Blockheizkraftwerke Eine ökologische Alternative zu den konventionellen Energieträgern?

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1 1 Tellkampfschule Betriebspraktikum vom Praktikumsbericht Blockheizkraftwerke Eine ökologische Alternative zu den konventionellen Energieträgern? Dargestellt am Beispiel kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH Eingereicht von Vasco Heitefaut Datum: Klasse 10S1 / Tellkampfschule Hannover Praktikumsbetreuer: Bernhard Bock Betrieb: kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH Zur Bettfedernfabrik 1 / Hannover Tätigkeit als: Mechatroniker

2 2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Vorwort Themenfindung 3 2. Hauptteil Der Betrieb kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH Mein Praktikum bei kraftwerk Was ist ein Blockheizkraftwerk (BHKW) allgemein? Vergleich BHKW mit konventionellen Energieträgern Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken KWK-Gesetz Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) Mögliche Maßnahmen zur Optimierung 8 3. Schlussteil Fazit 9 4. Quellenverzeichnis Anhang 10

3 3 1. Einleitung 1.1 Vorwort An dieser Stelle möchte ich mich zunächst bei dem Betrieb kraftwerk Kraft-Wärme- Kopplung GmbH recht herzlich dafür bedanken, dass ich in dem Zeitraum vom bis zum hier mein Betriebspraktikum absolvieren durfte und mir ein Einblick in die Berufswelt gewährt wurde. Insbesondere gilt mein Dank allen Beschäftigten, die mich während meines Praktikums jederzeit unterstützt haben, sodass ich mich einfach in das Berufsleben einfügen konnte. Während dieser Zeit konnte ich viele gute Eindrücke gewinnen, die mir in der Zukunft, für mein späteres Berufsleben wahrscheinlich sehr von Nutzen sein werden. 1.2 Themenfindung Umwelt, Energie und Ökologie spielen in der Politik derzeit eine sehr große Rolle, denn die Sorge um unseren Lebensraum Erde bedarf dringender Handlung. Während meines Praktikums wurde mir bewusst, dass die Produkte von kraftwerk sehr auf den Umweltschutz und die Reduzierung von CO2-Emissionen angepasst werden. Nach meinen ersten Recherchen über Blockheizkraftwerke (BHKWs) in Broschüren, im Internet oder durch Nachfragen bei den Beschäftigten ist mir aufgefallen, dass ein BHKW auf den ersten Blick den konventionellen Energieträgern ähnelt. Doch nach genauerem Recherchieren habe ich wahrgenommen, dass ein BHKW im Vergleich doch sehr unterschiedlich ist und vor allem in ökologischer Hinsicht große Unterschiede auftreten. Daher habe ich mir die Frage gestellt, ob Blockheizkraftwerke eine ökologische Alternative zu den konventionellen Energieträgern (Konzentration liegt auf der Atomkraft und der Kohlekraft) sind.

4 4 2. Hauptteil 2.1 Der Betrieb kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH kraftwerk ist ein Unternehmen mit über 30 Beschäftigten (Stand 2013), welches sich auf dem Faust Gelände in Linden befindet und hochwertige Brennwert-Blockheizkraftwerke (vorwiegend Erdgas als Brennstoff, aber auch Klär,- Flüssig,- und Biogas) für den professionellen Einsatz entwickelt, herstellt und betreut. Das Unternehmen wurde 1996 gegründet und ist zurzeit für mehrere hundert bundesweit laufende Blockheizkraftwerke zuständig. kraftwerk ist einer der aktuellen Marktführer bei BHKWs mit bis zu 34 KW elektrischer Leistung. Hauptsächliche Einsatzgebiete sind Flächen mit einem Jahreswärmebedarf von mindestens Kilowattstunden, wie z.b Wohnanlagen, Seniorenheime, Hotels et cetera. Wir sind gesund gewachsen und wollen das auch weiter so tun. Das ist für unsere Kunden genauso wichtig wie für uns Mein Praktikum bei kraftwerk Die beiden Wochen meines Praktikums vom bis zum verbrachte ich hauptsächlich in der Feinmechaniker Abteilung, wo der größte Teil der Produktion erledigt wird. Ich habe täglich etwa sieben Stunden in der Werkstatt gearbeitet. Die ersten zwei, drei Tage waren reine Arbeit zur Eingewöhnung. Mir wurden die Blockheizkraftwerke sehr gründlich erklärt, ich wurde auf die Sicherheitshinweise aufmerksam gemacht und ich erlernte die Standard Kompetenzen eines Feinmechanikers. Meine wesentliche Aufgabe lag darin, eine Bohrplatte durch praktische Bohrungen und Feilen zu konstruieren. Die darauffolgenden drei Tage waren eher Wiederholung der ersten Tage, nur dass ich selbstständiger arbeiten und immer häufiger auf die Hilfe der Mitarbeiter verzichten sollte. 1

5 Mitte der zweiten Woche durfte ich in die Löt Abteilung wechseln, wo ich ein Kupfer 5 Blech-Draht zu einer dreidimensionalen Pyramide gelötet habe. Zum Abschluss konnte ich an der Produktion der BHKWs teilnehmen, indem ich Metallbleche an den Blockheizkraftwerken angebracht und Edelmetallröhren zurechtgeschnitten und vorbereitet habe. 2.2 Was ist ein Blockheizkraftwerk allgemein? Unter einem Blockheizkraftwerk versteht man eine modulare Anlage, die durch das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen kann und vorzugsweise am Ort des Wärme und Stromverbrauchs betrieben wird. Als Antrieb werden entweder Diesel-, Gas-, oder Heizölmotoren verwendet. Allerdings funktionieren BHKWs auch mit Gasturbinen oder Stirlingmotoren. Je nach Einsatzgebiet können BHKWs in unterschiedlichen Größen gebaut werden. Die üblichen Blockheizkraftwerke haben eine elektrische Leistung zwischen einem kw und 5 MW. Kleine Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 15 kw bezeichnet man als Mikro BHKW, Anlagen mit bis zu 50 kw als Mini BHKW. Das besondere Kennzeichen von Blockheizkraftwerken ist, dass sie gleichzeitig Wärme und Elektrizität erzeugen Vergleich BHKW mit konventionellen Energieträgern In konventionellen Großkraftwerken, wie bei einem Atom,- oder Kohlekraftwerk die zentral sind, wird lediglich elektrische Energie erzeugt. Die dabei entstehende Wärmeenergie kann nicht als Energie genutzt werden und wird wie bei Kohlekraftwerken über Kühltürme gekühlt. Im Gegensatz dazu wird in BHKW-Anlagen mit dem Prinzip der Kraft-Wärme- Kopplung Strom am Ort des Verbrauchs erzeugt (Dezentralität). Angesichts dessen, kann die dabei entstehende Abwärme direkt weiter für Heizung, Warmwasserbereitung etc. genutzt werden. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt bei BHKWs zwischen %. 2 Effektiv und umweltfreundlich heizen Harald Zisler S.12

6 Allerdings wird durch die direkte und ortsnahe Nutzung der Abwärme die eingesetzte 7 Primärenergie bis zu 90 % genutzt, was im Vergleich zu den herkömmlichen Energieträgern mit einem Gesamtwirkungsgrad von ca. 35 % extrem effizient ist. Die Primärenergieeinsparung ist verbunden mit dem Wirkungsgrad, denn Je höher der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerkes ist, desto weniger Brennstoff muss man verbrennen um die gleichen Mengen an Strom zu gewinnen 3. Bei Blockheizkraftwerken liegt daher eine Primärenergieeinsparung von ca. 40 % vor. 4 Dieses effiziente Prinzip (Kraft-Wärme-Kopplung) hilft auch dem Umweltschutz, da die daraus resultierende Brennstoffeinsparung beispielsweise die CO2-Emissionen dezimiert. So liegt z.b bei einem Erdgas-BHKW im Vergleich zu einem Kohlekraftwerk eine CO2- Einsparung bis zu 50 % vor, obwohl bei beiden ein fossiler Brennstoff zur Stromerzeugung verwendet wird. Bei Kohle liegen die CO2-Emissionen zwischen 790 und 1230 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde Strom (kommt je auf Kohletyp an) und bei Erdgas bei ca. 640 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde. 5 Bei den Biogas BHKWs wird die CO d f&cs=A99BFCFA-7DAA-4e7a-8AFD-8E482E58BD03&csid=1020&ch=

7 Emission gering bis minimal und reicht nah an den Nullpunkt heran. Bei Atomkraftwerken 8 gehen die CO2-Emissionen gegen 0. Indessen fallen für die Prozesskette der Stromerzeugung, welches den Bau der Meiler und den Abbau und die Aufbereitung von Uran beinhaltet, bei deutschen AKWs umgerechnet 30 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde Strom an. Zusätzlich zu den CO2-Emissionen eines Atomkraftwerkes gibt es noch das ungelöste Problem des Atommülls, welches bei einem BHKW nicht auftritt. Sämtliche Blockheizkraftwerke zeichnen sich vor allem durch ruhige Laufeigenschaften, eine kompakte Bauweise und einem geringen Platzbedarf für die Anlage aus Wirtschaftlichkeit von Blockheizkraftwerken Vor dem Erwerb wäre es vorteilhaft, genau zu überprüfen, ob sich denn ein Blockheizkraftwerk rentiert. Wirtschaftlich ist in der Regel ein Einsatz in den Objekten, die einen kontinuierlichen Bedarf an Strom und Wärme haben. Die Amortisationszeit eines BHKW ergibt sich aus der Gegenrechnung von vielen Investitionen (also Kaufpreis, Zubehör, Lieferung, Aufstellung, Inbetriebnahme sowie den Wartungskosten) und der jährlichen Kosteneinsparung. Außerdem werden Blockheizkraftwerke auf vielen Ebenen gefördert. Einerseits durch Zuschüsse, kostengünstige Kredite, und andererseits durch Einspeisevergütungen sowie steuerliche Sonderregelungen und verschiedene Gesetze. Hinzu kommt noch die Befreiung von Strom und Energiesteuer KWK-Gesetz Das im Jahr 2002 in Kraft getretene KWK-Gesetz verpflichtet die Betreiber ihre KWK- Anlage (beinhaltet auch BHKWs) an das Netz anzuschließen und nach einem festgelegtem Satz zu vergüten. Die Vergütung setzt sich aus dem durch das KWK-Gesetz beschlossenem Zuschlag (5,11 Cent pro eingespeister Kilowattstunde) und aus einem zwischen Netz und Anlagenbetreiber ausgehandeltem Strompreis zusammen. 6 Vergleich: und und

8 9 Zweck des Gesetzes ist es, im Interesse der Energieeinsparung, des Umweltschutzes [ ] einen Beitrag zur Erhöhung der Stromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung in der Bundesrepublik Deutschland auf 25 Prozent durch die Förderung [ ] von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen [...] zu leisten Erneuerbare-Energien-Gesetz Das Erneuerbare-Energien-Gesetz regelt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien in das öffentliche Stromnetz und verspricht den Stromerzeugern Einspeisevergütungen. Für Besitzer, deren BHKWs durch erneuerbare Energien, wie Pflanzenöl oder Biogas betrieben werden, richtet sich der Vergütungssatz nach dem Jahr der Inbetriebnahme. Für eine z.b 2007 in Betrieb genommene Anlage bekommt der Betreiber pro eingespeister Kilowattstunde 16,99 Cent Mögliche Maßnahmen zur Optimierung Im technischen Bereich gibt es an einem Blockheizkraftwerk nicht mehr viel zu optimieren, weil der Gesamtwirkungsgrad von ca. 90 % schon extrem effizient ist und im Vergleich zur Kohle oder Atomkraft einen großen Vorteil aufweist. Was für die Zukunft eine mögliche 7 Gesetz für die Erhaltung, Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme- Kopplungsgesetz) 1 8 Bild aus: Die neuen Heizsysteme compact Verlag

9 technische Maßnahme zur Optimierung sein könnte, wäre der Einsatz einer Brennstoffzelle, die unmittelbar nach der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff die freigesetzte Energie in Strom umwandelt. Da diese chemische Reaktion exotherm ist und 10 somit unter Abgabe von Wärme abläuft, würde sie wie die Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme mit einem sehr hohen Wirkungsgrad gleichzeitig erzeugen. Jedoch würden dabei keine umweltbelastenden Schadstoffe im Falle der Brennstoffzelle freigesetzt werden. Die Brennstoffzelle ist noch nicht so weit optimiert, dass sie als Alternative zum Verbrennungsmotor bei einem BHKW infrage kommt. Handlungsbedarf besteht indes auf Seiten der Politik. Die Energieproduktion sollte nicht zentralisiert werden, sondern die Dezentralität sollte gefördert werden. 9 Meiner Meinung nach, ist die Entscheidung pro Offshore-Parks in der Nord und Ostsee falsch und ein gutes Beispiel dafür, dass Zentralität kein guter Weg zur neuen Energieversorgung ist. Sollte mal kein Wind auf hoher See herrschen, wie würde dann der Strombedarf gedeckt werden? Ich denke, die Dezentralität ist eine grundlegende Maßnahme, um die Energiewende in die richtigen Wege zu leiten. Eine grundsätzliche Möglichkeit wäre das Virtuelle Kraftwerk. Dieses Kraftwerk koppelt [ ] Blockheizkraftwerke und Wärmepumpen zu einem vernetzten, flexibel regelbaren und zentral (durch eine Leitwarte) gesteuerten Anlagesystem. 10 Das Virtuelle Kraftwerk soll die nicht steuerbaren erneuerbaren Energien wie Solar und Windkraft perfekt ergänzen und somit die heftig geforderte Energiewende vorantreiben. Das entwickelte Kraftwerk kann sowohl während der Wärmeproduktion mit Hilfe der BHKWs Strom erzeugen, als auch durch die Wärmepumpen den möglichen überschüssigen Wind und Solarstrom zu CO2 -freier Wärme umwandeln und speichern. Herrscht kein Wind oder keine Sonne, empfangen die Blockheizkraftwerke ein Signal aus der Leitwarte zur Stromproduktion. Die dabei durch die Kraft-Wärme-Kopplung entstehende Wärme kann abermals für einen späteren Bedarf gespeichert werden. Das Ziel des Virtuellen Kraftwerkes ist die Unabhängigkeit von den konventionellen Energieträgern zu erlangen und die Strom und Wärmeversorgung allein durch diesen Weg zu garantieren. 9 Aus einem Interview mit Jörn Laue, Geschäftsführer von kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH 10

10 3. Schlussteil 3.1 Fazit Abschließend möchte ich die Leitfrage meines Praktikumsberichts Blockheizkraftwerke 11 Eine ökologische Alternative zu den konventionellen Energieträgern? beantworten. Nach meinen Recherchen lautet meine Antwort: Ja. Durch die extrem hohe Energieeffizienz und den sämtlichen ökologischen, aber auch den wirtschaftlichen Vorteilen sind BHKWs ohne Frage eine Alternative zur Kohle und Atomkraft. In Zukunft könnte ich mir auf jeden Fall eine Energieversorgung unabhängig von konventionellen Energieträger vorstellen. Aber bis dahin sollten die Fehler in der Politik korrigiert und das System des Virtuellen Kraftwerkes perfekt optimiert sein. Durch die Brennstoffzelle steht außerdem eine vielleicht in Zukunft aussichtsreiche Option zur ökologischen Perfektion bereit. Allein der Kostenfaktor ist ein Nachteil, der sich aber in Haushalten mit kontinuierlichen Strom und Wärmebedarf nach einer Zeit rentieren wird. 4. Quellenverzeichnis 4.1 Internetquellen > > > > > > > > 870d f&cs=A99BFCFA-7DAA-4e7a-8AFD-8E482E58BD03&csid=1020&ch=4 >

11 > Literaturverzeichnis > Paschen von Flotow, Ulrich Steger, Die Brennstoffzelle Ende des Verbrennungsmotors? > Wolfgang Suttor, Matthias Johler, Dietmar Weisenberger, Das Mini Blockheizkraftwerk 2009 > Solarpraxis, Blockheizkraftwerke Ein Leitfaden für den Anwender 2009 > compact Verlag, Die neuen Heizsysteme 2007 > Harald Zisler, Effektiv und umweltfreundlich heizen Anhang > Tagesberichte > Bewertung des Praktikums