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


Übersicht

1. Einführung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick


1. Einführung

– Definition

– KWK Prinzip

2. Eigenschaften


4. Ausblick


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


Definition - Beispiel Mikro-KWK

BHKW


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


4. Ausblick


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


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

Ergebnisse der LZA:

CO2eq SO2eq NO2


Eigenschaft - Ökologie

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



[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



BHKW


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



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



1. Einleitung

2. Eigenschaften


(Potentiale, Hemmnisse, Förderungen)

4. Ausblick


• 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]


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 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)


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 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


Mikro-KWK in Deutschland - Förderungen

1. Einleitung

2. Eigenschaften


4. Ausblick


• 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


Ausblick

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit

Mikro KWK Simon Kleschin, [email protected]

Documents

Mikro KWK