 7: Gasverbräuche für 2012 (SLP gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Monat SWG Privat Privat II Handel/Gastätten und Hotels Stadt (Mehrzweckhalle) Rennsteig Therme 1 127,5 MWh 46,3 MWh 46,6 MWh 214,1 MWh 56,5 MWh 157,4 MWh 162,3 MWh 1094,4 MWh 53,4 MWh 98,5 MWh 2 138,1 MWh 85,5 MWh 50,5 MWh 200,7 MWh 57,8 MWh 175,9 MWh 173,8 MWh 1222,0 MWh 56,5 MWh 88,9 MWh 3 83,0 MWh 51,9 MWh 29,5 MWh 100,8 MWh 30,6 MWh 89,5 MWh 113,1 MWh 741,9 MWh 34,7 MWh 31,4 MWh 4 78,9 MWh 50,3 MWh 27,5 MWh 131,7 MWh 24,5 MWh 92,7 MWh 105,9 MWh 733,7 MWh 27,0 MWh 47,4 MWh 5 43,8 MWh 26,5 MWh 15,7 MWh 48,6 MWh 9,3 MWh 58,0 MWh 70,2 MWh 455,5 MWh 15,6 MWh 2,2 MWh 6 39,7 MWh 24,8 MWh 14,1 MWh 44,0 MWh 6,2 MWh 54,1 MWh 67,4 MWh 415,8 MWh 13,9 MWh 0,0 MWh 7 34,4 MWh 21,9 MWh 12,6 MWh 38,4 MWh 4,1 MWh 47,1 MWh 70,7 MWh 388,4 MWh 12,2 MWh 0,0 MWh 8 29,7 MWh 18,0 MWh 11,0 MWh 31,5 MWh 1,9 MWh 38,0 MWh 56,0 MWh 329,4 MWh 11,0 MWh 0,0 MWh 9 41,6 MWh 26,1 MWh 15,1 MWh 48,6 MWh 6,7 MWh 61,1 MWh 74,4 MWh 457,7 MWh 19,4 MWh 0,0 MWh 10 71,9 MWh 45,8 MWh 24,8 MWh 104,3 MWh 25,2 MWh 104,0 MWh 111,7 MWh 727,7 MWh 31,5 MWh 15,4 MWh 11 100,0 MWh 60,9 MWh 38,1 MWh 165,8 MWh 34,9 MWh 117,1 MWh 126,1 MWh 911,4 MWh 38,5 MWh 47,3 MWh 12 128,1 MWh 76,8 MWh 46,4 MWh 217,4 MWh 51,7 MWh 146,1 MWh 156,1 MWh 1135,7 MWh 54,8 MWh 82,2 MWh

Tabelle 8: Gasverbräuche für 2012 (RLM gruppiert) gemäß (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 166 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Anlage 5: stündlicher Gasverbrauch Oberhof für 2009 bis 2012

stündlicher Heizenergieverbrauch (Erdgas) 2009 8,0 MWh

7,0 MWh

6,0 MWh

5,0 MWh

4,0 MWh

3,0 MWh

2,0 MWh

1,0 MWh

0,0 MWh 01.04.2009 01.05.2009 01.06.2009 01.07.2009 01.08.2009 01.09.2009 01.10.2009 01.11.2009 01.12.2009

Abbildung 19: Verlauf stündlicher Erdgasverbrauch 2009 (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

stündlicher Heizenergieverbrauch (Erdgas) 2010 8,0 MWh

7,0 MWh

6,0 MWh

5,0 MWh

4,0 MWh

3,0 MWh

2,0 MWh

1,0 MWh

0,0 MWh

Abbildung 20: Verlauf stündlicher Erdgasverbrauch 2010 (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 167 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

stündlicher Heizenergieverbrauch (Erdgas) 2011 8,0 MWh

7,0 MWh

6,0 MWh

5,0 MWh

4,0 MWh

3,0 MWh

2,0 MWh

1,0 MWh

0,0 MWh 01.01.2011 01.02.2011 01.03.2011 01.04.2011 01.05.2011 01.06.2011 01.07.2011 01.08.2011 01.09.2011 01.10.2011 01.11.2011 01.12.2011

Abbildung 21: Verlauf stündlicher Erdgasverbrauch 2011 (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

stündlicher Heizenergieverbrauch (Erdgas) 2012 9,0 MWh

8,0 MWh

7,0 MWh

6,0 MWh

5,0 MWh

4,0 MWh

3,0 MWh

2,0 MWh

1,0 MWh

0,0 MWh 01.01.2012 01.02.2012 01.03.2012 01.04.2012 01.05.2012 01.06.2012 01.07.2012 01.08.2012 01.09.2012 01.10.2012 01.11.2012 01.12.2012

Abbildung 22: Verlauf stündlicher Erdgasverbrauch 2012 (Stadtwerke Suhl/Zella-Mehlis Netz GmbH, 2013)

Stadt Oberhof Zellaer Str. 10 Tel.: +49 (0) 036842 / 28 0-0 E-Mail: [email protected] Seite 168 / 172 98559 Oberhof Fax: +49 (0) 036842 / 28 0-31 Internet: www.stadt-oberhof.de

Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Anlage 6: Kältekreisprozessberechnung für Industriewärmepumpe mit Ammoniak

Single Stage Refrigerating Cycle JAZ 5,2 EER 4,2

Refrigerant: R717 Cycle data

Evaporating temperature: t"0 : 12,0 °C p0 = 659,4 kPa

Superheating, evaporator: DtO: 5 K pC = 2430,3 kPa

Superheating, suction line: DtSL: 0 K p = 3,69 -

Condensing temperature: t"C: 57,0 °C qO = 1013,71 kJ/kg

Subcooling, condenser: DtC: 0 K wt = 235,40 kJ/kg

Subcooling, liquid line: DtLL: 0 K eo = 4,31 - 3 Isentropic efficiency: i: 0,834 - COP = qOV= 5148,6 kJ/m 5,31

Refrigerating capacity: Q0 : 3518,76 kW mO = 3,47116 kg/s 3 Lastanteil 84 % QH = VO = 2460,381 m /h Compressor Piston 4335,89 P = 817,126 kW 3 Displacement: VS : 4339,12 m /h mO = 5,66274 kg/s 3 Volumetric efficiency: V: 0,925 - VO = 4013,782 m /h

open QH = QO = 5740,387 kW electric efficiency: 1,00 7073,42 P = 1333,032 kW Cycle point t p v h s x °C kPa m3/kg kJ/kg kJ/(kgK) -

Compressor inlet 1 17,00 659,4 0,196890 1484,99 5,5089 Compressor outlet, isentropic 2s 117,23 2430,3 0,070861 1681,25 5,5089 Compressor outlet 2 131,14 2430,3 0,074417 1720,39 5,6074 Dew point at cond. pressure 3" 57,00 2430,3 0,052753 1486,24 4,9639 Bubble point at cond. pressure 4' 57,00 2430,3 0,001818 471,28 1,8897 Condenser outlet 4 57,00 2430,3 0,001818 471,28 1,8897 Expansion valve inlet 5 57,00 2430,3 0,001818 471,28 1,8897 Bubble point at evap. pressure 6' 12,00 659,4 0,001609 255,52 1,1976 Evaporator inlet 6 12,00 659,4 0,035406 471,28 1,9543 0,177 Dew point at evap. pressure 7" 12,00 659,4 0,192078 1471,46 5,4618 Evaporator outlet 7 17,00 659,4 0,196890 1484,99 5,5089

Anlage 7 Topografische Übersichtskarte (1:250.000) des Betrachtungsraumes mit Schnittspur

Anlage 8a Deckungsbeitrag eines ORC-Kraftwerkes (Szenario 1)

Anlage 8b Jahresaufstellung eines ORC-Kraftwerkes (Szenario 1) Seite 172/175

Anlage 9a Kostenübersicht einer Kalina-Anlage (Szenario 2) Seite 173/175

Anlage 9b Jahresaufstellung einer Kalina-Anlage (Szenario 2) Seite 174/175

Anlage 10 Jahresaufstellung einer reinen Wärmeproduktion (Szenario 3) Seite 175/175

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Integriertes Wärmeversorgungskonzept für die Stadt Oberhof

Anlage 7 Topographische Übersichtskarte des Betrachtungsraumes mit Schnittspur

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Aufstellung von Deckungsbeitrag ohne Art der Finanzierung und ohne Kapitaldienst Wirtschaftlichkeitsabschätzungen Betrachtungen für geothermische petrothermale Systeme Multiriss-System

Lokation/Region: Lokation Oberhof

Vorausschtliche. Geologie: Granit

Gute hydraulische Reservoirdurchströmung (GD)

Anlagentechnische Daten Vertikale Bohrteufe: 5.500 m

Gesamte Bohrstrecke: 6.500 m

Maximaltemperatur : 159,1 °C

Produktionstemp.: 154,6 °C (Initialtemp)

Produktionsrate: 100 l/s

Jahresarbeitsstunden: 8.200 h

Thermische Leistung Stromerzeugung: 35,363 MWthm

Thermische Leistung Wärmeauskopplung : 8,36 MWth

Temperaturspanne Stromerzeugung, DT: 84,6 K

Temperaturspanne Wärmeauskopplung.: , DT: 20 K

Thermische Jahres-Wärmemenge Wärmeauskopplung. 20.064 MWh/a

Produktionsrate: 100 l/s

Jahresarbeitsstunden: 8.200 h

Wirkungsgrad ORC- Stromerzeugungsanlage: 13,5 %

Thermische Jahresarbeit: 289.561 MWh (erstes Jahr)

Elektrische Leistung: 4,774 MWel

Initialleistung Mittlere elektrische Leistung über 20 Jahre: 3.440 MWel

Elektrische Jahresarbeit 32.149 MWhel/a (erstes Jahr)

Initialleistung Mittlere elektrische Leistung über 20 Jahre: 3.440 MWel

Elektrische Arbeit über 20 Jahre: 573.233 MWh

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Erlös per kWh Strom: 0,30 €

Erlös per kWh Wärmelieferung: 0,03 €

Angenommenes Jahr der Fertigstellung u. Netzanlschluss

2015 Laufzeit der Anlage (Jahre): 20 Jahre

Wirtschaftliche Daten Kosten Untertageteil: 45,9 Mio. €

Kosten Übertageteil: 20,278 Mio. €

Gesamt: 68,178 Mio. €

Fördermittel Untertageteil: 5,0 Mio €

Fördermittel Übertageteil: 1,0 Mio.€

Gesamt ./. Fördermittel: 62,178

Versicherung Bohrtechnik, Erschließung: 2,0 Mio €

Kapitaleinsatz Investkosten: 62,178 Mio €

Mittlere Kosten p. a., ohne Kapitaldienst: 3,19 Mio €

Mittlere Jahreserlöse über 20 Jahre

Erlös durch Strom: 8,598 Mio. €/a

Erlös durch Wärme: 0,602 Mio €/a

Mittlerer Gesamterlös: 9,2 Mio €/a

Mittlere Deckungsbeiträge über 20 J.,(Erlös p.a. ./. Kosten p.a.)

Deckungsbeitrag ca. 6,01 Mio €/a

Deckungsbeitrag gesamt über 20 Jahre: ca. 120,2 Mio. €

Mittlere Gestehungskosten 0,285 €/kWh

Anlage 8a Aufstellung des Deckungsbeitrageseines ORC-KraftwerkesSzenario 1

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