Die Strom erzeugende Heizung Status Quo und Technologieperspektiven

Transkript

1 Die Strom erzeugende Heizung Status Quo und Technologieperspektiven Berliner Energietage 12. Mai Dr. Thorsten Formanski Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch, Essen

2 Hintergrund und Motivation

6 Hintergrund und Motivation Anteil KWK-Strom an der Gesamtstromerzeugung (2007) 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% DK SF NL PL A D D(2020) EU Quelle: Eurostat

7 Anmeldung / Genehmigung / Förderung Energiesteuergesetz Anmeldung gemäß neuem Energiesteuergesetz ( ) nicht nicht mehr mehr notwendig Stromsteuer entfällt für für erzeugten Strom bei bei Nutzung in in räumlichem Zusammenhang (2,05 (2,05 ct ct // kwh kwh elektrisch) Antrag auf auf Energiesteuerrückerstattung für für den den eingesetzten Brennstoff (0,55 (0,55 ct ct // kwh kwh H O Erdgas) O Berechnung u. u. Nachweis des des Jahresnutzungsgrades (> (> 70%) 70%) bei bei Anlagen bis bis 2 MW MW bis bis kw kw el ohne el ohne Notkühlung i.d.r. i.d.r. Datenblätter und und Betriebsstundenzähler ausreichend Antrag ist ist bis bis zum zum März März des des Folgejahres einzureichen (

8 Anmeldung / Genehmigung / Förderung KWK-Gesetz // KWKG-Novelle Zuschuss-Antrag für für Mini-BHKW-Anlagen vor vorder Bestellung bei bei der der BAFA Zulassung als als zuschlagsberechtigte Anlage gemäß KWK-Gesetz nach nach Inbetriebnahme Voraussetzung für für den den Zuschlag für für die die eingespeiste Energiemenge (Dauer: Jahre) (5,11 (5,11 ct ct // kwh kwh elektrisch) Einspeisevergütung gemäß Baseload-Preis an an der der Strombörse EEX EEX Leipzig Kompensationszahlung für für vermiedene Netznutzung (0,05 (0,05 0,75 0,75 ct ct // kwh kwh elektrisch) KWKG-Novelle ab ab : Zuschlag auch auch für für intern intern genutzten Strom Stromzähler für für KWK-Strom // nur nur hocheffiziente KWK-Anlagen werden gefördert.

9 Anmeldung / Genehmigung / Förderung Weitere Formalitäten Baubehörde: Erfüllungsnachweis EnEV EnEVund für für Neubauten ab ab EEWärmeG Stromversorger: Erzeugungsanlage für für den den Parallelbetrieb mit mit dem dem öffentlichen Netz Netz Stromversorger: Festlegung des des Einspeisepunktes und und der der Sicherheitsvorkehrungen Gasversorger: Anmeldung der der Gasanlage (bei (bei Erdgasbetrieb) Schornsteinfeger: Anzeige/Abnahme der der Abgasleitung sowie sowie der der Aufstellung Klimaschutz-Impulsprogramm zur zur Förderung von von Mini-KWK-Anlagen Förderung von von KWK-Anlagen bis bis kw kw el in el in den den Jahren // STOP in in bis bis Ende Ende wurden Anlagen gefördert, davon Anlagen < 5 kw kw el el

10 KWK im kleinen Maßstab Bisherige Situation der Mikro-KWK im häuslichen Bereich Seit Seit Jahren Mini-BHKW erfolgreich auf auf dem dem Markt, z.b.: z.b.: Senertec Senertec (Dachs) (Dachs) PowerPlus PowerPlus (ecopower (ecopower e4.7) e4.7) Neu: Neu: PowerPlus PowerPlus (ecopower (ecopower e3.0) e3.0) Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor Gasottomotor 5,5 5,5 kw kw el / el / 12,5 12,5 20,5 20,5 kw kw th th 1,3 1,3 4,7 4,7 kw kw el / el / 4,0 4,0 12,5 12,5 kw kw th th 1,3 1,3 3,0 3,0 kw kw el / el / 4,0 4,0 8,0 8,0 kw kw th th Verfügbares Geräteangebot für für das das Einfamilienhaus ist ist begrenzt Verbreitung der der Mikro-KWK im im Einfamilienhaus-Bereich bisher gering!

11 Hintergrund und Motivation Mikro-KWK = Strom erzeugende Heizung! Fragen Monovalenter Heizbetrieb oder oder Kombination mit mit Spitzenlastkessel Möglichkeit bzw. bzw. Notwendigkeit der der Leistungsregelung Wärme- oder oder stromgeführte Fahrweise Möglichkeit der der Einspeisung bei bei Stromüberschuss

12 Anforderungsprofil Auslegungskriterien Energiebedarf Wärme // Strom (Gesamtmenge) Leistungsanforderung (max. // min. min. // Durchschnitt // Profile) Gleichzeitigkeit von von Strom- und und Wärmebedarf Flexibilität der der Strom- und und Wärmeerzeugung Modulationsbereich der der Strom erzeugenden Heizung Verfügbarkeit von von Speicherkapazität (Platz // Kosten) Laufzeiten der der Strom erzeugenden Heizung Kosteneinsparungen // Wirtschaftlichkeit

13 Anforderungsprofil Lastanforderungen im Einfamilienhausbereich Quelle: OTAG Vertriebs GmbH & Co. KG

14 Anforderungsprofil Geräteanforderungen bei Einsatz im Wohnbereich hohe hohe Energieeffizienz der der eingesetzten Primärenergie geringe Emissionen, insb. insb. CO CO 2 -und 2 -und NO NO x -Emissionen x kostengünstig (Mehrpreis zu zu konventioneller Technik) möglichst kompakte Abmessungen geringe Schallemissionen Wartungsfreiheit oder oder möglichst lange Serviceintervalle einfache Einbindung in in das das Heizungs- und und Warmwassersystem hohe hohe Stromqualität im im Falle Falle der der Einspeisung Einsetzbarkeit in in allen allen Arten von von Wohngebäuden Unterstützung dezentraler Energieerzeugungsstrukturen

15 Übersicht aktueller Entwicklungen Entwicklungen auf Basis verschiedener Technologien Basis: - Ottomotoren (interne Verbrennung) - Stirlingmotoren (externe Verbrennung) - Dampfexpansionsmaschinen - Brennstoffzellen Honda WhisperGen Otag BBT / Enatec Baxi / Remeha Viessmann Brennstoffzelle Marktreife Prototyp Entwicklungsfortschritt

16 Übersicht aktueller Entwicklungen Qualitativer Vergleich der unterschiedlichen Basistechnologien Ottomotor Stirlingmotor Dampfexpansionsmaschine Brennstoffzelle Gesamtnutzungsgrad hoch hoch hoch mittel Elektrischer Wirkungsgrad mittel gering bis mittel gering bis mittel hoch Emissionen abhängig von Wartung, Grundkonzept, Betrieb, usw. gering gering sehr gering

17 ECOWILL Strom erzeugende Heizung von Honda elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Emissionen (NO x ) Motortyp 1,0 kw 2,8 kw ca. 22,5 % ca. 62,5 % 64 x 38 x 94 cm 82 kg 44 db(a) / 1 m max. 60 ppm 4-Takt-Gasottomotor Seit März 2003 in Japan über Systeme installiert, bestehend aus Motoreinheit, Zusatzkessel und Warmwasserspeicher. Seit Herbst 2006 Markteinführung in den USA. Seit März 2009 Entwicklungskooperation von Honda und Vaillant, Feldtest mit 100 Systemen in D. Quelle: Honda Motor Co., Ltd.

18 WhisperGen Strom erzeugende Heizung von WhisperGen elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Motortyp 1,0 kw ca. 7,5 kw Stirlingmotor ca. 4,5 kw Zusatzbrenner ca. 7 % ca. 85 % 49 x 56 x 84 cm 148 kg max. 46 db(a) / 1 m Stirlingmotor Früher manuelle Fertigung von 200 Geräten pro Jahr in Neuseeland. Momentan Aufbau einer Serienfertigung in Spanien mit dem Ziel der flächendeckenden Markteinführung in Europa über ausgewählte Vertriebspartner mit zertifizierten Installationsbetrieben. Quelle: 2G Home / DSE / Sanevo

19 lion-powerblock Strom erzeugende Heizung von Otag elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht Geräusch Motortyp 0,3 2,0 kw modulierend 3,0 16,0 kw modulierend ca % ca. 85 % 62 x 83 x 126 cm 195 kg db(a) / 1 m Freikolbendampfmaschine Erweiterte Feldtests in Deutschland laufen. Kleinserienfertigung von 600 Geräten pro Jahr geplant, die momentan mit entsprechenden Zulieferern aufgebaut wird. Markteinführung über ausgewählte Vertriebspartner. Quelle: Otag Vertriebs GmbH & Co. KG

20 Funktionsprinzip von Brennstoffzellen Katalysator Anode Elektrolyt Kathode

21 Vergleich PEM- und SOFC-Brennstoffzellen Polymermembran-Brennstoffzelle Oxidkeramische Brennstoffzelle Funktionsprinzip Elektrolyt Temperaturbereich Anwendungen Leistungsbereich Entwickler Status Protonenleitende Membran C Mobile Anwendungen, z.b. Fahrzeuge, portable Elektronika Stationäre Anwendungen, d.h. KWK zur Gebäudeversorgung kw Baxi Innotech, Vaillant Status: Demoanlagen / Feldtest Yttriumdotiertes Zirkondioxid C Stationäre Anwendungen, d.h. KWK zur Deckung des Energiebedarfes von Gebäuden bis hin zu Siedlungen kw Ceramic Fuel Cells (Aus), Hexis (Ch) Status: Prototyp / Feldtest Marktreife Technisch: ca. 2011/12 Wirtschaftlich: ca. 2015/16

22 Galileo 1000 N SOFC-Brennstoffzelle von Hexis elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad therm. Wirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht 1,0 kw 2,0 kw Brennstoffzelle 20,0 kw Zusatzbrenner ca. 30 % ca. 60 % 55 x 55 x 160 cm 170 kg Hexis: «Galileo 1000 N» befindet sich noch in der Entwicklung. Schwerpunkt der aktuellen Entwicklungsarbeit ist es, den Brennstoffzellen-Stapel in seiner Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zu verbessern. Kommerzieller Einsatz einer größeren Zahl von BZ nicht vor 2011 möglich. Ergebnisse und Erfahrungen aus Tests bei Energieunternehmen in Deutschland (u. a. Teilnahme Callux) und in der Schweiz fließen direkt in die Entwicklung ein.

23 BlueGen SOFC-Brennstoffzelle von CFCL (Ceramic Fuel Cell Limited) elektrische Leistung thermische Leistung elektr. Wirkungsgrad Gesamtwirkungsgrad Abmessungen (BxTxH) Gewicht 0 2,0 kw 0,3 1,0 kw max. 60 % max. 85 % 60 x 66 x 97cm < 200 kg 2007 haben CFCL, Remeha und Nuon eine Kooperation zur Markteinführung geschlossen. In Heinsberg (Nuon Industriepark Oberbruch) ist eine Produktionsstätte für den Zellstapel errichtet worden. Das System funktioniert entweder als reiner Stromerzeuger ohne Wärmerückgewinnung oder als BHKW mit Wärmerückgewinnung. starten Feldtests in Deutschland.

24 Hydraulische Einbindung Einflussgrößen Abdeckung der der Spitzenlast durch Heizkessel Niedertemperaturkessel // konventioneller Kessel Brennwertkessel Gleichzeitigkeit von von Wärme- und und Strombedarf Speicher Umschaltung Ventile Pumpen Rückflussverhinderer

25 Hydraulische Einbindung

26 Elektrische Einbindung

27 Einbindung: Sonstige Einflussgrößen Abgassystem Schwingungsentkopplung Strömung Erdgasanschluss Fundament

28 Ausblick Stromerzeugende Heizungen sind interessant, weil... vielfältige Entwicklungsaktivitäten die die Bedeutung des des Themas belegen! es es ein ein Spektrum von von ausgereiften bis bis zu zu zukünftigen Technologien gibt! gibt! damit Primärenergie eingespart und und die die Energieeffizienz gesteigert werden kann! das das Interesse der der Endkunden bereits heute besteht! sie sie einen Mehrnutzen für für den den Endkunden bieten! damit dezentrale Energieerzeugung in in begrenztem Umfang möglich sein sein wird! wird! damit Marktnischen mit mit noch geringer Konkurrenz besetzt werden können!

29 Ausblick Wichtige Fragestellungen sind... die die Verfügbarkeit von von Seriengeräten die die Unterstützung durch die die Politik bzw. bzw. die die aktuelle Gesetzgebung die die Möglichkeiten der der Förderung das das lokale Lastmanagement bei bei dezentralen Erzeugungsstrukturen der der Einsatz im im Contracting die die Entwicklung der der Strombezugskosten die die Ausbildung des des Fachhandwerkes bzgl. bzgl. der der gewerkeübergreifenden Installation die die Behandlung im im Energieausweis

30 neutrales Informationsforum Geräteübersicht virtueller Showroom Innovationskarte Informationen zum zum Download

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!