Kraft-Wärme-Kopplung im Energienetz der Zukunft

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1 Kraft-Wärme-Kopplung im Energienetz der Zukunft Peter Lückerath, EnergieAgentur.NRW Folie 1 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Gegründet 1990 durch das damalige Wirtschaftsministerium NRW Neutral, unabhängig, nicht kommerziell Vom Land getragen Ansprechpartner für Unternehmen, Kommunen und Privatleute rund um Energieeffizienz und erneuerbare Energien - Energieberatung - Qualifizierung / Weiterbildung - Netzwerke - Innovationen Standorte: Wuppertal, Gelsenkirchen, Düsseldorf und Bad Sassendorf Folie 2 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 1

2 Lösung: Virtuelle Kraftwerke mit (Mikro)-KWK Folie 3 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bedeutet: Dezentrale Stromerzeugung vor Ort Nutzung der Abwärme bei der Stromerzeugung Doppelte Brennstoffnutzung Strom- und Wärmeerzeugung. Folie 4 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 2

3 Was ist KWK? Folie 5 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Energieströme in der KWK Verlust Brennstoff KWK-Aggregat η th η el Wärme Strom Folie 6 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 3

4 Was macht KWK interessant? Folie 7 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Wert des Stroms bei Einspeisung und Eigenverbrauch ,41 Cent/kWh Strompreis 16 ct/kwh 15 Vermiedene Netzkosten 0,5 ct/kwh 10 9,664 Cent/kWh Üblicher Preis 3,754 ct/kwh (Stand Januar 2014) 5 KWK-Zuschlag 5,41 ct/kwh 0 Einspeisung Eigenverbrauch Folie 8 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 4

5 Üblicher Preis Aktuell: 3,754 Cent/kWh Folie 9 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Erdgaspreis versus Strompreis 20 cent/kwh ca. Faktor 3 6 cent/kwh Erdgas Strom Quelle: Statistisches Bundesamt, Daten zur Energiepreisentwicklung Folie 10 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 5

6 Unterteilung in Anlehnung an das KWKG Klasse Klein KWK Midi KWK (2012) Mini KWK Mikro KWK Nano KWK, Stromerzeugende Heizung (2012 Vorabzahlung b VH = h) Leistung kw el 250 kw el 50 kw el 10 kw el 2 kw el Eigene Definition Folie 11 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Energieströme in der KWK Brennstoff 1 MWh 0,1 MWh Verlust KWK-Aggregat η th = 60 % η el = 30 % Wärme 0,6 MWh Strom 0,3 MWh Folie 12 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 6

7 KWK Energiebilanz 5% Abgasverlust 5% Strahlungsverlust (typische Gasmaschine) Abgas- Wärme- Tauscher 100% Brennstoff Verbrennungsmotor Motorkühlung Generator 60% Wärme 30% elektrischer Strom Folie 13 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath KWK - Voraussetzungen Stromerzeugung mit Abwärmenutzung am Verbrauchsort Typischer Gesamtwirkungsgrad größer 80% Gute Standorte haben ganzjährigen Wärmebedarf Am besten Prozesstemperaturen < 100 C Im allgemeinen wirtschaftlich ab Betriebsstunden pro Jahr Unabhängige Machbarkeitsstudie basierend auf zuverlässigen Bedarfsprofilen ist wichtig. Folie 14 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 7

8 Investitionskosten für Erdgas betriebene BHKW Elektrische Leistung Spezifische Kosten Investitionskosten 1 kw /kw el / kw /kw el kw /kw el kw /kw el kw /kw el kw /kw el kw /kw el Enthalten sind die Positionen KWK-Modul, Schalldämpfung, Katalysator, Schmierölver- und -entsorgung, Schaltschrank, Be- und Entlüftung sowie Transport, Montage, Inbetriebnahme, Probebetrieb und Abnahme. 1 inkl. Zusatzbrenner Folie 15 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Nano- KWK, stromerzeugende Heizung Quelle: e.on Ruhrgas Sonderdruck aus DVGW energie; wasser- praxis 11/2010 Mikro-KWK auf dem Weg in den Markt Folie 16 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 8

9 Mikro- KWK Anbieter: Senertec, Vaillant, Viessmann, Kirsch Folie 17 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Klein- KWK bis 2 MW Meist modularer Aufbau Modulierende Leistungsreglung möglich Teillastwirkungsgrad brauchbar Dampferzeugung möglich Brennwertnutzung möglich Folie 18 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 9

10 Mikro- Gasturbinen Abgas Verbrennung Vergleichbare Kapitalkosten Geringere Wartung Etwas geringerer Wirkungsgrad Generator Kompressor Turbine Optionaler Rekuperator zur Verbrennungsluft-Vorwärmung Mit Rekuperator % > 25 % Strom > % Wärme Ohne Rekuperator % > 15 % Strom > % Wärme Folie 19 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Dimensionierung über Jahresdauerlinie (Wärme) 100 % Heizleistung in % 0 % Folie 20 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 10

11 Dimensionierung über Jahresdauerlinie (Wärme) 100 % 80 % Wärmeleistung 60 % 40 % 20 % ca h/a ca h/a 0 % Folie 21 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Elektrischer Lastgang Folie 22 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 11

12 Planung: Standardlastprofile Profiltyp G0 G1 Kundengruppe(n) Gewerbe allgemein, Mittelwert der Gesamtgruppe Gewerbe, werktags 8-18 Uhr (z.b. Büros, Arztpraxen, Werkstätten, Verwaltungseinrichtungen,... G3 Gewerbe durchlaufend (Kühlhäuser, Pumpen, Gemeinschaftsanlagen, Zwangsbelüftung...) G4 G5 L0 Gewerbe, Läden aller Art, Friseur Gewerbe, Bäckerei mit Backstube Landwirtschaft allgemein, Mittelwert der Gesamtgruppe. Folie 23 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Was kann KWK nicht? Folie 24 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 12

13 Kostenlos Strom produzieren Automatisch Kosten einsparen Kosten sparen, wenn es nicht läuft Wirtschaftlich sein, wenn die Abwärme nicht genutzt wird. Folie 25 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Was kann KWK? Folie 26 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 13

14 Stromkosten reduzieren Reduzieren der Gesamt-Energiekosten Reduzieren des Primärenergieverbrauchs um mind. 30% Reduzieren der CO 2 Emissionen um ca. 30%. Folie 27 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath KWK-Förderprogramm des Landes NRW Folie 28 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 14

15 Förderung Bund Leistung Min. [kw el ] Leistung max. [kw el ] Förderbetrag in je kw el kumuliert über die Leistungsstufen von 0 bis von 1 bis von 4 bis von 10 bis Folie 29 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Förderung Beispiel KWK- Anlage: 12 kw el Klasse Betrag Fördersumme in Für das 1. kw Für 1 bis 4 kw 3 mal und das Gleiche nochmal vom Land Für 4 bis 10 kw 6 mal NRW Für 10 bis 12 kw 2 mal Gesamtförderbetrag Folie 30 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 15

16 Darüber hinaus werden gefördert Folie 31 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Energiesteuererstattung Energieträger Erstattung Erdgas 0,55 Cent/kWh Heizöl EL 6,135 Cent/Liter Flüssiggas 6,06 Cent/kg Folie 32 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 16

17 Informationen KWK-Potentiale im Energienetz der und EnergieAgentur.NRW Einsatzmöglichkeiten der Zukunft Folie 33 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Informationen KWK-Potentiale im Energienetz der und EnergieAgentur.NRW Einsatzmöglichkeiten der Zukunft Folie 34 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 17

18 Informationen KWK-Potentiale im Energienetz und der Einsatzmöglichkeiten EnergieAgentur.NRW der Zukunft Folie 35 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Unser Förder.Navi Folie 36 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 18

19 KWK Unsere im virtuelles Energienetz Unternehmen der Zukunft Folie 37 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Fazit Wann ist KWK einsetzbar? Objektnutzungsparameter: Möglichst hohe Wärmegrundlast, z. B. Prozesswärme, ganzjähriger Warmwasserbedarf Gleichzeitigkeit von Strom- und Wärmebedarf Umfangreiche Eigenstromnutzung Der Brennstoffpreis sollte etwa 1/3 des eigenen Strompreises betragen. Folie 38 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 19

20 Fazit Wann ist KWK einsetzbar? Einsatz- und Betriebsparameter: Nutzungszeit der Kraft-Wärme-Kopplung unter Volllast h/a Deckung der Grundlast bei Wärme und Strom über Kraft-Wärme-Kopplung Einsatz von Wärmespeicher zum Puffern von Überkapazitäten Einsatz von Spitzenlastkesseln für Wärmespitzen. Folie 39 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath Der erste Schritt Datenerhebung Jahresstromverbrauch und kosten Lastganganalyse vom Energieversorger Auflistung der Dauerstromverbraucher Jahreswärmeverbrauch und kosten evtl. auch der zeitliche Verlauf des Wärmebedarfs Erforderliches Temperaturniveau Installierte Wärmeerzeuger: Kessel- und Brennerleistung Installierte Warmwasserbereitung. Folie 40 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 20

21 Für weitere Fragen stehen wir gern zur Verfügung Kontakt: Folie 41 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath KMU Definitionen: Mitarbeiter Umsatzerlös Bilanzsumme < 250 und 50 Mio oder 43 Mio Energieberatung Mittelstand Zuschuss für Energiekonzepte Wer? kleine und mittlere Unternehmen (KMU) Freiberufler Voraussetzungen: Ihre jährlichen Netto-Energiekosten für Strom, Brennstoff und Fernwärme am Standort betragen mindestens Euro Ihr Betriebsstandort liegt in Deutschland. Folie 42 KWK-Impulsprogramm.NRW Autor: Peter Lückerath 21

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