Dezentrale KWK: Option für Quartiere und zur Netzintegration erneuerbarer Energien

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1 Dezentrale KWK: Option für Quartiere Berliner Energietage 2015: Beiträge dezentraler Energiesysteme zum Klimaschutz Perspektiven und Technologien Achim Neuhäuser, Jan Correll Berliner Energieagentur GmbH Prof. Dr.-Ing. Lutz Dittmann Beuth Hochschule Berlin Berlin, 27. April 2015

2 Inhalt 1. Definition und Rahmenbedingungen 2. Energetische Ergebnisse, Wirtschaftlichkeit und Sensitivitätsanalyse 3. Schlussfolgerung und Empfehlungen 4. KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE (BET Aachen)

3 Inhalt 1. Definition und Rahmenbedingungen 2. Energetische Ergebnisse, Wirtschaftlichkeit und Sensitivitätsanalyse 3. Schlussfolgerung und Empfehlungen 4. KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE (BET Aachen)

4 Untersuchte Versorgungsfälle 1. Versorgung von Bestands- Wohngebäuden 2. Versorgung von Quartieren Folie 4 Quelle: bing.com, Wikipedia

5 Definition Objekt- und Quartierversorgung Quartiere Objekte 1. Bestand 2. Mix (Bestand/Neubau) 3. Neubau BHKW 20 kw 30 WE 60 WE 90 WE 120 WE 4. Neubau mit Hotel und KWKK (AKM* = 400 kw th ) BHKW 100 kw 100 WE 150 WE 200 WE BHKW 199 kw el BHKW 280 kw el BHKW 401 kw el Folie 5 * AKM: Absorptionskältemaschine

6 Randbedingungen Objekt- und Quartiersversorgung Umsetzung mit einem Energiedienstleister Abführung 100 % EEG-Umlage Wohnungsnutzerstromquote (WSQ) 75 % für Objektversorgung und 50 % für Quartierversorgung Beistellungsmodelle ohne Grundpreis Einhaltung Bestandskosten Wärmegutschriften gemäß Wärme-Erzeugungskosten eines Heizkessels Untersuchung stromgeführte Betriebsweise bei gleicher Auslegung betriebswirtschaftliche Bewertung mit folgenden wirtschaftlichen Parametern: Interner Zinsfuß (vor Steuern) Orientierung auf einen Wert zwischen 7,5 und 15 %/a Amortisationszeit Orientierung auf einen Wert zwischen 6 und 11 Jahren Stromgestehungskosten sinken mit BHKW-Größe Folie 6

7 Inhalt 1. Definition und Rahmenbedingungen 2. Energetische Ergebnisse, Wirtschaftlichkeit und Sensitivitätsanalyse 3. Schlussfolgerung und Empfehlungen 4. KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE (BET Aachen)

8 Vollbenutzungsstunden & Vergleich wärme-/stromgeführt Objektversorgung Quartierversorgung Neubau Vollbenutzungsstunden zwischen h (20 kw el 30 WE) und h (200 kw el mit Kälte) deutlich geringere Wärmeproduktion und Vollbenutzungsstunden bei stromgeführter Betriebsweise bei gleicher Auslegung Folie 8

9 Wirtschaftliche / ökologische Ergebnisse Objektversorgung Im Bereich der kleinen BHKW ist eine umfangreiche Stromeigennutzung unumgänglich (Vergütung Einspeisung 9 10,5 ct/kwh) Unter den Rahmenbedingungen nur bei optimaler Auslegung Wirtschaftlichkeit möglich Anhebung der KWKG- Fördersätze würde auch Varianten mit geringeren VBH wirtschaftlich interessant machen Erhöhung der KWKG-Bonus um mindestens 4 ct/kwh erforderlich um geringere VBH zu kompensieren Folie 9

10 Sensitivitätsanalyse Objektversorgung - 1 Vollständige Abgabe der EEG-Umlage Wirtschaftlichkeit schwer erreichbar Diskriminierungsfreie Fördertatbestände Gleichstellung von Eigenerzeugung und Mieterstrom würde Wirtschaftlichkeit verbessern Folie 10

11 Wirtschaftliche / ökologische Ergebnisse Quartierversorgung 200 kw el bei allen Quartieren mit hoher Rentabilität, da hohe VBh (rd h) 280 kw el und 400 kw el mit solider Rentabilität KWKK deutlich weniger wirtschaftlich Stromgestehungskosten (zw. 14 und 9,5 ct/kwh) erfordern auch bei größeren BHKW eine (zumindest anteilige) Eigennutzung des Stroms (Vergütung Einspeisung 7 8,5 ct/kwh) Folie 11

12 Vergleich strom- mit wärmegeführter Betriebsweise Wirtschaftliche Umsetzbarkeit gegeben spezifischer Mehrerlös Storm in etwa so hoch wie Einbuße Wärmeerlös % Wärmeanteil bei stromgeführt (EEWärmeG 50 % - Anteil nicht erreicht) Beispiel Quartier Neubau: stromgeführt wärmegeführt Folie 12

13 Inhalt 1. Definition und Rahmenbedingungen 2. Energetische Ergebnisse, Wirtschaftlichkeit und Sensitivitätsanalyse 3. Schlussfolgerung und Empfehlungen 4. KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE (BET Aachen)

14 Schlussfolgerungen 1. CO 2 -Einsparungen von BHKW sind hoch 2. Wirtschaftlichkeit kleiner BHKW (hier 20 und 100 kw el ) schwierig zu erreichen nur unter optimalen Bedingungen (z.b hohe VBh und hohe Stromquote) möglich. 3. Entwicklung von energetischen Quartiersversorgungen ist sinnvoll: Einhaltung Bestandskosten oder sogar -reduktion möglich 4. Eine stromgeführte Betriebsweise wirtschaftlich adäquat möglich, keine nachweisbaren ökonomischen Vorteile, aber ökologische Nachteile, erforderliche Wärmequote nach EEWärmeG wird oft nicht erreicht. 5. Thermische Speicher sind wichtig zur Vermeidung von häufigen Lastwechseln und damit einhergehender Effizienzminderung der KWK-Anlagen. 6. Unter den untersuchten Bedingungen verbessern thermische Kältemaschinen die Wirtschaftlichkeit eines KWK-Systems mit BHKW trotz vorhandener Erhöhung der CO 2 - Einsparung - nicht. Erhöhung der Kältegrundlast kann auch im Quartiersbezug zu einer wirtschaftlichen Betriebsweise dieser Anlagen führen Folie 14

15 Empfehlungen und Ausblick 1. Der Erhalt der aktuellen Systematik im KWKG ist weiterhin sehr wichtig für den wirtschaftlichen Einsatz dezentraler BHKW. 2. Eigenstrom und Mieterstrom müssen gleichgestellt werden. 3. Überprüfung der erforderlichen Wärmequote für hocheffiziente KWK-Anlagen im Neubau gemäß EEWärmeG. 4. Einbeziehung von Energiedienstleistern wichtig, um die nachweisbaren Vorteile der quartiersbezogenen Energieversorgung zu generieren. 5. Weiterentwicklung von Speichertechnologien ist unumgänglich. Folie 15

16 Inhalt 1. Definition und Rahmenbedingungen 2. Energetische Ergebnisse, Wirtschaftlichkeit und Sensitivitätsanalyse 3. Schlussfolgerung und Empfehlungen 4. KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE (BET Aachen)

17 KWK als Flexibilitätsoption zur Netzintegration EE Thematik: Bedingt durch einen weiteren Ausbau der EE kommt es in Zukunft zu negativen residualen Lasten Sommer: geringe KWK-Auslastung; hohe PV-erzeugte Residuallast Wärmepuffer, KWK-Betrieb außerhalb Mittagszeiten Winter: hohe KWK-Auslastung, hohe neg. Residuallast morgens durch Windeinspeisung KWK-Betrieb in hohe Lastzeiten verlegen KWK-Anlagen stellen grundsätzlich eine Flexibilität dar, welche Einfluss auf die residuale Last haben können. KWK-Anlage kann durch zuschalten die Residuallast senken und durch abschalten Residuallast steigen lassen Marktsignale via Installation höherer KWK-Leistungen bei gleichzeitiger Schaffung einer Wärmeflexibilität (Wärmespeicher) Kleine KWK-Anlagen werden heutzutage in der Regel weitgehend unabhängig von Marktsignalen betrieben. Folie 17

18 Entwicklung und Diskussion möglicher Marktsignale Auslegungsvarianten: 1. Herkömmliche Auslegung nach Grundlast (30 %) und Pufferspeichergröße für 2 h 2. Größere Auslegung (doppelte Leistung (60 %) und 3-fache Pufferspeichergröße (6 h) Vorschläge Vergütungskonzepte a) Stromvergütung über üblichen Preis b) Direktvermarktung Strom (EPEX-Preis) c) Direktvermarktung und 2-Zonen-KWK-Zuschlag (Anreize zum Betrieb in Hochlastzeiten und mindert den Anreiz zum Betrieb in Schwachlastzeiten) d) Direktvermarktung und strompreisabhängiger KWK-Zuschlag (Ziel: Stromvergütung sinkt in Zeiten niedriger Lasten/Preise und steigt bei hohen Lasten/Preise) Folie 18

19 Energetisch: Herkömmliche Auslegung bietet geringere Flexibilität außer strompreisabhängiger KWK-Zuschlag kein Beitrag zur Netzentlastung Größere Auslegung (außer üblicher Preis ) durch größere Flexibilität mit großen Speichern können Residuallast senken bzw. Netz entlasten Herkömmliche Auslegung verhindert wirtschaftlichen Betrieb bei Direktvermarktung Folie 19 Energetische und ökonomische Ergebnisse Ökonomisch: Geringste Wärmekosten bei 2-Zonen-KWK-Zuschlag bei größerer Auslegung (wärmegeführt) Strompreisabhängiger KWK-Zuschlag geringfügig schlechter bei größerer Auslegung, aber energetisch sinnvoll Vorrausetzung für Stromsteuervorteil ist wärmgeführte Betrieb. Ohne Stromsteuervorteil entstehen massive Nachteile gegenüber rein wärmegeführten Anlagen.

20 Zusammenfassung / Ausblick KWK kann einen Beitrag zur Integration der fluktuierender EE leisten ausreichende Flexibilität notwendig. Dazu Hebung der Potenziale durch höhere Anlagenleistung gegenüber klassischer Auslegung Entkopplung von Wärme- und Stromproduktion durch Wärmespeicher Marktsignale schaffen, welche Betreiber adaptiert und eine Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb darstellen Erfolgt eine Betrieb zur Eigenstromnutzung (Nutzung Eigenerzeugungsprivileg) ist praktisch kein Marktsignal vorhanden.

21 Zusammenfassung / Ausblick Für kleine Anlagen mit Netzeinspeisung bestehen aufgrund der heutigen Stromerlösstruktur keine ausreichenden Marktsignale, da diese meist zum üblichen Preis vermarktet werden. Ziel muss daher sein: Marktsignale auch bei Eigenstromerzeugung (etwa flexible EEG- Umlagebefreiung) zu setzen. Die Direktvermarktung attraktiv zu gestalten. Anreize zur netzdienlichen Fahrweise etwa durch zeitvariable KWK- Zuschläge schaffen. Die Vorteile einer Stromsteuerbefreiung auch bei stromgeführter Fahrweise zu gewährleisten. Anlagenleistung erhöhen sowie Entkopplung von Wärme- und Stromproduktion durch Wärmespeicher

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