Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung die stromerzeugende Heizung für Zuhause

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Lars Weber
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1 Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung die stromerzeugende Heizung für Zuhause, Institut für Elektrische Energietechnik Ratingen, 11. & 12. September 2010

2 Gliederung Anlagenbeispiele für Mikro-KWK Betriebsarten und Auslegung der Kraft-Wärme-Kopplung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Effizienz und Ökologie Zusammenfassung & Ausblick Institut für Elektrische Energietechnik 2

Was sind Mikro-KWK-Anlagen? Kleine KWK-Aggregate, die Gebäude direkt mit Wärme und Strom versorgen, sind meist gebäudeintegriert Kein Fernwärmenetz nötig, ggf.

3 Was sind Mikro-KWK-Anlagen? Kleine KWK-Aggregate, die Gebäude direkt mit Wärme und Strom versorgen, sind meist gebäudeintegriert Kein Fernwärmenetz nötig, ggf. Nahwärmeverteilung Mikro-KWK bis 15 kw, Mini-KWK bis 50 kw Mikro- und Mini-KWK-Techniken Verbrennungsmotor Stirling-Motor Dampfmotor Mikro-Turbine Brennstoffzelle [B.KWK] Institut für Elektrische Energietechnik 3

[Vaillant / Power Plus] 5,5 kw el + 12,5

4 Beispiele für μkwk I Mini-BHKW (Erdgasmotoren) Honda Ecowill: 1kW el + 2,8 kw th [Honda] Ecopower: 1,3-4,7 kw el ,5 kw th Senertec Dachs: [Vaillant / Power Plus] 5,5 kw el + 12,5 kw th [senertec] Institut für Elektrische Energietechnik 4

th Bosch Thermotechnik: 0,3-1 kw el + 3-29

5 Beispiele für μkwk II Stirling-Motoren (Erdgas oder Holz) Wispergen: 1kW el kw th [Whispergen] Microgen-Konsortium: 0,4-1kW el kw th Bosch Thermotechnik: 0,3-1 kw el kw th [microgen] [Buderus] Institut für Elektrische Energietechnik 5

6 Beispiele für μkwk III weitere Stirlingentwicklungen: SEM, SPM, enatec Dampfmaschinen (Erdgas oder Holz) [Stirling Energy Modul] [Stirling Power Module / KWB] Otag lion: 0,2-2,2 kw el + 2,5-16 kw th [enatec] Enginion steamcell: (Insolvenz Nov 2005) [Enginion] [Otag Lion] Institut für Elektrische Energietechnik 6

7 Beispiele für μkwk IV Brennstoffzellen (PEM oder SOFC) Hexis: 1 kw el + 2,5 kw th [baxi innotech] Baxi innotech: [Hexis] 1,5 kw el + 3 kw th Ceramic Fuel Cells: 0-2 kw el + 0,3-1 kw th [CFC BlueGEN] Institut für Elektrische Energietechnik 7

8 Gliederung Anlagenbeispiele für Mikro-KWK Betriebsarten und Auslegung der Kraft-Wärme-Kopplung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Effizienz und Ökologie Zusammenfassung & Ausblick Institut für Elektrische Energietechnik 8

9 KWK-Betriebsarten Wärmeführung KWK-Anlage folgt mit der Wärmeerzeugung dem lokalen Wärmebedarf Stromführung KWK-Anlage folgt mit der Stromerzeugung dem lokalen Strombedarf (meist wärmegedeckelt) Netzführung KWK-Anlage folgt mit der Stromerzeugung dem regionalen Strombedarf (meist wärmegedeckelt) Institut für Elektrische Energietechnik 9

10 Wärmespeicher als Schalter Wärmegeführter Betrieb, ggf. stromoptimiert Speicher wird voll: BHKW aus Speicher wird leer: BHKW an Grundlast Zusatzbrenner Speicher ist ganz leer: BHKW + Zusatzbrenner an Heizkreislauf Warmwasser Der Speicher minimiert das Takten und dient zur zeitlichen Entkopplung von Strom- und Wärmebereitstellung. Institut für Elektrische Energietechnik 10

⅔ der Jahresarbeit [www.nahwaerme-forum.

11 Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs Dimensionierung auf ⅓ der Spitzenlast ca. ⅔ der Jahresarbeit [ Institut für Elektrische Energietechnik 11

12 Beispiel für einen Stromlastgang im Einfamilienhaus [Friedrich Balck] Institut für Elektrische Energietechnik 12

13 Gliederung Anlagenbeispiele für Mikro-KWK Betriebsarten und Auslegung der Kraft-Wärme-Kopplung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Effizienz und Ökologie Zusammenfassung & Ausblick Institut für Elektrische Energietechnik 13

14 Effiziente Verstromung von Erdgas im Mini-BHKW Differentieller Wirkungsgrad ~ 90%, d.h. Variable Stromerzeugungskosten = ~Gaspreis + Wartung (= ~10 ct/kwh) (1) 150 kwhbs 45 kwhel 90 kwhth (2) 100 kwhbs 90 kwhth Institut für Elektrische Energietechnik 14

15 Einnahmen durch Mikro-KWK-Anlagen Erzeugte Wärme wird bewertet wie die Wärme aus dem Referenzkessel Gutschrift der Energiesteuer auf den Brennstoff 0,55 ct/kwh Über die Stromnutzung wird ein Überschuss generiert - Wert des Stroms bei Einspeisung Üblicher Preis (EEX baseload): 4-7 ct/kwh + vermiedene Netznutzung: 0,5-2 ct/kwh - Wert des Stroms bei Selbstnutzung Vermiedener Strombezug aus dem Netz ~20 ct/kwh Stromgeführter, wärmegedeckelter Betrieb ist wirtschaftlicher Modulierende Geräte haben einen Vorteil: Strom dann erzeugen wenn er benötigt wird und Wärme zwischenspeichern Zusätzlich KWK-Zuschlag nach KWK-Gesetz 5,11 ct/kwh Institut für Elektrische Energietechnik 15

16 Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2009 Laufzeit: Ziel ist 25% KWK-Stromanteil bis 2020 ( 1 KWK-G) KWK-Zuschlag auf die gesamte Stromerzeugung der Anlage (bisher wurde nur der eingespeiste Strom gefördert) Zuschlagshöhe für Mini-BHKWs bis 50 kw: 5,11 ct/kwh Geförderte Betriebsdauer: 10 Jahre (bis 50 kw) Entspricht bei 4000 Vbh/a einer kumulierten Förderung von ~2.000 /kw Anspruch auf einen abrechnungsrelevanten Zählpunkt (Summenzähler) nach 4 (3b) KWK-G Institut für Elektrische Energietechnik 16

17 Gliederung Anlagenbeispiele für Mikro-KWK Betriebsarten und Auslegung der Kraft-Wärme-Kopplung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Effizienz und Ökologie Zusammenfassung & Ausblick Institut für Elektrische Energietechnik 17

18 Verbesserung der Gebäudeenergieeffizienz geordnet nach absteigender Rendite: 1. Verringerung der Lüftungsverluste 2. Modernisierung des Heizungssystems Brennwerttechnik f PE, Wärmevers. = 1,1 Fernwärme f PE, Wärmevers. = 0,7 Mini-BHKW f PE, Wärmevers. = 0,5-0,6 3. Dämmung der Gebäudehülle 4. Einbau einer Wärmeschutzverglasung 5. Aktive Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung Institut für Elektrische Energietechnik 18

19 Ökologie μkwk - Heiztechnik der Zukunft Einsparpotential von 20-30% Primärenergie und CO2 im Gebäudebestand Kein Wärmenetz notwendig, d.h. kein Warten auf den Ausbau des Fernwärmenetzes zur KWK-Nutzung Gilt als Ersatzmaßnahme im Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz Netzführung vermeidet in Szenarien mit hoher PV-Einspeisung eine Überlastung des Niederspannungsnetzes Intelligenter Betrieb von kleinen Blockheizkraftwerken hilft bei der Integration erneuerbarer Energien Institut für Elektrische Energietechnik 19

20 Gliederung Anlagenbeispiele für Mikro-KWK Betriebsarten und Auslegung der Kraft-Wärme-Kopplung Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Effizienz und Ökologie Zusammenfassung & Ausblick Institut für Elektrische Energietechnik 20

21 Zusammenfassung Techniken im Mini-KWK-Sektor sind erprobt, weitere Anbieter bereiten Markteinführungsphase vor Im Mehrfamilienhaus geringere spezifische Anlagenkosten, aber höhere Transaktionskosten zur gemeinschaftlichen Stromnutzung Hoher Anreiz von 8-10 ct/kwh sowohl bei KWK als auch PV, die Rückspeisung zu minimieren und den Eigenstromanteil zu erhöhen Hocheffizientes Heizungssystem zur Senkung des Primärenergiebedarfs (EnEV) Institut für Elektrische Energietechnik 21

22 Ausblick: Schwarmintelligenz im KWK-Cluster Kleine KWK-Anlagen im selbstorganisierenden Schwarm Ausregelung der Schwankungen von Sonnen- und Windenergie Institut für Elektrische Energietechnik 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Tel Institut für Elektrische Energietechnik 23

24 Backup Institut für Elektrische Energietechnik 24

25 Eigenstromnutzung im Mehrfamilienhaus Bilanzielle Verrechnung über Unterzähler nach [BMU & IZES 2008] Institut für Elektrische Energietechnik 25

26 Gemeinsamer Summenzähler im Mehrfamilienhaus Zulässigkeit eines Summenzählers einer Hausgemeinschaft als abrechnungsrelevanter Zählpunkt Regelung steht explizit im neuen KWK-G 4 (3b) Keine gefangenen Kunden statthaft, aber auch Kein Umklemmen bei Versorgung durch Dritte notwendig, bilanzielle Durchleitung und Erfassung über Unterzähler Erhöht den Anteil des selbstgenutzten Strom aus Eigenstromanlagen Institut für Elektrische Energietechnik 26

27 Kumulierte KWK-Zuschläge für BHKW bis 600 kw KWK-Zuschlag * Bh [KWK-G 2008] spezifische BHKW-Modul-Preise [ASUE 2005] Zuschlagssumme liegt in der Größenordnung des Investitionsbedarfs Zinseffekte und Preissteigerung vernachlässigt Wesentliche Verbesserung im Intervall [50; 200] kw Institut für Elektrische Energietechnik 27

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