Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner

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1 Werkstattbericht 4 Dezentrale Energieversorgung als Baustein der Energieversorgung von unten InnovationCity Ruhr - Modellstadt Bottrop Werkstattgespräch: Die Energiewende von unten 5. September 2013 Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner

2 Inhalt Herausforderungen der Energiewende Zunehmende Bedeutung und Elemente der dezentralen Energiebereitstellung Eigenschaften und Anforderungen an Mikro-KWK-Anlagen und deren Einbindung in Gebäude und Versorgungsstrukturen Das GWI-Projekt zum KWK-Ausbau in der InnovationCity Ruhr Folie: 2

3 Herausforderungen der Energiewende Folie: 3

4 Speicher Strom- Strom Gas Wärme Gas- Wärme- Folie: 4

5 Megatrends Strom- P2G Strom EE Gas Wärme Gas- Wärme- KWK Folie: 5

6 Zunehmende Bedeutung und Elemente der dezentralen Energiebereitstellung Folie: 6

7 Elektrifizierung des Verkehrs Strom- Strom- Gas- Verkehr Strom Gas Wärme Gas- Wärme- Folie: 7

8 Ausbau der KWK in der Industrie und im Gewerbe Strom- Strom Gas Wärme Gas- Wärme- Industrie Gewerbe Wärme- Folie: 8

9 Dezentralisierung Mikro- und Mini-KWK-Technologie Strom- Strom- Strom Haushalte Wärme- Gas Wärme Gas- Wärme- Folie: 9

10 Eigenschaften und Anforderungen an Mikro-KWK- Anlagen und deren Einbindung in Gebäude und Versorgungsstrukturen Folie: 10

11 Eigenschaften und Anforderungen P el P el P el =0 Kraftwerk Stromerzeugung zentral Q N =0 KWKanlage Q N Stromerzeugung teilweise dezentralisieren Wärmeerzeugung teilweise zentralisieren Haus heizung Wärmeerzeugung dezentral Q N Wohneinheit Folie: 11

12 Eigenschaften und Anforderungen Wechselwirkung Objekt - KWK-Anlage CO 2 Rückkopplung Netze Nutzen versus Komfort: Ist das ein Zielkonflikt in der neuen Hausenergieversorgung? Nutzerverhalten Wie sehen die Energie der Zukunft für einen stromgeführten KWK-Betrieb aus? Gibt es einen universell übertragbaren Ansatz für die energetische Optimierung von Gebäuden: KWK und/oder Dämmung? Dämmzustand Stromanwendungen Ist ein ökologischer auch ein ökonomischer Mehrwert? Quelle: GWI, 2011 Smart Home Elemente KWK- Anlagen Speicher (Größe / Typ) Folie: 12

13 Eigenschaften und Anforderungen Primärenergieeinsparung PEE Technologie Stirlingmotor, Dampfexpansion Ottomotor h th h el h ges 85 % - 90 % 12 % - 16 % 98 % % 60 % - 70 % 22 % - 26 % 87 % - 94 % PEE **) 18 % - 21 % 16 % - 24 % *) Gemäß Prüfpunkt bei maximaler Leistung der KWK- Einheit. **) Primärenergieeinsparung gegenüber getrennter Erzeugung mit GuD-Kraftwerk (52,5 %) und Brennwertgerät (90 %) Brennstoffzelle 25 % - 62 % 30 % - 60 % 83 % - 95 % 17 % - 35 % Quelle: DBI-GTI, DVGW-EBI, GWI 2012, Anonymisierte Ergebnisse Die von den Herstellern angegebenen Effizienzdaten sind in der Regel unter statischen und dynamischen Prüfbedingungen bestätigt worden. Die Primärenergieeinsparung (PEE) wurde nach Richtlinie 2004/8/EWG ermittelt (Jahresmitteltemperatur 8 C und vollständige Stromeinspeisung in das Niederspannungsnetz). Alle untersuchten KWK-Technologien gelten nach der Richtlinie als hocheffizient. Folie: 13

14 Eigenschaften und Anforderungen Ökologische - ökonomische Aspekte Quelle: GWI, 2012 Folie: 14

15 Eigenschaften und Anforderungen Gas-Plus-Technologien Solarthermie + Gasbrennwertkessel Erdgas + Biogas Umweltwärme + Gaswärmepumpe + H 2 (Mikro-)KWK Quelle: DVGW- Innovationsoffensive, 2012 Gasbeschaffenheit Anwendungstechnik Folie: 15

16 Das GWI-Projekt zum KWK-Ausbau in der InnovationCity Ruhr Folie: 16

17 Innovative KWK-Technologie für Bottrop Vom Labor in die Demonstration: KWK-Modellversuch zur CO 2 -Reduktion in der InnovationCity Folie: 17

18 Innovative KWK-Technologie für Bottrop InnovationCity - Ziele Quelle: InnovationCity Ruhr Modellstadt Bottrop, 2013 Reduktion der CO 2 -Emissionen um 50% Folie: 18

19 MIKRO- KWK Innovative KWK-Technologie für Bottrop InnovationCity die Zielebenen MESSBAR: CO 2 -REDUZIERUNG ENERGIE-EINSPARUNG DEZENTR. ENERGIE- BEREITSTELLUNG ELEKTRO-MOBILITÄT VOM LABOR IN DIE DEMONSTRATION: KWK-Modellversuch zur CO 2 -Reduktion in der InnovationCity von der DVGW-Innovationsoffensive in die InnovationCity WOHNUMFELD- VERBESSERUNGEN ADAPTIVE KLIMA- ANPASSUNG FÜHLBAR: LEBENSQUALITÄT Quelle: InnovationCity Ruhr Modellstadt Bottrop, 2013 Folie: 19

20 Innovative KWK-Technologie für Bottrop Untersuchungen von KWK-Systemen im Labor Laborversuche Wirkungsgrad (nach EN 50465) 5 Wirkungsgradpunkte» Kennlinie keine Berücksichtigung eines Puffer- bzw. Kombis Normnutzungsgrad (nach DIN 4709) dynamische Messung über 24h Laborversuch im GWI unter statischen und dynamischen Randbedingungen Erweiterter Laborversuch im GWI- Versuchshaus unter praxisnahen Versuchsbedingungen Puffer und Zusatzkessel werden berücksichtig ZUNEHMENDE MARKTREIFE Folie: 20

21 Innovative KWK-Technologie für Bottrop Einsatz von KWK-Systemen im GWI-Versuchshaus GWI-Versuchshaus Mikro-KWK / Brennstoffzelle Ceramic Fuel Cells Ltd. BlueGen lion-powerblock Viessmann Vitotwin Evita Remeha Vaillant EcoPower 1.0 Laborversuch im GWI unter statischen und dynamischen Randbedingungen Erweiterter Laborversuch im GWI- Versuchshaus unter praxisnahen Versuchsbedingungen Weitere Systeme Vaillant ZeoTherm Brötje ECO ThermPlus + Solar Langzeittests mit Messdatenerfassung ZUNEHMENDE MARKTREIFE Folie: 21

22 TRANSFER Innovative KWK-Technologie für Bottrop Technologietransfer in eine Demophase mit Monitoring-Programm» Laborversuch im GWI unter statischen und dynamischen Randbedingungen Erweiterter Laborversuch im GWI- Versuchshaus unter praxisnahen Versuchsbedingungen» DEMOPHASE ZUNEHMENDE MARKTREIFE Folie: 22

23 Innovative KWK-Technologie für Bottrop Test und Modellierung der Technologie Modellierung des Gesamtsystems Modellierung der Umweltwärmeeinkopplung und Speicher Modellierung von vernetzten Strukturen Modellierung der Objekte, des Klimas und Nutzerverhaltens Blaupause von der Mikro- auf die Makroebene Folie: 23

24 Brennstoffzelle KWK Ottomotor KWK Stirling und Dampf Innovative KWK-Technologie für Bottrop Marktverfügbare Mikro-KWK-Anlagen Dampfexpansions-Systeme Otag / lion energy Lion Powerblock Stirling-Systeme Viessmann Vitotwin 300-W DeDietrich Remeha evita 25s SenerTec Dachs Stirling SE 2G Home GmbH WhisperGen Gasmotorische Systeme Vaillant ecopower Kirsch µbhkw L 4.12 Brennstoffzellen-Systeme Baxi-Innotech Gamma 1.0 Hexis Galileo 1000N CFCL BlueGen RBZ inhouse5000 Quelle: GWI, Hersteller, 2011 Folie: 24

25 Innovative KWK-Technologie für Bottrop Die Zukunft beginnt heute Quelle: Folie: 25

26 Zusammenfassung Folie: 26

27 Zusammenfassung Gasgeräte für die häusliche Wärmeversorgung entwickeln sich über die KWK- Technologie zu einer großen Einsatzbreite. Hierdurch ergeben sich neue Chancen und Perspektiven im häuslichen und gewerblichen Bereich. Einzelne KWK-Technologien wurden erfolgreich im Markt eingeführt, andere befinden sich in der Feldtestphase und weitere sind in der Entwicklung. Im Einfamilienhausbereich muss der Einsatz der Mikro-KWK-Technik für viele Systeme aufgrund der hohen Investitionskosten zum jetzigen Zeitpunkt noch zusätzlich gefördert werden. Eine deutlich bessere Wirtschaftlichkeit ist bei Mini-KWK- und BHKW-Systemen für den Mehrfamilienhausbereich gegeben. Das InnovationCity Ruhr-Projekt in Bottrop zielt auf einen wissenschaftlich begleiteten Einsatz von dezentralen KWK-Systemen. Die Ergebnisse dieser praxisnahen Optimierung der Einsatzbereiche und Fahrweisen stellen eine fundierte Grundlage für die Weiterentwicklung der Technologie und deren Einsatz dar. Folie: 27

28 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner Gas- und Wärme-Institut Essen e.v. Hafenstraße Essen Tel.: +49 (0)