Bedeutung der KWK und der leitungsgebundenen Wärmeund Kälteverteilung für die Energieeffizienz Statusseminar Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Berlin 04./05. Oktober 2007
Gliederung Motivation und erste Schlussfolgerungen Stand und Perspektive der KWK-Bewertung Exergie Effizienz Ökologie Ausblick Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 2 von 25
Kabinettsklausur in Meseberg - Politische Akzeptanz der Rolle der KWK bei der CO 2 -Emissionsminderung - Ausbau auf ca. 25 % der Gesamtstromerzeugung mit jährlich 750 Mio. EUR - Chance und Gefahr? -Konsequenzen: KWK-Stromerzeugung von ca. 80 TWh 2006 auf 124 138 TWh (Lutsch, 12. FW-Kolloquium) Basis: Heiznetzverdichtung (?) und vor allem Neubau (Fernwärme in der Fläche?) Klimaveränderung + KWK Frage nach Kraft-Wärme- Kälte-Kopplung neu stellen Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 3 von 25
Förderung der Kraft Wärme - Kopplung - Auslauf der nationalen Förderung 2010 Resumee - Was lassen die EU-Beschlüsse erwarten? KWK-Einsparpotenziale nicht erfüllt Wahrnehmung der Ökologie der KWK in der Öffentlichkeit Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 4 von 25
Brennstoffeinsparung % 30 25 20 15 10 5 0-5 Bisherige Förderpraxis (FW 308) - Brennstoffnutzungsgrad ζ KWK 0,8 - Stromkennzahl: leistungsbezogen arbeitsbezogen ABER Brennstoffeinsparungen der KWK gegenüber einer getrennten Erzeugung 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 σ Kritik 100 % KWK- Strom Förderung berücksichtigt Effizienz der KWK-Anlagen nicht Förderpraxis gestattet keine Aussagen zur CO 2 -Emissionsminderung (IER DIW) Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 5 von 25
Absehbare EU-Förderpolitik - die zunehmend auf Primärenergieeinsparungen ausgerichtete Nutzung der KWK stellt ein wesentliches Element des Maßnahmebündels dar, das zur Einhaltung des Protokolls von Kyoto erforderlich ist (EU 2004/8/EG) -Ausweis effizienter KWK-Anlagen im Vergleich zu Referenzanlagen der getrennten Erzeugung von Wärme und Elektroenergie - Effizienzkriterium: Brennstoffeinsparung 10 % Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 6 von 25
Festlegung harmonisierter Wirkungsgradreferenzwerte (EU-Richtlinie 2007/74/EG) Wirkungsgrad % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Harmonisierte Wirkungsgradreferenzwerte Kraftwerk Heizwerk SK BK Öl EG BioG teilweise hohes Level zumeist fiktiv, nicht dem aktuellen Energiemarkt entsprechend Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 7 von 25
Erstes Fazit: Bei ζ KWK 0,8 (bisheriges nationales Kriterium) stellt das EU-Kriterium (10 %) für vorhandene KWK- Technologien keine Hürde dar Mindeststromkennzahlen für die Erreichung des EU Effizienzkriteriums Stromkennzahl 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 SK BK Öl EG Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 8 von 25
Ergänzung der EU-Richtlinie - Minderung η ref, KW mit der Spannungsebene (Leistungsklasse +) und Eigenbedarf (?) - Weg zur Exergie ist erkennbar: die Thermodynamik der Stromversorgung aus Brennstoffen ist abhängig von der Umgebungstemperatur (± 0,1 % IK) Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 9 von 25
Fazit EU-Richtlinie (bisheriger Stand) Bewertung der Effizienz Anreiz für Modernisierung - teilweise fiktive Referenzwirkungsgrade keine Erfassung der realen Brennstoff- und noch weniger CO 2 -Emissionseinsparungen - die Bewertung von KWK und getrennter Erzeugung bei jeweils gleichen Brennstoffen ist unrealistisch (BK und SK) Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 10 von 25
Effizienzausweis auch ohne Referenzen Bewertung der Ökologie auf den getrennten Märkten Exergie Instrument für ingenieurtechnische Orientierung Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 11 von 25
0,7 0,6 0,5 Exergetischer Brennstoffnutzungsgrad ζ 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 σ Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 12 von 25
Die politische Botschaft CO 2 -Emissionsminderung wird wahrgenommen Ausweis der Emissionseinsparungen auch als Förderinstrument möglichst anlagenkonkret (wie z. B. Zertifizierung nach Primärenergiefaktoren) Einsparpotenziale auf dem globalen Strommarkt und dem noch (?) geschlossenen Wärmemarkt wissenschaftliches Instrument: exergetisches Aufteilungsverfahren Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 13 von 25
Einbindung der Exergie in die Praxis der Heizkraftwirtschaft -CO 2 -Emissionsminderung auf den getrennten Märkten (KWK-Stromgutschrift bei Emissionsminderung 10%; Wärme-Bonus bei Emissionsverringerung gegenüber dem Primärenergieträger Erdgas (?)) - Außendarstellung: Tu Gutes und rede darüber Weg über exergetische Emissionsumlage Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 14 von 25
Argument: Exergetische Bewertung zu kompliziert nicht zutreffend weil ohnehin nachzuweisen (effiziente Anlage nach EU bzw. FW 308); Bruttostrom A Bbr bzw. Bruttowärme Q Bbr und Brennstoffwärmebedarf W BR ; unterer Heizwert H u zusätzlich - jahresmittlere Umgebungslufttemperatur T U,m (DIN) - Heiznetzvor- bzw. Rücklauftemperatur bei der mittleren Umgebungstemperatur t V,m ; t R,m (Fahrkurve) Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 15 von 25
Weg - Exergie der eingekoppelten Wärme E Q,ein 1 T = U,m QBbr TQ, ein T Q,ein = (t V,m t R,m T )/ln T V,m R,m - Problem: Exergie der ausgekoppelten Wärme E Q,aus (messtechnisch nicht nachweisbar) manipulationsfreie Festlegung eines Umwandlungsgrades EQ,ein ηex,q = ( = E Q,aus -GesamtemissionenEm CO2 = W Br e CO2 (Gemis 4.4) - Aufteilungsfaktor Konsequenzen 0,85) α A Bbr el =, αq = 1 ABbr + EQ,aus α el Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 16 von 25
CO 2 - Emissionen für KWK-Strom (mindestens 10 % Einsp.) 900 800 ECO2/Ael kg/mwh 700 600 500 400 SK/BK-St 300 BK 200 Öl 100 EG 0 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 σ Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 17 von 25
Emissionseinsparungen KWK-Wärme-getrennte Bereitstellung (gleicher Brennstoff) 55,0 50,0 45,0 δ e CO2 % 40,0 35,0 30,0 25,0 SK/BK-St BK Öl EG 20,0 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 σ Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 18 von 25
Emissionsvergleich KWK-Wärme-getr.Erzeugung (50 % Öl-EG) 15,00 10,00 5,00 δ e CO2 % 0,00 0,20-5,00 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50-10,00-15,00-20,00 SK/BK-St BK -25,00-30,00 σ Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 19 von 25
Fazit: Exergie Effizienz - Ökologie EU-Effizienzkriterium Brennstoffeinsparung mit klassischer KWK-Technologie erfüllbar ökologischer Vergleich getrennte Energiemärkte - KWK-Wärme mit indentischer Brennstoffbasis unproblematisch (real?) -KWK-Strom mitgarantierter CO 2 -Emissionsminderung hohe anlagentechnische Anforderungen - dito für KWK-Wärme mit BK/SK Anlagentechnik Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 20 von 25
Exergetische Bewertung - Anlagenstruktur T U T Optimierung ab zweistufige Heiznetzvorwärmung Q & zweistufig : T 1,opt = T * R T * V, T * R = T R + Δ; T * V = T 2 = T V + Δ dreistufig : T 1,opt = 3 * +, 2 TV TR,T 2,opt = 3 * +, 2 TR TV Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 21 von 25
Stromkennzahl Gegendruck- bzw. Entnahme- Gegendruckturbinen (Einfluss konstruktiver Massnahmen) 0,45 0,40 σ σ 0,35 0,30 0,25 0,20 einst zweist dreist 0 50 100 150 200 250 p F bar Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 22 von 25
allein die technische Auslegung wird es nicht richten Vor- und Rücklauftemperaturen müssen runter (Netzauslegung und Regelregime) Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 23 von 25
Einfluss von Vorlauftemperatur und Heiznetzspreizung σ σ 0,48 0,46 0,44 0,42 0,40 tr=konst t R = konst. 0,38 Dt=konst Δ konst. 0,36 105 110 115 120 125 130 t V C Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 24 von 25
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Statusseminar 04./05.10.07 Effiziente Fernwärmenutzung für LowEx-Gebäude Folie 25 von 25