Kraft-Wärme-Kopplung: was verbirgt sich dahinter?

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1 Kraft-Wärme-Kopplung: was verbirgt sich dahinter? Dr. Bernd Eikmeier 1

2 Das Bremer Energie Institut Unabhängiges Institut zur Forschung im Bereich der nachhaltigen Energieversorgung 1990 auf Initiative des Bremer Senats gegründet Breiter Auftraggeber-Mix: Ministerien, Wirtschaft, Verbände, EU, Förderinstitutionen, Forschungseinrichtungen... Interdisziplinär besetzt: Ingenieure, Architekten, Physiker, Wirtschaftswissenschaftler und -ingenieure Arbeitsbereiche: - Umweltpolitik (Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, KWK...) - Wirtschaftspolitik (Wettbewerb, Regulierung, Marktdesign...) 2

3 Gliederung 1. Warum eigentlich KWK? 2. Bandbreite der KWK-Techniken 3. KWK-Potenzialstudie Rahmenbedingungen Wirtschaftliche KWK-Potenziale Ergebnisbewertung 3

4 Warum eigentlich KWK? Beispiel: Energieeffizienz eines 500 kw-motor-bhkw Primärenergie Spitzenkessel BHKW 100% 94% 25% Nutzwärme 48% 75% Kesselwärmeverlust 6% BHKW- Wärmeverlust 14% Nutzwärme 94% Kesselwärmeverlust 6% 39% Gas-Heizkessel Steinkohlekraftwerk Primärenergie 147% Strom 38% Strom 38% Netzverlust 2,5% Abwärme 61% Motor-BHKW + Spitzenkessel 100% Primärenergieeinsatz Kraftwerk (Bestandsmittel) + Heizkessel 147% Primärenergieeinsatz 4

5 Bandbreite der KWK-Techniken Mini-BHKW BHKW Quelle: SenerTec Gasturbine Quelle: Wärtsilä GuD Quelle: Siemens Quelle: Siemens 5

6 KWK-Potenzialstudie Projekt: Analyse des nationalen Potenzials für den Einsatz hocheffizienter KWK (Abschlussbericht Dezember 2005) Auftraggeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit Projektpartner: DLR Stuttgart Anlass zur Erstellung: EU-KWK-Richtlinie 2004/8/EG 6

7 Vorgehensweise Bottom-up-Ansatz: Welcher Nutzenergiebedarf lässt sich durch eine KWK-Technik (wirtschaftlich) befriedigen? Getrennte Untersuchung von 5 Teilpotenzialen: Leitungsgebundene (Fern-)Wärmeverteilung für Wohngebäude und den GHD-Sektor Nicht leitungsgebundene Kleinst-KWK in Wohngebäuden Nicht leitungsgebundene Objektversorgung in Nichtwohngebäuden (NWG) Industrielle KWK Bearbeiter: BEI BEI DLR DLR Biomasse-KWK DLR 7

8 Überlappung der Teilpotenziale Vermeidung von Doppelzählungen erforderlich: Überlappung auf der Abnahmeseite: Leitungsgebundene (Fern-)Wärmeverteilung für Wohngebäude und den GHD-Sektor führt im Regelfall zu niedrigeren Kosten als BHKW-Varianten (spez. Investitionskosten niedriger, Vergleichmäßigung der Wärmenachfrage) Einzelobjektversorgung von Nichtwohngebäuden Einzelobjektversorgung von Wohngebäuden (Kleinst-KWK) Überlappung auf der Versorgungsseite: Biomasse-KWK mit allen anderen Teilpotenzialen (nicht relevant, da ohne Förderung nicht wirtschaftlich) 8

9 Vergleichmäßigungseffekt Leistung Jahresdauerlinie Wärmebedarfscharakteristik eines Einzelobjekts (ohne Wärmenetz) Spitzenkessel KWK-Anlage mit Wärmenetz Charakteristik mit Wärmenetz KWK-Anlage ohne Wärmenetz Stunden pro Jahr 9

10 KWK-Nutzung in der Industrie MWel 21,7% < 10 MWel 6,6% Gesamt in 2005: 6,5 GW el > 50 MWel 71,7% 10

11 Industrie: Notwendige Volllaststd. h/a BHKW 5 MW HKW 20 MW Niedrig-10 /tco2 Hoch-10 /tco2 Hoch-GLKE-10 /tco2 Niedrig-20 /tco2 Hoch-20 /tco2 Hoch-GLKE-20 /tco2 11

12 Industrielles KWK-Potenzial TWh el Niedrigpreis-Szenario Hochpreis-Szenario mit Gasleitungskosteneffekt 0 10 /tco2 20 /tco2 10 /tco2 20 /tco2 HKW > 50 MWel BHKW (1-10 MWel) kleine HKW (10-50 MWel) BHKW (< 1 MWel) 12

13 KWK-Bestand Wärme Strom Wirtschaftliches Potenzial [TWh/a] KWK in NWG im Sektor GHD Industrielle KWK Fernwärme-KWK 0 Bestand (2003) Bestand (2003) Hinweise: Die reale Strommenge für den Fernwärmebestand beruht auf einer mittleren Stromkennzahl von 0,48. Die Bestandsanteile im Sektor GHD sind abgeschätzt. 13

14 Wirtschaftliches KWK-Potenzial Wirtschaftliches Potenzial [TWh/a] Wärme 7,0 % 26,0 % 67,0 % Strom 4,6 % 25,6 % 69,8 % Hochpreisvariante, betriebswirtschaftlich 10 /t CO 2 KWK in NWG im Sektor GHD Industrielle KWK Fernwärme-KWK 0 Bestand (2003) Bestand + Ausbau Bestand (2003) Bestand + Ausbau Hinweis: Die Potenzial-Strommengen für den KWK-Bestand sind mit den jeweiligen Stromkennzahlen für das Ausbaupotenzial berechnet. 14

15 Verteilung Ausbauanteile Industrielle KWK 2% KWK in NWG im Sektor GHD 11% Industrielle KWK 23% KWK in NWG im Sektor GHD 4% 164 TWh/a 287 TWh/a Fernwärme- KWK 87% Fernwärme- KWK 73% Wärme Strom 15

16 KWK-Potenzialanteil Nutzwärme KWK-Bestand % Nutzwärmebedarf in 2005: TWh Ungenutztes KWK-Potenzial 15% Nicht KWK geeignet 68% Quellen: Eurostat, AG Energiebilanzen, eigene Berechnungen 16

17 KWK-Potenzialanteil Strom KWK-Bestand % Nicht KWK geeignet 43% Bruttostromerzeugung in TWh Quellen: Eurostat, BMWi, eigene Berechnungen Ungenutztes KWK-Potenzial 44% 17

18 Bewertung der Ergebnisse Die KWK-Potenziale sind sehr groß und stellen mittelfristig keine Deckelung für einen KWK-Ausbau dar Die Potenziale werden nicht automatisch genutzt, es gibt zahlreiche Hemmnisse! BHKW sind spezifisch teurer als Großanlagen sind stärker abhängig von Rahmenbedingungen und der Fördersituation: BMU-Impulsprogramm für kleine BHKW bis 50 kw lassen sich aber leichter realisieren! Mengeneffekt: Eine 220 MW el -GuD-Anlage produziert genauso viel Strom wie rund BHKW mit 100 kw el 18

19 Ausland-Beispiel: Dänemark KWK-Anteil an Stromerzeugung in 2005: 52 % konsequente politische Rahmensetzung verbindliche Wärmeversorgungspläne kaum Konkurrenz durch Erdgasverteilung an Einzelgebäude von 30% FW-Anteil an Raumwärme in 1980 auf 50 % in

20 Kontakt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Die KWK-Potenzialstudie (162 Seiten) ist verfügbar bei der Energie & Management Verlagsgesellschaft GmbH Kontakt: Dr. Bernd Eikmeier Bremer Energie Institut Campus Ring 1 / Reimar Lüst Hall Bremen Tel.: 0421 / eikmeier@bremer-energie-institut.de 20