Ökobilanzen, kleine KWK-Anlagen, alternative Technologien für Städte und Kommunen Dipl.-Ing. Eva Marie Kurscheid TU Chemnitz
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1 Ökobilanzen, kleine KWK-Anlagen, alternative Technologien für Städte und Kommunen Dipl.-Ing. Eva Marie Kurscheid TU Chemnitz Professur Energie- und Hochspannungstechnik Tagung die energieoptimierte Stadt Cottbus,
2 Gliederung Einleitung Methode der Ökobilanzierung Inhalt des KWK-Gesetzes Stand der Technik kleiner KWK-Anlagen Idee eines virtuellen Minutenreserve-Kraftwerks Betriebsoptionen Ökonomische Bewertung Ökologische Bewertung Zusammenfassung Professur Energie- und Hochspannungstechnik 2
3 Einleitung Wachsender Bedarf an Elektroenergie erwartet Wachsendes Umweltbewusstsein erwartet Zukünftige Stromversorgung aus erneuerbaren Quellen Erneuerbare Energien nur stochastisch schwankend verfügbar Bedarf an zusätzlicher Speicherkapazität und / oder Regelenergie Bewertung aller Zukunftsoptionen aus wirtschaftlicher, technischer und ökologischer Sicht. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 3
4 Ökobilanzierung - Life cycle assessment (LCA) Sachbilanz ISO Datenbank Basis: ISO Material- und Energieflüsse Bilanzierung der gewichteten Stoff- und Energieflüsse (LCA) ISO Stoff- und Energie- Äquivalente, (noch) nicht genormt Ergebnis der Ökobilanz: Indexzahl der unerwünschten Umweltauswirkungen jeder Technologie gemessen in g pro kwh erwünschter Elektroenergie. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 4
5 Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWKG) seit in Kraft Abnahmegarantie zu gesetzlich festgelegtem Preis für zu beliebigen Zeitpunkten eingespeisten Strom aus dezentralen KWK-Anlagen, sofern nicht EEG-vergütet. Max. elektrische Leistung pro Anlage: 2 MW Förderungswürdig sind alle bekannten Technologien, bei denen Strom und Abwärme genutzt werden. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 5
6 Klein-KWK-Anlagen Gleichzeitige Nutzung von Strom und Abwärme (Kraft-Wärme-Kopplung, kurz KWK) Wetter- und standortunabhängige Stromproduktion Verbrauchernahe Stromerzeugung Typen: Motor-BHKW Mikro-Gasturbine Brennstoffzellen-BHKW (Stirling-Motoren) (Organic-Ranking-Cycle (ORC)) Professur Energie- und Hochspannungstechnik 6
7 Mini-Motor-BHKW Hersteller: KraftWerK GmbH El. Leistung: 5 bis 34 kw Therm. Leistung: 30 bis 78 kw Stromkennzahl: 0,41 Brennstoff: Erd-, Gruben-, Klär-, Flüssig- oder Biogas Elektr. Wirkungsgrad 32 % Systemwirkungsgrad 95 % dp/dt maximal 0,2 kw/s CO 2 -Äquivalent: 534 g / kwh Quelle: KraftWerK GmbH, Vorne rechts: BHKW Mephisto, 5-14 kw Professur Energie- und Hochspannungstechnik 7
8 Mikrogasturbinen-BHKW Hersteller Capstone, Typ C30 El. Leistung: 30 kw Therm. Leistung: 85 kw Stromkennzahl: 0,35 Brennstoff: Erd-, Gruben-, Klär-, Flüssig- oder Biogas El. Wirkungsgrad ca. 25 % Systemwirkungsgrad 80 % Maße C30: 1,9 m x 0,7 m x 1,5 m CO 2 -Äquivalent ca. 551 g / kwh (GuD) Quelle: Professur Energie- und Hochspannungstechnik 8
9 Brennstoffzellen-BHKW Typen: PAFC PEM SOFC MCFC Systemwirkungsgrad 80 %, elektr. bis 46 % Stromkennzahl: 0,85 CO 2 -Äquivalent: g / kwh (Erdgasbetrieb) 245 KW-MCFC-BZ HotModule, Quelle: MTU Professur Energie- und Hochspannungstechnik 9
10 Idee eines virtuellen Minutenreserve-Kraftwerks Städte / Kommunen installieren als Contractor dezentrale KWK- Anlagen in Privathäusern und bieten Minutenreserve an. Klein-KWK-Anlagen als Motor-BHKW technisch relativ ausgereift sicher über Modem steuerbar serienmäßig lieferbar. Gemeinsame öffentliche Ausschreibung der ÜNB für MR- Vorhaltung über Internetplattform etabliert. Verwendung größerer Wärmespeicher akzeptiert. MRKW aus ca. 330 Motor-BHKW á 50 kw elektr. Leistung Mikrogasturbinen wegen geringen elektrischen Wirkungsgrades nicht geeignet. Brennstoffzellen wegen Zuverlässigkeit und Kaltstartzeit (noch) nicht geeignet. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 10
11 Aufbau der Einzeleinheiten des Minutenreserve- Kraftwerks in Wohngebäuden Wärmespeicher (Wassertank) Strom Erdgas BHKW El. Leistung kw Regler Wärmeenergie nach Bedarf Konv. Heizkessel Wärme Professur Energie- und Hochspannungstechnik 11
12 Betriebsoptionen für virtuelles Minutenreserve-KW aus dez. Klein-KWK-Anlagen in Altbau-MFH Anlagentyp Fahrplan Einzelnes BHKW BHKW mit mittelgroßem Wärmespeicher BHKW mit Zusatz- Heizkessel und Wärmespeicher Wärmegeführt nach KWK-G Ganzjährig ohne Einschränkung Wärmespeicher überflüssig Wärmespeicher und Zusatzkessel überflüssig Stromgeführt für optim. EM des EVU Deckung des Wärmebedarfs erforderlich Ganzjährig ohne Einschränkung Zusatzkessel überflüssig Stromgeführt als Teil eines virt. MR-KW Deckung des Wärmebedarfs erforderlich Deckung des Wärmebedarfs erforderlich Ganzjährig ohne Einschränkung Professur Energie- und Hochspannungstechnik 12
13 Eingesetzte Minutenreserve im Jahr 2006 in BRD MR-Bedarf stochastisch schwankend! MR in MWh Datum RWE EON VE EnBW Technisch anfallende Abwärmemenge ergibt sich aus Häufigkeit der MR-Abrufe und Stromkennzahl. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 13
14 Wärmebedarf eines Mehrfamilienhauses im Jahr Wärmebedarf in kwh Wärmebedarf jahreszeitabhängig Datum Deckung des Wärmebedarfs im Mehrfamilienhaus durch Abwärme NUR mit Wärmespeicher möglich. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 14
15 Ökonomische Eckdaten des virtuellen MR-KW Verwendung der Referenzgrößen aus Jahr 2007 pro MW: Investitions- und Kapitalkosten (20 Jahre) 2,47 /15min Betriebsgebundene Kosten (Wartung, etc.) 7,10 /15 min Verbrauchsgebundene Kosten (Brennstoff) 15,25 /15min Erlöse pro MW Elektroenergie: Vorhalten positiver Minutenreserve 1,90 /15min Zusatzerlös bei Lieferung pos. MR (Strom) 62,50 /15min Zusatzerlös bei Lieferung pos. MR (Wärme) < 24,00 /15min Betrieb nach KWK-G, Stromerlös, Großanlage 1,40 /15min Betrieb nach KWK-G, Stromerlös, bis 50 kw 12,78 /15min Bei günstigen Bedingungen ist reines MR-KW wirtschaftlich. Nach wirtschaftlichen Aspekten optimierter Fahrplan in Arbeit. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 15
16 Erreichte Wärmenutzungsgrade pro MFH in % Wärmenutzungsgrad in % Ökologisch notwendig mind. 63 % RWE EON Vattenfall EnBW Technisches Ziel: 100 % Wärmenutzung 0 > 50 kwh Speicherkapazität pro MFH in kwh Professur Energie- und Hochspannungstechnik 16
17 Zusammenfassung Beurteilung ökolog. Nachhaltigkeit mittels Ökobilanz. Durch KWK-Gesetz flächendeckende Einführung wärmegeführter dezentraler Klein-KWK-Anlagen. Virtuelles Kraftwerk aus dezentralen KWK-Anlagen mögliche neue Einnahmequelle für Kommunen. Betrieb eines VirtKra zur Lieferung von Minutenreserve, zur Deckung der Spitzenlast lokaler EVU oder wärmegeführt nach KWK-Gesetz möglich. Technische Mindestgröße für MR ist 15 MW sicher verfügbare elektrische Leistung. Bei günstigen Bedingungen bereits heute rentabel. Professur Energie- und Hochspannungstechnik 17
18 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Eva Marie Kurscheid Tel / Professur Energie- und Hochspannungstechnik 18
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