Energie Praxiswissen Panos Konstantin Praxisbuch Energiewirtschaft 3. Auflage Toolbox mit Rechenbeispielen aus dem Buch Kapitel 7 Kraftwerke, Technik und Kosten Modell für Beispiel 7.4 - Stromgestehungskosten fossilthermischer Kraftwerke Disclaimer: Die Rechenbeispiele sind als Unterstützung für das Buch gedacht und haben ausschließlich den Zweck, dem Leser Hilfestellung zu bieten, um die Inhalte besser zu verstehen und den Rechengang nachzuvollziehen. Eine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität kann nicht übernommen werden. Die Inhalte sind urheberrechtlich geschützt, eine Vervielfältigung ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des gültigen Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland zulässig. Hinweise, Anregungen und Verbesserungsvorschläge sind erwünscht und willkommen! Letzte Aktualisierung Sep-13
4. Toolbox mit Anwendungsbeispielen 4.1 Kurze Einführung Die zahlreichen Anwendungsbeispiele im Buch sind für das Verständnis der Inhalte unerlässlich. Die meisten sind in MS- Excel Tabellen berechnet und als Bild in den Text eingefügt. Wir haben festgestellt, dass in der Druckversion des Buches bei einigen der Beispiele der Rechengang komplex und nicht immer leicht nachvollziehbar ist. Deshalb werden alle Anwendungsbeispiele als Excel-Softkopie in die Toolbox dieser Internetseite aufgenommen, und die Leser können sie herunterladen, um den Rechengang besser nachzuvollziehen. Vorausgesetzt wird dass die Anwendung von Tabellen-Kalkulationsprogrammen vertraut sind. In der Toolbox werden nach-und-nach auch andere Inhalte hinzukommen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich hier um einen freiwilligen und kostenlosen Service des Autors und seiner Kollegen handelt. In diesem Zusammenhang wird erwartet und gehofft, dass auch von den Nutzern Anregungen und Hinweise zur Optimierung der Inhalte beitragen werden. 4.2 Hinweise für die Nutzer In der Regel ist jedes Anwendungsbeispiel auf einem Excel Blatt und die Rechenschritte sind transparent und einfach. Es gibt aber auch Beispiele, die mehrere Excel Blätter benötigen, die miteinander verlinkt sind. In solchen Fällen sind entweder die Namen der betreffenden Blätter (unten) farbig gekennzeichnet oder sie sind in getrennten Excel Files und werden Modelle bezeichnet. 4.2.1 Excel Funktionen Für die Berechnungen kommen neben den einfachen Rechenarten meistens einfache Excel Funktionen zur Anwendung wie: Math. & Trigonometrie : ABRUNDEN, AUFRUNDEN, EXP, LN, RUNDEN, SUMME, PRODUKT Logik: WENN, selten auch in Kombination mit UND, ODER Statistik: MAX, MIN, MITTELWERT Finanzmathematik: BW (Barwert einer Zahlungsreihe), Effektiv (effektiver Zinssatz), NPV (Kapitalwert), RMZ (Annuität), ZW (Zukunftswert einer Zahlungsreihe), IKW (interner Zinssatz) Anmerkung: Die Syntax der Funktionen ist in Excel ausreichend erklärt. Bei den Finanzmathematischen Funktionen werden in Excel Auszahlungen bzw. Kosten als negative Werte, Einzahlungen als positive Werte dargestellt. In den meisten Anwendungsbeispielen werden allerdings meistens nur Kostenreihen betrachtet, und zur Vereinfachung der Rechnung werden diese als positive Werte dargestellt. Deswegen wird z.b. bei der Berechnung von BW oder Annuität (RMZ) vor der Formel ein Minuszeichen eingesetzt, damit das Ergebnis als positiver Wert erscheint. In der Regel werden Zahlungen am Jahresende angenommen F=0 und der Zukunftswert gleich Null ZW=0 gesetzt. 4.2.2 Zahlungsreihen mit Eskalation Excel bietet keine Funktionen für die Barwertbildung oder Annuität von Zahlungsreihen, die mit einer Eskalationsrate (%/a) steigen. Dafür werden die vom Autor entwickelten Formeln genutzt: Barwert eskalierender Zahlungen BWS esc : Die Funktion eskaliert den Anfangsbetrag, bildet und aufsummiert die Barwerte der einzelnen Zahlungen. Syntax: Barwert: BWS esc (J Eskalation %/a; I Zinssatz %/a, N Laufzeit Jahre, K Anfangsbetrag Zahl) BWSesc(2,5%,8%;10;100) = 758,6 Annuität eskalierender Zahlungen: Die Funktion eskaliert die einzelnen jährlichen Zahlungen, bildet und aufsummiert deren Barwerte. Syntax: AN esc (J Eskalation %/a; I Zinssatz %/a, N Laufzeit Jahre, K Anfangsbetrag Zahl) Beispiel: ANesc ( 2,5%, 8%,10,100)= 113 /a Bauzinsen : Die Funktion berechnet die Bauzinsen für gleiche Zahlungsbeträge während der Bauzeit. Syntax: INCon (C=CAPEX, L =Darlehen %, N =Bauzeit Jahre, I =Zinssatz, Zahlungsperioden pro Jahr) Beispiel: INCon (1000,70%,4,6%,4)=84,5 Diese Funktionen sind verfügbar als AddIn oder als Makro. Damit wir dem Leser das Installieren ersparen wurden sie als Makro in den entsprechenden Beispielen eingefügt. Falls ein Anwender sie als AddIn für seine Arbeit oder Studium anwenden möchte soll er sich melden. 4.3 Thermodynamische Größen FluidEXL Software Für die Berechnung von thermodynamischen Größen wie Enthalpie, Entropie etc. wurden früher Dampftafeln benutzt. Dafür, gibt es nun Software-Tools. In den Beispielen wurden die thermodynamischen Größen mit dem Software FluidEXL von der Hochschule Zittau/Görlitz berechnet. Allerdings ist diese Software kostenpflichtig (eine Lizenz kosten ca. 300 ) und steht für die Leser des Buches nicht zur Verfügung. Deswegen wurden die Ergebnisse der Berechnungen mit FluidEXL in den entsprechenden Zellen als Wert kopiert. Für Studierende ist derzeit eine kostenlose Demoversion verfügbar (Registrierung nötig). http://thermodynamik.hs-zigr.de/cms/fachbuecher/index.php?rubric=excelprogramme
Braun- Stein- Erdgas- Erdgas kohle kohle GuD GT Handelseinheit t t SKE MWh in Ho MWh in Ho Heizwert MWh pro Handelseinheit 2.9 8.14 11.5 11.5 / Handelseinheit: Grenzübergang 2012-95 30 30 Inlandtransport, geschätzt 2) - 6.00 65 / (m3 a) 65 / (m3 a) frei Kraftwerk 3) 15.50 101.00 31.26 35.65 Handelsmarge 5% - 4.75 1.50 1.50 / MWh in H u frei Kraftwerk 5.40 13.00 36.30 41.20 1) Standardauslastung gemäß Zuteilungsgesetz (ZuG 2012, Anhang 4), siehe Tabelle 3.22 2) Steinkohle: 4 / t Umschlag- und Entladegebühr + 6 / t Fracht Binnenschiff 2) Kapazitätsentgelt für Transportnetz
Merkmal Einheit Braun- Stein- Erdgas- Erdgas kohle kohle GuD GT El. Nettowirkungsgrad, BAT - 45.0% 46.0% 56.0% 34.0% Brennstoff-Emissionsfaktor 1) t CO2 / GWh Hu 410 342 202 202 Produktemissionen pro MWhel t CO2 / GWh el 912 743 360 593 davon kostenlos gemäß ZuG 2020 % 0.0% Beschaffung vom Markt t CO2 / GWh el 912 743 360 593 Kostenansatz für EB, Basisfall / t CO2 15 CO 2 -Kosten pro MWh el / MWh el 13.68 11.15 5.40 8.89 1) Emissionsfaktoren beziehen sich auf "Steinkohle Import China", "Rohbraunkohle Rheinland" und "Erdgas H" nach DEHSt-Liste MVO Grenzkosten / MWh vs. CO2 Preis / t CO 2 BK-KW SK-KW GuD-KW GT-KW 27.32 40.69 73.68 135.52 0 13.65 29.55 68.27 126.61 5 18.20 33.26 70.07 129.58 10 22.76 36.98 71.87 132.55 15 27.32 40.69 73.68 135.52 20 31.87 44.41 75.48 138.49 25 36.43 48.12 77.28 141.46 30 40.98 51.84 79.08 144.43 35 45.54 55.56 80.88 147.39 40 50.09 59.27 82.69 150.36 Brennstoffpreis in /MWh Hu 5.40 13.00 36.30 41.20
Position St-Satz Eigen- Kapital Fremd- Kapital Eckdaten Kapitalanteile 30.0% 70.0% EK-Rendite/FK-Zinssatz nach Steuern, nominal 12.0% 6.0% Körperschaftsteuer KSt **) 15.0% 2.1% 0.0% Rendite / Zinssatz inkl. KSt 14.1% 6.0% Gewerbesteuer GewSt *) 5% MZ 400% HS 16.7% 2.8% 0.3% Rendit / Zinssatz inkl. KSt und GewSt, nominal 16.9% 6.3% Zwischensumme, gewichtet für EK, FK 5.1% 4.4% Kalkulatorischer Mischzinssatz, inkl. KSt und GewSt, nominal./. Inflation Kalkulatorischer Zinssatz, real, inkl. Steuern gerundet 9.49% 2.50% 6.99% 7.0% *) durchschnittlicher Gewerbesteuer-Hebesatz 2012 **) ohne Solidaritätszuschlag wegen der Langfristigkeit der Investitionen
Position Einheit Kraftwerkstyp BK-KW SK-KW GuD-KW GT-KW Technische Parameter el. Leistung, brutto MW 1,100 700 400 150 el. Leistung, netto MW 1,040 648 394 149 Feuerungswärmeleistung MW 2,311 1,408 703 438 el. Wirkungsgrad, netto - 45.0% 46.0% 56.0% 34.0% Emissionen pro MWh Brennstoff kg / MWh Br 410 342 202 202 Emissionen pro MWh elektrisch kg / MWh el 911 743 360 594 Technisch-wirtschaftliche Eckdaten Bauzeit Jahre 4.0 3.0 2.0 1.0 kalkulatorische Lebensdauer a 35 35 25 25 kalkulatorischer Zinssatz, inkl. Ertragsteuern, real - 7.0% 7.0% 7.0% 7.0% Brennstoffpreis in Hu (Grenzübergangspreis 2012 + NNE) / MWh 5.40 13.00 36.30 41.20 Bedienungspersonal Personen 80 70 30 5 Personalkosten T / (Pers. a) 100 100 100 100 Instandhaltung fix (bez. auf EPC-Preis) % / a 1.6% 1.5% 0.7% 0.5% Instandhaltung variabel (Wartungsvertrag für GT) / MWh el 0.00 0.00 3.00 5.00 Hilfs- u. Betriebsstoffe / Reststoffentsorgung / MWh el 1.65 1.30 0.50 0.50 Versicherungen / Overheads % / a 0.5% 0.5% 0.5% 0.5% Kostenlose Zuteilung von CO 2 -EB 0.0% t / MWh el 0 0 0 0 Ansatz Zertifikatskosten pro t CO 2 / t 15 15 15 15 Investitionsausgaben Mio 2,433.9 1,277.6 290.6 82.2 Anschaffungspreis, (EPC-Preis) Mio 2,090.0 1,120.0 260.0 75.0 Bauherren-, Ingenieurleistungen, Sonstiges 7.5% Mio 156.8 84.0 19.5 5.6 Stillegungskosten 0.5% Mio 10.5 5.6 1.3 0.4 Bauzinsen auf EPC-Preis x Fremdkapital 70% 6.0% /a Mio 176.7 68.0 9.8 1.2 Energie- und Emissionsbilanz für typische Benutzungsdauer Volllaststunden *) h / a 8,250 7,500 4,500 1,000 Stromerzeugung, netto GWh / a 8,580 4,860 1,773 149 Brennstoffverbrauch GWh / a 19,066 10,560 3,164 438 CO 2 -Emissionen, gesamt kt /a 7,817 3,612 639 88 Beschaffung CO 2 -EB vom Markt kt /a 7,817 3,612 639 88 Stromgestehungskosten fixe Kosten Mio / a 245.2 131.1 31.6 8.4 Kapitaldienst Mio / a 188.0 98.7 24.9 7.1 Instandhaltung (Eskalationsrate, real) 1.0% /a Mio / a 37.7 18.9 2.0 0.4 Personal (Eskalationsrate, real) 1.0% /a Mio / a 9.0 7.9 3.3 0.6 Versicherungen/Overheads Mio / a 10.5 5.6 1.3 0.4 variable Kosten Mio / a 234.4 197.8 130.6 20.2 Brennstoff Mio / a 103.0 137.3 114.8 18.0 Instandhaltungsvertrag für GT Mio / a 0.0 0.0 5.3 0.7 Betriebsstoffe/Reststoffentsorgung Mio / a 14.2 6.3 0.9 0.1 CO 2 -Zertifikatkosten Mio / a 117.3 54.2 9.6 1.3 Summe Jahreskosten Mio / a 479.5 328.9 162.2 28.6 Spez. Kosten für typische Benutzungsdauer / MWh 55.89 67.67 91.47 191.85 davon Kosten für CO2 Zertifikate / MWh 13.67 11.15 5.41 8.91 Leistungskosten / (kw*a) 235.73 202.33 80.10 56.33 Arbeitskosten / MWh 27.32 40.69 73.68 135.52
Position Kraftwerkstyp BK-KW SK-KW GuD-KW GT-KW el. Leistung, brutto MW 1,100 700 400 150 typische Benutzungsdauer h / a 8,250 7,500 4,500 1,000 spezifische Durchschnittskosten / MWh 55.89 67.67 91.47 191.85 davon Kosten für CO 2 Zertifikate / MWh 13.67 11.15 5.41 8.91 Leistungskosten / (kw*a) 236 202 80 56 Arbeitskosten *) / MWh 27.32 40.69 73.68 135.52 *) CO 2 Preis 15.00 / t Einheit
Position Einheit Kraftwerkstyp BK-KW SK-KW GuD-KW GT-KW El. Leistung, Brutto MW 1,100 700 400 150 el. Leistung, netto MW 1,040 648 394 149 Benutzungsdauer h / a 8,250 7,500 4,500 1,000 Nettostromerzeugung GWh / a 8,580 4,860 1,773 149 Spez. Stromgestehungskosten / MWh 55.89 67.67 91.47 191.85 fixe Kosten, Summe 28.57 26.98 17.80 56.33 Kapitalkosten 21.91 20.30 14.07 47.34 Instandhaltung / MWh 4.39 3.90 1.13 2.78 Personal 1.05 1.62 1.87 3.70 Versicherungen/Overheads 1.22 1.15 0.73 2.52 variable Kosten, Summe 27.32 40.69 73.68 135.52 Brennstoff 12.00 28.25 64.77 121.11 Instandhaltung / MWh - - 3.00 5.00 Hilfs- und Betriebstoffe/Reststoffe 1.65 1.30 0.50 0.50 CO 2 -Zertifikatskosten 15.00 / t_co2 13.67 11.15 5.41 8.91
Stromgestehungkosten / MWh h/a BK-KW SK-KW GuD-KW GT-KW 500 498.77 445.36 233.87 248.18 1000 263.04 243.03 153.77 191.85 1500 184.47 175.58 127.07 173.07 2000 145.18 141.86 113.72 163.68 2500 121.61 121.63 105.71 158.05 3000 105.89 108.14 100.37 154.30 3500 94.67 98.50 96.56 151.61 4000 86.25 91.28 93.70 149.60 4500 79.70 85.66 91.47 148.04 5000 74.46 81.16 89.69 146.78 5500 70.18 77.48 88.24 145.76 6000 66.60 74.42 87.02 144.91 6500 63.58 71.82 86.00 144.18 7000 60.99 69.60 85.12 143.57 7500 58.75 67.67 84.35 143.03 8000 56.78 65.99 83.69 142.56 8500 55.05 64.50 83.10 142.15
200 Stromgestehungskosten / MWh 180 160 140 120 100 80 60 CO2 Preis15 / t CO2 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Vollbenutzungsstunden pro Jahr BK-KW SK-KW GuD-KW