Grüner Energiebezug als Hebel der Dekarbonisierung
Haupttreiber der Dekarbonisierung sind die steigenden regulatorischen Anforderungen, wie die Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD), welche Unternehmen zur Transparenz hinsichtlich ihres Dekarbonisierungspfads verpflichtet. Zusätzlich liegt der Fokus insbesondere auf der Dekarbonisierung der energiebedingten Emissionen, welche in Deutschland ganze 85 Prozent der gesamten Treibhausgas-Emissionen ausmachen[1].
Viele Unternehmen sind jedoch überzeugt, dass die Grünstellung der Wärmeerzeugung, besonders der Prozesswärme, deutliche Mehrkosten verursacht und somit nicht wirtschaftlich ist. In Zeiten von kostengünstigen, russischen Gasimporten war dies unbestreitbar der Fall. Doch zunehmende geopolitischer Konflikte haben die Marktpreise sowohl für Erdgas als auch Strom stark verändert, was Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit von Elektrodenkesseln und Wärmepumpen zur Wärmeversorgung hat. Zusätzlich haben sich erneuerbare Technologien über die letzten Jahre konstant weiterentwickelt und bieten die Möglichkeit zur Steigerung der Versorgungssicherheit. Grund genug, für uns nochmal nachzurechnen und zu prüfen, ob eine grüne Wärmeerzeugung nicht doch wirtschaftlicher sein kann als die Nutzung fossiler Energieträger. Unsere Berechnungen basieren dabei auf einem durchschnittlichen Wärmebedarf der mittelständischen Industrie in Deutschland und beziehen drei unterschiedliche Wärmeerzeugungstechnologien (Erdgaskessel, Elektrodenkessel & Wärmepumpe) mit ein.
Vergleich der Investitionskosten (CapEx):
Grundsätzlich gilt: Erneuerbare Technologien sind gegenüber ihrem fossilen Gegenspieler, dem Erdgaskessel, mit höheren Investitionskosten verbunden, wobei die genauen Investitionskosten je nach Anwendungsfall und lokalen Gegebenheiten variieren können. Erneuerbare Technologien müssen sich somit über ihre Lebensdauer hinweg durch geringere operative Kosten einen Vorteil verschaffen. Eine zusätzliche Finanzierungsmöglichkeit bei hohen Investitionskosten ist die Nutzung von Förderungen, beispielsweise durch vergünstigte Kredite der KFW für grüne Wärmeerzeugungsanlagen oder Investitionskostenzuschüsse. In unseren Berechnungen haben wir die Investitionskosten als Annuität über den geplanten Zeithorizont von 20 Jahren einbezogen.
Vergleich der Betriebskosten (OpEx):
Für den Kostenvergleich wurde eine Lebensdauer der Anlagen von 20 Jahren angenommen und Kosten für Wartung und Instandhaltung der Anlage in die OpEx miteinbezogen. Entscheidend sind jedoch die Kosten für die entsprechenden Energieträger:
Sowohl die angenommen Strom- als auch Gaspreise basieren auf den Großhandelspreisen der European Energy Exchange. Weitere Kosten, bestehend aus Steuern, Umlagen und Netzentgelten, wurden mitberücksichtigt. Innerhalb der Gasbezugskosten wird ein CO2-Emissionspreis berücksichtigt, welcher sich über die nächsten 20 Jahre stetig weiter erhöht. In den Varianten mit Eigenerzeugung deckt eine Photovoltaik-Anlage den Stromeigenbedarf zu 35 Prozent. Der verbleibende Strombedarf wird aus dem Netz bezogen und mit einem entsprechenden Strompreis inkl. Umlagen, Steuern und Netzentgelten bepreist.
In der Nachfolgenden Grafik sind die jährlichen Kosten für den Energiebezug in den vier verschiedenen Varianten dargestellt. Die niedrigsten Kosten liegen in der Variante der Wärmepumpe mit Einbeziehung einer eigenen Photovoltaik-Anlage. Die jährlichen Energiekosten für die beiden Varianten mit dem Elektrodenkessel liegen am oberen Ende der Planung. Die Energiekosten des Erdgaskessels steigen im Zeitablauf aufgrund der CO2-Emissionspreise stark an, so dass sie am Ende des Betrachtungszeitraums sogar die Energiekosten des Elektrodenkessels mit Eigenerzeugung übersteigen.
Betrachtung der Gesamtkosten:
Trotz der veränderten Marktpreisbedingungen zeigen unsere Berechnungen, dass der Erdgaskessel günstiger ist als die Alternative des Elektrodenkessels. Betrachtet man den Vergleich des Elektrodenkessels mit reinem Netzbezug, so sind neben den höheren Investitionskosten auch die operativen Kosten aufgrund hoher Strompreise ausschlaggebend für das Ergebnis. Bezieht das Unternehmen einen Teil seines Strombedarfs stattdessen aus einer eigenen Photovoltaik-Anlage, so werden die operativen Energiekosten mit steigendem CO2-Preis im Vergleich günstiger und die beiden Varianten liegen in der wirtschaftlichen Betrachtung nahe beieinander. In unserer Betrachtung ist die Variante des Erdgaskessels noch wirtschaftlicher, in einem Preisszenario, mit weiter steigenden Preisen aufgrund zusätzlicher geopolitischer Konflikte oder einer rasanten CO2-Preisentwicklung dürfte sich die Kombination aus Elektrodenkessel & Photovoltaik-Anlage bereits heute als wirtschaftlicher herausstellen.
Für niedrige Prozesstemperaturen von bis zu 250°C besteht zusätzlich die Möglichkeit, eine Wärmepumpe zu nutzen. In unseren Berechnungen wurde konservativ eine Jahresarbeitszahl von zwei angenommen, die konkrete Auslegung ist insbesondere abhängig von der nutzbaren Wärmequelle. Die Ergebnisse zeigen: Aufgrund des geringeren Strombedarfs fallen die benötigten operativen Kosten für den Energiebezug deutlich geringer aus. Hierdurch werden bereits frühzeitig die höheren Investitionskosten ausgeglichen.
Fazit: Investitionen in Dekarbonisierung zahlen sich aus
Die Grünstellung der Wärmeversorgung kann insbesondere unter dem Gesichtspunkt zukünftig weiter steigender CO2-Emissionspreise wirtschaftlich sein und ist angesichts anziehender regulatorischer Anforderungen und öffentlichem Druck ein wichtiger Hebel der eigenen Dekarbonisierungsstrategie. Mehr als zwei Drittel der Lebenszykluskosten fallen während des Betriebs der Anlage an und nicht zu Beginn mit der Investition. Somit kann auch eine Wärmeerzeugungsanlage mit höheren Investitionskosten die wirtschaftlichere Alternative sein. Zusätzlich ermöglicht die Elektrifizierung der Wärmeerzeugung die Einbindung eigener Stromerzeugungsanlagen. Diese sind nicht nur aus Kostensicht sinnvoll, sondern erhöhen die Resilienz gegenüber externen Preisschwankungen bis hin zu Preisschocks und ermöglichen eine erhöhte Versorgungs- und Planungssicherheit.
[1] Umweltbundesamt | Treibhausgas-Emissionen in Deutschland 2023