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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 Luther Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26 D-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

GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom (Kraft) – Wärmekopplung Thermodynamisch optimierten Heizen mit KWK und/oder GuD & WP Dr. Gerhard

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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

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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

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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

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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

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Wie kann ich das Erdgas am günstigsten

zur Strom-und Wärmeversorgung einsetzen

Schlüsselfrage:

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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

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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

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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

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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

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2. Wie vergleicht man KWK

und getrennte Erzeugung

2.

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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

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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

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• 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

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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

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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

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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

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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

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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

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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 }

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3. Der KWK Mythos

3.

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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

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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“

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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

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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

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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

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Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung

4.

Ergebnisse bei Erdgas:

Mehraufwand bei getrennter Erzeugung mit GuD + Brennwertkessel GuD + Wärmepumpe

Schwerpunkt: Erdgas - KWK für Gebäudewärme

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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

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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

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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%

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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• 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}

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• 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:

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Eine wichtige Bemerkung zu dem interessanten Vortrag von Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI, für die SW-Düsseldorf:

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Schüwer's Ergebnis: 2 empfehlenswerte Optionen. (ohne Holz)

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Zu den "Nachteilen" gibt es Abhilfe durch einen Vorschlag zum WP-Tarif

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Wärmepumpentarif zur Überwindung

diskriminierender Steuern und Abgaben

5.

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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

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jetzige Preisstruktur

Wärmepumpen-Strom

5.0

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-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

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Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die

eingesetzte kWh Erdgas

5.1

Wirkungsgrad des GuD : ηGuD = 0.6

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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

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• 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:

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Wärmepumpentarif ohne

Diskriminierung

5.3

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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

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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

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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

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Preisstruktur

Wärmepumpen-Tarifohne

Diskriminierung im Vergleich zum

Alt-Tarif

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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

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Ausgestaltung des diskriminierungsfreien

WP- Tarifes

5.32

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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.

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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.

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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]

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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

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5.

Vorschläge

Erdgas für Strom und Wärme optimal einsetzen

6.

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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