KWK in Industrie und Gewerbe - Dipl.-Ing., Dipl.- Wirtschafts-Ing. Karl-Friedrich Henke
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eNeG- Workshop 09.06.2010
KWK in Industrie und Gewerbe
Dipl.-Ing., Dipl.- Wirtschafts-Ing. Karl-Friedrich Henke
Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/ Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 2
E.ON Hanse und E.ON Hanse Wärme
Die E.ON Hanse Wärme GmbH ist die Spezialistin für kundenorientiert
angepasste Wärmedienstleistungen im Teilkonzern E. ON Hanse AG und das
größte Spartenunternehmen dieser Art im E.ON- Regionalbereich.
Unternehmensdaten 2008:
Bilanzsumme 171 Mio. €
Umsatzerlöse 146 Mio. €
Investitionen 15 Mio. €
MitarbeiterInnen 150
Wärmeproduktion 1.540 GWh
Stromproduktion aus Kraft- /Wärmekopplung 257 GWh
Anlagen ca. 900
Wärmenetze ca. 150
BHKW ca. 160
Seite 3
Standorte
Seite 4
Qualifikationen und Mitgliedschaften
Integriertes Qualitäts-, Arbeitsschutz- und
Umweltmanagementsystem nach DIN EN ISO 9001 / 14001
und OHSAS 18001, zertifiziert 2003…2011
Hamburger Umweltpartnerschaft 2003
Hamburger Arbeitsschutzpartnerschaft 2005
Seite 5
Zielsetzungen der E.ON Hanse Wärme
Wärmemengen [GWh] 1993 1998 2009 2013
Kesselfeuerung Erdgas 1.200 1.200 883 850
BHKW / KWK 1 145 384 365
Fremdwärme / Müll- KWK 0 50 340 450
Der Bezug von Fremdwärme (auch Biowärme) wird massiv ausgebaut.
Maßnahmen zur Effizienzsteigerung haben absoluten Vorrang.
Akquisition von BioErdgas zu vertretbaren Preisen.
Bau von Biogas- Sonderleitungen und Verstromung in eigenen Anlagen.
Zielwert 2013: > 35% Wärmebedarfsdeckung weitgehend unabhängig von Heizöl-
und Gaspreisen.
Lead.on 2010 Seite 6
Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 7
KWK Definitionen und Anmerkungen
Kraft- / Wärmekopplung: Stromerzeugung unter gleichzeitiger
Nutzung der entstehenden Wärme.
Klassische Prozesse: Dampfturbinen im Gegendruckbetrieb,
Gasturbinen und Verbrennungsmotoren zum
Generatorantrieb.
Die Größe und die Bedarfskennlinie der angeschlossenen
Wärmesenke bestimmen die Größe der KWK-Anlage!
Die Größe der KWK-Anlage bei gegebenem Wärmebedarf
bestimmt sich über die Stromkennzahl σ, dem Verhältnis
zwischen elektrischer und thermischer Leistung in einer
Bandbreite von σ = 0,15 bis 1,10!
Seite 8
BHKW-Dimensionierung mit der Jahresdauerlinie
Die registrierende Leistungsmessung (RLM) ist für
erdgasgefeuerte Verbrauchsanlagen außerhalb des Standard-
Lastprofils (Gasverbrauch > 1,5 GWh / Hs; Leistung > 500 kW /
Hs) Pflicht des Netzbetreibers.
Mit der Auswertung der RLM (Stundenwerte des Gasbezugs)
erhält der Betreiber eine hervorragende Planungsgrundlage
für die Auslegung einer KWK-Anlage. Frühere Hilfsverfahren
zur Ermittlung der Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs waren
relativ ungenau.
Für kleinere Anlagen kann ein Hilfsverfahren nach
Erfahrungswerten gewählt werden.
Seite 9BHKW-Dimensionierung mit der Jahresdauerlinie
35
Jahresdauerlinie
BHKW 2 x 2,0 MW
30
BHKW 1 x 4,5 MW
BHKW 2,0 + 4,5 MW
25
Wärmeleistung [MW]
20
15
10
5
0
1 1.001 2.001 3.001 4.001 5.001 6.001 7.001 8.001
Stunden
Seite 10Übersicht Mikro- und Mini- KWK
Antriebsprinzip Leistung Strom- Markt- Hersteller,
[kW] kennzahl reife z.B.
Brennstoffzelle 1,0 1,00 nach 2020 diverse
Stirlingmotor 1,0 0,15 nach 2012 diverse
Dampfmotor 2,0 0,12 Feldtest OTAG
Verbrennungsmotor 4,0 0,45 J EcoPower
4,5 0,40 in Japan Aisin
5,5 0,45 J SenerTec
15,0 0,50 J EC Power
20,0 0,60 J VW
Micro- Gasturbine 30,0 0,30 J Capstone
Verbrennungsmotor 50,0 0,55 J MAN
Seite 11Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 12Strompreisbestandteile
Energiepreis (‚Marktpreis‘; ‚Börsenpreis‘)
Netzentgelte (veröffentlicht und von der BNetzA reguliert
Dienstleistungsentgelte (Messung, Abrechnung)
Konzessionsabgabe
Zuschlag im Wege der KWKG-Mehrkostenwälzung
Zulage im Wege der EEG-Mehrkostenwälzung
Stromsteuer
Seite 130
20
30
40
50
70
80
60
10
Q3 2000
Q4 2000
Q1 2001
€ / MWh
Q2 2001
Q3 2001
Q4 2001
Q1 2002
Q2 2002
Q3 2002
Q4 2002
Q1 2003
Q2 2003
Q3 2003
Q4 2003
Q1 2004
Q2 2004
Q3 2004
Q4 2004
Q1 2005
Q2 2005
Q3 2005
Q4 2005
Q1 2006
Q2 2006
Q3 2006
Q4 2006
Q1 2007
Q2 2007
Q3 2007
Q4 2007
EEX base load quarterly 2000 – 2010 [Q 1]
Q1 2008
Q2 2008
Q3 2008
Q4 2008
Q1 2009
Q2 2009
Q3 2009
Seite 14
Q4 2009
Q1 2010KWK-Aufschläge
KWK-Aufschlag auf die Netzentgelte (Quelle: www.eeg-kwk.net vom 10.02.10)
Prognose+Nachholung Fix Fix1)
Jahr Vorjahre (Ct/kWh) gemäß §9(7) KWK-G gemäß §9(7) KWK-G
bis 100.000 kWh über 100.000 kWh über 100.000 kWh
2002 0,260 0,05 0,025
2003 0,310 0,05 0,025
2004 0,284 0,05 0,025
2005 0,336 0,05 0,025
2006 0,341 0,05 0,025
2007 0,289 0,05 0,025
2008 0,199 0,05 0,025
2009 0,231 0,05 0,025
2010 0,130 0,05 0,025
(1)Stromintensive Betriebe (4% v. Umsatz)
Seite 15EEG-Umlagen (Kostenwälzung)
EEG-Umlage auf die Netzentgelte (Quelle: www.eeg-kwk.net vom 10.02.10)
EEG-Quote Vergütung (Ct/kWh) EEG-Umlage (Ct/kWh)
2002 5,40% 8,910 0,213
2003 6,00% 9,161 0,254
2004 8,50% 9,290 0,368
2005 10,00% 9,995 0,506
2006 11,50% 10,30 0,616
2007 15,80% 11,06 0,964
2008 16,90% 12,14 1,215
2009 18,40% 13,57 1,583
2010 Prognose 2,047
Seite 16Strompreisbestandteile
Netzentgelte Vattenfall Distribution Hamburg, Stand 01.01.2010
Mittelspannung 10 kV
Preisregelung Jahres-Leistungspreis
< 2.500 h / a > 2.500 h / a
Leistungspreis 11,95 € / kW 35,92 € / kW
Arbeitspreis 1,74 Ct / kWh 0,78 Ct / kWh
KWKG-Zulage bis 100 MWh 0,13 Ct / kWh 0,13 Ct / kWh
KWKG-Zulage über 100 MWh 0,05 Ct / kWh 0,05 Ct / kWh
Konzessionsabgabe 0,11 Ct / kWh 0,11 Ct / kWh
Summe Netz 1,90 Ct / kWh 0,94 Ct / kWh
EEG-Umlage 2010* 2,05 Ct / kWh 2,05 Ct / kWh
Stromsteuer** 2,05 Ct / kWh 2,05 Ct / kWh
Summe Umlagen 4,10 Ct / kWh 4,10 Ct / kWh
Energiepreis (Annahme)*** 7,50 Ct / kWh 7,50 Ct / kWh
Arbeitspreis, netto 13,50 Ct / kWh 12,54 Ct / kWh
* vorläufig
** prod. Gewerbe: 60% = 1,23 Ct / kWh Individuelle Ensteuerung nach § 10 StrStG (Spitzenausgleich)
*** abhängig von der Verteilung base load / peak load und der Marktlage
Seite 17Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 18KWK- Gesetz – hohe Ziele, wenig Substanz
§ 1 KWKG (Ziel des Gesetzes) „…den KWK- Anteil auf 25% etwa zu
verdoppeln…“
In § 4 Abs. 3a KWKG wird der nicht in ein öffentliches Netz eingespeiste
Strom ebenfalls als zuschlagfähiger KWK- Strom aufgenommen.
§ 4 Abs. 1: KWK- Strom muss vorrangig abgenommen werden;
Gleichstellung mit EEG- Anlagen.
§ 4 Abs. 4: Die Verpflichtung zur Abnahme und Vergütung von KWK-Strom
aus Anlagen > 50 kW entfällt, wenn die Zuschlagspflicht endet.
§ 5a: Netzbauförderung bei mehr als 50% KWK: 20% Investitionszuschuss
bzw. 1,- € je Millimeter Innendurchmesser und Meter Trasse.
§ 7: Zulagen sind mäßig; die Förderdauer liegt unter derjenigen des KWKG
2002, das schon keine Wachstumsimpulse brachte.
§ 7 Abs. 9 deckelt die Zulagen bei 950 Mio. € p.a. einschließlich
Netzbauförderung.
Seite 19KWK-Förderung nach § 7 Abs. 8 KWKG 2009
Leistungsanteil bis 50 kW: 5,11 Ct / kWh
Leistungsanteil 51…2.000 kW: 2,10 Ct / kWh
Leistungsanteil > 2.000 kW: 1,50 Ct / kWh
Produzierendes Gewerbe (§ 4 Abs. 3a KWKG): Höchstdauer 4 Jahre oder
30.000 Volllast-Betriebsstunden
Die Förderung wird auch auf den selbst verbrauchten Strom
(Betriebsverbrauch) gewährt! [Generator-Nettomessung]
ACHTUNG
Nach § 4 Abs. 4 KWKG entfällt die Abnahme- und Vergütungspflicht des
Netzbetreibers, wenn dieser nicht mehr zur Zahlung der Zuschläge
verpflichtet ist (also nach 30.000 Stunden). Danach muss der Überschuss-
Strom frei vermarktet werden!
Seite 20KWK- Zulage nach KWKG 2009 [ab 50 kW: 30.000 Stunden]
6
< 50 kW / 10 Jahre
5
4
EEG / 20 Jahre
Ct / kWh 3
2
1
0
13 20 50 110 200 250 330 410 525 625 835 1.064 2.000 3.000 4.000 5.000
Leistung [kW]
Seite 21Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 22FAQ zur Kraft-/Wärmekopplung (KWK)
Seit mehr als 20 Jahren werden immer wieder dieselben Fragen zur KWK
gestellt:
Frage 1: Wie viel kostet der eigenerzeugte Strom?
Antwort: Das hängt von den Umständen des Einzelfalls, der Qualität von
Beratung und Planung, dem Brennstoffpreis sowie der Maschinenauswahl
ab.
Frage 2: Ist Kraft-/ Wärmekopplung wirtschaftlich?
Antwort: Das hängt von den Umständen des Einzelfalls, der Qualität von
Beratung und Planung, der Maschinenauswahl, den Renditeerwartungen
Ihres Unternehmens und den zukünftigen Strom- und Gaspreisen
(einschließlich Einfluss der Gesetzgebung) ab.
Frage 3: Keine weiteren Fragen.
Antwort auf nicht gestellte Fragen: Die Chancen auf wirtschaftliche KWK-
Lösungen sind aktuell größer als die Risiken, wenn der ganz überwiegende
Anteil der Stromerzeugung selbst verbraucht wird.
Seite 23Fallbeispiel: 2 MW-Anlage in Grundlast mit 100% KWK
Strompreis: 4,75 Ct / kWh; Gaspreis 3,00 Ct / kWh / Hs
Jahr Anteil Investition EnergieSt Netzentgelt Wartung Strompreis-
Restwert Gas bestandteile
2011 50% -2.000 T€ 22 T€ -12 T€ -100 T€ 166 T€
2012 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2013 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2014 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2015 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2016 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2017 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2018 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2019 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2020 100% 45 T€ -25 T€ -200 T€ 333 T€
2021 50% 300 T€ 22 T€ -12 T€ -100 T€ 166 T€
Seite 24Fallbeispiel: 2 MW-Anlage in Grundlast mit 100% KWK
Strompreis: 4,75 Ct / kWh; Gaspreis 3,00 Ct / kWh / Hs
Jahr Anteil Übertrag KWKG Gas* Fremd- Saldo
Zulage strom**
2011 50% -1.924 T€ 177 T€ -240 T€ 359 T€ -1.628 T€
2012 100% 153 T€ 353 T€ -480 T€ 719 T€ 744 T€
2013 100% 153 T€ 353 T€ -480 T€ 719 T€ 744 T€
2014 100% 153 T€ 353 T€ -480 T€ 719 T€ 744 T€
2015 100% 153 T€ 91 T€ -480 T€ 719 T€ 482 T€
2016 100% 153 T€ 3 T€ -480 T€ 719 T€ 394 T€
2017 100% 153 T€ 3 T€ -480 T€ 719 T€ 394 T€
2018 100% 153 T€ 3 T€ -480 T€ 719 T€ 394 T€
2019 100% 153 T€ 3 T€ -480 T€ 719 T€ 394 T€
2020 100% 153 T€ 3 T€ -480 T€ 719 T€ 394 T€
2021 50% 376 T€ 3 T€ -240 T€ 359 T€ 499 T€
Interne Kapitalverzinsung DCF 37%
Netto-Kapitalrückfluss 2,69 Jahre
*ohne Energiesteuern und Netzentgelte!
Seite 25
**ohne Energiesteuern, Umlagen und Netzentgelte!KWK-Kostenvergleich*
50 kW 2.000 kW
Kosten der Verstromung (Kapital- und 7,00 2,50
Betriebskosten)
Brennstoffkostenanteil Strom 5,50 4,00
Förderung KWKG -5,11 -2,10
Wert der verdrängten elektrischen -12,00 -8,00
Energie (Netzstrom)
Überschuss 5,61 3,60
•8.000 h/a Grundlast; volle Wärmenutzung, ca. –Angaben in Ct / kWh
•Wärmegutschrift in Höhe der vermiedenen Gasbezugskosten
26KWK-Kostenvergleich
Maßgeblich ist die Differenz zwischen dem
Brennstoffkostenanteil der Stromerzeugung und dem
Marktwert des Substituts (Netzstrom) bei nahezu konstanten
Kosten der Verstromung.
Die Kosten der Verstromung (Vollkosten Kapital und Betrieb)
sind von der Anlagenleistung und der Volllast-
Betriebsstundenzahl abhängig und stark degressiv mit
steigender Anlagenleistung und –auslastung.
Die Energiesteuer auf den Brennstoff Erdgas wird vollständig
erstattet (0,55 Ct / kWh / Hs), sofern es sich um eine
begünstigte (KWK-) Anlage nach § 3 EnergieStG handelt.
Nur bei hoher Auslastung sind KWK-Anlagen rentabel!
Seite 27Contracting von BHKW-Anlagen?
Fall 1:Ein Dritter installiert und betreibt ein BHKW auf dem
Grundstück des Kunden und liefert Strom an das Netz, die
Wärme an den Kunden: unkritisch, da keine Stromlieferung
damit verbunden ist.
Fall 2: Wie vor, aber die elektrische Energie wird teilweise an
den Kunden, teilweise an das Netz geliefert. Es ist zu
beachten, dass zwar die Möglichkeit zur
Stromsteuerbefreiung gem. § 9 Abs. 1 Nr. 3 StromStG
besteht, die im Wege des gesetzlichen Belastungsausgleichs
auf Endverbraucher gewälzten Zusatzkosten durch das Gesetz
für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) jedoch
abgerechnet werden müssen [BGH- Urteil vom 09.12.2009].
Abgabeschuldner ist der Letztverbraucher (§ 37 Abs. 6 EEG).
Seite 28Contracting von BHKW-Anlagen?
Fall 3: Wie vor, aber es wird zwischen der Vorhaltung einer
Anlage (Miete, Pacht, Leasing), dem Service
(Vollservicevertrag), dem Brennstoffbezug
(Gasbezugsvertrag), den Netzanschlussverträgen (Strom und
Gas) sowie den Stromlieferungsverträgen (Bezug und Abgabe,
Reserve usw.) unterschieden. Die Verträge müssen
unabhängig voneinander bestehen und dürfen nicht
verflochten sein. In diesem Fall kann der Kunde zum
Eigenerzeuger elektrischer Energie werden!
Contracting wurde in der Vergangenheit mit einer
langfristigen Vollversorgung einschließlich
Brennstofflieferung und Vorhaltung einer technischen Anlage
gleichgesetzt. Diese Modelle sind aktuell kaum noch
brauchbar, allein schon wegen der erforderlichen
Vertragsbindungszeit und der Volatilität der Energiemärkte.
Seite 29Vermiedene Eigen- Energie- Anlagen-
Strompreisbestandteile erzeuger Contracting Contracting
Energiepreis (Handelspreis)
Konzessionsabgabe
Variables Netzentgelt
Stromsteuer
EEG-Zuschlag
KWKG-Zuschlag
KWKG-Förderung
Zusatzkosten
Reservestellung Netz
30Inhalt
1. Kurzportrait der E.ON Hanse Wärme GmbH
2. Kraft-/Wärmekopplung: Definition und Dimensionierung
3. Strompreisbestandteile
4. Gesetzliche Rahmenbedingungen: KWKG und EEG
5. Rentabilität und Contracting
6. Neue Beurteilungskriterien: Primärenergiefaktor, CO2- Emission,
Primärenergieeinsparung
Seite 31Kleine KWK: CO2- Emission (nach Herstellerdaten)
Typ Leistungen FWL ηel ηges Strom- CO2*
Elt. [kW] Therm. [kW] [kW / Hi] kennzahl σ [g / kWh]
SenerTec 5,5 12,5 20,5 26,8% 87,8% 0,44 104
XRGI 15 29 50 30,0% 88,0% 0,52 82
0836 50 87 155 32,3% 88,4% 0,57 64
0836 100 135 264 37,9% 89,0% 0,74 13
2876 185 240 480 38,5% 88,5% 0,77 7
2848 250 320 642 38,9% 88,8% 0,78 3
JMS 312 525 635 1.333 39,4% 87,0% 0,83 -2
JMS 312 625 731 1.568 39,9% 86,5% 0,85 -7
JMS 412 844 892 2.000 42,2% 86,8% 0,95 -34
APG 48 1.019 1.090 2.390 42,6% 88,2% 0,93 -38
JMS 420 1.415 1.492 3.334 42,4% 87,2% 0,95 -37
JMS 612 1.819 1.806 4.178 43,5% 86,8% 1,01 -51
JMS 616 2.433 2.418 5.571 43,7% 87,1% 1,01 -53
* Erdgas 201,6 g / kWh / Hi; Strom 514 g / kWh, Deutschland-Mix 2005; CO2 bezogen auf Wärme
Seite 32Kleine KWK: Beurteilung nach der CO2- Emission
Die dargestellte Emissionsminderung durch KWK entsteht durch die
Stromgutschrift des Vergleichsprozesses „Stromerzeugung ohne KWK“.
Im vorliegenden Fall wird die Emissionsminderung auf das Koppelprodukt
Wärme allokiert.
Bewertet man Strom und Wärme gleichermaßen mit den
brennstoffbezogenen Emissionen (Erdgas), so resultiert für beide
Produkte eine spezifische Emission von rd. 250 g CO2 / kWh.
Kraft- / Wärmekopplung im Allgemeinen kann eine Rolle zur Erreichung
des E.ON- Ziels, die Emissionen der Erzeugungsportfolios bis 2030 auf 360
g CO2 / kWh zu senken, spielen.
Seite 33Kleine KWK: Beurteilung nach der Stromkennzahl
Stirling- und Dampfmotoren sowie ORC-Turbinen haben eine
Stromkennzahl σ < 0,20, also eine in Bezug auf die Wärmeerzeugung sehr
geringe Stromerzeugung. Diese Techniken passen nicht zu den
zukünftigen Bedarfsanforderungen, die durch immer weiter sinkenden
Wärmebedarf bei steigendem Stromverbrauch gekennzeichnet sind.
Zum Vergleich: die deutsche Fernwärmeversorgung hat eine mittlere
Stromkennzahl σ = 0,50, die durch GuD- Prozesse noch deutlich
steigerungsfähig ist.
Die besten verfügbaren BHKW-Module im Leistungsbereich ab 1,8 MW
erreichen bereits Stromkennzahlen σ = 1,00 durch extrem hohe
Mitteldrücke und Vorkammerzündung. Standard sind Stromkennzahlen
zwischen 0,70 und 0,75 ab ca. 150 kW.
Die Brennstoffzelle im kleinen Leistungsbereich wird nach der Marktreife
mit Stromkennzahlen > 0,90 ebenfalls der zukünftigen Bedarfsstruktur
entsprechen.
Seite 34Primärenergieeinsparung gem. Richtlinie 2004 / 8 / EG
1
PEE = 1 - -------------------------------------------------- x 100 %
KWK W η KWK E η
------------------ + ------------------
Ref. W η Ref. E η
Mit:
KWK W η = Wärme- Nutzungsgrad der KWK (z.B. 50%)
Ref. W η = Referenz- Wärme- Nutzungsgrad bei getrennter Erzeugung (z.B.
95 %)
KWK E η = Elektrischer Nutzungsgrad der KWK (z.B. 38 %)
Ref. E η = Elektrischer Nutzungsgrad des besten verfügbaren Kraftwerks
(z.B. Moorburg 2012 : 46 %
Seite 35Primärenergieeinsparung gem. Richtlinie 2004 / 8 / EG
Primärenergie- ηe ηth ηges Strom- PEE
einsparung PEE kennzahl
Dampfmotor 9% 75 % 84 % 0,12 - 1,5 %
Stirlingmotor 11 % 73 % 84 % 0,15 1,1 %
Micro- Gasturbine 20 % 57 % 77 % 0,35 3,5 %
Verbrennungsmotor 26 % 58 % 84 % 0,45 14,8 %
29 % 58 % 87 % 0,50 19,4 %
31 % 56 % 87 % 0,55 21,1 %
44 % 44 % 88 % 1,00 29,6 %
Brennstoffzelle 35 % 35 % 70 % 1,00 11,4 %
Referenz 46 % 95 %
Einstufung als ‚hoch effiziente Anlage‘ bei einer Primärenergieeinsparung von mehr als 10%
!
Seite 36Der Primärenergiefaktor
Einfach gesagt: der f PE gibt an, wie viel Primärenergie (Hi bzw. Hu) pro
kWh Nutzenergie eingesetzt wird.
Die Normung ordnet den Brennstoffen einen individuellen Faktor f P zu,
der die Vorketten berücksichtigt (Erdgas: f P = 1,10)
Es gibt zwei konkurrierende Normen: DIN V 4701-10 (Wohngebäude) und
DIN V 18599- 1 (Nichtwohngebäude). Die erstgenannte Norm lässt für
Strom noch einen f P = 3,00 zu, sonst f P = 2,60 (nicht regenerativer Anteil).
Der Primärenergiebedarf QP eines Gebäudes ergibt sich aus dem
Wärmebedarf QH + QTW , multipliziert mit der Anlagenaufwandszahl ep,
multipliziert mit dem Primärenergiefaktor f PE . Diese kennzeichnet den
Gebäudestandard (z.B. ‚KfW 60‘ = 60 kWh / m², a).
Seite 37Primärenergiefaktor DIN V 18599-1 oder DIN V 4701-10
Der Primärenergiefaktor ist ein Qualitätskriterium der netzgebundenen bzw.
ortsfesten Versorgung und wird von Gebäudeeigentümern, Planern und
Energiepassbüros benötigt, um bei bekanntem oder berechnetem
Wärmeverbrauch (Endenergiebedarf Wärme) den Primärenergieeinsatz
bestimmen zu können. Q P = Q E x f PE
Durch die Vergabe zinsgünstiger Mittel für energiesparendes Bauen (‚KfW-Mittel‘)
wird der Primärenergiefaktor einer Versorgungslösung zudem zu einem
subventionsrelevanten Tatbestand.
Je höher der Anteil Erneuerbarer Energien oder KWK an der individuellen
Wärmeversorgung ist, desto niedriger der Primärenergiefaktor. Da der Bauphysik
(Wärmedämmung) Grenzen gesetzt sind, können höhere EnEV- Standards nur mit
einem besseren Primärenergiefaktor erreicht werden.
KWK- Prozesse mit schlechter Stromkennzahl (Dampf- oder Stirlingmotor, ORC
usw.) sind daher für zukünftige Gebäudestandards wenig geeignet!
Seite 38Primärenergiefaktor: Referenzbeispiele
Referenz: Heizkessel ηa = 85 %, fossiler Brennstoff: f PE = 1,30
Referenzen EEWärmeG:
Brennwertkessel + 15% Solarthermie: f PE = 0,95
Erdreich-Wärmepumpe, f P, Strom nach DIN V 4701 -10: f PE = 0,81 (100%
Bedarfsdeckung)
50% feste Biomasse, 50% fossiler Brennstoff: f PE = 0,70
Das EEWärmeG definiert also keine Zielvorgaben der
Primärenergieeinsparung, sondern lässt Primärenergiefaktoren zwischen
etwa 1,00 und 0,70 zu!
Seite 39Primärenergiefaktor DIN V 18599-1 für 60 % KWK- Wärme
Herkunft Menge Wärme / Strom fP Qf f P x Qf
Q f, Erdgas 280 MWh 1,10 308 MWh / Hi 338 MWh
Q f, Erdgas, KWK 420 MWh 1,10 677 MWh / Hi 745 MWh
SUMMEN 700 MWh 985 MWh / Hi 1.084 MWh
W elt 4 MWh 2,70 9 MWh
ECHP, netto 210 MWh 2,70 -567 MWh
Saldo 526 MWh
∑ Q h,f,j 700 MWh
f P, DH 0,75
Standard- BHKW 15 – 50 kW mit Stromkennzahl σ = 0,50, Direktversorgung
Seite 40Primärenergiefaktor DIN V 18599-1 für 60 % KWK- Wärme
Herkunft Menge Wärme / Strom fP Qf f P x Qf
Q f, Erdgas 10.000 MWh 1,10 11.000 MWh / Hi 12.100 MWh
Q f, Erdgas, KWK 15.000 MWh 1,10 34.000 MWh / Hi 37.400 MWh
SUMMEN 25.000 MWh 45.000 MWh / Hi 49.000 MWh
W elt 400 MWh 2,70 1.080 MWh
ECHP, netto 15.000 MWh 2,70 -40.500 MWh
Saldo 9.580 MWh
∑ Q h,f,j 22.000 MWh
f P, DH 0,44
Hochleistungs- BHKW 2 MW mit Stromkennzahl σ = 1,00, Netzversorgung
Seite 41Wirkung neuer Gesetze
Das EEWärmeG gilt nur für Neubauten. Die Neubautätigkeit befindet sich auf niedrigem Niveau.
KWK ist eine zulässige Ersatzmaßnahme zum Einsatz Erneuerbarer Energien, wenn der
Deckungsbeitrag am Wärmebedarf 50 % überschreitet. Im EFH- Neubaubereich ist die Mikro-KWK
nicht die Vorzugsalternative, da der Wärmebedarf in Bezug auf die Wärmeleistung der
verfügbaren Technik zu niedrig ist.
Die Verschärfung der EnEV 2009 wird bautechnisch durch die förderfähigen Standards ‚KfW 60‘
und ‚KfW 40‘ häufig bereits vorweg genommen.
In erster Linie kann die zunehmende Gebäudesanierung unter Hereinnahme zinsgünstiger
Fördermittel ein Wachstumsmotor für kleine KWK sein. Beispiel:
Nach den Untersuchungen der TU München können im Referenzgebäude MFH 10 / 3 (sanierter
Altbau, Wärmebedarf 77 MWh / a; Q H 70 kWh / m²) bereits 76 % des Jahreswärmebedarfs mit den
marktgängigen BHKW- Modulen ‚SenerTec Dachs 5.5‘ oder ‚EcoPower 5‘ gedeckt werden!
2006 wurden rd. 45 Mio. m² Wärmedämmverbundsysteme neu verbaut, knapp 2 / 3 davon im
Bereich Sanierung. Die Dämmstärke steigt auf 12 cm [Quelle: CO2- Report BMVBS]
Seite 42EnEV 2009 Die Bundesregierung hat am 18.03.09 die Novellierung der Energieeinsparverordnung (EnEV) beschlossen. Neben der bereits bekannten Verschärfung der Gebäudestandards ist folgende ‚last-minute’- Änderung auf Grund einer Initiative des Bundesrates bedeutsam: In Anlage 1, Ziffern 2.1.1 / 2.1.2, wird der Primärenergiefaktor (mangels eines Normwerts) für Biogas mit f P = 0,50 bewertet, wenn Erzeugung und Verwendung in einem unmittelbaren räumlichen Zusammenhang stehen. Dies träfe beispielsweise bei direktem Bezug von Biogas zu. In allen anderen Fällen werden BioErdgas (via Netz) und flüssige Biomasse mit den Primärenergiefaktoren für Erdgas bzw. Heizöl EL bewertet (f P = 1,10)! o Das EEWärmeG hat in Anlage II Ziffer 1a) eine klare Vorgabe geschaffen: der Einsatz von gasförmiger Biomasse gilt nur dann als Erfüllung der Pflicht nach § 3 Abs. 1 EEWärmeG, wenn die Nutzung in einer KWK- Anlage erfolgt. Insofern ist die EnEV nur folgerichtig. Seite 43
Kleine KWK: Zusammenfassung der Beurteilungen
Technik Kosten Markt- CO2- Strom- PEE
relevanz Emission kennzahl
Dampfmotor + -- -- -- -
Stirlingmotor + - -- -- -
Micro- Gasturbine +++ + - + -
ORC- Turbine --- -- -- -- -
Verbrennungsmotor ++ +++ +++ ++ ++
Brennstoffzelle --- --- + +++ ++
Der Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat im Leistungsbereich
der kleinen KWK bis 2 MW (pro Modul) ist bis 2020 eine fast
konkurrenzlose Technik.
Seite 44Angebote der E.ON Hanse Wärme, Standard EEWärmeG
Standard- Brennwertheizzentrale 60 – 800 kW (bisher über 200
ausgeführte Anlagen) mit den Modulen:
1. Kessel, Hydraulik und Abgasanlage
2. Warmwasserbereitung NL 5 bis 90
3. Heizkreisregelung und –Pumpe
Zusatzmodule ab 01.01.2009:
1. Solarmodul im gesetzlichen Mindestumfang
2. 1 m³- Pufferspeicher (Eckaufstellung)
3. Mini-BHKW 5, 15, 20 und 50 kW
In Entwicklung: Zusatzmodul Gaswärmepumpe
Seite 45Mini-KWK bis 50 kW: Beispiele erprobter Technik
SenerTec
‚Dachs‘ [5.5 kW]
EC Power XRGI [15 kW] Standard- BHKW MAN
0834 / 0836 [50…110 kW]
Mit nur 3 Baugrößen wird der gesamte Bereich der Mini-KWK bis 110
kW stufenlos überdeckt! Seite 46Marktpotenzial: Gesamt bis 2 MWe [Technomar, Tabelle 7.4.11, gekürzt]
Ersatz, Erweiterung und Neubau (ohne Fernwärme)
KWK- Ausbau 2009 - 2015
untere Schätzung obere Schätzung
Dampfturbinen 0,5 bis 2,0 MW 440 MW 610 MW
Gasturbinen 0,5 bis 2,0 MW 240 MW 330 MW
BHKW 0,5 bis 2,0 MW 700 MW 1.000 MW
150 bis 500 kW 210 MW 300 MW
50 bis 150 kW 140 MW 210 MW
10 bis 50 kW 140 MW 220 MW
3 bis 10 kW 240 MW 300 MW
bis 3 KW 12 MW 45 MW
Gesamtleistung (22 – 27% v. gesamt) 2.122 MW 3.015 MW
KWK- Strom [TWh] 11,3 14,6
KWK- Wärme [TWh] 15,0 19,0 Seite 47E.ON Energie.optimal nutzen
……….damit es bleibt, wie es ist…….
….und nicht eines Tages so aussieht….
Seite 48Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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