Kraft-Wärme-Kopplung ENERGIEAGENTUR NRW

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1 Kraft-Wärme-Kopplung ENERGIEAGENTUR NRW

2 Einsatz einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage Einsatz einer Kraft-Wärme- Kopplungsanlage Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme stellt eine besonders ökonomische Art der Energieerzeugung dar. In der Praxis überwiegt zwar heute nach wie vor die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme die Kraft-Wärme- Kopplung findet aber mehr und mehr Anhänger. In der Vergangenheit war es zumeist die Unsicherheit, ob eine gekoppelte Kraft-Wärme-Anlage den Anforderungen der Betreiber an Rentabilität und Amortisation erfüllt. Diese Broschüre möchte helfen, dieses Hemmnis zu überwinden. Sie formuliert Fragen, die dem potentiellen Anwender eine erste Einschätzung der Thematik ermöglichen. Dabei wird vom Normalfall einer KWK- Anlage ausgegangen, die z.b. in Kommunen, in der Industrie oder in Dienstleistungsunternehmen wie Krankenhäusern und Hotels betrieben wird. Wenn besondere Randbedingungen vorliegen wie etwa bei einer Müll- und Klärschlammdeponie, die das Deponiegas als Brennstoff nutzt müssen andere bzw. zusätzliche Parameter herangezogen werden, um die Wirtschaftlichkeit der Anlage beurteilen zu können. Überall dort, wo mit fossilen Brennstoffen oder Strom Wärme erzeugt wird, treten hohe, aus technischer Sicht unnötige Verluste auf. Denn die Primärenergierohstoffe sind zu kostbar, um in die relativ minderwertige Energieform Wärme umgewandelt zu werden. Mit einer gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme kann eine Ressourceneinsparung und, damit verbunden, eine Entlastung der Umwelt erreicht werden. Voraussetzung ist selbstverständlich, daß die erreichbare Temperatur genutzt werden kann. Dies ist jedoch für viele verfahrenstechnische Schritte wie z.b. für Schmelzprozesse in der eisenschaffenden Industrie nicht möglich, da bspw. die mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) erzeugte Wärme zumeist eine Temperatur von unter 90 C hat. Diese Aussage gilt jedoch nur, solange der aus dem jeweiligen Versorgungsnetz bezogene Strom nicht zu einem überwiegenden Teil mit umweltneutralen Energietechniken oder mit einem sehr hohen Nutzungsgrad erzeugt wird. So ist auch dort, wo bereits eine zentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) mit Großerzeugungseinheiten über Fernwärme erreichbar ist, der ökologische Vorteil einer dezentralen KWK meist nicht nachweisbar. Die in der Praxis vorzufindende Trennung von Strom- und Wärmeerzeugung ist durch Wirtschaftlichkeitsüberlegungen und die Rentabilitätsforderung an Anlagen zur gekoppelten Erzeugung begründet. Diese zwingt zu einer hohen Ausnutzung des investierten Kapitals. Eine häufig zitierte Faustregel sagt, daß eine KWK-Anlage nur wirtschaftlich betrieben werden kann, wenn eine Vollbenutzungsstundenzahl von mindestens h pro Jahr erreicht wird. Diese Zahl ist im wesentlichen abhängig von den Relationen zwischen Strompreis, Brennstoffpreis und Investitionskosten. Zukünftige Entwicklungen oder im Einzelfall vorliegende Bedingungen können dazu führen, daß die Wirtschaftlichkeitsschwelle deutlich über oder unter diesem Wert liegt. Um zu beurteilen, ob günstige Rahmenbedingungen für den Betrieb einer KWK-Anlage an einem bestimmten Standort vorhanden sind, sollten die nachfolgenden in Form von Fragen formulierten Gesichtspunkte aufgegriffen werden. Sie sollen als Leitfaden für den Einstieg in die Thematik dienen. Abgas-Wärmetauscher Verluste thermische Energie elektrische Energie Heizungsnetz Kühlwasser-Wärmetauscher Antriebsmotor Generator zugeführte Brennstoffenergie

3 Fragenkatalog Fragenkatalog 1. Gibt es am geplanten Standort der Anlage ganzjährig einen Bedarf an Wärme auf niedrigem Temperaturniveau (max. 90 C)? Anwendungsbeispiele für saisonunabhängige Niedertemperaturwärme: Industrie/ - Temperierung von Behandlungs- Gewerbe becken - Beschleunigung von Klebevorgängen - Trocknungsprozesse - Erwärmung von Kesselzusatzwasser - Wärmebedarf von Kläranlagen - Brauchwassererwärmung Bereich/ Krankenhaus Dienstleistungsbereich/ Hotels Wohnbereich - Schwimmbaderwärmung - Brauchwassererwärmung - Spül- und Waschwasservorwärmung - Brauchwassererwärmung - Spül- und Waschwasservorwärmung - Trocknung von Textilien - Warmhalten von Speisen und Geschirr - Warmwasserversorgung 4. Können neue Anwendungen für die Wärme der KWK-Technik erschlossen werden? Industrie/Gewerbe - Umstellung von elektrischer auf Wärmetrocknung - Umstellung auf eine Absorptionskälteanlage - Umstellung von elektrischer auf Bereich/ Wärmetrocknung Krankenhaus Dienstleistungs- - Umstellung der Brauchwassererbereich/Hotels wärmung von Strom auf Wärme 2. Gibt es am geplanten Standort der Anlage ganzjährig einen Bedarf an Wärme auf mittlerem Temperaturniveau (ca. 90 bis 150 C?) Industrie/Gewerbe - Betriebliche Dampferzeugung - Lacktrocknung - Klärschlammtrocknung Bereich/Krankenhaus - Dampfversorgung 3. Ist der ermittelte Wärmebedarf auch für die nächsten Jahre sichergestellt oder sind Veränderungen in der Produktionstechnik bzw. im Dienstleistungsangebot absehbar, die zur Reduzierung bzw. zum Wegfall der für die KWK-Technik geeigneten Wärmeabnahme führen können? Industrie/Gewerbe - Durch die Umstellung von einem galvanischen auf ein chemisches Beschichtungsverfahren entfällt der Energiebedarf für die Temperierung von Behandlungsbecken. Bereich/Krankenhaus - In einem Krankenhaus wird der eigene Wäschereibetrieb aufgegeben und somit auch der entsprechende Dampf nicht mehr benötigt. 5. Sind Art und Umfang der bestehenden Dampferzeugung erforderlich? Oder kann ein Teil oder die gesamte Nutzenergie auch durch warmes Wasser bereitgestellt werden? Industrie/Gewerbe - Ein nennenswerter Teil des Dampfes wird über Wärmetauscher in warmes Wasser umgeformt. Bereich/Dienstleistung/Hotels - Der Dampfeinsatz in der Küche bzw. Kantine wird durch Übergang auf andere Geräte unnötig. 6. Kann ein vorhandener Dampfbedarf durch KWK abgedeckt werden? - Im Einzelfall kann mit einem geeigneten Abgaswärmetauscher Dampf erzeugt werden. Bei hohem Dampfbedarf kann der Einsatz einer Gasoder Dampfturbine in Frage kommen.

4 7. Können alternativ zu KWK-Systemen andere Energietechniken zum Einsatz kommen, die die Umwelt wenig oder gar nicht belasten? In folgenden Bereichen könnte dies der Fall sein: Industrie/Gewerbe - Einbindung von solaren Luftkollektoren in Lüftungswärme- und Hallenheizungssysteme Bereich/ Krankenhaus Dienstleistung/ Hotels - Reduzierung der Lüftungswärme durch Wärmerückgewinnung - Einsatz von Sonnenkollektoren zur Schwimmbaderwärmung 8. Wie ist die Beschaffungssituation für den Brennstoff? Mit welchem Nutzungsgrad und zu welchen Grenzkosten wird die Wärme im vorhandenen System erzeugt? - Vor allem beim Erdgasbezug ist der für ein Abrechnungsjahr ermittelte Durchschnittspreis nicht mit den Grenzkosten identisch, die bei der Berechnung der Brennstoffkostenersparnis der konventionellen Wärmeerzeugung maßgebend sind. Dies liegt an der Zonung von Arbeitspreisen sowie an häufig auftretenden verbrauchsunabhängigen Kostenbestandteilen wie z.b. Grund-, Leistungs- und Bereitstellungskosten. - Von Bedeutung ist auch, ob durch besondere Vereinbarungen eine Verbesserung der Gasbezugskonditionen erreicht wurde, die bei Einsatz eines BHKW verlorengehen können (z.b. Abschaltvertrag, Mindestmengenregelung). 9. Zu welchen Konditionen und mit welchen Grenzkosten wird der Strom eingekauft? - Je nach Preisregelung oder jeweiliger Tarifsituation ändern sich die Randbedingungen für die Ermittlung der verdrängten Stromkosten erheblich. Zonung der Preise, Nacht- und Sonderstromanteile (z.b. Wärmestrom) müssen berücksichtigt werden. - Es muß auch einkalkuliert werden, daß Eigenerzeugern bestimmte Tarife oder Musterpreisregelungen von vielen Versorgern vorenthalten werden. Dazu gehören z.b. Zonenpreisregelungen, Monats-Leistungspreisregelungen und Tarife mit Leistungspreis nach gemessener Arbeit. Auch Fragen der Mindestabnahmeverpflichtung nach Leistung und Arbeit sind mit dem Energieversorgungsunternehmen zu klären. 10. Besteht die Möglichkeit, Dritte mit Strom aus der Eigenerzeugungsanlage mitzuversorgen? - Im Zuge der Liberalisierung des Strommarktes sind die Möglichkeiten, den eigenerzeugten Strom an Dritte zu veräußern, wesentlich erleichtert worden. Vor allem in den Fällen, bei denen Überschuß produziert wird, sollte dieser Punkt unbedingt beachtet werden. Die Erlöse bei Veräußerung an Dritte können mitunter ein Mehrfaches über den Einspeiseerlösen für den in das vorgelagerte öffentliche Netz eingespeisten Strom liegen.

5 Die Klärung dieser Fragen schafft erste Hinweise dafür, ob es sinnvoll ist, das Ziel einer dezentralen Kraft-Wärme- Kopplung weiterzuverfolgen und wie gut die Aussichten auf Realisierung sind. Bei KWK-Projekten, die die Versorgung mehrerer Abnahmestellen vorsehen, ist eine erste Einschätzung häufig sehr viel schwieriger zu erreichen. Als zentraler Punkt stellt sich häufig die energierechtliche Situation heraus, da die Versorgung Dritter mit Strom eine entsprechende Genehmigung voraussetzt. Es gibt einige Praxisbeispiele, die den Vorteil einer derartigen Lösung belegen. Die Direktlieferung ist aus wirtschaftlichen Gründen der Netzeinspeisung vorzuziehen. Aus der Liberalisierung der Energiemärkte kann sich eine Vereinfachung der Stromlieferung an Dritte ergeben. Die Energieagentur NRW steht für weitere Informationen zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung. Sie bietet kostenfreie Initialberatungen an, bei denen z.b. erste Einschätzungen der Wirtschaftlichkeit eines KWK-Einsatzes vorgenommen und Hinweise zur Förderung und Finanzierung des Projektes gegeben werden. Die Energieagentur NRW nennt auch Referenzanlagen, gibt Literaturhinweise und vermittelt den Kontakt zu Ingenieurbüros, die sich auf die Erstellung detaillierter Wirtschaftlichkeitsgutachten der KWK-Technik sowie auf die Planung entsprechender Anlagen spezialisiert haben. Energieeinsparung durch Kraft-Wärme-Kopplung Energieeinsatz getrennte Erzeugung 159 % 100 % Kraftwerk Kohle 2 % n el = 36 % 64 % 59 % Kessel Brennstoff n th = 85 % 34 % Strom 50 % Wärme Energieeinsatz Kraft-Wärme-Kopplung Anlage 100 % 100 % Brennstoff 9 % 75 % Verluste 16 % Verluste 59 % Primärenergieeinsparung = 37 % 159 %

6 Die Energieagentur NRW wurde als neutrale und unabhängige Landeseinrichtung gegründet. Ihr Auftrag lautet, Unternehmen sowie Städten und Gemeinden Hilfestellung zur ökonomischeren Energieverwendung und zum Einsatz unerschöpflicher Energiequellen zu geben einerseits durch Beratung, andererseits durch Wissensvermittlung. Impressum ENERGIEAGENTUR NRW Morianstraße 32 Bismarckstraße Wuppertal Duisburg Tel: 0202/ Tel: 0203/ Fax: 0202/ Fax: 0203/ Internet: Gedruckt auf umweltfreundlichem TCF-Papier. Layout & Produktion: Mumbeck Agentur für Werbung, Wuppertal

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