Kraft-Wärme-Kopplung: Schlüsseltechnologie für die Energiewende

Transkript

1 Kraft-Wärme-Kopplung: Schlüsseltechnologie für die Energiewende Freiburg, Dr. Jörg Lange & Martin Ufheil solaresbauen GmbH Emmy Noetherstr Freiburg Tel.: 0761 / in Zusammenarbeit mit Nikolaus Geiler SIC-Fachtagung-KWK / /38

2 solares bauen GmbH - Kurzportrait Gebäude Haustechnik Energiekonzepte Bauphysik und Wärmeschutz Tageslicht- und Kunstlichtplanung Betriebskosten-Management Raumklimakonzepte Innovative Versorgungskonzepte Anlagensimulation Haustechnikplanung Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektro Grau- und Regenwassernutzung Kosten-Nutzen-Analyse SIC-Fachtagung-KWK / /38

3 solares bauen GmbH - Studien SIC-Fachtagung-KWK / /38

4 Die wichtigsten Ergebnisse Erhebliche Informationsdefizite hinsichtlich der Themenbereiche: Emissionen, Wirtschaftlichkeit, Bedeutung der KWK. Keine einheitlichen Kriterien zur Bewertung von KWK vorhanden. Erhebliches Potenzial im Bereich öffentliche Gebäude Beste Maßnahme bei Sanierung von denkmalgeschützten Bauvorhaben. Modellstadtteil: Freiburg Wiehre. KWK wird durch Gasspeicher und erneuerbares Gas zur Schlüsseltechnologie statt zur Brückentechnologie. KWK wird zu einem wichtigen Systemstabilisator in der zukünftigen Energieversorgung (Frequenzstabilisierung, Kapazitätsreserve, ) SIC-Fachtagung-KWK / /38

5 Strom und Wärme zusammen denken.. BHKWs Schlüsseltechnologie? klingt gut... SIC-Fachtagung-KWK / /38

6 Energiebedarf in Deutschland Stand: Jahr 2010 Der Rhein ist heute 3 C wärmer als vor 100 Jahren... 2 C durch die Abwärme der großen Kraftwerke Mit der Abwärme der Stromerzeugung kann ganz Deutschland beheizt werden Quelle: AG Energiebilanzen e.v. 2011, BMU AG Erneuerbar Statistik 03/2011 SIC-Fachtagung-KWK / /38

7 Energiebedarf in Deutschland Stand: Jahr 2010 Bei gleichbleibendem Gasverbrauch könnte 45% des Stroms in D erzeugt werden und immer noch 75% des bisherigen Wärmebedarfs gedeckt werden. Quelle: AG Energiebilanzen e.v. 2011, BMU AG Erneuerbar Statistik 03/2011 SIC-Fachtagung-KWK / /38

8 Saisonal Energie speichern? klar, wie sonst... SIC-Fachtagung-KWK / /38

9 Das Problem Stromspeicher Gasspeicher ist 5000-fach größer als Pumpspeicherkraftwerke Energie [TWh] Gasspeicher kann in Zukunft regenerativ gefüllt werden mit: - Biogas, Wind- und Solargas (H 2 ), Holzgas SIC-Fachtagung-KWK / /38

10 Das Erdgasnetz und seine Speicher in % der Maximalbefüllung Speicherfüllstände der Untergrundspeicher Tag Quelle: Gas Storage Europe, Stand 12/2012 SIC-Fachtagung-KWK / /38

11 BHKWs kann ich mir leisten... SIC-Fachtagung-KWK / /38

12 Wirtschaftlichkeit KWK Strompreis in Cent pro kwh Max. Ertrag Eigennutzung 25 Preisspanne gewerblicher Strombezug Max. Einspeisung < 50 kwel Max. Einspeisung > 50 kwel Börse Leipzig (EEX) Stromgestehungskosten: BHKW 5,5 kwel BHKW 34 kwel BHKW 400 kwel in Betriebsstunden pro Jahr SIC-Fachtagung-KWK / /38

13 Ökologischer Nutzen CO 2 -Emissionen verschiedener Wärmeerzeuger SIC-Fachtagung-KWK / /38

14 Ökologischer Nutzen Welcher Strom wird verdrängt Verdrängungsmix Freiburg Welcher Strom wird verdrängt SIC-Fachtagung-KWK / /38

15 Kleine oder große KWK? Gute Frage? SIC-Fachtagung-KWK / /38

16 Zentral oder dezentral? Einzelgebäude: 362 Wärmebedarf: ca MWh/a Fernwärmenetz: ca. 8,6 km Hausanschlüsse: ca. 320 SIC-Fachtagung-KWK / /38

17 Zentral oder dezentral? Verteilverluste: Wärme Pumpenstrom KWK: Anteil Elektr. Wirkungsgr. Leistung / Anzahl Zentral MWh/a (20%) 105 MWh/a (< 1%) 75% 45% kw el 5 x 600 kw el Dezentral % 31% kw el 55x7 /67x20 kw el Primärenergie MWh/a MWh/a SIC-Fachtagung-KWK / /38

18 Zentral oder dezentral? Primärenergiebedarf BHKW- Dezentral BHKW- Zentral Primärenergie [MWh/a] ,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Primärenergiefaktor SIC-Fachtagung-KWK / /38

19 Zentral oder dezentral? 7000 CO 2 - Emissionen BHKW- Dezentral BHKW- Zentral 6000 CO2- Emission [t co2] ,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 CO2- Emissionsfaktor Strom [t/mwh] SIC-Fachtagung-KWK / /38

20 Zentral oder dezentral? Investitionsvergleich: Dezentral: 6,0 Mio. Zentral: 9,4 Mio. (+ 56%) Vorteile der dezentralen Systeme: - zeitlich flexibler Ausbau (1 20 Jahre) - hohe technische Flexibilität (KWK, Brennstoffzelle, Wärmepumpe) - keine Bindung an einen Versorger (mind. 10 Jahre) Risiken zentraler Versorgungsstrategien: - Erhebliche wirtschaftliche Risiken: - Vorfinanzierung von bis zu 9,4 Mio. - Anschlussquote > 95% ist zwingend erforderlich - keine vertragliche Bindung > 10 Jahre - fehlende Wirtschaftlichkeit : nur durch Zwang oder Subvention realisierbar Ergebnis: Dezentrale KWK oder keine KWK! SIC-Fachtagung-KWK / /38

21 Energiewende? Ja, aber wie jetzt...? SIC-Fachtagung-KWK / /38

22 Stromüberschüsse/Negative Strompreise Strompreise im Tagesverlauf ohne PV-Einfluss 2008 PHELIX Strompreise Frankreich 2012 /MWh Strompreise 2012 mit PV-Einfluss Deutschland FRANCE PHELIX Negative Strompreise Stunden Stunden Stunden Tageszeit Nichteingespeiste Windenergie ,7 GWh CO 2 -Zertifikate 3-4 EUR/Tonne SIC-Fachtagung-KWK / /38

23 Entwicklung Erzeugungskapazitäten in BW? Wieviel Kraftwerksleistung fehlt 2022? Leistung in MW Jahresdauerlinie EnBW Transportnetze AG (2010) h vertikale Netzlast EnBW (geordnete Jahresdauerlinie 2010) installierte Kernenergieleistung in Baden-Württemberg Quelle LBD 2012 GW 9,9-1,7 0,9 0,9-1,4-1,4 7, Kraftwerkspark im Übertragungsnetz in Baden-Württemberg Vor Status Fukushima Quo Moratorium Status Quo Kernkraft Kohle Erdgas Kraftwerk 2013 RDK GKM Philippsburg Neckarwestheim 2 Quelle: EnBW, Platts, BNetzA, Stand: September 2011 Spitzenbedarf 9 GW Kraftwerkspark 7,1 GW Bedarf 1,9 GW??? 10 Jahre Zeit SIC-Fachtagung-KWK / /38

24 Strom & Gasnetz zusammendenken Hochdruck Erdgas Gasnetz GuD Stromnetz Hochspannung Kohlekraftwerk Kernkraftwerk Erdgas speicher Biogas Mitteldruck Niederdruck Power to Gas BHKW Endverbraucher Wind BHKW Wasser Mittelspannung Solar BHKW Niederspannung Regelenergie Systemdienstleistung SIC-Fachtagung-KWK / /38

25 Energiewende bedeutet...? Ausbau Sonne Ausbau Wind vor allem an Land (onshore) Ausbau und Flexibilisierung der Kraft- Wärme-Kopplung (KWK) Strom zu Gas (EE-H 2 oder EE-CH 4 ) SIC-Fachtagung-KWK / /38

26 Ausgleich von Last, Sonne & Wind SIC-Fachtagung-KWK / /38

27 BHKWs sind flexibel... SIC-Fachtagung-KWK / /38

28 Flexibilität von Kraftwerken Neues Steinkohlekraft werk Altes Steinkohlekraft werk Modernes GuD- Krallwerk Virtuelle Kraftwerke (BHKW) Emissionen Startzelten Startkosten Laständerungsgradlent g/kwh el Minuten pro Minute Mlndestlast Hoch ca. 6% ca. 25% Sehr hoch ca. 2% ca. 35% Mittel ca. 8% ca. 40% Sehr niedrig Skalierbar durch gleichzeitiges Starten von Einzelmodulen Beliebig (Leistung eines einzelnen Moduls) Quelle: verändert nach LBD 2011 BHKWs sind die flexibelsten Kapazitätskraftwerke! -> Vortrag von Gunnar Kästle SIC-Fachtagung-KWK / /38

29 Vertikale Last Transnet BW 2012 Strom Winter Sommer MW SIC-Fachtagung-KWK / /38

30 Höchste Vertikale Stromlast Baden-Württemberg 2011 vom , Daten Transnet BW Stromlast MW So Mo Di Mi Do Fr Sa So Quelle: Uhrzeit SIC-Fachtagung-KWK / /38

31 Strom-/Wärme-Lastgang Schulzentrum vom So Mo Di Mi Do Fr Sa So Wärme Strom 500 Wärme [KW] Strom [kw] Uhrzeit SIC-Fachtagung-KWK / /38

32 BHKW-Auslegung > Vollaststunden? weniger ist mehr... SIC-Fachtagung-KWK / /38

33 Auslegung BHKW? Strom-/Wärme-Lastgang Schulzentrum vom Auslegung? Heute: kein BHKW! Mo Di Mi Do Fr Sa So zukünftig? 280 kw el h wirtschaftlich 140 kw el h Wärme Strom Strom [kw] 200 traditionell 34 kw el h h=vollaststunden Uhrzeit SIC-Fachtagung-KWK / /38

34 KWK-Gesetz Bürokratieabbau durch einfache Vergütung weniger ist mehr... SIC-Fachtagung-KWK / /38

35 Umgestaltung KWK-Gesetz Vorschlag Einspeisevergütung Elektrische Leistung BHKW kw 5, Gestehungskosten (3500 Vollaststunden) EUR/kWh 0,233 0,152 0,134 0,128 Gestehungskosten ohne Wärmenetz EUR/kWh 0,233 0,148 0,110 0,090 Vergütung/Minderbezugskosten (Eigenstrom 50%) EUR/kWh 0,216 0,191 0,182 0,160 Vergütung/Minderbezugskosten (Eigenstrom 100%) EUR/kWh 0,324 0,280 0,266 0,228 Vergütung/Minderbezugskosten (Eigenstrom 0%) EUR/kWh 0,107 0,103 0,098 0,091 Förderung/Vergütung nach KWK-G 2012 (6000 Vollaststunden) EUR/kWh 0,129 Vorschlag Einspeisevergütung Grundvergütung EUR/kWh 0,13 Systemdienstleistungsbonus EUR/kW*Jahr 40 Regelbonus EUR/kW*Jahr 80 Gesamtvergütung (3500 Vollaststunden) EUR/kWh 0,164 Gesamtvergütung (6000 Vollaststunden) EUR/kWh 0,150 0,125 0, ,164 0,150 0,117 0,106 0,12 0, ,154 0,144 0,140 0,130 Einfaches Anreizsystem Leistungs- (Kapazitätsanreiz) keine Überförderung Anreiz für höhere Stückzahlen Unterscheidung Standort -> Vortrag von Eva Hauser SIC-Fachtagung-KWK / /38

36 Abschalt-Regelung nach Verursacher-Prinzip Sachstand: Sonne & Wind verdrängen aus wirtschaftlichen Gründen die sauberen Kraftwerke (GuD und KWK-Anlagen). Die CO 2 -intensiven Kohlekraftwerke bleiben am Netz. Lösung bei Überschuss von Regenerativen: Abschalt-Regelung nach dem Verursacherprinzip (CO 2 -Emissionen) 1. Braunkohle (Kondensation) 2. Steinkohle (Kondensation) 3. Kohle (Kraft-Wärme-Kopplung) 4. GuD (Kondensation) 5. KWK (kleinere und mittlere Größe) 6. GuD (Kraft-Wärme-Kopplung) 7. Strom zu Gas (H 2 -Elektrolyse / Methanisierung) Lösung: CO 2 -Steuer statt Energiesteuer? SIC-Fachtagung-KWK / /38

37 Fragen an die ReferentInnen Stromerzeugung Wärmeerzeugung % % % % Anteil der KWK davon Anteil Fernwärme davon mit BHKWs kwel. Anteil am Jahresbedarf an regenerativer Überschussenergie die saisonal als "Power to Gas" gespeichert wird -> Vorträge von Joachim Nitsch, Hans-Martin Henning Die wichtigsten Hemmnisse für die KWK? Die wichtigsten Maßnahmen um den KWK- Anteil zu erhöhen? SIC-Fachtagung-KWK / /38

38 Danke! HERZLICHEN DANK SIC-Fachtagung-KWK / /38