Dezentrale Energien (DE): Gegenwart und Zukunft in Deutschland

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1 EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH EUROPÄISCHES INSTITUT FÜR ENERGIEFORSCHUNG INSTITUT EUROPEEN DE RECHERCHE SUR L ENERGIE EUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH Dezentrale Energien (DE): Gegenwart und Zukunft in Deutschland

2 Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Derzeitige Situation in Deutschland 3. Technologien a) Referenzlösung b) DG Technologie 4. Techno-ökonomisches Modell a) Funktion b) Ergebnisse 5. Zusammenfassung 2

3 Inhalt Derzeitige Situation in Deutschland a) Stromproduktion b) Maßnahmen zur CO2 Einsparung c) KWK-Gesetz

4 Stromproduktion in Deutschland 2006 Quelle: AG Energiebilanzen 4

5 Zielsetzungen Energieeffizienz Klimaagenda 2020 der Bundesregierung vom 26. April 2007 Deutsche Klimaschutzziele bis 2020 Reduktion der Treibhausgase bis 2020 um 40 % gegenüber 1990 Verminderung um 270 Mio. t CO 2 -Emissionen (795 Mio. t in 2005) durch 8-Punkte-Plan (Auszug) Senkung Stromverbrauch um 11 % = 40 Mio. t durch ENERGIEEFFIZIENZ (auch Energieeffizienzfond für KMU s und Einführung eines verbindlichen Energiemanagements) Stromerzeugung durch ERNEUERBARE ENERGIEN auf über 27 % = 55 Mio. t (siehe EEG) VERDOPPLUNG KWK auf 25 % = 20 Mio. t CO 2 (siehe Novellierung KWK-Gesetz und Nah- und Fernwärme) Erhöhung Anteil REGENERATIVER ENERGIEN BEI WÄRMEPRODUKTION (bei Neubauten und Gebäudesanierungen Pflicht) auf 14 % = 14 Mio. t CO 2 Verdopplung der ENERGIEPRODUKTIVITÄT laut Koalitionsvertrag 5

6 KWK Gesetz 2009 Vergütungsregelung bei Stromeinspeisung Strompreis EEX Leipzig (derzeit ~7,3ct/kWh) Vermiedene Netznutzungskosten (derzeit Ø 0,45 ct/kwh) Zuschlagszahlung nach KWK Gesetz (s. Tabelle) KWK Anlage KWK- Zuschlag Maximal geförderte Betriebsjahre Maximal geförderte Vollbenutzungsstundenanzahl Brennstoffzelle (Inbetriebnahme ab dem bis ) 5,11 Cent/kWh 10 Jahre KWK-Anlagen bis 50 kw (Inbetriebnahme ab dem bis ) 5,11 Cent/kWh 10 Jahre KWK-Anlagen 50 kw 2 MW (Inbetriebnahme ab dem bis ) 2,1 Cent/kWh 6 Jahre VBNS KWK-Anlagen größer 2 MW (Inbetriebnahme ab dem bis ) 1,5 Cent/kWh 6 Jahre VBNS 6

7 KWK Gesetz 2009 Vergütung für intern genutzten KWK Strom Gewährung von KWK-Zuschlagszahlungen für den intern genutzten KWK-Strom von Anlagen bis zu 50kWel (~26,5 ct/kwh ) privat Personen, Kommunen sowie kleine und mittlere Unternehmen (KMU), Industrie mit Einschränkungen Positiv: Erwartung eines extremen push für Klein KWK- Anlagen Jedoch, Installationen zwischen >50kWel and 200kWel werden nicht von diesen Zuschlägen profitieren Negativ: In vielen Objekten wird es dazu kommen, dass zu kleine KWK-Anlagen installiert werden, um von den 50kW Zuschlägen zu profitieren. 7

8 Mini KWK Förderung (<= 50kWel) Basisförderung je installierter kw el Demnach erhält eine Mini-KWK-Anlage mit Leistung Min (kw) > 0 > 4 > 6 > 12 > 25 Leistung Max (kw) <= 4 <=6 <=12 <=25 <=50 Förderbetrag in Euro je kwel kumuliert über die Leistungsstufe kw eine Basisförderung von 3.100,- (2 x 1.550,- ) 5 kw eine Basisförderung von 6.975,- (4 x 1.550,- + 1 x 775,- ) 20 kw eine Basisförderung von ,- (kumulativ wie oben vorgerechnet) 50 kw eine Basisförderung von ,- (kumulativ wie oben vorgerechnet) Bonusförderung + Leistung Min (KW) >0 Leistung Max (KW) <=12 Förderbetrag in Euro je kwel kumuliert über die Leistungsstufe 100 = Umweltbonus >12 <=

9 Inhalt Technologien a) Referenz b) DE Technologie 9

10 Referenz Technologien Haushalte: Brennwertkessel (Erdgas) und Bezug von Strom aus dem Netz GHD: Gas-Brenner (oder bivalente Brenner für höhere Leistung) für die Bereitstellung von Heisswasser und/oder Dampf. Elektrische Kühler für Kühlsysteme mit Temperaturen über 0 C. Strombezug vom Netz Industrie: Gas-Brenner, Elektrische Kühler und Strombezug vom Netz. Für Prozess-Wärme >500 C gibt es eine große Variation von verfügbaren Techniken, abhängig von der jeweiligen Anwendung 10

11 Wärme, Kälte und Strom Technologien für den GHD Sektor + Brenner (5 to 1000 kwth) Wärmepumpen (5 to 1000 kwth) Solarthermie Verbrennungsmotoren (5 to 1000 kwe) Stirling Motoren (75-150kWe) Mikroturbinen (30 to 250 kwe) Brennstoffzellen (1 5000kWe) Elektrische Kühlgeräte (10 to 1000 kwth) Absorption Kühler (16 to 1000 kwth) Adsorption Kühler (50 to 500 kwth) + Verbrennungsmotoren Mikroturbinen + Absorption Kühler Adsorption Kühler 11

12 Wärme, Kälte und Strom - Technologien für die Industrie Brenner (Erdgas, Heizöl, Kohle, Biomasse) Wärmepumpen (bis zu 1 MW) + Verbrennungsmotoren Abs. Kühlgeräte (Gas, Dampf) Elektrische Kühlgeräte MW Gasturbinen Gas-und Dampfturbinen + Dampfturbinen Verbrennungsmotoren Gasturbinen + Absorptionskühler Organic rankine cycles - ORC (200 kwe to 2 MWe) 12

13 Berechnung von Volllaststunden Industrie; Auswertung von Industrieunternehmen in Frankreich 6000 eq. full load hours employees basic chemicals Food iron and steels other chemicals pulp and paper Glas, ceramics and minerals other industries non ferrous metals automobile maschinenbau Max. Bedarf Residential: VDI 4566 method Beispiel: KWK in einem Einfamilienhaus, Baujahr vor 1980 Dimensionierung eines BHKWs = zwischen 15-30% des max. Wärmebedarfs kw th Stunden im Jahr 13

14 Zukunftsperspektiven von DE in Deutschland Techno-ökonomisches Modell a) Funktion b) Ergebnisse Welche Technologien sind in welchen Objekten ökonomische rentable? Durchführung von Sensitivitäts-Analysen Das Modell entscheidet rein monitär Soft factors 14

15 DE roadmap: Modellstruktur und Eingangsparameter Modellstruktur Eingangsdaten DE Technologien Energiemarkt Gesetzliche Rahmenbedingungen Objekt-Charakteristiken Kalkulation der wirtschaftlichsten DE Technologie Mit Hilfe der Net Present Value (NPV) Methode Investment Kriterien Initial investment Payback time Net present value Return on investment Festlegungen von Grenzwerten und Priorisierungsmethode mit Investment Kriterien Ergebnisse DE Wärme Potential DE Strom Potential DE installierbare Kapazität DE Brennstoff CO 2 Einsparungen Primärenergie Einsparung 15

16 Technologie Input für das Modell Technology parameter Technology Application Fuel Year Capacity range Efficiency Capacity availability Lifetime Fixed costs Variable costs CO 2 emissions Definition / parameter values in the model Internal Combustion Engine (ICE), Stirling Engine (StirE), Gas Turbine (GT), Steam Turbine (ST), Steam Engine (SE), Organic Rankine Cycle (ORC), Fuel Cell (FC), Combined Cycle (CC), Photovoltaic (PV), Solar thermal (Sth), Heat Pump (HP) Hot water and heat <100 C (Th1), process heat 100 C-500 C (Th2), process heat 500 C-1000 C (Th3), process heat >100 C (Th4), cold (Cd), electricity-only (Eo) Natural gas (NG), light fuel oil (LFO), hard coal (HC), biogas (BG), wood chips (BMw), pellets (BMp), vegetal oil (BMo), sun (SN), waste heat (Wh) Year of readiness for marketing of each DG technology (2007, 2015, 2025) Minimum and maximum installable capacity of each DG technology Electrical and thermal efficiency of each DG technology Percentage of 8760 hours per year each DG technology can operate Maximum number of hours each DG technology Investment costs and costs for installation of a DG unit per kw Cost for operation and maintenance excluding fuel cost per kwh Amount of carbon dioxide emitted per kwh electricity produced 16

17 KWK Beispielsrechnung Beispiel: Vergleich der Entwicklung der Net Present Costs für eine DE- Lösung im Jahre 2007 für ein Krankenhaus mit ca. 250 Beschäftigten Example: Comparison of the Net Present Costs development for DG-Solutions available in 2007 for the Tertiary Sector i.e. Public Health, employees, Thermal Demand = C in NPC REF NPC Internal Combustion Engine - Natural Gas NPC Internal Combustion Engine - Light Fuel Oil

18 : thermisches DE Potenzial - Industrie 18 in TWhth Food Pulp and Paper Basics chemical Other chemical Glass, Ceramics, Steel n-f metals Machine building Vehicle industry Other industries Total thermal demand Thermal production

19 Industrie gesamt KWK/KWKK* Potential Wärme Potential Strom/Kälte Potential TWhth objects MWe Total thermal demand Thermal production # objects Total installed capacity Cold Total installed capacity CHP Höchstes Potential: Zellstoff- und Papierindustrie (~90%) Grundstoff-Chemie (~80%) 2005 installiert: 11.7GWe * Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) 19

20 Gesamtergebnis TWhth Total thermal demand Thermal DG potential DG potential electricity production - TWhe CHP/CCHP on-site CHP/CCHP fed-in PV fed-in Thermal DG potential - TWhth (617 TWhe Bedarfs) 23% des deutschen Strombedarfs mit DE möglich residential industry tertiary 20

21 Zusammenfassung In der DE-roadmap Studie, bleibt die Industrie der Sektor mit dem größten Potential in 2007 und 2015 Die Entscheidungsfindung in der Industrie und dem GHD ist i.a. zielstrebiger Industrielle KWK-Anlagen sind meist ökonomischer, da ein permanenter Bedarf an Prozesswärme, hohe Nutzungsstunden und geringe Kapitalkosten pro kwh existieren. 21

22 Fragen? Christoph Konrad European Institute for Energy Research (EIFER) Emmy-Noether-Str. 11, Karlsruhe