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GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
Thermodynamisch optimierten Heizen mit
KWK und/oder GuD & WP
Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
Tel.: (49) 0681/ 302-2737; 0681-56310 (p)
e-mail: [email protected] [email protected]
Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze
V_Duesseldorf-2011.04
0. Einleitung: Rolle des Erdgases für {Wärme und Strom}
1. Thermodynamisch optimiertes Heizen 1.1 Der Exergiebegriff: 1.2 Die drei Ansätze zum thermodynamischen Heizen
2. Wie vergleicht man KWK und getrennte Erzeugung 2.0 Vorgaben der EU und einer wissenschaftlichen Vorgehensweise 2.1 Ein einfaches Vergleichsschema 2.11 Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung, 2.12 Wärmeversorger mit KWK –Anlage, 2.13 Dezentrale WP und zentrales GuD
3. Der KWK Mythos 3.0 KWK als Hoffnungsträger zur Energieeinsparung 3.1 „Abwärme“ 3.2 Man erhält märchenhafte CO2- und PE Einsparungen, wenn man ... 3.3 Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.
4. Ergebnisse bei Erdgas für Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung: 4.0 Modernisierungs Szenario 4.1 Strom und gesamte Endenergie 4.2 Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?Fazit:A1 Diskussionspunkte: 5. Wärmepumpentarif zur Überwindung diskriminierender Steuern und Abgaben 5.0 jetzige Preisstruktur für Wärmepumpen-Strom (Alt-Tarif) 5.1 Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die eingesetzte kWh Erdgas 5.3 Wärmepumpentarif ohne Diskriminierung 5.31 Grundanforderungen Wärmepumpentarif
5.32 Ausgestaltung des diskriminierungsfreien WP- Tarifes
Wie man aus
Erdgas Wärme und Strom machen kann
0.
0.1 Die Rolle des Erdgases bei der Wärmeerzeugung
0.2 Effizienzvergleich verschiedener Techniken zur Wärmeerzeugung
Quelle und ausführlichere Darstellung von Absatz 0.2 in DPG Elektrizitätstudie: www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/broschueren/studien/energie_2010.pdf und in meiner Themenseite "Thermodynamisch optimiertes Heizen": http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/ThOptHeizen.htm
ca. 50% Erdgas
Quelle:http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%20im%20Bestand%201975-2009p.pdf
0.1 Die Rolle des Erdgases
Heizöl
Wie kann ich das Erdgas am günstigsten
zur Strom-und Wärmeversorgung einsetzen
Schlüsselfrage:
1. Thermodynamisch optimiertes Heizen
1.
Minimaler Exergie- Einsatz zur Abdeckung des noch übrig bleibenden Heizwärmebedarfes,
• nach thermischer Sanierung, Wärmerückgewinnung, Einsatz von RE und im • Gesamtrahmen der Strom- und Wärme- Erzeugung
Oberflächlich erläutert:• reine Exergie ist z.B. mechanische Arbeit , elektrischer Strom• Exergie einer Wärmemenge bei der Temperatur T ist
die daraus „verfügbare Arbeit“ bzgl. Umgebungstemperatur
IdealeWärme –
Kraftmaschine
ΔS
ΔQ
ΔQU
ΔE
ΔST
TU
Der Exergiebegriff:
1. Elektrizität ΔE ist
Entropie frei.
3. Energiebilanz (1.Hauptsatz): ΔE = ΔQ - ΔQU
2. Entropie ΔS verkleinert sich nicht: im optimalen, reversiblen Fall gilt dann (2.Hauptsatz): ΔS = ΔQ/ T und ΔS = ΔQU/ TU
daher: ΔE = (T- TU) /T * ΔQ heißt Exergie
also: Exergie = Carnotfaktor * entnommene Wärmemenge = „ maximal verfügbare Arbeit“
1.1
ΔS
1.2 Die drei Ansätze zum thermodynamischen Heizen
1. Strom Wärme Kopplung beim Brennstoff-Einsatz: KWK
Die Entropie ΔS wird oberhalb der Umgebungstemperatur TU an ein Kühlmittel abgegeben.
Das kostet Exergie für die Stromerzeugung, aber man kann bei geeigneter Festlegung der
Abgabetemperatur mit dieser Wärme noch etwas anfangen, z.B. Heizen (oder auch Kühlen mit Absorber WP : KWKK)
2. Strom Wärme Kopplung beim Stromeinsatz: Wärmepumpe
Anergie ΔQU aus der Umgebung entnehmen,
reine Exergie in Form mechanischer oder elektrische Energie ΔE hinzugeben,
und dann die Wärmemenge ΔQ auf einem höheren Temperaturniveau T zu
(e.g.) Heizzwecken nutzen
3. Das Auskommen mit kleinen Temperaturdifferenzen bei der KWK, im Wärmepumpenprozess, und vor allem bei der Wärmeübertragung: Flächenheizung, Aufheizen statt „isothermer Wärmeabgabe“
1.2
IdealeWärme PumpeΔS
ΔQH
ΔQU
ΔEWP
ΔS
TUTH
IdealeKraft Wärme-
KopplungΔS
ΔQ
ΔQH`
ΔEKWK
ΔST
TH`
1. KWK: Strom Wärme Kopplung beim Brennstoff-Einsatz
2. Wärmepumpe (WP): Strom Wärme Kopplung beim Stromeinsatz
IndexeH ..= „Heiz-“U..= „Umgebungs-“
E = ElektrizitätQ = WärmeS = Entropie T = Temperatur
Kopplung von Strom und Wärme
Vorlauf-Temperatur der Fernwärme/Heizung
Umgebungs-Temperatur: Luft, Wasser, Erdwärme
dezentral
2. Wie vergleicht man KWK
und getrennte Erzeugung
2.
Es ist vernünftig und die EU schreibt auch vor,dass bei Förderung der KWK in den Mitgliedsländern,
zum Vergleich mit der getrennter Erzeugung von Strom und Wärme betrachtet wird:
2. Gleiche Primärenergieträger
also z.B. Erdgaseinsatz nicht nur bei KWK sondern auch bei getrennter Erzeugung (Anhang III , f , Ziffer 1 der EU 2004/8/EG) .
1. Eine detaillierte Gleicheit der Wärme- und Stromproduktion
also gleiche Strom- und gleiche Wärmeproduktion auch in getrennter Erzeugung (ergibt sich aus der Formel für PEE in Anhang III, b der EU 2004/8/EG).
3. Moderne Anlagen der getrennten Erzeugung
also z.B.: GUD und Brennwertkessel (Anhang III , f , Ziffer 2 der EU 2004/8/EG)
2.0
Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Anhang III „Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozessesf) Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme
……Die Wirkungsgrad-Referenzwerte werden nach folgenden Grundsätzen berechnet:
1. Beim Vergleich von KWK-Blöcken gemäß Artikel 3 mit Anlagen zur getrennten Stromerzeugung gilt der Grundsatz, dass
die gleichen Kategorien von Primärenergieträgern verglichen werden.
2. Jeder KWK-Block wird mit der besten, im Jahr des Baus dieses KWK- Blocks auf dem Markt erhältlichen und
wirtschaftlich vertretbaren Technologie für die getrennte Erzeugung von Wärme und Strom verglichen.
3. …4. …
eigentlich trivial
Quelle: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF
• Die Wärmeversorgung der Verbraucher/Kunden muss in jeder Alternative vollständig abgedeckt werden. („Spitzenkessel“)
• „Spitzenstrom“ , also eine ungekoppelte Stromerzeugung, der KWK-Anlage darf nicht ausgeklammert werden.
Eine weitere naheliegende Anforderung an einen Systemvergleich:
„Vollständige Alternativen“ betrachten
Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung
System:
Brennwertkessel:
Wärme
Strom
GuD-Anlage:
xK
Q0
Erdgas
Wärme:th = xK * BK
Strom:el = xGuD * GuD
th
el
BK
xGuD
GuD
xK + xGuD =1
2.11
2.12
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Versorger:
Spitzenkessel:
Wärme
Strom
KWK
im Spitzenstrom-
Betrieb
KWK-Anlage :
im KWK-Betrieb
xSK
xKWK
Q0V
Erdgas
xSE
Paradefall:
Die KWK – Scheibe
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Versorger:
Spitzenkessel
Wärme
Strom
KWK
im Spitzenstrom-
Betrieb
KWK-Anlage:
im KWK-Betrieb
xSK
xKWK
Q0V
Erdgas
xSE
Wärmespitze:
Zusatzstrom:
thV
elV
KWK
Versorger:
Spitzenkessel:
Wärme
Strom
KWK
im Spitzenstrom- Betrieb
KWK-Anlage :
im KWK-Betrieb
xSK
xKWK
Q0V
Erdgas
xSE
Ein korrekter Vergleich muss die gesamte Produktion des Versorgers, die mit seiner KWK Anlage und der Verpflichtung zur Fernwärmelieferung zusammenhängt,beachten.
Vergleiche also Erdgaseinsatz (PE) für:KWK: Q0
V = PE des Versorgers
und
getrennte
Erzeugung: Q0 = PE für GuD + Kessel, ergibt
sich aus detaillierter Gleichheit: Wärme = Q0 * ηK
Strom = Q0 * ηGuD
Dezentrale Wärmepumpe und zentrale GuD-Anlage
System:
Wärmepumpe:
Wärme
Strom
GuD-Anlage: xK
Q0
Erdgas
Strom für WP:
Strom:
th
el
K_WP
GuD xGuD
2.13
Betrachte die WP als einen „Superkessel“ mit einem - auf den GasEinsatz im GUD-Kraftwerk bezogenen -
thermischen Wirkungsgrad:
K_WP = JAZ * GUD
Mit : JAZ = Jahresarbeitszahl = gelieferte Wärme / eingesetzter Strom
GUD = eingesetzter Strom / eingesetzte Wärme im Kraftwerk
K_WP = JAZ * GUD
Zahlenwerte:
Speicher: KWK_Vergleich_mit_WP.xls!“eta_K_WP“
Zum Vergleich:
Brennwertkessel: eta_K = 1,1
Vergleich KWK mit: { GUD + Wärmepumpe }
3. Der KWK Mythos
3.
KWK als Hoffnungsträger zur Energieeinsparung
• Gesetzlicher Auftrag zur Verdoppelung der Stromerzeugung aus KWK auf eine Anteil von 25% bis 2020 AD (KWKG)
• Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom
• Jährliche Subventionen in etwa Milliardenhöhe durch Einspeisevergütung gemäß : KWKG = Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2009 und EEG = Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009 (Finanziert durch Abwälzung auf Strompreis)
• und weitere Vergünstigungen ( z.B. Anrechnung als RE in EEWärmeG, Interessenverband ist „gemeinnützig“, etc. )
3.0
Ein beliebter Spruch:
„ KWK nutzt Abwärme, die sonst verloren wäre.“
Verschwiegen wird meist: Fernwärme wird bei thermodynamisch noch Arbeits - fähigem Temperaturniveau betrieben, daher:
bei Dampfkraftwerken ergibt sich eine deutliche Stromeinbuße, und bei Motoren und Gasturbinen ist wg. der hohen Abwärme-Temperatur
der elektrische Wirkungsgrad von vorneherein niedrig.
3.1 „Abwärme“
Man erhält märchenhafte CO2- und PE Einsparungen
wenn man z.B.:
{2. +3.}: moderne Erdgas –KWK vergleicht mit:
• altem Ölkessel + altem KoKW
• + StromMix (50% Kohleanteil)
1. nur die „Brennstoffausnutzung“ vergleicht
also bei der KWK Strom und Wärme addiert, und dann mit dem Strom aus einem reinen Kraftwerk vergleicht.
Ergebnis: „KWK – Mythos“ mit
märchenhaften 30 - 60% Einsparung an CO2 und PE
3.2
Es werden oft zugunsten der KWK:
U1: die offenkundigen Fehler des „KWK-Mythos“ gemacht: (nur „Brennstoffausnutzung“ bewertet; Vergleich „alter KoKW“ mit „neuen Erdgas-KWK“ , „reine Abwärmenutzung“ ohne Wirkungsgradeinbuße )
U2 : Beitrag des Spitzenkessels ausgeklammert,
U3 : nur die Stromerzeugung im „KWK- Betrieb“ betrachtet („Paradefall“),
U4: Unrealistische (manipulierte) Vergleichswerte der getrennten Erzeugung benutzt (sogar gesetzlich vorgeschrieben wg. EU 2007/74/EG )
U5: Bei WP Strombezug aus dem deutschen Strommix unterstellt, statt im Systemvergleich aus modernem Gas- Kraftwerk (GuD).
Andererseits werden manchmal (im Prinzip ok aber verkomplizierend):
U6: Umfangreiche Nebeneffekte berücksichtigt (Verluste im Stromnetz, Bonus für Verbraucher nahe Stromerzeugung Pumpstrom und Wärmeverluste in Fernwärmeleitung, Unterschiede im Aufwand für Gastransport zum zentralen oder dezentralen Verbraucher, etc.)
Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.
3.3
Bei Wärmepumpen wird mit dem Strombezug aus dem deutschen Strommix gerechnet. Im Systemvergleich mit moderner Erdgas – KWK muss man aber den
Strombezug aus einem Erdgas GuD - Kraftwerk zugrunde legen.
Begründung: 1. Bei einer neuen Erdgas-KWK-Anlage wird sowohl der Strom als auch die Wärme aus einer neu errichteten Anlage und aus Erdgas erzeugt. Zu einem korrekten Systemvergleich mit einer getrennten Erzeugung muss daher ebenfalls von modernen Erdgasanlagen ausgegangen werden.
2. Diese bereits in der EU-Richtlinie 2004/8/EG für den Fall von Kraftwerk und dezen- tralem Kessel festgelegte Vorgehensweise muss sinngemäß auch auf die Stromversorgung von dezentralen Wärmepumpen angewendet werden.
3. Würde man die WP im Systemvergleich mit dem Strom-Mix speisen, so würde man für die Energieversorgung der Wärmepumpe ja letztendlich nicht Erdgas sondern den BrennstoffMix der deutschen Stromerzeugung einsetzen.
4 Im Übrigen werden bei der beabsichtigten Verlagerung von Erdgas aus der dezen- tralen Wärmeerzeugung in die Stromerzeugung ja auch tatsächlich neue GuD-Anlagen gebaut werden, falls KWK-Anlagen in geringerem Umfang zum Zuge kommen.
(U5) : Ein wichtiges Argument in voller Länge
Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung
4.
Ergebnisse bei Erdgas:
Mehraufwand bei getrennter Erzeugung mit GuD + Brennwertkessel GuD + Wärmepumpe
Schwerpunkt: Erdgas - KWK für Gebäudewärme
Aufgabe:
Moderne Erdgas- Anlagen sollen
einige bestehende alte Stromkraftwerke und
eine sehr große Zahl von alten Heizungsanlagen verdrängen.
Modernisierungs Szenario4.0
ein Hintergrund: Der deutsche Gasabsatz von insgesamt 925 TWh wurde 2007 zu 11,5 % zur Verstromung in Kraftwerken und
zu 27 % meist zu Heizzwecken in den Haushalten eingesetzt.
Veranschaulichung:
250 TWh Heizwärme entspricht {Faktor 0.6) ca. 150 TWh Strom
Gesamte Stromerzeugung in DE: ca. 600 TWh
Strom und gesamte Endenergie
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Es ist praktisch, statt εth als Abszisse εgesamt = εth + εel zu wählen.
Erzeugung von Strom und Wärme
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Str
om
: G
uD
bzw
. V
ers
org
er
E_GuD EGuD+
B2 B2
B4 B4
B5 B5
B6 B6
B7 B7
B8 B8
EGuD-
GuD + BrennwertKessel
Paradefall: kleine SymboleGesamter KWK-Versorger: Große Symbole
Gaseinsatz: Q = 1
εel
εgesε_gesamt
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
f =1.1 f =0.9
4.1
hier: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1; XSE= 0.1
Strom und gesamte Endenergie
neu: Zentrales GuD speist auch Wärmepumpe mit JAZ=4
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Erzeugung von Strom und Wärme
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Str
om
: G
uD
bzw
. V
ers
org
er E_GuD1 E_GuD
B2 B2B4 B4
B5 B5B6 B6B7 B7B8 B8
EGuD1- EGuD-EGuD+
GuD + BrennwertKessel
GuD versorgt auch WP
Paradefall: kleine SymboleGesamter KWK-Versorger: Große Symbole
Gaseinsatz: Q = 1
εel
εges
f = 90%
f = 90%
f = 110%
Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?
4.2
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
Kann eine optimale KWK die Effizienz der WP erreichen?
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Str
om
: G
uD
bzw. V
erso
rger
E_GuD1 E_GuDB2 B2B4 B4B5 B5B6 B6B7 B7B8 B8EGuD1-
GuD + BrennwertKessel
GuD versorgt auch WP
Paradefall: kleine Symbole
Gaseinsatz: Q = 1
zentral
dezentral
f=0.9
εel
εgesamt
Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?
1. Bei kleiner dezentraler KWK ist theoretisch eine hohe „Brennstoff- ausnutzung“ - wie bei einem Brennwertkessel- möglich. (Betrachte: gesamt <= 1.05 )
Aber bei Motoren sind keine hohen elektrischen Wirkungs-
grade möglich. (Betrachte: el < 0.40 , meist jedoch < 0,35)
2. Bei großer zentraler KWK ist wg. des Fernwärmenetzbetriebes keine
so hohe „Brennstoffausnutzung“ möglich: Betrachte: gesamt <= 0,91
Ein relativ hoher elektrischer Wirkungsgrad erreichbar, aber er ist (auch bei GuD)
begrenzt durch die Exergieverluste für die Bereitstellung der relativ hohen Vorlauftemperatur der Fernwärme.
(Betrachte: el <= 0.46 )
Folgerung: Selbst im Paradefall der KWK kann die Energie-Effizienz des GuD-WP-System wohl nicht erreicht werden.
Ein nur didaktisches Beispiel: Modernes, kleines GuD mit KWK und großes GuD ohne KWK
Abgasverluste = 10 % (umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
ohne KWK: el = 60% , davon 13%Punkte für WP-Betrieb verwenden
mit voller KWK: elKWK = 47% also 13% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 43% =(100 -10 -47%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 43/13 = 3,3 beachte aber : Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C
COP einer dezentralen WP: COP = 4 beachte: Wärme bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C
Die KWK erzeugt einen exergetischen Luxus, der dezentral in thermisch sanierten Gebäuden nicht mehr gebraucht wird.
Ein nur didaktisches Beispiel:
Modernes, großes GuD mit und ohne KWK
Abgasverluste = 10 % (umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
ohne KWK: el = 60% , davon 10%Punkte für WP-Betrieb verwenden
mit voller KWK: elKWK = 50% also 10% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 40% =(100 -10 -50%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 40/10 = 4 beachte : sogar Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C
COP einer dezentralen WP: COP = 4 , also ebenfalls 40 %Punkte Wärme
beachte: Wärme bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C
Ein großes GuD bringt auch im KWK-Betrieb hervorragende Leistung.Günstig für industriellem Wärmebedarf hoher Temperatur.
GuD mit hohem el und hoher COP = 6für Wärmeauskopplung aus Stromeinbuße
Abgasverluste = 10 % (umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
ohne KWK: el = 60% , davon Wärmepumpenbetrieb mit JAZ = 4
Frage: Mehrverbrauch bei gleichem output an Strom und Wärme
Bei PE-Faktor f = 1.05 ergeben sich:
f * el = 63%Punkte Strom , davon 9%Punkte für WP-Betrieb verwenden:
ergibt:
f * el - 9 = 63 - 9 = 54%Punkte Strom
und 9 * JAZ = 9 * 4 = 36%Punkte Wärme
Betrachte nun ein Super-KWK :
mit voller KWK: elKWK = 54% also nur 6% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 36% =(100 -10 -54%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 36/6 = 6
Fazit: {GuD + WP} bräuchte nur 5% mehr Erdgas als Super KWK
• Die Versorgung unter Einsatz von KWK-Anlagen ist der getrennten Versorgung mit Brennwertkessel und GuD meist knapp aber keineswegs grundsätzlich überlegen. • Es kommt nicht nur auf die Anlage sondern ganz erheblich auch auf die Betriebsweise an.
• Die KWK unterliegt deutlich im technischen Wettbewerb mit GuD-Kraftwerk und Wärmepumpe.
• Eine herausragende Subventionierung der KWK führt zu einem suboptimalen Ergebnis bei der Energie-Effizienz..
Fazit:
• die Wärmeauskopplung aus einem großen optimierten GuD wäre optimal, aber doch nur geringfügig effizienter als { dieses GuD +WP}
• KWK – eine ökologische Sackgasse ? Nach Installation einer dezentralen KWK gibt es kaum noch Anreize zur - weiteren thermischen Sanierung - Nutzung von Thermischer Solarenergie
• WP als Senke für fluktuierenden Wind- und PV- Strom
- Eine künftige Gretchenfrage: Warum soll man bei Stromüberfluss (Wind + PV) noch und sogar vorrangig Erdgas in KWK- Anlagen verbrennen ?
- Der Ausbau der Stromversorgung mit Wind und Sonne erfordert
vor allem Stromsenken (und keine neuen „vorrangigen“ Stromerzeuger)
• Ungleiche steuerliche Belastung der Nutzwärme
- 1 kWh Gas im dezentralen Kessel : 0.55 ct (Erdgassteuer, ohne.MWSt.) - “ “ beim KWK – Fernwärmeversorger : 0 - 1 kWh Gas für 0.6 Kwh GuD-Strom
für 2.4 kWh Wärme mittels WP : ca. 3.6 ct ( EEG [2011]+KWKG+ Ökosteuer + CO2- Zertifikat ) Alles ohne Konzessionsabgabe und ohne. dazugehöriger MWSt.
A1 Diskussionspunkte:
Eine wichtige Bemerkung zu dem interessanten Vortrag von Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI, für die SW-Düsseldorf:
Schüwer's Ergebnis: 2 empfehlenswerte Optionen. (ohne Holz)
Zu den "Nachteilen" gibt es Abhilfe durch einen Vorschlag zum WP-Tarif
Wärmepumpentarif zur Überwindung
diskriminierender Steuern und Abgaben
5.
WP = Wärmepumpe KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
Anforderungen an einen
Wärmepumpentarif zur Überwindung diskriminierender Steuern
und Abgaben
beim thermodynamisch optimierten Heizen
Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: [email protected] [email protected]
Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze
DPG2011_AKE10.3
UrQuelle: AKE-Archiv http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011-AKE_Dresden/Links_DPG2011.htm#AKE 10.3
jetzige Preisstruktur
Wärmepumpen-Strom
5.0
-3. Struktur des Sondervertrag-Tarifes (ohne MWSt.)
Quelle: energis : Preisblatt „Strom“, Stand 2011.0101, und eigene Schätzung nach privater Mitteilung Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls
Tarif Wärmepumpen gültig ab 1.1.2011, energis GmbH (RWE-Tochter), Saarbrücken
Stromtarif für WP (aus GuD) 14,43 [ct/kWh]
Stromeinkauf EVU (geschätzt): 5,71
darin: für 0.5 EUA CO2 0,75Konzessionsabgabe 0,11
gewälztes Netzentgelt: 1,50EEG, KWK und Strom-Steuer 5,61
Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,50
5.61
0.75
Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die
eingesetzte kWh Erdgas
5.1
Wirkungsgrad des GuD : ηGuD = 0.6
Vergleich der Einsatzpreise für Erdgas in verschiedenen Anlagen der Wärmeerzeugung
Kommentar: Eine unglaubliche Diskriminierung des Erdgaseinsatzes im GuD zur Versorgung der Wärmepumpen.
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas
Heiz-gas
KWK GuD/WP
Eingesetztes Erdgas 5,85 5,30 5,82 [ct/kWhth]
Kosten Erdgasbezug: 2,0 2,0 2,0
Dezentralitäts -Aufwand 3,30 3,30 0,00davon: Konzessionsabgabe 0,03 0,03
Netzgebühr: 1,80 1,80Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,47 1,47
Erdgas vor Steuern 5,3 5,3 2,0 [ct/kWhth]
Erdgassteuer: 0,55 0,00 0,00rückgewälzte Steuern 0,00 0,00 3,82
Summe Steuern 0,55 0,00 3,82 [ct/kWhth] 3.82
• 0.0 [ct/kWh] keine Verteuerung, da Erdgassteuer erstattet wird dies sind 0 % Aufschlag auf Heizgaspreis.
• Faktor ca. 2.6 durch die dezentrale Bereitstellung des Erdgases als Brennstoff für KWK in Haushalten
1. Subvention: keine Erdgassteuer; aber ok , da GuD ebenfalls befreit.
Stolperfrage:
Kann es eigentlich vernünftig sein,
Elektrizität für das StromNetz im großen Stil dezentral zu erzeugen, wenn dadurch der Erdgaseinsatz rund
zweieinhalb fach teurer wird ?
Am Rande vermerkt zur dezentralen KWK:
Wärmepumpentarif ohne
Diskriminierung
5.3
Bei der KWK –Förderung
sollten die Ziele der Energiepolitik:
• Einsparung von Primärenergie• CO2 -Reduktion
erreicht werden durch die Mittel:
• Modernisierung: Ersatz alter Anlagen zur Wärmeerzeugung• Wechsel zum PE-Träger Erdgas , auch bei der Stromerzeugung• Einsatz der Technik: KWK
Werkzeuge: (ohne die Subventionen)
1. Überhaupt keine Abgaben auf Energieträger
2. Förderung für dezentrales Erdgas3. Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom
Beispiele für2.: Rückerstattung ErdgasSteuer, besondere Förderung von Mini-BHKW
1. Keine rückgewälzten Abgaben
2. Nur CO2 arme Primärenergie ( Erdgas und CO2 freie PE)
3. Abnahmeverpflichtung von WP-Strom in‘s Netz
Zur Emanzipation der WP im Verhältnis zur KWK muss einWärmepumpen-Tarif in gleicher Weise in Anspruch nehmen:
Grundanforderungen Wärmepumpentarif
Dann lassen sich die energiepolitischen Zielewesentlich effektiver und wesentlich preiswerter erreichen.
5.31
Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes
für jede Technik oder Prozesskette gleich sein.
Volkswirtschaftliche Begründung
Diese Forderung ist nichts anderes als
eine Anwendung des "Gesetzes des einen Preises", welches
auch als das "Fundamentalgesetz der Ökonomie schlechthin“ bezeichnet wird /Sinn 2008/. Es ist daher rational wohl nicht abweisbar.
Einfairer Wettbewerb und eine marktgesteuerte Auslese des günstigsten und sparsamsten Energieeinsatzes erfordern:
Quelle: Hans Werner Sinn: "Das grüne Paradoxon", ISBN 978-3-430-20062-2, Ullstein , Berlin 2008, dort das Kapitel: " Das Gesetz des einen Preises", Seite 159ff
Preisstruktur
Wärmepumpen-Tarifohne
Diskriminierung im Vergleich zum
Alt-Tarif
Struktur des vorgeschlagenen Wärmepumpentarifes
Neuer WP-Tarif (aus GuD) 7,96 [ct/kWh]
Stromeinkauf EVU (geschätzt): 4,96 darin: für 0.5 EUA CO2 0,00
Konzessionsabgabe 0,11gewälztes Netzentgelt: 1,50
EEG, KWK und Strom-Steuer 0,00 Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,50
14,43
5,71
0,75
0,11
1,50
5,61
1,50
zum Vergleich: der diskriminierende Alt-Tarif
also 8.0 statt 14.4 [ct/kWel]
5.61
0.75
Ausgestaltung des diskriminierungsfreien
WP- Tarifes
5.32
1. Enger Anwendungsbereich des WP-Tarifes
• WP-Strom nur für hocheffiziente WP, z.B. mit COP > 4.5 kalkulierte Jahresarbeitszahl: JAZ > 4
• keine Aufweichung für bestimmte Technologien, also z.B. für Luft –WP
• Gesonderter Stromkreis ausschließlich für WP , Heizstab muss an Haushaltsstrom angeschlossen sein.
• Spätere Anhebung der Anforderungen für Neuanlagen nach dem Stand der fortschrittlichen Technik.
Zielsetzung:• Bei bestehenden Anlagen sollen nur die wirklich guten Anlagen unter den WP-Tarif fallen. Dann gibt es wenig Mitnahmeeffekte und daher
beim Start wenig Steuereinbußen.• Anreiz für Verbesserung der Anlagen.
Gute Anlagen rechnen sich auch bei höherer Investition.
Warum der WP-Tarif den Staat überhaupt nichts kostet
1. geringe Mitnahmeeffekte beim Start, denn es gibt bisher nicht viele WP –Anlagen in DE, und vor allem nicht viele , die den Anforderungen des WP-Tarifes genügen.
2. Neukunden haben vorher mit Brennstoff geheizt.
Sie haben also vorher keine Stromsteuern bezahlt, und zahlen nach der Umstellung auf WP-Tarif auch keine.
3. Ggfalls Anpassung der Brenstoffsteuern.
Möglichkeit 1 : Man könnte alle Ausnahmen von der Erdgassteuer aufzuheben. ( suboptimal) Dann würde dies aber sowohl die KWK als auch die WP betreffen.
Möglichkeit 2: Man könnte die Vorteile für GuD und KWK belassen, und diese Steuereinbußen durch eine
Anhebung der Brennstoffsteuern wieder ausgleichen.
Also: WP-Tarif ermöglicht Massenanwendung von WP ohne Steuereinbußen.
Allerdings gibt es auch keine Beiträge zur bestehende Abgabenlast der Stromkunden.
Feststellung: 1. Die elektrische Wärmepumpe (WP), gespeist aus hocheffizienten Kraftwerken, kann Wärme mit Abstand am effizientesten erzeugen.
2. Bei Rückwälzung der Energiesteuern und –Abgaben auf das eingesetzte Erdgas
zeigt sich, dass die el. WP mit hohen und diskriminierende Steuern und
Abgaben belastet wird. Bei GuD-Kraftwerk: 3,82 [ct/kWhth ] zum Vergleich: KWK: 0,00 Heizkessel: 0,55 Dies ist administrativer Unsinn.
4. Der WP-Tarif kann so ausgestaltet werden, dass gleichzeitig Anreize für fortlaufende Verbesserungen der WP und für Erdgaseinsatz gesetzt werden.
5. Der WP-Tarif ist aufkommensneutral. Allerdings ergeben sich auch keine Beiträge zu einer Entlastung der sonstigen Stromabnehmer.
Zusammenfassung WP-Tarif
Abhilfe: 3. WP- Tarif ohne die diskriminierenden Steuern und Abgaben.
Im Beispiel: 8.0 statt 14.4 [ct/kWhel]
Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes
für jede Technik oder Prozesskette gleich sein.
Diese Forderung gilt für alle Stromanwendungen in technischer Konkurrenz mit einem direkten Brennstoffeinsatz , die nicht aus sonstigen Gründen verhindert werden sollen.
Sie ist auch eine direkte Anwendung des volkswirtschaftlichen "Gesetzes des einen Preises"
Quintessenz
5.
Vorschläge
Erdgas für Strom und Wärme optimal einsetzen
6.
1. Direkten Erdgaseinsatz in Gebäuden zurückdrängen durch:
(1.1) Thermische Sanierung der Gebäudehülle
(1.2) Auslegung der Wärmeübertrager auf kleine Temperaturdifferenzen,
(1.3) Wärmepumpen
(1.4) Thermische Sonnenenergie für WW im Sommer und zur Heizungsunterstützung im Winter.
Skizze zu einem Gesamtkonzept des Einsatzes von Erdgas
2. Erdgaseinsatz ausweiten durch GuD- Anlagen , welche: (2.1) indirekt über Wärmepumpen auch Wärmeversorgung übernehmen (2.2) auch bedarfsgerecht KWK - Fernwärme bereitstellen (2.3) alte CO2- ineffiziente Kraftwerke verdrängen.
3. Erdgas zur dezentralen KWK nur einsetzen bei:,
voller Ausnutzung des Brennwerteffektes und garantierter Beschränkung auf streng wärmegeführten Betrieb. Dann kann die dezentrale KWK einen auch elektrizitätswirtschaftlich sinnvollen Beitrag zur Abdeckung der saisonalen Leistungsspitze durch den vermehrten Einsatz von Wärmepumpen leisten.
5.2