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Simon Kleschin. Mikro KWK. Simon Kleschin. Mikro KWK. Mikro-KWK Kraft-Wäre-Kopplung im kleinen Leistungsbereich Vortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung „Energiesysteme und Energiewirtschaft“ am Fachgebiet Energiesysteme der TU Berlin Simon Kleschin 14. Juli 2005. Simon Kleschin.

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Presentation Transcript
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Simon Kleschin

Mikro KWK

Mikro-KWKKraft-Wäre-Kopplung im kleinen LeistungsbereichVortrag im Rahmen der Lehrveranstaltung„Energiesysteme und Energiewirtschaft“am Fachgebiet Energiesystemeder TU BerlinSimon Kleschin14. Juli 2005

bersicht

Simon Kleschin

Mikro KWK

Übersicht

1. Einführung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

slide4

Simon Kleschin

Mikro KWK

1. Einführung

  • Definition
  • KWK Prinzip

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

definition

Simon Kleschin

Mikro KWK

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

12 % Verlust

Mikro-KWK

100 %

Brennstoff

27 % Strom

61 % Wärme

Simon Kleschin

Mikro KWK

Netzbetreiber

  • mußStrom abnehmen zu vereinbarten oder “üblichen“ Preis + Netzentlastung und evtl. Zuschlag
  • Belastungsaus-gleich der Netzbetreiber untereinander
Definition - Beispiel Mikro-KWK

BHKW

Strom: Eigenver-brauch,

Einspeisung

Brennstoffe:

gasförmige oder flüssige Brennstoffe

Anlagentechnik:

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

Nutzwärme: Raumwärme, Wasserbereitung

slide7

Simon Kleschin

Mikro KWK

1. Einleitung

2. Eigenschaften

  • Technik
  • Ökologie
  • Ökonomie

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

eigenschaft technik

Simon Kleschin

Mikro KWK

Eigenschaft - Technik

Technik

Leistung

Wirkungsgrad

Brennstoff

Bemerkung

kWel

kWth

ηel

ηges

Otto-Motor

(Senertec

Dachs)

5,5

12,5

27 %

88 %

Gas, Flüssiggas

10.000 Stück

verkauft

  • vielfältige technische Konzepte in verschiedenen Entwicklungsstadien

Stirling-Motor

(Solo

Stirling 161)

1,8

bis

8,9

6,2

bis

24,6

25 %

93 %

Gas, Flüssiggas

modulierend

Brennstoffzelle

(Sulzer Hexis)

1

2,5

-

-

Gas

SOFC (900°C)

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Simon Kleschin

Mikro KWK

Eigenschaft - Ökologie

Lebenszyklusanalyse:

  • Brennwertkessel mit Mikro-KWK ersetzen
  • Strom als Hauptprodukt, Wärme speicherbar!

Ergebnisse der LZA:

CO2eq

SO2eq

NO2

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

slide10

Simon Kleschin

Mikro KWK

Eigenschaft - Ökologie

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

slide11

Simon Kleschin

Mikro KWK

Eigenschaft - Ökologie

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

eigenschaft konomie

12 % Verlust

Mikro-KWK

100 %

Brennstoff

27 % Strom

61 % Wärme

Simon Kleschin

Mikro KWK

Netz:

  • Anschluß
  • Konzessionen
  • Entlastungsvergütung
Eigenschaft - Ökonomie

BHKW

Strom:

  • Eigenverbrauch
  • Einspeise-vergütung
  • Bezugspreis

Brennstoffe:

  • Preisent-wicklung
  • Besteuerung

Anlagentechnik:

  • Investitions-, Betriebskosten
  • Spitzenlastkessel
  • Lebensdauer
  • Wirkungsgrad
  • Strom-Wärme-Verhältnis
  • Alternativen (Solar...)

Nutzwärme:

  • Bedarf
  • jahreszeitliche Verteilung
  • Transaktionskosten
  • Förderbedingungen
  • Nutzer-Profil
  • Vollaststunden
eigenschaft konomie13

Simon Kleschin

Mikro KWK

Stromerlös bei Eigennutzung

Eigenschaft - Ökonomie

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

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Simon Kleschin

Mikro KWK

Eigenschaft - Ökonomie

  • 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
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Simon Kleschin

Mikro KWK

1. Einleitung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

(Potentiale, Hemmnisse, Förderungen)

4. Ausblick

slide16

Simon Kleschin

Mikro KWK

Mikro-KWK in Deutschland - Potentiale

  • 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]

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

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Simon Kleschin

Mikro KWK

Mikro-KWK in Deutschland - Potentiale

  • 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)
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Simon Kleschin

Mikro KWK

Mikro-KWK in Deutschland - Hemmnisse

  • 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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Simon Kleschin

Mikro KWK

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
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Simon Kleschin

Mikro KWK

Mikro-KWK in Deutschland - Förderungen

  • 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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Simon Kleschin

Mikro KWK

1. Einleitung

2. Eigenschaften

3. Mikro-KWK in Deutschland

4. Ausblick

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Simon Kleschin

Mikro KWK

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