Strom erzeugende Heizung Kraft-Wärme-Kopplung im kleinen Maßstab

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1 Strom erzeugende Heizung Kraft-Wärme-Kopplung im kleinen Maßstab ASUE-Effizienzdialog Essen, 20. August Dr. Thorsten Formanski Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch, Essen

2 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

3 ASUE - Mitgliedsunternehmen Mitglieder deutsche Gasversorgungsunternehmen -- Ferngasgesellschaften -- Regionalgasgesellschaften -Stadtwerke Arbeitskreise -- Neue Neue Technologien -- Brennstoffzellen // Blockheizkraftwerke -- Energiedienstleistungen -- Erdgas und und Umwelt -- Gasturbinentechnik -- Gaswärmepumpen und und Kältetechnik -- Haustechnik

4 Hintergrund und Motivation

5 Hintergrund und Motivation

6 Hintergrund und Motivation

7 Hintergrund und Motivation

8 Hintergrund und Motivation Anteil KWK-Strom an der Gesamtstromerzeugung (2007) 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% DK SF NL PL A D D(2020) EU Quelle: Eurostat

9 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung // Genehmigung // Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

10 Anmeldung / Genehmigung / Förderung Energiesteuergesetz Anmeldung gemäß neuem Energiesteuergesetz ( ) nicht nicht mehr mehr notwendig Stromsteuer entfällt für für erzeugten Strom bei bei Nutzung in in räumlichem Zusammenhang (2,05 (2,05 ct ct // kwh kwh elektrisch) Antrag auf auf Energiesteuerrückerstattung für für den den eingesetzten Brennstoff (0,55 (0,55 ct ct // kwh kwh H O Erdgas) O Berechnung u. u. Nachweis des des Jahresnutzungsgrades (> (> 70%) 70%) bei bei Anlagen bis bis 2 MW MW bis bis kw kw el ohne el ohne Notkühlung i.d.r. i.d.r. Datenblätter und und Betriebsstundenzähler ausreichend Antrag ist ist bis bis zum zum März März des des Folgejahres einzureichen (

11 Anmeldung / Genehmigung / Förderung KWK-Gesetz // KWKG-Novelle Zuschuss-Antrag für für Mini-BHKW-Anlagen vor vorder Bestellung bei bei der der BAFA Zulassung als als zuschlagsberechtigte Anlage gemäß KWK-Gesetz nach nach Inbetriebnahme Voraussetzung für für den den Zuschlag für für die die eingespeiste Energiemenge (Dauer: Jahre) (5,11 (5,11 ct ct // kwh kwh elektrisch) Einspeisevergütung gemäß Baseload-Preis an an der der Strombörse EEX EEX Leipzig Kompensationszahlung für für vermiedene Netznutzung (0,05 (0,05 0,75 0,75 ct ct // kwh kwh elektrisch) KWKG-Novelle ab ab 1.01.: Zuschlag auch auch für für intern intern genutzten Strom Stromzähler für für KWK-Strom // nur nur hocheffiziente KWK-Anlagen werden gefördert.

12 Anmeldung / Genehmigung / Förderung Weitere Formalitäten Baubehörde: Erfüllungsnachweis EnEV EnEVund für für Neubauten ab ab EEWärmeG Stromversorger: Erzeugungsanlage für für den den Parallelbetrieb mit mit dem dem öffentlichen Netz Netz Stromversorger: Festlegung des des Einspeisepunktes und und der der Sicherheitsvorkehrungen Gasversorger: Anmeldung der der Gasanlage (bei (bei Erdgasbetrieb) Schornsteinfeger: Anzeige/Abnahme der der Abgasleitung sowie sowie der der Aufstellung Klimaschutz-Impulsprogramm zur zur Förderung von von Mini-KWK-Anlagen Förderung von von KWK-Anlagen bis bis kw kw el gemäß el Richtlinie vom vom 18.Juni Antragsformulare // Informationen beim beim BAFA (

13 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

14 KWK im kleinen Maßstab Bisherige Situation der Mikro-KWK im häuslichen Bereich Seit Seit Jahren Mini-BHKW erfolgreich auf auf dem dem Markt, z.b.: z.b.: Senertec Senertec (Dachs) (Dachs) PowerPlus PowerPlus (ecopower (ecopower e4.7) e4.7) Neu: Neu: PowerPlus PowerPlus (ecopower (ecopower e3.0) e3.0) Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor 5,5 5,5 kw kw el / el / 12,5 12,5 20,5 20,5 kw kw th th 1,3 1,3 4,7 4,7 kw kw el / el / 4,0 4,0 12,5 12,5 kw kw th th 1,3 1,3 3,0 3,0 kw kw el / el / 4,0 4,0 8,0 8,0 kw kw th th Verfügbares Geräteangebot für für das das Einfamilienhaus ist ist begrenzt Verbreitung der der Mikro-KWK im im Einfamilienhaus-Bereich bisher gering!

15 KWK im kleinen Maßstab Mikro-KWK = Strom erzeugende Heizung! Fragen Monovalenter Heizbetrieb oder oder Kombination mit mit Spitzenlastkessel Möglichkeit bzw. bzw. Notwendigkeit der der Leistungsregelung Wärme- oder oder stromgeführte Fahrweise Möglichkeit der der Einspeisung bei bei Stromüberschuss

16 KWK im kleinen Maßstab

17 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

18 Anforderungsprofil Auslegungskriterien Energiebedarf Wärme // Strom (Gesamtmenge) Leistungsanforderung (max. // min. min. // Durchschnitt // Profile) Gleichzeitigkeit von von Strom- und und Wärmebedarf Flexibilität der der Strom- und und Wärmeerzeugung Modulationsbereich der der Strom erzeugenden Heizung Verfügbarkeit von von Speicherkapazität (Platz // Kosten) Laufzeiten der der Strom erzeugenden Heizung Kosteneinsparungen // Wirtschaftlichkeit

19 Anforderungsprofil Lastanforderungen im Einfamilienhausbereich Quelle: OTAG Vertriebs GmbH & Co. KG

20 Anforderungsprofil Geräteanforderungen bei Einsatz im Wohnbereich hohe hohe Energieeffizienz der der eingesetzten Primärenergie geringe Emissionen, insb. insb. CO CO 2 -und 2 -und NO NO x -Emissionen x kostengünstig (Mehrpreis zu zu konventioneller Technik) möglichst kompakte Abmessungen geringe Schallemissionen Wartungsfreiheit oder oder möglichst lange Serviceintervalle einfache Einbindung in in das das Heizungs- und und Warmwassersystem hohe hohe Stromqualität im im Falle Falle der der Einspeisung Einsetzbarkeit in in allen allen Arten von von Wohngebäuden Unterstützung dezentraler Energieerzeugungsstrukturen

21 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- WhisperGen -- Otag Otag -- Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

22 Übersicht aktueller Entwicklungen Entwicklungen auf Basis verschiedener Technologien Basis: - Ottomotoren (interne Verbrennung) - Stirlingmotoren (externe Verbrennung) - Dampfexpansionsmaschinen - Brennstoffzellen Honda WhisperGen Otag BT / Enatec Baxi / Remeha Viessmann Brennstoffzelle Marktreife Prototyp Entwicklungsfortschritt

23 ECOWILL Strom erzeugende Heizung von Honda elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Emissionen (NO x ) Motortyp 1,0 kw 2,8 kw ca. 22,5 % ca. 62,5 % 64 x 38 x 94 cm 82 kg 44 db(a) / 1 m max. 60 ppm 4-Takt-Gasottomotor Seit März 2003 wurden in Japan über Systeme installiert, bestehend aus Motoreinheit, Zusatzkessel und Warmwasserspeicher. Seit Herbst 2006 Markteinführung in den USA. ISH : Entwicklungskooperation mit Vaillant Dauer 2 Jahre! Quelle: Honda Motor Co., Ltd.

24 WhisperGen Strom erzeugende Heizung von WhisperGen elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Motortyp 1,0 kw 7,5 kw Stirlingmotor 4,5 kw Zusatzbrenner ca. 7 % ca. 85 % 49 x 55 x 85 cm ca. 140 kg max. 55 db(a) / 1 m Stirlingmotor Bisher manuelle Fertigung von 200 Geräten pro Jahr in Neuseeland. Momentan Aufbau einer Serienfertigung in Spanien mit dem Ziel der flächendeckenden Markteinführung über ausgewählte Vertriebspartner. Quelle: WhisperGen Ltd.

25 lion-powerblock Strom erzeugende Heizung von Otag elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Motortyp 0,3 2,0 kw modulierend 3,0 16,0 kw modulierend ca % ca. 85 % 62 x 83 x 126 cm 195 kg db(a) / 1 m Freikolbendampfmaschine Erweiterte Feldtests in Deutschland laufen. Kleinserienfertigung von 600 Geräten pro Jahr geplant, die momentan mit entsprechenden Zulieferern aufgebaut wird. Markteinführung über ausgewählte Vertriebspartner. Quelle: Otag Vertriebs GmbH & Co. KG

26 Strom erzeugende Heizung von Enatec / Bosch elektrische Leistung thermische Leistung (Stirling) Gesamtwirkungsgrad Motortyp 1,0 kw 4,0 9,0 kw modulierend ca. 98 % (erwartet) Stirlingmotor Feldtests mit Prototypen in den Niederlanden laufen. Kooperation mit Bosch Thermotechnik, Rinnai (Japan) und MTS (Italien) zur Entwicklung einer Strom erzeugenden Heizung auf Basis eines Stirlingmotors bis 2010 wollen Bosch und MTS mit bis zu 1000 Geräten der ersten Generation Feldtest in Europa durchführen. Aufbauend auf den Ergebnissen Entwicklung der Geräte der zweiten Generation mit der Fokussierung seitens Rinnai auf den japanischen Markt und seitens Bosch/MTS auf den europäischen Markt. Serienproduktion soll durch Rinnai erfolgen und ca starten. Quelle: Enatec micro-cogen b.v. / Bosch Thermotechnik GmbH

27 Funktionsprinzip von Brennstoffzellen Katalysator Anode Elektrolyt Kathode

28 Vergleich PEM- und SOFC-Brennstoffzellen Polymermembran-Brennstoffzelle Oxidkeramische Brennstoffzelle Funktionsprinzip Elektrolyt Temperaturbereich Anwendungen Leistungsbereich Entwickler Status Protonenleitende Membran C Mobile Anwendungen, z.b. Fahrzeuge, portable Elektronika Stationäre Anwendungen, d.h. KWK zur Gebäudeversorgung kw Baxi Innotech, Vaillant, Viessmann Status: Demoanlagen / Feldtest Yttriumdotiertes Zirkondioxid C Stationäre Anwendungen, d.h. KWK zur Deckung des Energiebedarfes von Gebäuden bis hin zu Siedlungen kw Ceramic Fuel Cells (Aus), Hexis (Ch) Status: Prototyp / Feldtest Marktreife Technisch: ca Wirtschaftlich: ca. 2017

29 Galileo 1000 N SOFC-Brennstoffzelle von Hexis elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht 1,0 kw 2,5 kw Brennstoffzelle 20,0 kw Zusatzbrenner ca % (Ziel > 30 %) ca % 55 x 55 x 160 cm 170 kg Hexis: «Galileo 1000 N» befindet sich noch in der Entwicklung. Schwerpunkt der aktuellen Entwicklungsarbeit ist es, den Brennstoffzellen-Stapel in seiner Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zu verbessern. Kommerzieller Einsatz einer größeren Zahl von BZ nicht vor 2011 möglich. Ergebnisse und Erfahrungen aus Tests bei Energieunternehmen in Deutschland und in der Schweiz fließen direkt in die Entwicklung ein.

30 Gamma 1.0 PEM-Brennstoffzelle von Baxi Innotech elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht 1,0 kw 1,7 kw Brennstoffzelle 15,0 kw / 20,0 kw BW-Gerät ca. 32 % ca % 60 x 60 x 160 cm 250 kg Baxi : Teilnahme am Callux-Projekt mit Kleinseriengeräten, in denen ein deutlich leistungsfähigerer BZ-Stack verbaut ist. Kooperation mit Ballard Power Systems zur Weiterentwicklung des Stacks für europäische Bedürfnisse unter Berücksichtigung der Erfahrungen Ballards im japanischen Heizgerätemarkt. Erkenntnisse aus den Feldtest fließen in die geplante Serienfertigung ein, um möglichst früh zu marktfähigen Stückkosten produzieren zu können.

31 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

32 Hydraulische Einbindung Einflussgrößen Abdeckung der der Spitzenlast durch Heizkessel Niedertemperaturkessel // konventioneller Kessel Brennwertkessel Gleichzeitigkeit von von Wärme- und und Strombedarf Speicher Umschaltung Ventile Pumpen Rückflussverhinderer

33 Hydraulische Einbindung

34 Hydraulische Einbindung

35 Elektrische Einbindung

36 Einbindung: Sonstige Einflussgrößen Abgassystem Schwingungsentkopplung Strömung Erdgasanschluss Fundament

37 Gliederung des Vortrages Hintergrund und und Motivation Anmeldung / / Genehmigung / / Förderung KWK KWK im im kleinen Maßstab Anforderungsprofil Aktuelle Entwicklungen Honda -- - WhisperGen -- - Otag Otag -- - Enatec Brennstoffzellen Hydraulische und und elektrische Einbindung Ausblick

38 Ausblick Stromerzeugende Heizungen sind interessant, weil... vielfältige Entwicklungsaktivitäten die die Bedeutung des des Themas belegen! es es ein ein Spektrum von von ausgereiften bis bis zu zu zukünftigen Technologien gibt! gibt! damit Primärenergie eingespart und und die die Energieeffizienz gesteigert wird! wird! das das Interesse der der Endkunden bereits heute besteht! sie sie einen Mehrnutzen für für den den Endkunden bieten! damit dezentrale Energieerzeugung in in begrenztem Umfang möglich sein sein wird! wird! damit Marktnischen mit mit noch geringer Konkurrenz besetzt werden können!

39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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