Dr. Jürgen Neubarth :: e3 consult :: Graz, 17. Februar 2012

12. Symposium Energieinnovation Energieeinsparung dezentraler Blockheizkraftwerke im Vergleich zu GuD-Kraftwerken unter Berücksichtigung überregionaler Versorgungsaufgaben

Dezentrale KWK: Äpfel mit Birnen oder doch Äpfel mit Äpfeln vergleichen?

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Vergleich des Primärenergieeinsatzes bei der zentralen und dezentralen Erzeugung von Strom und Wärme

Abbildung: ASUE

Bewertung dezentraler Erzeugung im Zielsystem der österreichischen Energiepolitik erforderlich

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Fallbeispiel: Effizienzvergleich BHKW und GuD bei „Übernahme“ Versor-gungsaufgabe Erdgas-GuD durch dezentrale Mikro-/Kleinst-BHKW-Anlagen

Abbildung: Energiestrategie Österreich

Methodik und energiewirtschaftliche Randbedingungen

1. Modellierung Einsatz Erdgas-GuD-Kraftwerk am EXAA-Spotmarkt

2. Ermittlung Einsatzcharakteristik wärmegeführter BHKWs für zwei exemplarische Wärmeversorgungsaufgaben

3. Überlagerung Einsatzcharakteristik des wärmegeführten Betriebs mit GuD-Einsatzprofil zu strommarkt-/wärmegeführter BHKW-Betriebsweise

4. Gegenüberstellung Erdgaseinsatz dezentraler und zentraler Variante (Effizienzvergleich)

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Eingangsparameter zur Ermittlung Einsatz-charakteristik GuD-Kraftwerk am Strommarkt*

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2008 2009

Wirkungsgrad % 56 56

CO2-Emissionsfaktor tCO2/MWhHu 0,2 0,2

CO2-Zertifikatspreis €/tCO2 EEX CARBIX

Gaspreis €/MWhHo EEX Spotpreis

Netznutzung Gas €/MWhHo 0,429 0,425

Netzverlustentgelt Strom (Netzebene 3) €/MWhel 0 0,7

Systemdienstleistungsentgelt Strom €/MWhel 1,1 1,55

Sonstige variable Betriebskosten €/MWhel 4,0 4,0

An- und Abfahrkosten €/MWel*Start 27 27

* für einen fiktiven Standort in Oberösterreich; geplante und nicht geplante Nichtverfügbarkeiten werden für Analyse nicht berücksichtigt

Exemplarische Einsatzplanung GuD-Kraftwerk für 1. - 7. Jänner 2008

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1 25 49 73 97 121 145

EXA

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pot

pre

ise u

. Ein

satz

kost

en G

uD

in

€/M

Wh

EXAA Spotpreis Einsatzkosten GuD

Di Mi Do Fr Sa So Mo

14 Einsatz-stunden

Anfahrtskosten > Erlöse

14 Einsatz-stunden

13 Einsatz-stunden

5 Einsatz-stunden

4 Einsatz-stunden

14 Einsatz-stunden

Modellierte tägliche Einsatzstunden GuD-Kraftwerk für 2008 und 2009

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252008 (4.300 h)[h/d]

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252009 (4.800 h)[h/d]

Referenzsystem Ein- und Mehrfamilienhaus mit BHKW-Kenndaten

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Weitere Randbedingungen: � Wärmespeicher so dimensioniert, dass Einsatzflexibilität über Kalendertag besteht� Kombination GuD mit Gasbrennwertkessel (90 % Jahresnutzungsgrad)� Berücksichtigung vermiedener Netzverluste bei dezentraler Variante (5 %)

Tägliche Einsatzstunden wärmegeführter BHKW für Versorgungsaufgaben EFH und MFH (2009)

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25EFH 2009 (2.400 h)

ηges = 92 %[h/d]

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25MFH 2009 (5.000 h)

ηges* = 89 %[h/d]

*BHKW plus Spitzenlastkessel

Einsatzcharakteristik GuD weitgehend unabhängig von Heizwärmebedarf im Gebäudebereich

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Korrelation EXXA-Spotpreise (Tagesmittelwert) und mittlere tägliche Gradtagzahlen ausgewählter Standorte in Österreich

Daten: EXAA, ZAMG

R² = 0,08290

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0 5 10 15 20 25

EXA

A S

pot

pre

is [

€/M

Wh]

Tägliche Gradtage

2008

R² = 0,2170

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60

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140

0 5 10 15 20 25EXA

A S

pot

pre

is [

€/M

Wh]

Tägliche Gradtage

2009

Tägliche Einsatzstunden strommarkt-/wärmege-führter BHKW Versorgungsaufgaben EFH/MFH 2009

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EFH 2009 (7.100 h)ηges = 54 %

[h/d]

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25

MFH 2009 (7.000 h)ηges = 76 %*

[h/d]

*BHKW plus Spitzenlastkessel

Überschusswärmekann im System

nicht genutzt werden

Überschusswärmekann im System

nicht genutzt werden

Überschusswärmekann im System

nicht genutzt werden

Überschusswärmekann im System

nicht genutzt werden

Dezentrale BHKW können Versorgungsaufgaben von Großkraftwerken heute nicht effizient ersetzen

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25 EFH 2009

GuD am Netz – „Stromdefizit“ bzw. Überschusswärme

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25MFH 2009

GuD nicht am Netz – „Überschussstrom“ aus BHKW

Fazit

� Grundsätzlich Effizienzvorteile für dezentrale wärmegeführte KWK

� Verdrängung konventioneller Erzeugungsleistung durch wärmegeführte BHKW im Gebäudebereich aber vergleichsweise gering bzw. nur bei deutlichem Effizienzverlust möglich

� Kombination mit (großen) Wärmespeichern und Spitzenlastkessel zur Erhöhung der Einsatzflexibilität von dezentralen BHKWs sinnvoll

� Zentrale Einsatzoptimierung und -steuerung dezentraler BHKWs(virtuelles Kraftwerk) zur Systemintegration erforderlich

� Wechselwirkung mit Stromerzeugung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien berücksichtigten

� Ausbau dezentraler, fossiler KWK hat potenziell negative Effekte auf nationale 2020 CO2-Ziele, da im Gegensatz zu Großkraftwerken nicht im ETS-System

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Dr. Jürgen Neubarth :: e3 consult :: Graz, 17. Februar 2012

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