Büro Brüssel KOM (2002) 415

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1 Stellungnahme des VDI zum Vorschlag der Europäischen Kommission für eine Richtlinie über die Förderung der Kraft- Wärme-Kopplung auf der Grundlage des Nutzwärmebedarfs im Energiebinnenmarkt KOM (2002) 415 Der VDI begrüßt die Bestrebungen der Europäischen Union, eine europäische Richtlinie zur Förderung der innerhalb Europas einzuführen. Die geplante Richtlinie wird einen wichtigen Beitrag zur armonisierung des EU-Energiebinnenmarktes und zur Bekämpfung des Klimawandels leisten. Der VDI hält den Richtlinientext nach eingehender Prüfung für einen gelungenen und durchführbaren Ansatz zur Regelung der Förderung von Kraft-Wärme-Kopplung. Als einer der größten technisch-wissenschaftlichen Vereine Europas beschäftigt sich der VDI eingehend mit Problemen der Energietechnik. Zum Thema Kraft-Wärme-Kopplung hat der VDI im Dezember 2001 den Entwurf einer Richtlinie zur Kraft-Wärme-Kopplung publiziert, die mit den führenden Experten des Bereichs eingehend diskutiert wurde. 1 Die Ergebnisse dieses Prozesses könnten in unseren Augen die vorliegende Richtlinie bereichern. Im Folgenden werden die ergänzenden Vorschläge des VDI zu einzelnen Punkten der Richtlinie im Detail erläutert: Einleitung des Richtlinienvorschlags (RLV): Kein gesteigerter Wärmeverbrauch - Regeln notwendig Voraussetzung für den Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung () ist, dass die erzeugte Wärme auch wirklich genutzt wird. Es dürfen keine künstlichen Wärmesenken herbeigeführt werden. Im Vorschlag der Europäischen Kommission zur Förderung der ist ausdrücklich zu begrüßen, dass eine Förderung der nicht einem gesteigerten Wärmeverbrauch Vorschub leisten darf. Diese Forderung muss nachprüfbar gemacht werden. Es sollte die Regel formuliert werden: Bei der Umwandlung von Brennstoffenergie in Wärme ist zu prüfen, ob exergetisch und wirtschaftlich sinnvoll "Kraft ausgekoppelt" werden kann. 1 VDI 4608 Blatt 1 (Entwurf), Energiesysteme: Kraft-Wärme-Kopplung, Begriffe, Definitionen, Beispiele, Beuth- Verlag, Dezember

2 Anhang I RLV Es sollte in Anhang I deutlicher darauf hingewiesen werden, dass Gas- und Dampfturbinenanlagen (GUD) zu den Prozessen der zählen. Die Bezeichnung unter a) Gasturbinen mit Wärmerückgewinnung könnte irreführen. Artikel 3 RLV(Begriffsbestimmungen): Wirkungsgradbegriff nicht für zwei qualitativ unterschiedliche Nutzenergien verwenden Der wohldefinierte Wirkungsgradbegriff sollte nicht zur Beschreibung der Brennstoffausnutzung bei der Erzeugung zweier qualitativ unterschiedlicher Nutzenergien (elektrische Arbeit und Wärme) benutzt werden. Auch im Englischen wird vom "fuel utilisation factor" (elektr. Arbeit + Wärme)/eizwert gesprochen. Man sollte dabei weiterhin zwischen Momentanwerten (Leistung, Wärmestrom, Brennstoffstrom) und über den Betrachtungszeitraum gemittelten Werten (Arbeit, Wärme, Brennstoffenergie) unterscheiden. Artikel 5 / Anhang III RLV: Kriterien für den Wirkungsgrad Der in der Richtlinie gewählte Ansatz ist gut gewählt. Besonders erfreulich ist, dass zur Effizienzbewertung neben der elektrischen Energie auch die mechanische Energie herangezogen wird. Wünschenswert wäre jedoch, dass durchgehend explizit auf die Einbeziehung der mechanischen Energie hinzuweisen. Effizienz der Energienutzung an der Minimierung des Exergieverbrauchs messen Aus Sicht des VDI werden die folgenden Ergänzungen bzw. Änderungen, insbesondere für die Effizienzbewertung, vorgeschlagen: Effiziente Energienutzung heißt, dass die für einen Nutzenergiebedarfsfall eingesetzte Primärenergie minimiert wird. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung oder der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung geht es um die möglichst effiziente Nutzung der im Brennstoff enthaltenen Exergie, d.h. Wertigkeit der Energieform. Dies bedeutet, dass bei der Wärmeerzeugung möglichst weitgehend mechanische Ene r- gie oder Strom, also reine Exergie, ausgekoppelt wird. Letztlich muss der Primärenergie-Einsatz für einen geforderten Nutzenergiebedarf minimiert werden. Die Notwendigkeit der wird deutlich, wenn man die konventionelle Wärmeerzeugung, mit der bislang der Wärmebedarf gedeckt wird, betrachtet. In Deutschland beträgt der Wärmebedarf in den stationären Verbrauchssektoren ohne Verkehr ca. 79 %. Wird davon nur die im Temperaturbereich unter 100 liegende Wärme für Raumheizung, Warmwasser und Prozesse betrachtet, so sind es immerhin noch 58%. Die Bewertung der sollte mit den in der oben genannten Richtlinie des VDI zur Kraft-Wärme-Kopplung eingeführten Größen behandelt werden. Dabei wird vorgeschlagen, die Effizienz einer Energienutzung an der Minimierung des Exergieverbrauchs zu messen. 2

3 Die Minimierung des Exergieverbrauchs, unabhängig vom primären Energieträger, sollte das prioritäre Ziel sein, denn ein hinreichend diversifizierter Brennstoffmix ist auf Dauer von erheblicher energiepolitischer Bedeutung für Europa, das auf Erdgasimporte angewiesen ist. Falls die Energieeffizienz über Kohlendioxid-Emissionen bewertet wird, führt dies bei vielen Prozessen zuerst zur Substitution von Energieträgern. Die Effizienz der sollte deshalb mit Exergiegrößen bewertet werden. Die Exergie sollte als durchgängige Qualitätsgröße eingeführt werden. Die Exergiebetrachtung ermöglicht auch eine Verknüpfung mit der Wirtschaftlichkeit der Energienutzung. Beurteilung der Primärenergieeinsparung Der im Richtlinienentwurf gewählte Ansatz der Beurteilung der über die Primärenergieeinsparung gegenüber der getrennten Erzeugung ist begrüßenswert und die Unterscheidung der - Prozesse anhand der Temperaturniveaus der ausgekoppelten Wärme spiegelt den Sachverhalt der exergetischen Nutzung wider. Wenn demgegenüber direkt eine exergetische Bewertung eingeführt wird, so sind die ausgekoppelten Wärmen gemäß ihrer Wertigkeit berücksichtigt und die Trennung in 3 Kategorien kann entfallen. Dies lässt eine feinere Nuancierung zu, was sicherlich den unterschiedlichen industriellen Prozessen bzgl. der benötigten Temperaturniveaus gerecht wird. Die Berechnung des exergetischen Wirkungsgrades: Berücksichtigung des arnot-faktors Ein wichtiger Faktor ist die Beurteilung verschiedener Systeme der Kraft-Wärme-Kopplung bezüglich ihrer Wertigkeit bei der Wärmeauskopplung. Soll der Unterschied in der Wertigkeit bei der Auskopplung von Wärme hoher Temperatur oder niedriger Temperatur berücksichtigt werden, so muss der arnot-faktor der Wärme? beachtet werden. Diese Bewertung leistet der exergetische Wirkungsgrad ζ oder der exergetische Nutzungsgrad ζ, d.h. der über einen Zeitraum gemittelte exergetische Wirkungsgrad. Der exergetische Wirkungsgrad? ergibt sich zu: mit dem arnotfaktor ζ el ( 1+ ) th, ( σ + σ T T T U, ) und der Stromkennziffer P Q& el σ. th 3

4 ierin sind der thermische Wirkungsgrad, bzw. Wärmeausbeute α gemäß VDI 4608 [1] : th, α Q& m& Br u und der elektrische Wirkungsgrad, bzw. Stromausbeute β gemäß VDI 4608 [1]: P el, β. m& Br Die unterschiedlichen Bezeichnungsweisen für Wärmeausbeute und Stromausbeute wurden gewählt, da deren Zahlenwerte nicht vergleichbare Größenordnungen aufweisen, wie die entsprechenden Wirkungsgrade bei der getrennten Erzeugung der Nutzenergien im Kessel und im Kondensationskraftwerk und somit auch nicht mit diesen Werten verglichen werden können. u T u bezeichnet die Umgebungstemperatur und T die thermodynamische Mitteltemperatur der ausgekoppelten Wärme. Bei der Auskopplung der Wärme Q & aus sonst im Kondensationsbetrieb eingesetzten Kraftwerken mit der Leistung P 0 kann der exergetische Wirkungsgrad höher oder niedriger werden gemäß folgender Gleichung, die im übrigen obiger Gleichung entspricht: ζ P + Q& 0 W& ( ϑ) B Darin setzt die Stromverlustkennziffer ϑ P P 0 Q& el, + th, el, 1 + σ die elektrische Leistungsminderung P 0 - P ins Verhältnis zur ausgekoppelten Wärme Q &. 4

5 Der Exergetische Nutzungsgrad ζ nach VDI 4608 : M j 1 m N Ti TUi Wel/mech + Qi T i 1 i ζ. Br, j f ex, j u, j sollte der Bewertungsmaßstab für die sein. Dabei ergibt sich der exergetische Wirkungsgrad der getrennten Erzeugung mit gleicher Stromkennziffer zu: ζ getrennt el, (1 + ) el, KW σ + th, Kessel ( σ + ) σ Kessel KW + mit dem Kraftwerkswirkungsgrad KW des Referenzkraftwerkes und dem eizkesselwirkungsgrad Kessel. Kessel KW Anhang III RLV:Wirkungsgrad und Primärenergieeinsparung Der VDI hält eine Verwendung von unterschiedlichen Formeln zur Primärenergieeinsparung in den verschiedenen EU-Staaten für problematisch. Stattdessen sollte eine armonisierung auf der Basis der Exergie-Kriterien eingeführt werden. Diese liefert für alle Länder eine einheitliche Basis. Sollte keine Einigung auf eine für alle Mitgliedsstaaten verbindliche exergetische Basis erzielt und länderspezifische Kennzahlen verwendet werden, wäre folgende Verfahrensweise denkbar: Für die getrennte Stromerzeugung könnte der spezifische Energieverbrauch zur Erzeugung von 1 kwh im nationalen Energiemix verwendet werden. Für die einzusetzende Brennstoffenergie ist ein Umrechnungsfaktor einzusetzen (z. B. 1 kwh aus Kernenergie entspricht 1/0,34 kwh Primärenergie, bei Wasserkraft z. B. 1/0,8). Auch für die Wärmeerzeugung sind Referenzsysteme festzulegen. Bei der Einsparung von O2 gilt analog: Emission durch Stromerzeugung im Mix, bei uns z. B. aufgrund von Kernenergie, nur 0,6 kg O2/kWh der aus dem Netz bezogenen elektrische Arbeit. öhere Wirtschaftlichkeit großer Erdgas betriebener Anlagen im Einzelfall prüfen Die Aussage, dass mit Erdgas betriebene große -Anlagen wirtschaftlicher seien als kleine Anlagen sollte in jedem Einzelfall einer Prüfung unterzogen werden. 5

6 [1] VDI 4608 Blatt 1 (Entwurf), Energiesysteme: Kraft-Wärme-Kopplung, Begriffe, Definitionen, Beispiele, Beuth-Verlag, Dezember 2001 [2] EnEV - Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden - Bundesgesetzblatt Teil I Nr. 59 vom 21. Nov. 2001, S ff. [3] Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz vom 19. März Bundesgesetzblatt Jahrgang 2002 Teil I Nr.19, Bonn, 22.März 2002 [4] Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates über die Förderung der auf der Grundlage des Nutzwärmebedarfs im Energiebinnenmarkt, Vorschlag der Kommission der Europäischen Gemeinschaften, Brüssel, [5] Schaumann, G.: Effizienzbewertung der Kraft-Wärme-Kopplung. BWK 53 (2001), Nr.7/8, S [6] Schaumann, G.: Die Effizienzbewertung dezentraler Wärmeerzeugung. BWK 53(2001), Nr.9 S