KWK-Technologien für die Wohnungswirtschaft - Innovative KWK in Mittelhessen

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1 Market Intelligence KWK-Technologien für die Wohnungswirtschaft - Innovative KWK in Mittelhessen Giessen, den "Blockheizkraftwerke - zukunftsweisende Technik für die Wohnungswirtschaft" Bosch Thermotechnik GmbH - Buderus Deutschland Produktmarketing Projektgeschäft (TTDB/MKT4) Dipl.-Ing. (FH) Henry Braunwarth Folie Nr. 1 BBT Thermotechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Stand: 07/2008

2 Großer Name in der Welt der Heiztechnik Buderus ist die größte Marke innerhalb der Bosch Thermotechnik GmbH, die die Thermotechnik-Aktivitäten der Bosch- Gruppe bündelt. Mit 2,8 Milliarden Euro Umsatz (2007) und Mitarbeitern weltweit ist Bosch Thermotechnik führend in Europa sowie weltweit einer der führenden Hersteller von innovativen Heizungsprodukten und Warmwasserlösungen. Innerhalb der Bosch Thermotechnik hat Buderus einen Umsatzanteil von ca. 44 %. Folie Nr. 2

3 Neue Wege gehen... Ausgangssituation getrennte Energieerzeugung: Energieversorgung: Rund 3/4 des elektrischen Stroms kommen hierzulande aus Großkraftwerken, Diese wandeln im Durchschnitt nur ein 1/3 der eingesetzten Energie aus Kohle, Kernbrennstoff, Erdgas oder Erdöl in nutzbaren elektrischen Strom um, Knapp 2/3 der eingesetzten Primärenergie gehen als sogenannte Abwärme für eine weitere Nutzung verloren, Mit dieser Abwärme könnten theoretisch alle Gebäude in Deutschland beheizt werden. Erklärtes Ziel: Nach dem Willen der Bundesregierung wird die gleichzeitige Strom- und Wärmeerzeugung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen in den kommenden Jahren auf Grundlage zukunftsweisender Gesetze (EEG, EEWärmeG, KWK-G) und mit Hilfe von Förderprogrammen (Mini-KWK) ausgebaut. Folie Nr. 3

4 Erfolgskonzept Kraft-Wärme-Kopplung Dezentrale Strom- und Wärmeversorgung durch KWK: Effiziente und zukunftsfähige Erzeugung von Strom und Heizwärme, Imagefördernder Beitrag zum Klimaschutz, Zusätzliche Nutzung von Fördermitteln, Hilft beim Erfüllen der Anforderungen durch die Energieeinsparverordnung (EnEV) - Verzicht auf den EnEV- Nachweis, bei 70 Prozent Abdeckung des Wärmebedarfs durch KWK, Senkung der Nebenkosten für Mieter bei Nutzung für Allgemeinstrom, Stromverkauf an Mieter möglich - aber auch Contracting denkbar, dadurch Einsparung von Investitions- und Unterhaltskosten, Dezentrale Strom- und Wärmeversorgung bietet höchste Effizienz, Primärenergieeinsparung bis zu 38% und CO 2 - Emissionsminderung bis zu 40%. Folie Nr. 4

5 Arbeitsweise Kraft-Wärme-Kopplung Warum ist ein Blockheizkraftwerk (BHKW) so effizient? Wärme (56 %) Erdgas (100 %) Strom (34 %) Verluste (10 %) Motor Umwandlung von chemischer Energie (Kraftstoff) in mechanische Energie (Drehbewegung), Generator Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie (Strom), Bei der Umwandlung der Energieformen treten immer Verluste (in Form von Wärme) auf, Ein BHKW nutzt die angefallenen Wärmeverluste zu Objektbeheizung. Folie Nr. 5

6 Grundlagen der KWK-Technik Indikatoren und Voraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit: Ausschlaggebende für den wirtschaftlichen Betrieb ist die jährliche Laufzeit, sie sollte mindestens Bh/a betragen, optimal = Bh/a, Je mehr Betriebsstunden, desto mehr verteilen sich die Investitionskosten auf größere Strom- und Wärmemengen sprich die Erzeugungskosten sinken, Eignung im Wohnungsbau insbesondere dann, wenn Warmwasserbedarf über eine Zentralheizung gedeckt wird, Die thermische Leistung des BHKW sollte nur einen Anteil am maximalen Wärmebedarf decken. Den Rest an Wärme erzeugt ein Heizkessel (Spitzenlastkessel), Der erzeugte Strom sollte weitgehend im Objekt genutzt werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist ein Blockheizkraftwerk dann wirtschaftlich darstellbar, wenn folgendes Verhältnis erfüllt wird: Verhältnis spezifischer Energiekosten: Indikator / Faktor Stromkosten in /a / Jahresverbrauch in kwh el = 3 Brennstoffkosten in /a / Jahresverbrauch in kwh th Folie Nr. 6

7 Entscheidungsfindungsprozess Entscheidungsfindung bei BHKW Planungen: ja Hoher Energiebedarf Hohe Energiekosten nein Prüfung der Wirtschaftlichkeit eines BHKW mit Einspeisung Beginn der konkreten BHKW Planung Suche nach Alternativen ja BHKW Wirtschaftlichkeit prüfen Die Grundregeln der Kraft-Wärme-Kopplung lauten: nein nein - ohne Wärmeabnahme kein Strom! -Kein ohne BHKW Strom kein Gewinn! ja sinnvoll - ohne Gewinn kein Blockheizkraftwerk (BHKW)! Brennwertkessel HAST AKKU Wärmepumpen Solar (SAT-WZ) ja ja Investitions- Bereitschaft nein nein Folie Nr. 7

8 Auslegungsgrundlagen für BHKWs Erstellung einer Jahresdauerlinie (Wärmebedarf): max. Leistung (Volllast) Jahresgang des Wärmebedarfs Leistung Leistung Teillast Jahr Zeit Folie Nr. 8

9 Auslegungsgrundlagen für BHKWs Jahresdauerlinien einer Wohnsiedlung: Leistung 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % Toleranzbereich durch Außentemperatur Wärmebedarf Heizung Geordnete Jahresdauerlinie haben immer einen Objektart typischen Verlauf, interessant für BHKWs sind solche mit einem hohen langen Sattel, VDI 4655 Referenzlastprofile von Einund Mehrfamilienhäusern für den Einsatz von KWK-Anlagen. 40 % 30 % 20 % 10 % Wärmebedarf Warmwasser Zeit Folie Nr. 9

10 Laufzeitermittlung von BHKWs Wohnsiedlung mit einem 400 kw th Wärmeerzeuger: Leistung 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % Loganova E 0204 DN-20 Loganova E 0834 EN50 Loganova E 0836 EN70 Loganova E 2876 EN140 Loganova E 2842 EN Bh Bh Bh Bh 400 kw th 34 kw th = 8,5 % 400 kw th 80 kw th = 20,25 % 109 kwth 400 kw th = 28,5 % 400 kw th 212 kw th = 50 % 100 Bh 400 kwth 374 kwth = 90 % 40 % 30 % 20 % 10 % Zeit Folie Nr. 10

11 Deckungsanteil von BHKWs Jahresheizarbeitverteilung der Wärmeerzeuger: Leistung 100 % 90 % 80 % Spitzenlastkessel 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % (ca % der Jahresheizarbeit) Die geordnete Jahresdauerlinie hilft bei der Laufzeitabschätzung und damit bei der Dimensionierung der BHKW-Module, Die Flächen unterhalb der Dauerlinie stellen die Energiemengen pro Jahr dar, BHKW Wärmeleistung ist zwischen 10 und 20% der installierten Kesselleistung zu projektieren. Blockheizkraftwerk (ca % der Jahresheizarbeit) Zeit Folie Nr. 11

12 Einbindung von BHKWs Hydraulische Einbindung von Blockheizkraftwerken: BHKW stets als Grundlastwärmeerzeuger, nur bei höherer Wärmeanforderung aus den Heizkreisen schaltet der Spitzenlastkessel zu. Hydraulische Entkopplung und Vermeidung von taktendem Betrieb durch Pufferspeicher. Auslegung auf mindestens eine Stunde Modullaufzeit bei Δυ=20K) Folie Nr. 12

13 Impulsprogramm Mini-KWK Förderung von Mini-KWK-Anlagen: Welche Anlagen werden gefördert? Leistungsbereich bis max. 50 kw el mit Einhaltung der jeweils gültigen TA-Luft, Anlagen müssen als wärmegeführt ausgelegt sein - der Wärmebedarf steuert die Betriebsweise, KWK-Anlagen müssen fabrikneu und serienmäßig hergestellt sein, Übertreffen der EU-Richtlinie für KWK-Kleinanlagen - mind. 10% Primärenergieeinsparung und mind. 80% Jahresnutzungsgrad, Abschluss eines Vollwartungsvertrages mit dem Hersteller sollte möglich sein, integrierter Stromzähler muss vorhanden sein, kein Einsatz in Gebieten mit Fernwärmeversorgung überwiegend aus KWK-Anlagen. Antragsberechtigte: Antragsberechtigt sind Privatpersonen, Angehörige der Freien Berufe, kleine und mittlere Unternehmen (KMU) gemäß KMU-Definition der EU, Kommunen, kommunale Gebietskörperschaften, kommunale Zweckverbände und gemeinnützige Investoren, Große Energiedienstleistungsunternehmen sind antragsberechtigt, wenn sie den Antrag für eine Anlage im Auftrag eines der vorab genannten Antragsberechtigten stellen, für den sie als Energiedienstleistungsunternehmen (Contractor) auftreten. Folie Nr. 13

14 Impulsprogramm Mini-KWK Förderung von Mini-KWK-Anlagen Basisförderung: Elektrische Leistung von kw 0 < 4 4 < 6 6 < < < 50 Basisförderbetrag je kw el - addiert je Leistungsstufe ,- Euro 775,- Euro 250,- Euro 125,- Euro 50,- Euro Faktor Vollbenutzungsstunden f (Vbh): Vbh (Ziel) = h/a unterhalb Zielwert (Vbh < h/a) gilt: f (Vbh) = Vbh / Vbh (Ziel) oberhalb Zielwert (Vbh > h/a) gilt: f (Vbh) = 1 Förderung = Vbh-Faktor x Leistungs-Anteil Beispiel Basisförderung: bei 18 kw el beträgt der Zuschuss ,- Euro (4 x 1.550,- + 2 x 775,- + 6 x 250,- + 6 x 125,-), falls der Vbh-Faktor gleich eins ist. bei 50 kw el beträgt der Zuschuss ,- Euro (4 x 1.550,- + 2 x 775,- + 6 x 250, x 125, x 50,-), falls der Vbh-Faktor gleich eins ist. Quelle: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Folie Nr. 14

15 Impulsprogramm Mini-KWK Förderung von Mini-KWK-Anlagen Bonusförderung: Bonusförderung für besonders geringe Schadstoffemissionen (1/2 TA-Luft für NO x und CO) Elektrische Leistung von kw 0 < < 50 Bonusförderbetrag je kw el - addiert je Leistungsstufe - 100,- Euro 50,- Euro Beispiel Bonusförderung: bei 18 kw el beträgt der Bonus 1.500,- Euro (12 x 100,- + 6 x 50,-), falls der Vbh-Faktor gleich eins ist. bei 50 kw el beträgt der Bonus 3.100,- Euro (12 x 100, x 50,-), falls der Vbh-Faktor gleich eins ist. Bitte beachten: Förderfähig sind nur Maßnahmen, mit denen vor der Antragstellung noch nicht begonnen worden ist. Das bedeutet, dass der Auftrag für den Kauf oder die Installation der KWK-Anlage erst erteilt werden darf, nachdem der Zuschussantrag im BAFA eingegangen ist! Andernfalls kann keine Zuschuss mehr gewehrt werden. Quelle: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Folie Nr. 15

16 Gesetzliche Rahmenbedingungen Neues KWK-Gesetz ab dem 01. Januar 2009: Ziel des neuen KWK-Gesetzes ist es, die Stromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung in Deutschland auf 25 % (heute: 12 %) zu erhöhen Vergütung des gesamt erzeugten Stroms. Nicht nur der eingespeiste, sondern auch der selbstgenutzte Strom aus der Kraft-Wärme-Kopplung wird ebenfalls mit einem Bonus von 5,11 ct/kwh el für Anlagen bis 50 kw el vergütet. Zur Glättung der Förderstufen erhalten KWK-Anlagen über 50 kw el für die ersten 50 kw el anteilig den höheren Vergütungssatz dieser Kategorie, danach den verminderten Satz von 2,10 ct/kwh el. Alle Netzbetreiber haben die Pflicht, KWK-Anlagen an ihr Netz anzuschließen und den dort erzeugten Strom vorrangig abzunehmen. Elektrische Leistung KWK-Vergütungssatz Inbetriebnahme Anmerkung = 50 kw 5,11 ct/kwh Förderdauer: 10 Jahre > 50 kw 2 MW 2,10 ct/kwh Förderdauer: 6 Jahre; max Vollbenutzungsstunden Folie Nr. 16

17 Wirtschaftliche Grundlagen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch Steuerersparnis: Erdgas (Energiesteuer begünstigt) Strom (Stromsteuer befreit) Strom (KWK-vergütet) Eigenverbrauch und Einspeisung Wärme Für den eingespeisten Strom erfolgt eine Vergütung, die sich zusammensetzt aus: a) KWK-Zuschlag, b) Strom- Durchschnittspreis laut EEX-Börse (vorangegangenen Quartal) und c) vermiedenen Netznutzungsentgelt, Den KWK-Zuschlag müssen die Netzbetreiber (VNB) zahlen, Die Energiesteuer für den verbrauchten Brennstoff erstattet. Folie Nr. 17

18 Wirtschaftliche Grundlagen Eingesparte Abgaben bei den Energiekosten: Steuern / Abgaben Energiesteuer 1) Stromsteuer 2) Netznutzungsentgelt EEG- und KWK-Abgabe 3) KWK-Vergütung - Eigenverbrauch KWK-Vergütung - Einspeisung Werte 0,55 2,05 0,50 1,50 0,80 1,40 5,11 = 5,11 + 7,317 = 12,43 Einheiten ct/kwh ct/kwh ct/kwh ct/kwh ct/kwh ct/kwh Im Energiesteuergesetz ( 53) wurde festgeschrieben, das der Betreiber einer KWK-Anlage auf Antrag die Energiesteuer, die Bestandteil des Erdgas-, Heizöl- oder Flüssiggaspreises (Energieerzeugnisse im Sinne 1 EnergieStG) ist, zurückerstattet bekommt. Zusätzlich ist der im versorgten Objekt verbrauchte eigenerzeugte Strom, beziehungsweise in anderen Objekten, die im gleichen Stromnetz liegen, von der Stromsteuer befreit. Verband der Elektrizitätswirtschaft Baden-Württemberg e. V. (VdEW) Basis Haushalt mit kwh/a in 2008: Anteil EEG = 1,17 ct/kwh, Anteil KWK-G = 0,20 ct/kwh vom Strompreis (Änderungen unterworfen). Quartalspreis 3/2008: 7,317 ct/kwh Folie Nr. 18

19 Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen Vereinfachte statische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (Teil 1): Loganova BHKW EN50 Werte Einheiten Werte Einheiten elektrische Leistung 50 kw el elektrischer Wirkungsgrad ~ 34 % thermische Leistung 80 kw th (± 5% Toleranz) thermischer Wirkungsgrad ~ 54 % Brennstoffeinsatz (nach ISO 3046 bezogen auf H i ) 148 kw Hi (± 5% Toleranz) Gesamtwirkungsgrad ~ 88 % Kopfdaten Werte Einheiten Werte Einheiten Investition ,- Nutzungsdauer 15 a Zinssatz 5 % Gaspreisarbeitspreis 0,06 ct/kwh Hi Vollbenutzungsstunden Bh/a Stromarbeitspreis 0,16 ct/kwh Jahresnutzungsgrad 85 % Endenergie (Gasverbrauch) kwh/a (H s ) Stromverbrauch kwh/a Nutzenergie kwh/a (H i ) Umrechnung H s /H i 1,11 - Folie Nr. 19

20 Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen Vereinfachte statische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (Teil 2): Betriebs- und Energiekosten Gaskosten Stromkosten Gesamtkosten pro Jahr (ohne Blockheizkraftwerk) kwh/a x 0,06 ct/kwh kwh/a x 0,16 ct/kwh Σ = ,- /a = ,- /a = ,- /a BHKW Kraftstoffeinsatz Wärmeerzeugung Stromerzeugung Stromerzeugung Bh/a Volllaststunden, davon Bh/a Eigenverbrauch, Bh/a Netzeinspeisung Bh/a x 148 kw Hi = kwh Hi /a Bh/a x 80 kw th = kwh (Wärmeanteil BHKW ~ 60%) Eigenverbrauch: Bh/a x 50 kw el = kwh (Stromanteil BHKW ~ 55%) Einspeisung: Bh/a x 50 kw el = kwh Eingesparte Steuern / Abgaben Stromsteuerersparnis KWK-Abgabe + EEG-Abgabe Netznutzungsentgelt Energiesteuerersparnis (Erdgas) Gesamtersparnis pro Jahr (mit Blockheizkraftwerk) 50 kw el x Bh/a x 0,0205 ct/kwh 50 kw el x Bh/a x 0,008 ct/kwh 50 kw el x Bh/a x 0,005 ct/kwh 148 kw Hi x Bh/a x 0,0055 ct/kwh x 1,11 Σ (= 6.150,- /a) (= 2.400,- /a) (= 1.500,- /a) = 5.421,- /a = ,- /a Folie Nr. 20

21 Wirtschaftlichkeit von KWK-Anlagen Vereinfachte statische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (Teil 3): Betriebs- und Energiekosten pro Jahr (mit Blockheizkraftwerk) Beträge Reststrombezug (VNB) kwh/a x 0,16 ct/kwh = ,- /a Wärmespitze (Kessel) kwh/a / 0,85 x 0,06 ct/kwh = ,- /a Gaskosten BHKW kwh x 0,06 /kwh x 1,11 = ,- /a Wartungs- und Betriebskosten 1,25 /Bh x Bh/a = 7.500,- /a Vergütung Einspeisung kwh x 0,12 ct/kwh = 6.215,- /a Vergütung Eigenverbrauch (neu!) kwh x 0,0511 ct/kwh = ,- /a Rückerstattung Energiesteuer kwh x 0,0055 /kwh x 1,11 = 5.421,- /a Gesamtkosten Σ = ,- /a Gesamtbilanz Beträge Beträge Betriebskosten ohne BHKW ,- /a Betriebskosten mit BHKW ,- /a Betriebskostenersparnis ,- /a Investitionskosten BHKW ,- Förderung / Zuschuss (Mini-KWK) ,- Investitionskosten incl. Zuschuss ,- Amortisation nach VDI 2067 und 6025 ca. 3,5 a Folie Nr. 21

22 CO 2 -Minderung durch Erdgas BHKWs Berechnung und Gegenüberstellung der CO 2 -Emissionen: CO 2 -Minderung Energie-Output BHKW (elektrisch) Energie-Output BHKW (thermisch) Energie-Input BHKW Spezifischer CO 2 -Faktor (Erdgas) CO 2 -Emission BHKW Energie-Output konventionell (elektrisch) Energie-Output konventionell (thermisch) Spezifischer CO 2 -Faktor (Strom) CO 2 -Emission konventionell (Strom) CO 2 -Emission konventionell (Erdgas) Werte ,244* = x 0,244 = = / 1,00 = = / 0,85 = ,605* = x 0,605 = = x 0,244 = Einheiten kwh/a kwh/a kwh/a kg/kwh kg/a kwh/a kwh/a kg/kwh kg/a kg/a CO 2 -Einsparung durch BHKW CO 2 -Minderung über die Nutzungsdauer = = kg/a t (über 15a) *Emissionsfaktoren nach Umweltministerium Baden-Württemberg Folie Nr. 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. (FH) Henry Braunwarth Produktmarketing Projektgeschäft (TTDB/MKT4) Bosch Thermotechnik GmbH, Buderus Deutschland Folie Nr. 23