Mikro-KWK-Heizgeräte Eine Technik in der Markteinführung. 29. November 2011, Mönchengladbach Heinz-Dieter Corsten

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1 Mikro-KWK-Heizgeräte Eine Technik in der Markteinführung 29. November 2011, Mönchengladbach Heinz-Dieter Corsten

2 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

3 Heizungsmarkt Heizungen im Bestand zu 75 % nicht Stand der Technik Biomasse Kessel 0,7 Wärmepumpen 0,3 Angabe in Mio. Anlagen Gas-Kessel 7,6 Öl-Kessel 5,7 Nicht Stand der Technik Öl-Brennwertkessel 0,2 Gas- Brennwertkessel 3,3 Summe ca. 17,8 Mio. davon 18,5 % Anteil Gas Brennwertkessel 8350/00kos Quelle: ZIV 2009

4 Innovationsschritte für mehr Klimaschutz Mehr Effizienz und Klimaschutz Mikro-KWK Brennstoffzelle Brennwerttechnik & Solar Gaswärmepumpe 6220/04 Bisher Heute Morgen

5 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

6 Definition unterschiedlicher KWK-Anlagen Mikro-KWK: Anlagen, die als stromerzeugende Heizung im Austausch einen alten Kessel in Einfamilienhäusern ersetzen können. Installation durch SHK-Handwerk. Leistungsgröße bis ca. 3 kw el Mini-KWK: Anlagen für Mehrfamilienhäuser und kleinen Gewerbeobjekte. Installation durch Handwerk und/oder Planer als Teil einer Gesamtlösung. Leistungsgröße bis ca. 50 kw el BHKW-KWK: Energieversorgung von größeren Objekten und Nahwärmesystemen. Installation durch Fachplaner als Teil einer Gesamtlösung. Leistungsgröße kw el 5496/02

7 Elektrischer Wirkungsgrad von KWK-Technologien auf Erdgasbasis 70 SOFC/GT 60 elektrischer Wirkungsgrad [%] Stirlingmotor HT-Brennstoffzelle 1) NT-Brennstoffzelle 2) Gasmotoren dezentrale KWK Gasturbinen reine Stromerzeugung GuD Kraftwerke 4087/ kw 10 kw 1 ) Hochtemperaturbrennstoffzelle 2 ) Niedertemperaturbrennstoffzelle 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW elektrische Leistung 1 GW

8 Mikro-KWK Anlagen sind stromerzeugende Heizungen Begriffsbestimmung: Mikro-KWK-Systeme sind Stromerzeugende Heizungen, d. h. Heizungssysteme, die mittels Kraft- Wärme-Kopplung zusätzlich Strom erzeugen Zielsegment: primär Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser in der Leistungsklasse bis ca. 3 kw el Marktrahmen: - Produkt-Massenmarkt der Heizkessel 6012/01 Bildquelle: ASUE Speicher Erdgas Strom Mikro-KWK Heizgerät - Installation durch das SHK-Handwerk im Bestand durch Austausch von alten Kesseln oder im Neubau

9 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

10 Mikro-KWK: Systemaufbau Luft Abgas ~1 kw el P el Stirling-Motor, Otto-Motor, Dampf- Maschine, Zusatz- Brenner Turbine 2-7 kw th + Zusatzbrenner T Rück oder Brennstoff-Zelle Wärme- Tauscher Kondenswasser Heizungs- System T vor P th Gas 8326/00

11 Mikro-KWK Systeme relevante Technologien für den deutschen Markt in 2011 Otto-Motor Prinzip: Interne Verbrennung Maßgebliche Entwicklungen: - Vaillant ecopower kwel - Kirsch L kwel Stirling-Motor Ventil Zündkerze Benzin-Luft- Gemisch ansaugen Benzin-Luft- Gemisch verdichten explosive Verbrennung 1. Takt 2. Takt 3. Takt 4. Takt Kurbelwelle Heiße Abgase werden ausgestoßen Wärme Kraft Prinzip: externe Verbrennung Maßgebliche Entwicklungen: - Microgen 1 kw el Arbeitskolben Kraft Wärmeabfuhr Wärmezufuhr Verdrängerkolben mit Regenerator - Infinia/Enatec 1 kw el - WhisperGen 1 kw el Wärme 4167/02

12 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über aktuelle Entwicklungen Otto-Motor Infinia/Enatec Stirling-Motor Vaillant Kirsch BT/ Buderus BT/Junkers Ariston/elco WhisperGen Stirling Microgen Stirling-Motor 6157/01 ehe 2G-home, Sanevo Viessmann Brötje Remeha Senertec Vaillant Bei den aktuellen Entwicklungen einiger Stirling-Systemen Kerntechnologien die von verschiedenen Heizgeräteherstellern in deren entsprechende Systemlandschaft integriert werden.

13 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

14 Energieeffizienz durch KWK

15 Primärenergie- und CO 2 -Einsparungen (EFH im Bestand) gegen Kraftwerksmix und BWK 100 % BWK + Strombezug aus dem Netz Stirling KWK BZ- KWK BWK + Strombezug aus dem Netz Stirling KWK BZ- KWK 226 g CO 2 /kwh Gas Brennwert Eta BWK = 95 % Eta mkwk Stirling = 95 % Eta mkwk BZ = 89 % 573 g CO 2 /kwh Strommix nach gemis 4.6 (2010) Primärenergie-Einsparung CO 2 -Einsparung 6108/01

16 Primärenergie- und CO 2 -Einsparungen (EFH im Bestand) gegen GUD und BWK g CO 2 /kwh Erdgas Eta BWK = 95 % Eta mkwk Stirling = 95 % Eta mkwk BZ = 89 % % BWK + Strombezug aus dem Netz Stirling KWK BZ- KWK BWK + Strombezug aus dem Netz Stirling KWK BZ- KWK 366 g CO 2 /kwh Strom Eta GUD = 60 % 50 Primärenergie-Einsparung CO 2 -Einsparung 6109/00

17 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

18 erdgas.on Initiative für Innovation und Klimaschutz erdgas.on Mikro-KWK user group E.ON Ruhrgas Förderprogramm Kooperation ZVSHK Energieausweis Heizungscheck KWK-Lehrgang 6035/01

19 Brennstoffzellen und KWK Labor- und Feldtest der E.ON Ruhrgas AG PAFC MCFC zukünftige Aktivitäten Weitere Prüfstands- / Feldtest z.b. im Rahmen des NIP PEM SOFC Stirlingmotoren Gasmotoren 3409/

20 Dreistufiger Ansatz zu Innovationsunterstützung der Mikro-KWK-Heizgeräte Labortests bei E.ON Ruhrgas Feldtests bei EVUs wenig Geräte mit ausführlicher Messtechnik Markterprobung bei EVUs viele Geräte mit Messtechnik Smart Meter Laborergebnisse soweit möglich Verfügbarkeit, Effizienz, Betriebserfahrungen Betriebserfahrungen user group E.ON Ruhrgas + Kunden

21 Mikro-KWK user group im Überblick Mikro-KWK user group Kooperation mit Stadtwerks- und Herstellerpartnern User Group Mikro-KWK: Groß angelegte Feld- und Demotests von Mikro-KWK- Anlagen Zielsetzung: Erfahrungsaustausch z.b. über Entwicklungsstand und Betrieb der Mikro-KWK-Anlagen Der user group sind verschiedene Labor- und Feldtests mit Mikro-KWK- Anlagen vorangegangen 57 Kunden der ERG (Stadtwerke und E.ON Vertriebsgesellschaften) beteiligt Alle großen Hersteller bei der user group eingebunden 8320/01 Innerhalb von drei Jahren sollen mehr als 200 Mikro-KWKs von E.ON und seinen Partnern in Einfamilienhäusern in der Praxis getestet werden

22 Qualifizierung SHK-Handwerk Arbeitskreis Kraft-Wärme-Kopplung (gegründet November 2009) SHK-Handwerk Gaswirtschaft Hersteller Weitere Infos:

23 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

24 Mikro-KWK user group Status Gerätetest Otto WhisperGen Microgen-Stirling Infinia/ Enatec-Stirling Otto Hersteller Vaillant/ Honda ehe (2G Home) Brötje (BAXI) Remeha Senertec Vaillant Stirling Viessmann BT Buderus Junkers Elco Kirsch Labortest abgeschlossen abgeschlossen abgeschlossen abgeschlossen abgeschlossen in Vorbereitung abgeschlossen abgeschlossen siehe BT läuft Feldtest läuft läuft läuft läuft läuft geplant läuft läuft läuft Demo läuft läuft geplant läuft läuft geplant geplant - - läuft - Stand: Oktober /02

25 Mikro-KWK user group Feldtestobjekte 8502/00

26 Mikro-KWK user group Feldtestobjekte 8503/00

27 Mikro-KWK user group Feldtestobjekte 8504/00

28 Mikro-KWK user group Feldtestobjekte 8505/00

29 Übersicht Flottenergebnisse Erkenntnisse aus dem Feldtest: Kinderkrankheiten bei den Prototypen wurden erkannt und an die Hersteller zurückgespiegelt. Fehlerrate sinkt bei Geräten neuerer Generation Legende: mkwk spezifisch z.t. sind deutliche Effizienzsteigerungen bei jeder neuen Gerätegenerationen zu sehen. Heizungskomponenten 45 Anlagen Inbetriebnahmedaten vom bis Feldtestmonate mit insgesamt 30 Reparaturen Ø 0,8-Reparaturen je Betriebsjahr der Prototypen Betriebsstunden und kwh erzeugte elektrische Energie

30 Feldtesterfahrungen zum Nettostromertrag Die elektrischen Leistungen der Feldtest M-KWKs liegt im Jahresmittel < 1kW durch taktendes Verhalten der Geräte und Bedarfsdeckung von mkwk spezifischen Verbrauchern Die M-KWK user group zeigt, dass mit verbesserten Systemlösungen (optimierte Regelung mit angepasstem Speicher) und energieeffizienten peripheren Verbrauchern (z.b. Hocheffizienzpumpen) die durchschnittlich zu erwartende Leistung deutlich gesteigert werden kann. Leistung in kw Anlaufverhalten eines Stirling ~35min bis P th_nenn ~12min bis P el_nenn : :07 12:14 12:21 12:28 12:36 12:43 Zeitraum P El Q Therm Q Gas

31 Kernergebnisse aus der Mikro-KWK user group Labortests im Technologiecenter der E.ON Ruhrgas bestätigen im Grundsatz die Wirkungsgradziele der Hersteller Die Feldtests demonstrieren die generelle Praxistauglichkeit der Geräte Die realen Nutzungsgrade werden durch viele Faktoren beeinflusst und können von Laborwerten abweichen (z. B. Einbindung, Nutzerverhalten,...) Hydraulischer Abgleich erforderlich/hydraulische Trennung empfehlenswert Maßnahmen zur Körperschallvermeidung sollten getroffen werden Optimierungsbedarf bei Anlagenregelung, Speicherauslegung, Fahrweise der Speicher etc. Verbesserungspotenziale beim Installationsaufwand (z. Zt. teilweise noch sehr hoch) 8373/00

32 Stromverbrauch am Gesamtenergiebedarf [kwh el /kwh th ] Einsatzmöglichkeiten Mikro-KWK-Heizgeräte 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Mikro-KWK morgen: kleine therm. Leistung, hohes η el z.b. Brennstoffzelle Stromkennzahl Mikro-KWK heute: stromerzeugende Heizung z.b. Stirling Passivhaus derzeitiger Baustandard Altbau Raumheizung 50 kwh/(a m²) 220 kwh/(a m²) Warmwasser 12,5 kwh/(a m²) Strombedarf 29,5 kwh/(a m²) Gesamtwärmebedarf (Raumheizung + Warmwasser) [kwh/(a m²)]

33 Übersicht Aktueller Stand der Technik - Definition der Mikro-KWK - Mikro-KWK Technologien im Überblick - Effizienz und CO 2 -Einsparung E.ON Ruhrgas Unterstützung bei der Markteinführung Installations- und Betriebserfahrungen Marktreife

34 Mikro-KWK Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland 2011 seit Herbst 2010 lieferbar lieferbar ab Herbst 2011 Remeha lieferbar ab Juni 2011 WhisperGen Brötje Kirsch 8339/02 Vaillant ecopower 1.0 Viessmann SENERTEC

35 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland 2011 microbhkw L 4.12 Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. 12 KW Leistung elektr. 4 KW Normnutzungsgrad > 92 % Höhe Breite mm 675 mm Tiefe 790 mm Montagegewicht 200 kg Lieferfähigkeit vorauss. ab Herbst /01

36 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland Remeha evita Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. Leistung elektr. Höhe Breite Tiefe Montagegewicht 3,8 bis 26,3 KW 1 KW 910 mm 490 mm 471 mm 110 kg Lieferfähigkeit Herbst /00

37 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland WisperGen Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. 7,5 bis 14,5 KW Leistung elektr. 1 KW Normnutzungsgrad > 90 % Höhe Breite 838 mm 491 mm Tiefe 563mm Montagegewicht 42 kg Lieferfähigkeit Herbst /00

38 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland 2011 Vaillant Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. 2,5 KW (Zusatzheizgerät 28 kw) Normnutzungsgrad > 90 % Leistung elektr. 1 KW Höhe mm Breite mm Tiefe 320 mm Montagegewicht 100 kg Lieferfähigkeit Juni /00

39 Vaillant Mikro-KWK Heizgerät ecopower 1.0 Gas-Brennwertgerät Multi-Funktionsspeicher 300 l Mikro-KWK Wärmeauskopplungsmodul 8390/00

40 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland 2011 Viessmann Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. 26 KW Leistung elektr. 1 KW Normnutzungsgrad > 92 % Höhe Breite 900 mm 480 mm Tiefe 480 mm Montagegewicht ca. 100 kg Lieferfähigkeit Herbst /00Kr

41 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland 2011 Dachs Stirling SE Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. (Zusatzheizger. 18 KW) 6,1 KW Leistung elektr. 1 KW Normnutzungsgrad > 92 % Pufferspeicher 530 l Höhe Breite mm 860 mm Tiefe mm Montagegewicht 350 kg Lieferfähigkeit Herbst /00

42 Mikro-KWK Heizgeräte Übersicht über lieferfähige Geräte in Deutschland Brötje Techn. Daten Nennwärmeleistung therm. Leistung elektr. Höhe Breite Tiefe Montagegewicht 24 KW 1 KW 950 mm 450 mm 790 mm 110 kg Lieferfähigkeit Herbst /00

43 Systemvergleich mit Vollkosten Beispiel: Wärmebedarf kwh/a, Strombedarf kwh/a Mikro-KWK EWP Pellet GBWK GBWK + (Stirling) (L-W WP) solare TWE Investitionskosten [ ] Kapitalgeb. Kosten* [ /a] Verbrauchsgeb. Kosten [ /a] Betriebsgeb. Kosten [ /a] Vollkosten [ /a] Fazit: Der Gas-Brennwertkessel hat die geringsten Vollkosten. Die Vollkosten der Mikro-KWK- Anlage und der Elektro-Wärmepumpe (Luft-Wasser) sind unter den getroffenen Annahmen vergleichbar und haben gegenüber dem Pelletkessel einen Kostenvorteil von /a. * inkl. BAFA-Förderung (Investitionszuschuss von >1.000 für EWP und für Pelletkessel)

44 Fazit Systeme werden komplexer Investitionen werden höher aber mit vorhandener und neuer Erdgastechnik - wirtschaftliche Lösung zur Einhaltung der Gesetze - Primärenergieeinsparung - CO 2 -Einsparung - Energiekosteneinsparung Interesse der Endverbraucher wächst SHK-Handwerk sieht neue Geschäftsfelder Energiewirtschaft unterstützt die Markteinführung Neue Erdgastechnologien steigern die Energieeffizienz und sind eine ideale Ergänzung zur regenerativen Energie 6160/00_kos

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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