Mikro KWK

Mikro KWK Simon Kleschin

Mikro-KWK

Kraft-Wäre-Kopplung im kleinen Leistungsbereich

Vortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung„Energiesysteme und Energiewirtschaft“

am Fachgebiet Energiesystemeder TU Berlin

Simon Kleschin

14. Juli 2005

Mikro KWK Simon Kleschin

Übersicht

1. Einführung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

Mikro KWK Simon Kleschin

1. Einführung

– Definition

– KWK Prinzip

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

Mikro KWK Simon Kleschin

Definition

• Mikro-KWK bezeichnet die gekoppelte Strom und Wärmeerzeugung in einer Energieumwandlungseinheit mit maximaler elektrischer, installierter Leistung von 50 kWel

[1] in Anlehnung an: CHP Directive 2004/8/EC, Article 3

• hier Betrachtung bis 15 kWel [2] in Anlehnung an: Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e.V. in ´Dezentrale

Energieversorgung in KWK´ zur ENERTEC 2005, Leipzig

Mikro KWK Simon Kleschin

Definition - Beispiel Mikro-KWK

BHKW

Mikro KWK Simon Kleschin

12 % Verlust

100 %Brennstoff

Mikro-KWK61 % Wärme

27 % Strom

Netzbetreiber

Brennstoffe:

gasförmige oder flüssige Brennstoffe

Anlagentechnik:

Verbrennungs-, Dampf. o. Stirling-motoren; BZ

Nutzwärme: Raumwärme, Wasserbereitung

• muß Strom abnehmen zu vereinbarten oder “üblichen“ Preis + Netzentlastung und evtl. Zuschlag

• Belastungsaus-gleich der Netzbetreiber untereinander

Strom: Eigenver-brauch,

Einspeisung

1. Einleitung

2. Eigenschaften

– Technik

– Ökologie

– Ökonomie

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

Mikro KWK Simon Kleschin

Eigenschaft - Technik

TechnikkWel kWth ηel ηges

BrennstoffLeistung Wirkungsgrad

Bemerkung

Otto-Motor (Senertec

Dachs)

Stirling-Motor(Solo

Stirling 161)

Brennstoffzelle(Sulzer Hexis)

5,5 12,5

1,8bis8,9

6,2bis24,6

1 2,5

27 % 88 %

25 % 93 %

- -

Gas, Flüssiggas

Gas, Flüssiggas

Gas

10.000 Stück verkauft

modulierend

SOFC (900°C)

• vielfältige technische Konzepte in verschiedenen Entwicklungsstadien

Mikro KWK Simon Kleschin

Lebenszyklusanalyse:– Brennwertkessel mit Mikro-KWK ersetzen– Strom als Hauptprodukt, Wärme speicherbar!

Ergebnisse der LZA:

CO2eq SO2eq NO2

Mikro KWK Simon Kleschin

Eigenschaft - Ökologie

[10] TIPS Projekt: Ottomotor, Stirlingmotor, Brennstoffzelle, Dampfmotor - Technologien und ihre Ökobilanz

Mikro KWK Simon Kleschin

Eigenschaft - Ökologie

[10] TIPS Projekt: Ottomotor, Stirlingmotor, Brennstoffzelle, Dampfmotor - Technologien und ihre Ökobilanz

Zusammenfassung der LZA für Mikro-KWK:• deutliche THG-Vorteile gegenüber ungekoppelter

Energiebereitstellung• kaum Vorteile gegenüber fossiler KWK mit Nah-/Fernwärme

• Versauerung jedoch sehr konzeptabhängig, positive wie negative Auswirkungen

• NO2 von lokaler Bedeutung vernachlässigbarer Einfluß

Mikro KWK Simon Kleschin

Eigenschaft - Ökologie

BHKW

Mikro KWK Simon Kleschin

12 % Verlust

100 %Brennstoff

Mikro-KWK61 % Wärme

27 % Strom

Brennstoffe:

•Preisent-wicklung

•Besteuerung

Anlagentechnik:

•Investitions-, Betriebskosten

•Spitzenlastkessel

•Lebensdauer

•Wirkungsgrad

•Strom-Wärme-Verhältnis

•Alternativen (Solar...)

Nutzwärme:

•Bedarf

•jahreszeitliche Verteilung

Netz:

•Anschluß

•Konzessionen

•Entlastungsvergütung

•Transaktionskosten

•Förderbedingungen

•Nutzer-Profil

•Vollaststunden

Strom:

•Eigenverbrauch

•Einspeise-vergütung

•Bezugspreis

Eigenschaft - Ökonomie

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Eigenschaft - Ökonomie

Stromerlös bei Eigennutzung

Niederspannung < 50 kW

• Differenz zum Verkaufspreis etwa 5 ct/kWh• Menge des erzeugten und selbst genutzten Stromes ist wichtig• Daumenwert für Wirtschaftlichkeit: ab 3000 bis 5000 Vollaststunden

im Jahr zur Eigennutzung

[11] in Anlehnung an: Johannes Hinrichsen, BTB

• Versorgungssicherheit als Grundlage der digitalen Welt– Mehrwert der eigenen Mikro-KWK Anlage

• Netzentlastung– Kapazitätsentlastung– Verteilungs- und Transformationsverluste reduzieren sich

• Netzverantwortung als „virtuelles Kraftwerk“– IuK-Netze zur gezielten Betriebsregelung (Spannungs- und

Frequenzunterstützung)– Spitzenlasten decken und fluktuierende Lasten (EE) ausgleichen– erheblicher Bedarf an F&E sowie Implementierung,

Voraussetzung entsprechende Mikro-KWK Kapazitäten

Mikro KWK Simon Kleschin

Eigenschaft - Ökonomie

1. Einleitung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

(Potentiale, Hemmnisse, Förderungen)

4. Ausblick

Mikro KWK Simon Kleschin

• Momentaufnahme Mikro-KWK

– insgesamt 8.500 Anlagen (< 50kWel) installiert (2004), [12]

– Zubau in 2003 von ca. 1.400 Stück (10,8 MWel), [9]

– 74 GWh/(in 2004) Mikro-KWK zu 581.000 GWh/(in 2002)

Gesamtstromproduktion in Deutschland, [12,13]

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Mikro-KWK in Deutschland - Potentiale

[12,13] Bundesverband KWK, Bericht des BMWA an den Bundestag über die energiewirtschaftlichen und wettbewerblichen Wirkungen der Verbändevereinbarung

• Wachstum prognostiziert– MICRO MAP-Studie sieht Deutschland als Kernland des Zubaus

von 5 bis 12 Millionen Mikro-KWK Anlagen in EU bis 2020

– RWE (2001): für 2015 Marktvolumen von 400.000 Anlagen/Jahr

• Große Differenzen zwischen Potential und Realität– vielfältige Hemmnisse (ökonomisch, technologisch, Markt)

Mikro KWK Simon Kleschin

Mikro-KWK in Deutschland - Potentiale

• ökonomischer Art– Erfolgsabschätzung (Vollaststunden, Förderung, Vergütung,…

– viele Einflußfaktoren)

– Konkurrenz: abgeschriebene Kondensationskraftwerke

– Netzzugang mit entsprechender Vergütung (KWKG, VV II+)

• technologischer Art– technische Reife (Komfort, Lebensdauer, Funktionalität)

– Zusatzaggregate

– Vertriebs- und Servicewege (Handwerk mit Gas/Wasser UND

Elektro - Fähigkeiten)

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Mikro-KWK in Deutschland - Hemmnisse

• Markt– Fortschritts-Anwender nötig (technisch, ökologisch interessiert)

– „windows of opportunity“ wie Kesselerneuerung hilfreich

– unzureichende Liberalisierung und Regulierung– Macht der großen Vier: RWE, e.on, Vattenfall, EnBW (80 % der

deutschen Kraftwerkskapazität)

– Transaktionskosten

Mikro KWK Simon Kleschin

Mikro-KWK in Deutschland - Hemmnisse

• Forschung– besonders im Brennstoffzellenbereich

• Vergütung– Bonus nach KWKModG

– und Vergütung (Vereinbarung/üblicher Preis)

– sowie Netzentlastungs-Vergütung durch Versorger

– Gassteuerentlastung, -entfall je nach Wirkungsgrad

– keine Stromsteuer bei Eigennutzung

• Gesetzgebung– KWK Strom Abnahmepflicht

– indirekt durch Ökosteuer, Emissionshandel,... Preisanstieg

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Mikro-KWK in Deutschland - Förderungen

1. Einleitung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

Mikro KWK Simon Kleschin

• potentiell Vorteilhaft– ökologisch und Energiesystem spezifisch betrachtet

• aktuelle Hindernisse– neue Technologie noch ohne Skalen- und Lerneffekte

– starke Konkurrenz läßt ökonomisch kleinen Spielraum

• spezifische Chancen– dezentraler-Mehrwert (Versorgungssicherheit)

– enormes Potential als Heizungskesselsubstituent mit

Kraftwerkserneuerungsfunktion (kurzfristig)

• die Würfel sind noch nicht gefallen

Mikro KWK Simon Kleschin

Ausblick

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

Mikro KWK Simon Kleschin, simcoco@aol.com