Kraft-Wärme-Kopplung kommt aber nicht von allein! Blockheizkraftwerke Energiereferat Frankfurt am Main Dr. Werner Neumann /Gerd Prohaska
Kraft- Wärme Kopplung ist nicht EINE Technik es ist ein PRINZIP! Wird in einer Anlage gleichzeitig Wärme und Strom - also Kraft - erzeugt, so spricht man von einer Kraft-Wärme-Kopplung Kopplung (KWK). Geschieht dies in einer kompakten Anlage und nicht in einem Heizkraftwerk, so handelt es sich dabei um ein Blockheizkraftwerk (BHKW). Bei Kleinanlagen treibt meist ein Diesel-, Gas- oder Biogasmotor einen Generator an. Die im Kühlwasser und in den Abgasen des Motors enthaltene Wärme wird gleichzeitig für Heizzwecke genutzt. Durch die Nutzung der Abwärme, die beim Stromerzeugungsprozeß in herkömmlichen Kraftwerken ungenutzt verpufft, läßt sich der Energienutzungsgrad des Gesamtprozesses entscheidend erhöhen, zum Beispiel von 30 bis 45% auf 80 bis 100% bei KWK. Dadurch werden auch die CO2- Emissionen, die bei der Energieumwandlung entstehen, reduziert, und zwar bis zu 30 %
Energie verwenden statt verschwenden! KWK = 100 % Energienutzung! statt 50 70% Verluste
Was bedeutet die Abkürzung KWK und BHKW? KWK ist die Abkürzung für Kraft-Wärme-Kopplung BHKW ist die Abkürzung für Blockheizkraftwerk. Dabei versteht man bei beiden Ausdrücken die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme Wobei der Ausdruck Kraft-Wärme-Kopplung alles bezeichnet und der Ausdruck Blockheizkraftwerke nur einen Teil der Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet. Ziel dabei ist die erzeugte Energie möglichst effizient zu nutzen. Es ist also eine Technik für den Umweltschutz und zur Schonung unserer Vorräte an Erdgas und Öl
Aufbau einer BHKW Anlage In den meisten Fällen setzt sich eine BHKW-Anlage aus folgenden Hauptkomponenten zusammen Motor, Gasturbine oder Stirlingmotor als Generatorantrieb / Brennstoffzelle Generator zur Stromerzeugung Wärmetauschersysteme zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus Abgas, Motorabwärme und Ölkreislauf Spitzenkessel, deckt wie der Name schon sagt, den Spitzenwärmebedarf. Wärmespeicher (optional) elektrische Schalt- und Steuereinrichtungen zur Stromverteilung Hydraulische Einrichtungen zur Wärmeverteilung Klimaschutz
Energiefluss Stromerzeugung Nur ca. 40 % der Energie, die im Kraftwerk aufgewendet wird, kommt zu Hause an. Aber kann man das nicht besser machen und wo geht die Primärenergie überhaupt hin? Normalerweise wird diese Primärenergie zum größten Teil vom Kühlturm des Kraftwerks an die Umwelt abgegeben. Der durchschnittliche Jahresnutzungsgrad der deutschen Kondensations- kraftwerke betrug 1998 lediglich 35,6%
Energiefluss Heizkraftwerke Bei einer Versorgung durch ein Heizkraftwerk kommen ca. 79 % der Energie im Haus an, aber nicht nur Strom sondern auch Wärme.
Energiefluss BHKW Bei dieser Variante der Kraft-Wärme-Kopplung Bei dieser Variante der Kraft Wärme Kopplung kommt insgesamt 90 % der Energie an, bzw. sie werden direkt im Heizungskeller erzeugt.
Einsatzgebiete von BHKW Vorteilhaft für den Betrieb von BHKW sind: möglichst gleichzeitiger g Bedarf an Wärme und Strom möglichst hohe Vollbenutzungsstunden Die typischen Einsatzobjekte von BHKW zeichnen sich durch einen kontinuierlichen Wärmeverbrauch über das ganze Jahr aus: Mehrfamilienhäuser kleine Gewerbeobjekte Hallenbäder Krankenhäuser Altenheime Schulen mit Lehrschwimmbecken Verwaltungsgebäude Industriegebäude mit entsprechendem Prozesswärmebedarf Nahwärmenetze mit gestreuter Gebäudecharakteristik klimatisierte Objekte (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung)
Auslegung von BHKW Klimaschutz
BHKW Auslegung - Jahres-Wärmebedarf
BHKW Auslegung -Geordnete Jahresdauerlinie 0,20 018 0,18 0,16 0,14 0,12 MW 0,10 0,08 0,06 0,04 Spitzenkessel 002 0,02 0,00 0 696 1.368 2.040 2.712 3.384 4.056 4.728 5.400 6.072 6.744 7.416 8.088 8.760 h/a
BHKW Auslegung - Dimensionierung Jahresdauerlinie Wärmebedarf 22% KWK-Anteil an Wärmehöchstlast 0,20 0,18 0,16 0,14 55% KWK-Anteil an der Jahresheizarbeit 0,12 MW 0,10 0,08 006 0,06 Spitzenkessel 0,04 0,02 Modul mit 40,5 kwth 000 0,00 0 696 1.368 2.040 2.712 3.384 4.056 4.728 5.400 6.072 6.744 7.416 8.088 8.760 h/a Mittlere Motorvollaststunden: 6.071 h/a Mittlere Motorbetriebsstunden: 6.312 h/a
Technische Machbarkeit Vorüberlegungen Heizzentrale ist für Anschluss vorbereitet Zu installierendes HKA-Modul ist vorhanden und derzeit außer Betrieb genommen Modul kann Laufzeiten von 5000 h/a erreichen
Einhaltung gesetzlicher Vorschriften leicht mit einem BHKW Klimaschutz EnEV fordert die Prüfung alternativer Systeme - KWK ist eines davon! Mit KWK (Fernwärme oder BHKW) liegt der Primärenergiefaktor niedriger! KWK gilt als Ersatzmaßnahme aß a im Erneuerbare e Wärme Gesetz (1.1.2009) Positiver Effekt bei der Nutzung von KfW-Kreditprogrammen Kreditprogrammen Wenn Kriterien EnEV im Altbau und EnEV minus 30% erreicht werden, finanziert der KfW-Vorteil die Anlage
Die Novelle des KWK-Gesetzes zum 1.1. 2009 Sicherstellung verläßlicher Bonuszahlung für 10 Jahre /60.000 Stunden NEU: Bonuszahlung nach KWK-Gesetz auch für selbst genutzten Strom NEU: Verrechnungsmöglichkeit des BHKW-Stroms im Wohngebäude an die Mieter ZUSÄTZLICH: ab 1. 9.2008 Vergütung KWK-Gesetz: Üblicher Preis aktuell 6,544 ct/kwhel (hängt von Baseload EEX ab) Plus Bonuszahlung 5,11 ct/kwhel, größere Anlagen 1,5 2 ct/kwhel Plus vermiedene Netznutzungsgebühr 0,5 15ct/kWh 1,5 Zusammen 12,6 14 ct/kwhel Plus Mineralölsteuererstattung 0,55 ct/kwh Erdgas Vergütung EEG z.b. Kleinanlage Biomasse 11,67 ct/kwhel Plus KWK-Bonus 3,0 ct/kwhel Plus Technologiebonus (Stirling) 2,0 ct/kwhel Plus Nawaro-Bonus aro (spez. Zert. Pellets) 6,0 ct/kwhel Zusammen 22,67 ct/kwhel
Wirtschaftlichkeitsberechnung Beispiel SENERTEC 5,5, kwel Investition 27.000 Abzügl. Zuschuss -7500 = Investitionskosten 20.000 Annuität 6% (KfW-Kredit) Ergibt Kapitaldienst 1200 Erdgasverbrauch 6000 Wartungskosten 800 SUMME KOSTEN 8000 /a Wärmegutschrift 5000 Stromvergütung (übl.preis) 2600 Bonus KWK-Gesetz 1400 Vermiedene Netznutz.geb. 300 Rückerstattung Mineralölst. 600 SUMME ERLÖSE 9900 Amortisationszeit ca. 7 Jahre Priesangaben nur zur Orientierung!
Wirtschaftlichkeitsberechnung Beispiel BHKW 50 kwel Investitionskosten 150.000 Annuität 6% (KfW-Kredit) Ergibt Kapitaldienst 9000 Erdgasverbrauch 40000 Wartungskosten 4000 SUMME KOSTEN 53.000 /a Wärmegutschrift 30000 Stromvergütung g (übl.preis) 25000 Bonus KWK-Gesetz 13000 Vermiedene Netznutz.geb. 2500 Rückerstattung Mineralölst. 4100 5000 Volllastunden Amortisationszeit ca. 4 Jahre SUMME ERLÖSE 74.600 Priesangaben nur zur Orientierung!
Wirtschaftlichkeitsberechnung Beispiel Sunmachine Investition 27.000 Abzügl. Zuschuss -7500 = Investitionskosten 20.000 Annuität 6% (KfW-Kredit) Ergibt Kapitaldienst 1200 Holzpellets Nawaro 1200 Wartungskosten 300 SUMME KOSTEN 2700 /a Wärmegutschrift 1800 Stromvergütung EEG 1400 SUMME ERLÖSE 3200 /a Jahresvolllaststunden 3000 h Amortisationszeit ca. 12 Jahre Priesangaben nur zur Orientierung!
BHKW Umsetzung und Untersuchungen 1991 Erstes BHKW 1990 bis 2007 über 300 Machbarkeitsstudien 2007 113 BHKW in Frankfurt realisiert 18 27 16 Anzahl Anlagen Installierte elektrische Leistung 24 20 47 116 87 5 126 40 54 123 105 14 23 113 96 12 121 36 57 59 61 26 58 60 42 38 101 33 51 34 90 91 52 120 66 65 84 67 17 7 18 46 32 21 6 86 108 25 81 16 31 118 78 11 45 43 39 41 68 99 1 73 27 100 106 9 15 64 4 125 107 63 95 53 35 92 62 117 22 98 104 13 44 70 75 37 Nidda 8 24 124 114 48 110 56 50 76 49 119 29 111 74 55 10 30 128 109 Main Jahr (MW, Anzahl Anlagen) Installationen pro 14 12 10 8 6 4 Kumulierte elektrische Leistung 5,51 MW 5,60 MW 2,38 MW 3,66 MW 21 18 15 12 9 6 Kumulierte elektrische Leistung (MW) Main 94 79 112 71 69 2 1,68 MW 3 1,16 MW 1,11 MW 0,63 MW 0,76 MW 0,62 MW 0,43 MW 0,11 MW 0,25 MW 0,11 MW 0,25 MW 0 0 Folie 21 Jan. 2003 1991 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Klimaschutzstadtplan Frankfurt am Main Folie 22 Jan. 2003
BHKW keine Frage der Größe sondern des Prinzips Klimaschutz
Weitere Informationen www. energiereferat.stadt-frankfurt.de Klimaschutzstadtplan Projektdatenblätter Infopaket Blockheizkraftwerke www. stadt-frankfurt.de/energiemanagement Berichte über BHKWs in städtischen Liegenschaften Leitlinien wirtschaftliches Bauen www. bhkw.de www. bhhk-infozentrum.de www. asue.de www. sunmachine.de www. senertec.de www. kwk-infozentrum.de usw.