Wer 2 Züge weiterdenkt. Kraft-Wärme-Kopplung in der Praxis. Ralph Zickner. Dipl.-Ing. Energie- und Umwelttechnik / Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik

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2 Wer 2 Züge weiterdenkt Kraft-Wärme-Kopplung in der Praxis Ralph Zickner Dipl.-Ing. Energie- und Umwelttechnik / Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik kwk-consult Ingenieurbüro für Energiekonzepte seit 13 Jahren Kraft-Wärme-Kopplung über 250 Projektbeteiligungen Geschäftsführer des Institut Klimaschutzhaus Vorstandsmitglied im Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (b.kwk) und Regionalvertreter des b.kwk für Niedersachsen und Bremen

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4 Wärme Strom ca. 1/3 ca. 2/3 Brennstoff Kraftmaschine Motor bzw. Turbine Generator Das Prinzip der Stromerzeugung

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6 Wärme 66 % Verlust 34 % Wirkungs grad Strom Brennstoff

7 Heiße Luft Bei der Stromerzeugung in Kraftwerken wird 66% der Energie in Kühltürmen vernichtet. 66% Energieverlust den Sie bezahlen dürfen

8 Heiße Luft Mit jedem Hunderter auf Ihrer Stromrechnung zahlen Sie 66 Euro für heiße Luft Der Verlust an Primärenergie bei den Stromversorgern ist doppelt so hoch wie der Wärmebedarf der versorgten Haushalte

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10 Strom BHKW-Technik : optimiert auf hocheffiziente Stromerzeugung für Gewerbebetriebe und Wohnhäuser. 30 % 96 % Wirkungs grad 66 % Wärme für Heizung und Warmwasser Brennstoff

11 Auslegung nach dem Wärmebedarf Abdeckung durch Spitzenlastkessel (z.b. Gas-Brennwert-Kessel) KWK = Grundlastabdeckung ~ Betriebsstunden p.a.

12 Strom fast 100 % Strom-Eigenverbrauch

13 Strom Zusatzbezug vom EVU Einspeisung Strom-Eigenverbrauch

14 Erdgas Flüssiggas Biogas Heizöl Biodiesel / Rapsöl Wärme Strom Verbrauch komplett im Haus Entnahme des Eigenbedarfs + KWK-Zuschlag Rest-Einspeisung Gutschrift vom Versorger

15 staatliche Förderungen: 1. KWK-Gesetz KWK-Anlagen < 50 kw erhalten einen Zuschlag von 5,41 Ct/kWh für den erzeugten Strom für einen Zeitraum von 10 Jahren. 2. Erstattung der Energiesteuer: Brennstoff für hocheffiziente KWK-Anlagen ist von der Energiesteuer befreit. Erdgas: 0,55 Ct/kWh, Flüssiggas: 3,15 Ct/l, Heizöl: 6,135 Ct/l 3. Mini-KWK- Impulsprogramm : Sofortzuschuss über das BAFA für Anlagen bis 20 kw el., z.b.: 1 kw: 1.500,00, 5 kw: 2.500,00, 20 kw: 3.500,00 4. günstige Finanzierungsmöglichkeit: für Wohnimmobilien: KfW-Programme 151/152 für Gewerbeobjekte: KfW-Programme 242/243/244 z.b.: 10 Jahre fest: effektiver Zins: 1,0 %

16 Ev.-luth. Emmauskirchengemeinde Langenhagen Jun (Planung) Nov (IB)

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18 1. Datenaufnahme:

19 Objekt 1, Gemeindehaus und -saal: Kessel: athm. Kessel 42 kw, Baujahr 1986 Energieträger: Erdgas ungeregelte Heizkreise keine Warmwasser-Bereitung Gasverbrauch: kwh p.a. Stromverbrauch: kwh p.a. anstehende Kesselsanierung!

20 1. Datenaufnahme:

21 Objekt 2, Wohnhäuser Ringstr. 4 10, Gemeindebüro: Kessel: athm. Kessel, ca. 71 kw Energieträger: Erdgas geregelter Heizkreis Warmwasserbereitung über separat beheizten Speicher für Hnr. 8 Gasverbrauch: kwh p.a. Stromverbrauch: kwh p.a. Kessel ist technisch noch in Ordnung, in den nächsten 5-10 Jahren ist jedoch mit einer anstehenden Kesselsanierung zu rechnen. Die Warmwasserbereitung sollte erneuert werden.

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23 1. Datenaufnahme:

24 Objekt 3, Kindertagesstätte: Kessel: wandhängende Gastherme Energieträger: Erdgas geregelter Heizkreis keine Warmwasser-Bereitung Gasverbrauch, geschätzt, ca kwh p.a. Stromverbrauch, geschätzt ca kwh p.a. Kessel ist neuwertig!

25 1. Datenaufnahme:

26 Objekt 4, Kirchenheizung: Kessel: integriertes Erdgas-Heizregister (Robatherm-Lüftungsanlage) Energieträger: Erdgas geregelt über Lufttemperatur der Kirche keine Warmwasser-Bereitung Gasverbrauch: unbekannt, nicht relevant Stromverbrauch: unbekannt, nicht relevant Die Kirchenheizung wird nur punktuell zu den Gottesdiensten benötigt. Eine energetische Verknüpfung mit den anderen Objekten ist deshalb wirtschaftlich nicht sinnvoll und wird im Weiteren nicht betrachtet.

27 Minimalvariante Wärme Erneuerung der Heizung sofort (Gas-Brennwert-Kessel) 1 2 Erneuerung der Heizung wenn notwendig, Erneuerung der Warmwasser- Bereitung sofort 3 keine anstehende Sanierung

28 Ist-Zustand der Stromversorgung: Hausanschlüsse 6 5

29 Variante A: Minimalvariante ohne BHKW = Referenzmodell A Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 neue WW-Bereitung in Ringstr. 8 neuer Brennwertkessel im Gemeindehaus in ca. 5 Jahren neuer Brennwertkessel in Ringstr. 8

30 Variante B: kein Wärme-. kein Stromverbund, BHKW im Objekt mit größtem Wärmebedarf B Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 BHKW und Spitzenlastkessel in Ringstr. 8 neue WW-Bereitung in Ringstr. 8 neuer Brennwertkessel im Gemeindehaus

31 Variante C: Wärmeverbund: Gemeindehaus Ringstr. kein Stromverbund C Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom ca. 60 m Wärmeleitung innen 3

32 Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus Ringstr. D Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 Verstärkung des Strom- Hausanschlusses ca. 60 m E-Kabel im Objekt ca. 60 m Wärmeleitung innen

33 Variante E: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus Ringstr. Kita, Wärmeleitung teilw. durch Kirche E Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 Verstärkung des Strom- Hausanschlusses ca. 140 m E-Kabel im Objekt/im Freien ca. 113 m Wärmeleitung innen ca. 42 m Erdwärmeleitung 4 Hausanschlüsse Wärme

34 Variante F: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus Ringstr. Kita, Wärmeleitung im Boden F Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 Verstärkung des Strom- Hausanschlusses ca. 140 m E-Kabel im Objekt/im Freien ca. 85 m Wärmeleitung innen ca. 52 m Erdwärmeleitung 2 Hausanschlüsse Wärme

35 Variantenvergleich CO2- Variante Invest- kosten Einsparung pro Jahr statische Amortisation Einsparung 20 Jahre * Einsparung pro Jahr A kein BHKW ,1 Jahre kg B BHKW nur Ringstr ,8 Jahre kg C Ringstr. + Gem.-hs ,7 Jahre kg D Ringstr. + Gem.-hs ,8 Jahre kg E Komplett- Verbund ,7 Jahre kg F Komplett- Verbund ,6 Jahre kg * mit Energiepreissteigerung von 5 % pro Jahr

36 Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus Ringstr. D Wärme innen 1 2 Wärme außen Strom 3 Verstärkung des Strom- Hausanschlusses ca. 60 m E-Kabel im Objekt ca. 60 m Wärmeleitung innen

37 Im weiteren Schritt betrachtete Technologien: 3. Biomasse-Kessel mit Hackschnitzel 4. Biomasse-Kessel mit Holzpellets 5. elektrisch betriebene Wärmepumpe jeweils gegenüber der Variante D bei BHKW, (Wärme- und Stromverbund Ringstr. + Gemeindehaus)

38 Wärmeverbund CO2- Ringstr. und Invest- Einsparung statische Einsparung Einsparung Gemeindehaus kosten pro Jahr Amortisation 20 Jahre * pro Jahr D BHKW mit Stromverbund ,8 Jahre kg 3 Hackschnitzelanlage ,9 Jahre kg 4 Holzpellet- Kessel ,8 Jahre kg 5 Wärmepumpe (Sole-wasser) ,5 Jahre kg * mit Energiepreissteigerung von 5 % pro Jahr

39 BHKW mit Wärmeverbund Gemeindehaus Ringstr ggf. späterer Anschluss der Kita. Klärung Hausanschluss mit den Stadtwerken. Wärme innen Späterer Anschluss der Kita (Strom und Wärme) als Option. 1 2 Warmwasser-Speicher in Ringstr. 8 (ggf. auch Ringstr. 10) Standort für Heizzentrale finden. Wärme außen Strom 3

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41 Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus Ringstr.

42 BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kw el / 14,8 kw th ) Bh/a, IBN Stromerzeugung: kwh, 61,95 % Stromeigennutzung / Stromverkauf im Objekt Erzeugte Überschüsse: Stromverkauf an Mieter: kwh x 0,21 /kwh = /a Stromeinspeisung: kwh x 0,05 /kwh = 617 /a EnergieSteuer-Erstattung: kwh x 0,0055 /kwh = 740 /a KWK-Bonus: kwh x 0,0541 /kwh = /a Summe der Überschüsse: /a Aufwendungen: Erdgas-Mehrverbrauch: kwh x 0,06 /kwh = /a Vollwartung/Garantie: Bh x 0,19 /Bh = /a Stromzukauf: kwh x 0,21 /kwh = /a Summe der Aufwendungen: Erlöse pro Jahr: /a /a (4.975 /a)

43 tatsächliche Investitionskosten BHKW und Zubehör: Brennwertkessel, Heizzentrale, Verbindung der Heizkreise, Erneuerung des Warmwasser-Speichers: Umbau Elektro: Gesamt: gesparte Ersatzinvestition / Förderungen Kesselsanierung Gemeindehaus: Warmwasser-Speicher: Förderung BAFA: Förderung ProKima: (Kosten für QS bereits abgezogen) Gesamt-(Mehr-)Investition: hydraulischer Abgleich wurde zusätzlich durchgeführt: 4.581

44 BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kw el / 14,8 kw th ) Bh/a, IBN Stromerzeugung: kwh, 61,95 % Stromeigennutzung / Stromverkauf im Objekt Erzeugte Überschüsse: Stromverkauf an Mieter: kwh x 0,21 /kwh = /a Stromeinspeisung: kwh x 0,05 /kwh = 617 /a EnergieSteuer-Erstattung: kwh x 0,0055 /kwh = 740 /a KWK-Bonus: kwh x 0,0541 /kwh = /a Summe der Überschüsse: /a Aufwendungen: Erdgas-Mehrverbrauch: kwh x 0,06 /kwh = /a Vollwartung/Garantie: Bh x 0,19 /Bh = /a Stromzukauf: kwh x 0,21 /kwh = /a Summe der Aufwendungen: Erlöse pro Jahr: /a /a (4.975 /a) Kosten der KWK-Anlage inkl. Umbau Elektro: ( ) Amortisation: 12,83 Jahre (12,8 Jahre)

45 Ev.-luth. St. Pauli-Kirchengemeinde Holzminden Planung ab Mrz IB Aug. 2009

46 Datenaufnahme:

47 Objekt 1, Gemeindehaus: Kessel: 2 Stück Hydrotherm kw, Baujahr 1982 Energieträger: Erdgas 1 ungeregelter Heizkreis Gasverbrauch: m³ p.a. Stromverbrauch: kwh p.a. anstehende Kesselsanierung

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49 Datenaufnahme:

50 Objekt 2, Kirche: Elektro-Fußbodenheizung Energieträger: Strom Regelung über Zeit und Temperatur Stromverbrauch Heizung, witterungsbereinigt und mit intelligenter Regelung, ca.: kwh p.a. Stromverbrauch Sonstige: kwh p.a. Die Elektroheizung ist technisch noch in Ordnung.

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52 Datenaufnahme:

53 Objekt 3, Pfarrhaus: Kessel:? Viessmann Atola 34 kw Energieträger: Erdgas Gasverbrauch, ca m³ p.a. Stromverbrauch, ca kwh p.a.

54 Datenaufnahme:

55 Objekt 4, Kindertagesstätte: Kessel: Viessmann Atola, 34 kw, Baujahr 1993 Energieträger: Erdgas 1 geregelter Heizkreis über Rücklauftemperatur Gasverbrauch: m³ p.a. Stromverbrauch: kwh p.a. Warmwasserbereitung über Strom Der Heizkessel ich technisch noch in Ordnung. Lebensdauer, ca. 20 Jahre.

56 Gemeindehaus Investition Einsparung Einsparung CO2- Einsparung je Objekt pro Jahr 20 Jahre pro Jahr Erdgas- Brennwert 9.000,00 685, , kg Erdgas-BW mit Solar , Holzhackschnitzel ,00 997, , kg Holzpellets ,00 657, , kg KWK mit Erdgas , , , kg KWK mit Rapsöl , kg

57 Gemeindehaus Investition CO2- Einsparung Investition je je Objekt pro Jahr kg gespartes CO2 Erdgas- Brennwert 9.000, kg 3,32 Erdgas-BW mit Solar ,00 - Holzhackschnitzel , kg 2,19 Holzpellets , kg 2,04 KWK mit Erdgas , kg 1,81 KWK mit Rapsöl , kg 0,84

58 Erste Suche nach Möglichkeiten der energetischen Verknüpfung: 4 m 2 30 m 27 m 13 m m 10 m

59 Eine nahe liegende Idee? Stromlieferung für Fußbodenheizung der Kirche 1 Installation einer KWK-Anlage

60 kw Einspeisung bzw. Verwendung als Allgemeinstrom Zukauf als teurer Allgemeinstrom. Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromerzeugung Kraft-Wärme- Kopplung Strombedarf der Kirchenheizung

61 kw Zukauf als teurer Allgemeinstrom. Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromerzeugung Kraft-Wärme- Kopplung Strombedarf der Kirchenheizung

62 Künftige Beheizung der Kirche Denkbare Varianten: 1. Beibehaltung der Stromheizung mit dem Sonder-Tarif 2. Stromanschluss an eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage im Gemeindehaus 3. Installation einer Erdgas-Warmwasser-Heizung 4. Wärmeanschluss an eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage im Gemeindehaus

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68 Wandheizkörper wurden nicht gewünscht kompletter Neuaufbau des Fußbodens mit Fußbodenheizung notwendig System Ideal EPS (Jupiter, jetzt Danfoss) Cerapur Estrichziegel naturrot

69 tatsächliche Investitionskosten BHKW und Zubehör: Brennwertkessel zur Spitzenlastabdeckung, Heizkreisverteiler: Nahwärmeleitung zur Kirche: Fußbodenheizung Kirche, inkl. Regelung und Estrichziegel: Gesamt: gesparte Ersatzinvestition / Förderungen Kesselsanierung Gemeindehaus: Förderung BAFA: Gesamt-(Mehr-)Investition:

70 BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kw el / 14,8 kw th ) IBN , Bh/a Stromerzeugung: kwh, 55 % Stromeigennutzung Erzeugte Überschüsse: Stromeigenverbrauch: kwh x 0,24 /kwh = /a Stromeinspeisung: kwh x 0,05 /kwh = 572 /a EnergieSteuer-Erstattung: kwh x 0,0055 /kwh = 580 /a KWK-Bonus: kwh x 0,0511 /kwh = /a Wegfall der Stromrechnung zur Kirchenbeheizung: kwh x 0,18 /kwh = /a Summe der Überschüsse: /a Aufwendungen: Erdgas-Mehrverbrauch: kwh x 0,06 /kwh = /a Vollwartung/Garantie: Bh x 0,19 /Bh = 879 /a Summe der Aufwendungen: Kosten: Erlöse pro Jahr: /a /a Amortisation: 10,20 Jahre

71 Seniorenzentrum Bethel Bad Oeynhausen 260 Bewohner 150 Mitarbeiter

72 BHKW: 2 Stück Energiewerkstatt ASV 21/46 (42 kw el / 92 kw th ) IBN , Bh/a Stromerzeugung: kwh, 98 % Stromeigennutzung Erzeugte Überschüsse: Stromeigenverbrauch: kwh x 0,148 /kwh = /a Stromeinspeisung: kwh x 0,05 /kwh = 336 /a EnergieSteuer-Erstattung: kwh x 0,0055 /kwh = /a KWK-Bonus: kwh x 0,0511 /kwh = /a Summe der Überschüsse: /a Aufwendungen: Erdgas-Mehrverbrauch: kwh x 0,06 /kwh = /a Vollwartung/Garantie: Bh x 1,40 /Bh = /a Summe der Aufwendungen: /a Erlöse pro Jahr: /a Kosten: Amortisation: 3,09 Jahre

73 Blockheizkraftwerke seit 1996

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75 Dachs-Profi: Erdgas- und Flüssiggas-Module

76 Dachs-Profi: Heizöl-Module

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80 Brennwert-Blockheizkraftwerke mit Volkswagen-Industriemotoren ASV 14 / 32 ASV 15 / 34 ASV 20 / 43 ASV 21 / 46 neu: ASV 40 Blockheizkraftwerke seit 1992

81 ASV 21

82 ASV 40

83 Die Alternative: 66% Verlust Die Energie, die Kraftwerke in die Luft blasen, könnte ganz Deutschland mehr als 2 mal mit Wärme versorgen. Weitermachen???

84 Die Alternative: Kosten: unbekannt Rechnung an: Stromverbraucher

85 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Institut Klimaschutzhaus GmbH & Co. KG Im Winkel 3 D Vienenburg Tel.: / Fax: info@klimaschutzhaus.de kwk consult Ingenieurbüro für Energiekonzepte Im Winkel 3 D Vienenburg Tel.: / Fax: info@kwk-consult.de