Nutzung von Kraft-Wärme-Kopplung (1,4 MB)

Integriertes Klimaschutzkonzept Landkreis Weißenburg-GunzenhausenÖkologische und ökonomischeNutzung von Kraft-Wärme-KopplungEinsatzmöglichkeiten undRahmenbedingungenAlexander Schrammek26.07.2012

Definition Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)Aus einem primären Energieträger (z.B. Gas, Kohle, Pflanzenöl) wirdmittels einer Anlage Kraft (Strom, mechanische Energie) und Wärmebereitgestellt. (Blockheizkraftwerke ca. 80 C, KWK bis 500 C).Wird aus der Wärme mittels Sorptionsanlagen Kälte gewonnen,handelt es sich um Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK).2

Grundlagen KWKHeizung, die „nebenbei“ nochStrom bereit stellt.Strom kann „gewinnbringend“genutzt werden.Kosten für die Wärme kann soreduziert werden.3

KWK EffizienzvorteilZentrale VersorgungsstrukturDezentral, GroßheizkraftwerkDezentrale, verbrauchernaheEinheiten4

Marktübersicht DeutschlandAktuell ca. 12.000 Anlagen im Einsatz• Motor-BHKWsAb 1 kW elektrischer und 3,5 kW thermischer Leistung in Größe einer Waschmaschinebis zu Anlagen auf Basis von Schiffsmotoren im MW Bereich.• Gasturbinen-KWK-Anlagen,Mit Düsentriebwerken bei Flugzeugen zu vergleichen, hohe Temperaturen bis 500 Cmöglich; KWKK auch mit Prozesskälte bis -50 C möglich.• DampfturbinenanlagenBis zu mehreren Hundert Megawatt elektrischer Leistung, KWKK auch mitProzesskälte bis -50 C möglich.• Kombinierte Gas- und Dampfturbinen-Anlagen (GuD);• Neue KWK-Technologien, z.B. Stirling, Brennstoffzelle;5

Beispiel Klein-BHKW und große KWKWaschmaschinengroße 5 kW elBHKW-Anlage.Mehrere 100 MW Gas- undDampfturbinenanlage für Industrieeinsatz,hohe Temperaturen möglichQuelle: ASUE6

Marktübersicht DeutschlandErdgas-BHKW nachLeistungsklassenBiogas-BHKW nachLeistungsklassenQuelle: BHKW-Kenndaten 2011,ASUE Frankfurt7

KWK- Ländervergleich 2010Deutschland ca. 14% zu Dänemark fast 50%Klimaschutzziel bis 2020 ist ohneEinbindung der Kälteversorgungschwer umsetzbarVerdoppelung bis 2020 geplantKWK -Stromanteil von 20% bis 2020(Energiekonzept der Bundesregierung)Quelle: eurostatFolie: 8

Einsatzmöglichkeiten KWK• Lokale Prozesswärme und –kälte für Industrie/Gewerbe;• Hotels und Gaststätten mit relativ konstantem Wärmeabsatz auch imSommer, oder sommerlicher Klimatisierungsbedarf;• Krankenhäuser und Pflegeeinrichtung mit Wärme- und evtl. Kältebedarf;• Öffentlicher Gebäude wie Schulzentren, Flughäfen, Messen…• Zusammenschluss mehrerer Verbraucher mittels Fernwärme;• …..9

Kältebedarf in Deutschland in Gewerbe/Industrie• Aktuell werden ca. 79 TWh/a in Deutschland für technische Kältegebraucht. Dies teilt sich wie folgt auf:Klimatisierung26%Lebensmittel65%Industrie9%• Allein die Klimatisierung schlägt mit 26% oder 21 TWh/a zu Buche.• In Zukunft ist eine Zunahme des Klimatisierungsbedarfs zu erwarten.10

Gründe für den Anstieg bei der Klimatisierung• Transparente Bauteile an der Gebäudehülle nehmen zu, vor allembei Banken, Versicherungen, Kaufhäusern….;• Innere Wärmelasten (v.a. Rechner) werden in Zukunft weitersteigen;• Klimatische Veränderungen (Wetterextreme);• Höherer Komfortanspruch der Nutzer;11

Bereitstellung mit KompressionskälteanlagenAktuell wird die Kälte meist durch strombetriebene Anlagen bereitgestellt• Einfache Installation und Betrieb• Geringe Investitionen (ca. 75€ - 125€ pro kW Kälteleistung);• Kompressionskälteanlagen sorgen für Stromspitzen;• Steigende Strompreise verschlechtern die Wirtschaftlichkeit;• Hohe CO2-Emissionen, da elektrische Energie aktuell ca. 600 g/kWhel;

Darstellung SorptionskälteanlagenAlternativ könnte dies durch KWKK mit Sorptionstechnik erfolgen• Wärme aus KWK-Prozess kann genutzt werden – kostengünstig;• KWK-Wärme ökologisch, da evtl. sogar negative CO2-Emissionen;• Absorptionsanlagen höhere Investition,• Statische Gebäudeanforderungen,• hoher Umbauaufwand,• Betriebsführung ist komplexer;13

Darstellung SorptionskälteanlagenAlternativ könnte dies durch KWKK mit Sorptionstechnik erfolgenKompressionskälteanlageAbsorptionskälteanlageAdsorptionskälteanlageDEC 2 -AnlagePhysikalischerKühlungs-EffektVerdichtungsprinzipAntriebsenergiespezifischerPrimärenergieverbrauch1Verdampfen des Kältemittels (Kaltdampfprozess)mechanischeVerdichtungElektroenergiethermisch,AbsorptionslösungskreislaufWärmeenergie85-180 Cthermisch,Adsorption vonWasserdampfWärmeenergie55-95 CVerdunstung desKältemittelssorptiveEntfeuchtungWärmeenergie50-100 C1,3-1,65 0,6-1,0 0,4-0,6 0,31 Der spezifische Primärenergieverbrauch errechnet sich aus dem Verhältnis der erhaltenen Kältemenge zur eingesetzten elektrischen bzw. thermischenEnergie. Eine Zahl von 0,6-1,0 (Absorptionskälteanlage) bedeutet, dass je eingesetzter Kilowattstunde Wärme 0,6-1,0 Kilowattstunden Kältebereitgestellt werden.2) Dessicative and Evaporate Cooling14

Darstellung SorptionskälteanlagenBeispiel zentrale Kälteversorgung ChemnitzWärmeQuelle: bine Informationsdienst15

Planung des KWKK-Einsatzes• Detaillierte Datenaufnahme des Energieeinsatzes, unterteilt nach Wärme,Strom und Kälte, mit den jeweiligen Prozesstemperaturen;• Berücksichtigung möglicher Sanierungsmaßnahmen;• Festlegen der optimalen Modulgröße und –anzahl;• Erfassen der Bezugskonditionen und deren Veränderung durch den KWKK-Einsatz;• Suchen des optimalen Primärenergieträgers (Biogas, Bioerdgas, Erdgas…);• Maximieren der möglichen Fördermittel– Investitionszuschuss– Steuernachlass nach Energiewirtschaftsgesetz– Einspeisevergütung (erneuerbar - fossil)16

WPlanung des KW(Kälte)K EinsatzesJahresdauerlinie mit KälteErhöhung der Grundlast durch Einbindung einer Absorptionskälteanlagewird die Wirtschaftlichkeit der KWK-Anlage verbessernHWPWarmwasser01000 2000 3000 4000 500 600 700 80h/a18

Beispieljahresdauerlinie ProzesswärmeKeine Sommerlücke vorhanden30002500kW kWW20001500KWK1000500Wärmebedarf00 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 800019

Investitionen KWKSpezifische Richtpreise Erdgas-BHKWQuelle: BHKW-Kenndaten 2011, ASUE FrankfurtInvestitionen je kW zeigen, dass erhebliche Größendegressionseffekte bestehen:100 kW el ca. 1.200 €/kW ; 1.000 kW el ca. 400 €/kW20

Wärmeerzeuger Mini-BHKW• Stromvergütung nach Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz• Nutzung der Wärme• Betriebsstunden/Volllaststunden sehr wichtig• Im EFH oft nicht wirtschaftlich (geeignete mikro-BHKW vorhanden)• Abgassystem• Anschlusskosten• Puffer-Speicher• Wartung/Instandhaltung• Gaspreis• Strompreis• ZuschüsseDachs SenertecWhisperGen21

Vergleich aktueller Mini-BHKW AnlagenHerstellerGerätPrinzipelektrischeLeistung (kW)thermischeLeistung (kW)SenertecGmbHVaillantGmbH2G HomeGmbHDachsEcopower 1.0 WhisperGen(auch Brennwert) (auch Brennwert)Otto-Motor Otto-Motor Stirling-MotorErdgasErdgasErdgas5,5 1,0 1,012,5 – 14,8 2,5mit Spitzenlastgerätbis 28 kW7 – 8mit Zusatzbrenner13 - 14Gewicht (kg) 530 100 154Investitionen 22.000 20.000 15.000Paket ca. (€)Internet www.senertec.de www.ecopower.de www.2g-home.deZzgl. Montage ca. 3.000 € - 5.000 €22

Förderprogramme fossile Kraft-Wärme-Kopplung• Einspeisevergütung Baseload-Strom• Netznutzungsentgelte• Einspeisevergütung KWK-Gesetz• Energiesteuergesetz, Steuerrückerstattung• Investitionszuschuss für BHKW bis 20 kW el• Zuschuss für fossil befeuerte Wärmenetze, Wärmespeicher23

Vergütung fossile KWK-AnlagenEinspeisevergütung Baseload-Strom :Als üblicher Preis gilt der durchschnittliche Preis für Baseload-Strom an derStrombörse EEX in Leipzig im jeweils vorangegangenen Quartal.Quartal Durchschnittspreis (ct/kWh)Q3 2011 4,917Q4 2011 5,361Q1 2012 4,510Q2 2012 4,039www.kwk-infozentrum.info; Hauptmenü, Informationen rund ums Geld,EEX Baseloadpreis24

Vergütung fossile KWK-AnlagenEinspeisevergütung Netznutzungsentgelte:Nach der Stromnetzentgeldverordnung ( 18 ) erhalten Betreiber von KWKAnlagen ein Entgeld für die tatsächliche Vermeidungsarbeit (kWh) und dietatsächliche Vermeidungsleistung (kW) der Netzentgelte der vorgelagertenNetze oder Umspannebene.Je nach Energieversorger bis zu 1,5 ct/kWhwww.kwk-infozentrum.info; Hauptmenü, Informationen rund ums Geld,vermiedene Netzkosten25

Vergütung fossile KWK-AnlagenEinspeisevergütung KWK-Gesetz 7, Novelle 18. Juli 2012KWK-Anlagen bis 50 kW elund BrennstoffzellenKWK-Zuschlagct/kWhMax. Betriebsjahre Vollbenutzungsstunden5,41 10 oder30.000KWK-Anlagen über 50 kW elbis 2 MW elLeistungsanteil bis 50 kW el 5,41 30.000Leistungsanteil über 50 kW el4,0 30.000bis 250 kW elLeistungsanteil über 250 kW el2,4 30.000bis 2 MW elModernisierte Bestandsanlagen, Vergütung wie Neuanlagen.Der KWK-Zuschlag wird auch für selbst genutzten Strom vergütet!KWK-Zuschlag beim BAFA beantragen! www.bafa.de ; Energie ; KWK26

Erstattung fossile KWK-AnlagenEnergiesteuergesetz (EnergieStG), Steuerrückerstattung:Jahresnutzungsgrad der Anlage > 70 %:• Für Heizöl: 6,135 ct / Liter• Für Erdgas: 0,550 ct / kWh• Für Flüssiggas: 6,060 ct / kgFür eigengenutzten Strom aus Blockheizkraftwerken muss außerdemkeine Stromsteuer abgeführt werden, derzeit 2,05 ct/kWh.Die Zuständigkeit liegt beim jeweiligen Hauptzollamt.27

Zuschuss Mini KWK-Anlagen (www.bafa.de)Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) und Privatpersonen u.a.Für KWK-Anlagen bis 20 kW el im Gebäudebestand.Voraussetzungen u.a.:• Gesamtjahresnutzungsgrad von mindestens 85 %• Wärmespeicher mit einem Energiegehalt vonmind. 1,6 kWh pro installiertem kW el(ca. 70l/kW bei Pufferspeichern, mindestens 300l)elektrische Leistung in kW el Förderbetrag in Euro Volumen des Wärme- bzw.Pufferspeichers in Liter1 1.500 3005 2.500 70010 3.000 1.40015 3.250 1.60020 3.500 1.60028

Zuschuss fossile KWK-Anlagen, WärmenetzeZuschlagzahlung für den Neu- und Ausbau von Wärme- und Kältenetzen,KWK-Gesetz 7aWärmenetze im Sinne dieses Gesetzes sind Netze:• die einen Wärmeanteil aus KWK-Anlagen von mindestens 60% habenHöhe Zuschuss:• für neu verlegte Wärmeleitungen mit einem mittleren Durchmesser bis zu100 mm (DN 100) 100 Euro je laufender Meter Wärmeleitung, höchstens40 % der ansatzfähigen Investitionen• für neu verlegte Wärmeleitungen mit einem mittleren Durchmesser vonmehr als 100 mm (DN 100) 30 % der ansatzfähigen InvestitionenAntragstellung erfolgt beim BAFA: www.bafa.de; Energie; KWK29

Zuschuss fossile KWK-Anlagen, WärmespeicherZulassung des Neu- und Ausbaus von Wärme- und Kältespeichern,KWK-Gesetz 7bHöhe Zuschuss:• 250 Euro je Kubikmeter Speichervolumen• bei Speichern mit einem Volumen von mehr als 50 Kubikmeter höchstens30 Prozent der InvestitionenAntragstellung erfolgt beim BAFA: www.bafa.de; Energie; KWK30

Vergütung Regenerative StromeinspeisungErneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), Einspeisevergütung für Strom aus:• Biogas• Klärgas• Grubengas• Biomasse• Wasserkraft• Geothermie• Windkraft• Solare StrahlungsenergieDie Vergütungen sind jeweils für einen Zeitraum von 20 Kalenderjahren zuzüglichdes Inbetriebnahmejahres zu zahlen.Ausnahme: Wasserkraftanlagen über 5 MW: 15 Jahre zzgl. Inbetriebnahmejahrwww.erneuerbare-energien.de ; Gesetze Verordnungen, EEG 201231

Vergütung Regenerative StromeinspeisungGrundvergütung für Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Biomasse32

Vergütung Regenerative StromeinspeisungZusatzvergütung für Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Biomasse33

Finanzierung von KWK-AnlagenKfW-Programm Erneuerbare Energien „Standard“Laufzeit max. 20 Jahre bei höchstens 3 tilgungsfreien Anlaufjahren;Bis zu 100% der Nettoinvestition, maximal 10 Mio. €;Maßnahmen:• zur Errichtung, Erweiterung und zum Erwerb von Anlagen, die die Anforderungen desGesetzes zur Neuregelung des Rechts Erneuerbarer Energien im Strombereich("EEG") erfüllen.z. B. Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Biogasanlagen ….• zur Errichtung, Erweiterung und zum Erwerb von KWK-Anlagen und Anlagen zurWärmeerzeugung, die die Anforderungen des Programmteils "Premium" nichterfüllen.Zinssatz derzeit effektiv ab 1,00% je nach Laufzeit, tilgungsfreien Anlaufjahren, Zinsbindungund Preisklasse des Unternehmens.34

Ökologischer Vorteil der KWKKWK-Strom verdrängt fossile Stromerzeugung35

Stromgutschrift für KWKDurch die gleichzeitige Bereitstellung von Strom und Wärme in derKraft-Wärme Kälte Kopplungsanlage kann der Wärme eine CO 2 -Gutschrift für die Strombereitstellung gegeben werden.Da meist Mittellastkraftwerke in der Stromproduktion verdrängtwerden, (Steinkohle, Braunkohle…) beläuft sich diese Gutschrift auf830 g/kWh el , somit deutlich höher als der Strommix mit ca. 600g/kWh el .Dies führt auch oft zu negativen Emissionswerten bei derKWK-Wärme.36

Rolle der KWK im KlimaschutzGuD KWK der Fernwärme reduziert die CO 2 -Bilanz Nürnbergs um 600.000 Tonnen.Einsatz mittels Sorptionstechnik als Kältecontracting auch in Gewerbe/Industrie.37

Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitPostanschrift:ENERGIEAGENTURnordbayern GmbHGeschäftsstelle NürnbergLandgrabenstraße 9490443 NürnbergAlexander SchrammekENERGIEAGENTURnordbayern GmbHTelefon: 0911 994396-7Telefax: 0911 994396-6E-Mail: schrammek@ea-nb.deDie Energieagentur Nordbayern übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angabensowie für die Beachtung privater Rechte Dritter.