Hoffnungsträger oder Subventionsloch

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1 Hoffnungsträger oder Subventionsloch
AKE2008H_08 Kraftwärmekopplung Hoffnungsträger oder Subventionsloch Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit ) Dr. Gerhard Luther Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26 D Saarbrücken EU - Germany Tel.: (49)  0681/ ; Fax / Homepage: KWK = Strom („Kraft“) - Wärmekopplung

2 KWK mit neuem Schwung u.a. auch Vorträge mit großer Perspektive:
Heute investieren - morgen gewinnen u.a. auch Vorträge mit großer Perspektive: Kann die Fernwärme in Deutschland zum Standardheizsystem werden? Stephan Schwarz , Präsident der AGFW, Stadtwerke München GmbH Kann der KWK-Ausbau zusammen mit anderen Energieeffizienzmaßnahmen und dem Ausbau der Regenerativenergien den Bau herkömmlicher Kraftwerke in Deutschland vermeiden? Dr. Felix Christian Matthes, Öko-Institut e.V., Berlin Wahlweise Strom oder Wärme - BHKW mit integrierter Elektro-Wärmepumpe Karsten Rasche, Geschäftsführer, Ingenieurbüro Rasche Wärmetrans, Leipzig Quelle:

3 Hoffnungsträger oder Subventionsloch
Kraftwärmekopplung Hoffnungsträger oder Subventionsloch 1. Strom und Heizwärme- Erzeuger (gekoppelt und getrennt) 1.1 BHKW ; 1.2 Dampfkraftwerk ; 1.3 Gasturbine; 1.4 GUD-Kraftwerk; 1.5 Brennwertkessel 2. KWK-Promotion 3. Korrekte Vergleiche ?? 4. Ergebnisse wissenschaftlich korrekter Vergleiche 5. KWK mit Brennwertnutzung 5.1 bei dezentraler Mikro.KWK ; Bei zentraler KWK 6. Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung 7. Vollständiger Brennstoffvergleich für Versorger ( KWK + Spitzenwärme + Spitzenstrom ) 8. Wie wurde bisher die Brennwerttechnik in wichtigen KWK – Studien abgehandelt Anhang 1: Low Ex –Wärme Anhang 2 : außenliegende Wand- und Luftheizung

4 Strom und Heizwärme- Erzeuger (gekoppelt und getrennt)

5 Prinzip: Block-Heizkraftwerk (BHKW)
1.1 Prinzip: Block-Heizkraftwerk (BHKW) gesamt = 90 % el = 34 % Wärmeabgabe an Kühlwasser und Abgas erfolgt auf hohem Temperaturniveau. Das ist schlecht für den Wirkungsgrad. Aber man kann die Abwärme noch direkt weiter verwerten UrBildQuelle:

6 Einfacher Dampfkraftwerksprozess
Idealisierter Vergleichsprozess (Clausius- Rankine) Schraffierter Bereich: gewinnbare Nutzarbeit Also: Wärmeauskopplung bei T > Tu vermindert die Nutzarbeit H.D. Baehr, S. Kabelac: Thermodynamik, Grundlagen und techn. Anwendungen, Springer, 2006 6

7 Gasturbinen- Prozess ca. 650 °C 1.3
Quelle:John R. Tyldsley: “An Introduction to Applied Thermodynamics and Energy Conversion“, Longman,London1977, ISBN= ,

8 GUD –Kraftwerk:: Gas- Dampf- Kraftprozeß
1.4 GUD –Kraftwerk:: Gas- Dampf- Kraftprozeß ca. 650 °C BildQuelle: E. Hahne: „Technische Thermodynamik“, 3.A.,Oldenbourg Verlag München 2000, ISBN= , Bild 8.10, p.386

9 Moderne GUD werden el = 60% erreichen
Beispiel: GUD - Irsching Moderne GUD werden el = 60% erreichen Quelle:

10 Wie gut sind moderne Feuerungsanlagen ?
1.5 Wie gut sind moderne Feuerungsanlagen ? Erdgas- Brennwertkessel

11 Ich rechne meist nur mit
uralter Verschwender bereits veraltet aktueller Stand der Technik Brennwerttechnik NT Bw Ich rechne meist nur mit 105 % Quelle: Stadtwerke Karlsruhe: Kundenbroschüre „Erdgas Brennwert Heizkessel“ , ergänzt SpQ:SW_Karlsruhe_BrennwertKessel.pdf

12 Nettoabgasverlust (der gesamten Feuerungsanlage)
Für Vergleich Heizkessel vs. Fernwärme ist maßgebend: der Nettoabgasverlust (der gesamten Feuerungsanlage) (1.) Der BruttoAbgasverlust des Kessels unterschlägt die Wärmerückgewinnung aus dem Abgas über den Kamin in das Haus. (2.) Die Abstrahlverluste des Kessels können mit den Wärmeverlusten des Wärmeübertragers bei der Fernwärme gegen gerechnet werden. Setzt man { (1) + (2) } mit % an, so kommt man selbst bei einem BruttoAbgasverlust von 90%(Ho) für den Vergleich mit der Fern wärme auf einen analogen „Kesselwirkungsgrad“ von 94% (Ho) also etwa: % (Hu).

13 Es gibt auch Brennwertanlagen, die hervorragend funktionieren
z.B.: meine eigene Feuerungsanlage Kessel: Viessmann Vitodens 200 mittlere Leistung in 2005/06: 14 [kW] Kaminhöhe ca. 16 m Durchmesser: 150 mm, Abgasrohr: 80 mm

14 Direkte Messung der Abgasverluste über einen Zeitraum t0:
1. Messung des anfallenden Kondensatwassers W in [ Liter] 2. Ablesung des Gasverbrauches VG in [mn3] 3. Berechnung von WD0 = maximaler theoretischer Kondensatanfall WD0 = VG *xV mit xV0 = 1,6 [ Liter H2O /mn3 ] bei Erdgas 4. Integraler Kondensatanfall w = W / WD0 w = W / (VG *xV0 ) = (W / VG ) / 1,6 Es gilt: Wärmeverluste qA in [ %] von Feuerungsanlagen mit Kondensatanfall: w = (W / VG ) / 1,6 Faustformel: qA = (1 – w) * 13,5% Quelle: G. Luther: DE B3; „Messverfahren zur Bestimmung des Abgasverlustes von Feuerungsanlagen mit Abgaskondensation“

15 Gemessen Abgasverluste meiner eigenen Brenwertanlage
im Winter 2005/06 Abgasverlust: bezogen auf vollständige Kondensation, im Maß von Hu also thermischer Wirkungsgrad für den Vergleich mit KWK Anlage: 109 % (Hu) Messverfahren: G. Luther: DE B3; „Messverfahren zur Bestimmung des Abgasverlustes von Feuerungsanlagen mit Abgaskondensation“

16 2 KWK - Promotion

17 Strom- Wärmekopplung in der EU Sollte man den KWK –Anteil in BRD
DK: 52% Sollte man den KWK –Anteil in BRD nicht erhöhen ? In DK sind es ja mehr als 50% ! BRD: 12% BQuelle: Speicher:DB-Research2008_KWK-Eckpfeiler-des-IEKP_16p.pdf

18 Werbebild der Gaswirtschaft:
Was hat man verglichen: Ein modernes Erdgas - BHKW in idealer wärmegeführter Betriebsweise mit einem uralten Kohlekraftwerk (KoKW) (eta=34% [im Bildtext ] und einem alten Heizölkessel [34%] Ergebnis durch das BHKW: 37% PE-Einsparung 59% CO2 Einsparung Quelle: ASUE: Grafiken Blockheizkraftwerke: : Kraft-Wärmekopplung ;

19 th = 89 % (= 50 /56) Werbebild des B.KWK: el = 38 % gesamt = 88 %
B.KWK = Bundesverband Kraft Wärme Kopplung el = 38 % gesamt = 88 % el = 34,5% (= 38 / 110) th = 89 % (= 50 /56) a Ergebnis durch das BHKW (bzgl. einer uralten getrennten Erzeugung) : 40 % PE-Einsparung Bildquelle:

20 Offizielles Werbebild des BMU:
Ergebnis durch das BHKW (vermutlich bzgl. BRD- StromMix ) : 38% PE-Einsparung 34% CO2 Einsparung Quelle: BMU 2008: „Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; Abb. p Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdf

21 mit jährlichen Milliardenbeträgen
Schlussfolgerung in der BMU – Broschüre: KWK ist eine der wirksamsten Maßnahmen zur Einsparung von Primärenergie und zur Vermeidung von klimaschädlichem Kohlendioxid! Deshalb hat die Bundesregierung beschlossen, den KWK-Anteil an der Stromerzeugung bis zum Jahre 2020 auf 25 % zu verdoppeln. und fördert Investition und Betrieb der KWK mit jährlichen Milliardenbeträgen Quelle: BMU 2008: „Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; p Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdf

22 Korrekte Vergleiche ?? 3 Gleicher Primärenergieträger
Modern Technik auf beiden Seiten GUD + Brennwerttechnik Alternative: Wärmepumpe

23 Man sollte aber nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, denn:
Ein korrekter Vergleich setzt für beide Seiten voraus: gleicher Primärenergieträger, z.B. Erdgas moderne Technik, zumindest aktueller Stand der Technik ( z.B.: GUD – Kraftwerk , Brennwertkessel ) (vgl. hierzu auch Richtlinie EU 2004/8/EG; Anhang III ) Auch naheliegende technische Alternativen in Vergleich einbeziehen: Brennwert- Mini - BHKW (dezentral) Wärmepumpe mit Niedertemperatur - Heizflächen

24 die gleichen Kategorien von Primärenergieträgern verglichen werden.
eigentlich trivial Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Anhang III „Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozesses f) 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. … Quelle:

25 etwas mickrig ? 10% doch eher
Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Einleitende Bemerkungen in Erwägung nachstehender Gründe: ….. (11) Hocheffiziente KWK wird in dieser Richtlinie als der Umfang der Energieinsparungen durch die kombinierte anstatt der getrennten Produktion von Wärme und Strom definiert. Energieeinsparungen von mehr als 10 % gelten als „hocheffizient“. Zur Maximierung der Energieeinsparungen und um zu vermeiden, dass Energieeinsparungen zunichte gemacht werden, muss den Betriebsbedingungen von KWK-Blöcken die größte Aufmerksamkeit gelten. …... hier steht noch was ganz Wichtiges Quelle:

26 Zitate aus EU Richtlinie 2004/8/EG Artikel 3 : Begriffsbestimmungen :
Im Sinne dieser Richtlinie bezeichnet der Ausdruck i) „hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung“ die KWK, die den in Anhang III festgelegten Kriterien entspricht; Artikel 4: Kriterien für den Wirkungsgrad der KWK (1) Zur Bestimmung der Effizienz der KWK nach Anhang III legt die Kommission nach dem in Artikel 14 Absatz 2 genannten Verfahren spätestens am 21. Februar 2006 harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme fest. Diese harmonisierten Wirkungsgrad-Referenzwerte bestehen aus einer Matrix von Werten, aufgeschlüsselt nach relevanten Faktoren wie Baujahr und Brennstoff-typen, und müssen sich auf eine ausführlich dokumentierte Analyse stützen, bei der unter anderem die Betriebsdaten bei realen Betriebsbedingungen, der grenzüberschreitende Stromhandel, der Energieträgermix, die klimatischen Bedingungen und die angewandten KWK-Technologien gemäß den Grundsätzen in Anhang III berücksichtigt werden. (2) Die Kommission prüft die in Absatz 1 genannten harmonisierten Wirkungs-grad- Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme zum ersten Mal am 21. Februar 2011 und danach alle vier Jahre …… …..……….. RL 2007/74/EG Quelle:

27 60 % 105% Brennwert-Kessel Tatsächliche Marktwerte
Auslese aus der Richtlinie 2007/74/EG für Erdgas Harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom GUD Brennwert-Kessel 60 % 105% Auslegung „reale Betriebsdaten “ getrennte Erzeugung von Wärme

28 Daher habe ich mich entschlossen
Ein Problem: Die EU Richtlinie 2004/8/EG legt in Artikel 4 Absatz 1 (Zitat siehe 2 Folien vorher) u.a. fest, dass die Referenzwerte für die getrennte Erzeugung als Betriebsdaten bei realen Betriebsbedingungen ermittelt werden. Die festgelegten Wirkungsgrad Zahlenwerte für 2006 bis 2011 liegen für Gaskraftwerke ca. 15% (!!) niedriger als die Auslegungswerte moderner GUD. 1. Bei diesem niedrigen Wirkungsgrad kommt der Verdacht auf, dass sich hierin auch der Beitrag betehender GUD‘s zur Regelenergie widerspiegelt Dies wäre jedoch nicht korrekt, da die wärmegeführte (!!) KWK keinen vergleichbaren Beitrag liefert. 2. Hinzu kommt, dass in der Praxis für die BHKW‘s offensichtlich von Auslegungsdaten ausgegangen wird. Daher habe ich mich entschlossen sowohl bei der KWK als auch bei der getrennten Erzeugung von den Auslegungswerten auszugehen. Kommentare, Bedenken und Bestärkungen bitte mir gleich mailen:

29 Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Einleitende Bemerkungen
tatsächlich: ca. 0 bis -5% Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Einleitende Bemerkungen in Erwägung nachstehender Gründe: ….. (11) Hocheffiziente KWK wird in dieser Richtlinie als der Umfang der Energieinsparungen durch die kombinierte anstatt der getrennten Produktion von Wärme und Strom definiert. Energieeinsparungen von mehr als 10 % gelten als „hocheffizient“. Zur Maximierung der Energieeinsparungen und um zu vermeiden, dass Energieeinsparungen zunichte gemacht werden, muss den Betriebsbedingungen von KWK-Blöcken die größte Aufmerksamkeit gelten. …... Quelle:

30 RICHTLINIE 2004/8/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES. vom 11
RICHTLINIE 2004/8/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 11. Februar über die Förderung einer am Nutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarkt und zur Änderung der Richtlinie 92/42/EWG Richtlinie 2007/74/EG = Entscheidung der Kommission vom , zur Festlegung harmonisierter Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme in Anwendung der RL 2004/8/EG..)

31 Ergebnisse wissenschaftlich korrekter Vergleiche
4 Ergebnisse wissenschaftlich korrekter Vergleiche ( entsprechen auch den Grundsätzen (!) der EU –Richtlinie)

32 Bezug auf modernes Erdgas –GUD + Heizwerk
Korrekt, aber noch nicht optimal: Bezug auf modernes Erdgas –GUD + Heizwerk Ergebnis durch das Erdgas -BHKW (bzgl. Erdgas– GUD + HeizWerk) : 16% PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ ( )) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE} 16% CO2 Einsparung [ = ( /( ) ] Quelle: V. Quaschning : “Erneuerbare Energien und Klimaschutz“, Abb Hanser Verlag (2008) ,ISBN=

33 Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel
Korrekt, optimal und sogar wirklichkeitsnah: Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel 110 Brenn wert - Kessel Erdgas ohne Kondensation 95% ( 551 kWh) incl. Abgas- kondensation th =105% Hu Ergebnis durch das Erdgas -BHKW (bzgl. Erdgas– GUD + BrennwertKessel : 9 % PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ ( )) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE} 9 % CO2 Einsparung [ = ( /( ) ] Urbild-Quelle: V. Quaschning : “Erneuerbare Energien und Klimaschutz“, Hanser Verlag (2008) ,ISBN= ich habe im Urbild das GasHeizwerk durch einen handelsüblichen Brennwertkessel ersetzt.:

34 Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel
Demnächst: Dezentrales Brennwert Mini - BHKW, allseits optimal: Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel Wärme 730 kWh 139 Brenn wert - Kessel Wärme 730 kWh incl. Abgas- kondensation ( dezentral ) gesamt = 105% HU Erdgas ohne Kondensation 95% ( 694 kWh) incl. Abgas- kondensation th =105% Hu Ergebnis durch das Brennwert-BHKW (bzgl. GUD + BrennwertKessel : 20 % PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ ( )) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE} 20 % CO2 Einsparung [ = ( /( ) ] Quelle: ich habe im Urbild der vorherigen Folie überall die Werte der Brennwertnutzung eingesetzt.

35 Bezug auf Erdgas GUD + Wärmepumpe
Demnächst: Dezentrales Brennwert Mini - BHKW, allseits optimal: Bezug auf Erdgas GUD + Wärmepumpe Wärme 730 kWh Wärme 730 kWh incl. Abgas- kondensation ( dezentral ) gesamt = 105% HU Wärmepumpe = 4 63 183 315 132 Ergebnis durch das Brennwert-BHKW (bzgl. GUD + Wärmepumpe % , PE- Mehrverbrauch ! [ = (1 – 1000/ ( )) ] % , CO2 Mehremission ! [ = ( /( ) ]

36 KWK mit Brennwertnutzung
5 KWK mit Brennwertnutzung 1. Bei dezentraler Mikro –KWK, gibt es kein grundsätzliches Problem, sofern die Wärme lokal , im gleichen Gebäude, genutzt wird. die Verbrennung im Motor bei nicht zu hohem Luftüberschuss erfolgt . Also z.B. problemlos bei einem Otto-Motor mit Katalysator und  =1 Regelung. 2. Aber sehr problematisch bei Wärmenetzen

37 Temperaturspreizung T am Wärmeübertrager erforderlich
2. Hindernisse für effektive Brennwertnutzung bei zentraler KWK mit Wärmenetz. Temperaturspreizung T am Wärmeübertrager erforderlich Hohe Vorlauftemperatur für jederzeitiges WarmWasser Geleitzugbetrieb: Nutzer mit höchstem T– Anspruch magebend ( Industriedampf ! ) Temperaturabfall bis zum letzten Verbraucher muss einkalkuliert werden Luftüberschuss bei Gasturbinen und Dieselmotoren erforderlich Also: Zentrale und effektive Brennwertnutzung bleibt vermutlich ein Traum

38 Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung
6 Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung Für die Gesamt- Nutzenergie einer KWK – Anlage gilt: gesamtKWK * Q0KWK = ( elKWK + thKWK ) *Q0KWK (1) mit Q0KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten Erzeugung: für GUD- Strom: GUD QGUD = elKWK * Q0KWK (2a) für Kessel -Nutzwärme : K QK = thKWK * Q0KWK (2b) Q0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung: Q0 = QGUD + QK (3) Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung: f = Q0/ Q0KWK = ( elKWK / GUD + thKWK / K ) (4)

39 Bezeichnungen: thKWK = Wärmewirkungsgrad der KWK-Erzeugung, definiert als jährliche Nutzwärmeerzeugung im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und KWK- Stromerzeugung eingesetzt wurde. K = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung (z.B. im Brennwertkessel, Bezug auf Hu= unterer Heizwert) elKWK = elektrischer Wirkungsgrad der KWK, definiert als jährlicher KWK Strom im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK- Nutzwärmeleistung und KWK- Stromerzeugung eingesetzt wurde. GUD = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung ( z.B. in einem zentralen GUD –Kraftwerk) gesamtKWK = thKWK + elKWK = Gesamt-Nutzungsgrad der KWK Q0KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage QGUD und QK = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel Q0 = QGUD + QK = gesamter PE der getrennten Erzeugung f = Q0/ Q0KWK = Faktor für den Primärenergie - Mehrverbrauch durch getrennte Erzeugung von Strom und Wärme.

40 Bemerkung: Die Gl.(4) für f entspricht der Formel im Anhang III der EU - Richtlinie 2004/74/EG:
PEE Primärenergieeinsparung KWK Wη Wärmewirkungsgrad-Referenzwert der KWK-Erzeugung, definiert als jährliche Nutzwärmeerzeugung im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und KWK-Stromerzeugung eingesetzt wurde. Ref Wη Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung. KWK Eη elektrischer Wirkungsgrad der KWK, definiert als jährlicher KWK-Strom im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und KWK-Stromerzeugung eingesetzt wurde. Wenn ein KWK-Block mechanische Energie erzeugt, ……… Ref Eη Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung denn: PEE = PE–Einsparung durch KWK = (Q0 - Q0KWK ) / Q0 = ( 1 – 1/ f )

41 Der PE- Faktor f = Q0/ Q0KWK für den PE- Aufwand:
Gl.(4) wird anschaulicher, wenn wir die KWK beschreiben mit: gesamtKWK = Gesamtnutzungsfaktor der KWK, und elKWK = elektrischer Wirkungsgrad der KWK Aus Gl.(1) : thKWK = [ gesamtKWK - elKWK ] (1a) Gl.(4): f = ( elKWK / GUD + [ thKWK ] / K ) Mit (1a) : f = ( elKWK / GUD + [ gesamtKWK - elKWK ] / K ) Ordnen : f = gesamtKWK / K + elKWK * { 1/ GUD – 1 / K ) also: Der PE- Faktor f = Q0/ Q0KWK für den PE- Aufwand: f = gesamtKWK /K + elKWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4a) ist eine lineare Funktion von elKWK .

42 Der PE- Faktor f = Q0/ Q0KWK für den PE- Aufwand: f = gesamtKWK /K elKWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4a) [ meist =< 1 ] { > 0 } Referenz: GUD = 60% für GUD –Kraftwerk K = 105% (Hu) für Brennwertkessel 1.05 = gesamtKWK 0.90 = 0.85 = gesamtKWK elKWK

43 Referenz: eta_GUD = 60% eta_K = 105% (Hu)
Folgerungen: 1. Bei der KWK sind allenfalls dezentrale Brennwertanlagen wirklich interessant 2. Bei der angemessenen und zeitgemäßen Referenz, GUD und Brennwertkessel, kann die KWK ohne Brennwertnutzung kaum noch mithalten. 3. Falls der KWK zeitweise ohne Wärmenutzung („stromgeführt“) betrieben wird, wird ihre Einsparbilanz sehr bald negativ: das massiv subventionierte Einsparwerkzeug KWK verbraucht dann mehr Primärenergie als der marktgängige konventionelle Stand der Technik

44 Vollständiger Brennstoffvergleich
7 Vollständiger Brennstoffvergleich Für die Gesamt- Nutzenergie eines Versorgers ( freie KWK, Spitzenkessel) gilt: gesamtV * Q0V = ( elV + thV ) *Q0V (1) mit: Q0V = Gesamter PE des Versorgers (KWK, SpitzenKessel +SpitzenStrom) Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten Erzeugung: für GUD- Strom: GUD QGUD = elV *Q0V (2a) für Kessel -Nutzwärme : K QK = thV * Q0V (2b) Q0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung: Q0 = QGUD + QK (3) Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung: f = Q0/ Q0V = (elV / GUD + thV / K ) (4)

45 Bezeichnungen: thV = Wärmewirkungsgrad der Strom- und Wärme-Erzeugung des Versorgers, ´ definiert als gesamte jährliche Nutzwärmeerzeugung im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung von Wärme und von Strom insgesamt (also: für KWK, für SE und für SK) beim Versorger eingesetzt wurde. K = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung (z.B. im Brennwertkessel, Bezug auf Hu= unterer Heizwert) elV = elektrischer Wirkungsgrad der Strom- und Wärme-Erzeugung des Versor gers, definiert als gesamte jährliche Stromerzeugung im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung von Wärme und Strom insgesamt beim Versorger eingesetzt wurde. GUD = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung ( z.B. in einem zentralen GUD –Kraftwerk) gesamtV = thV + elV = Gesamt-Nutzungsgrad des Versorgers Q0V = Primärenergieeinsatz (PE) des Versorgers QGUD und QK = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel Q0 = QGUD + QK = gesamter PE der getrennten Erzeugung f = Q0/ Q0V = Faktor für den Primärenergie - Mehrverbrauch durch getrennte Erzeugung von Strom und Wärme. Der Versorger setzt KWK, Spitzenstrom (SE) und SpitzenKessel (SK) ein.

46 Gl.(4) wird anschaulicher, wenn wir den Versorger beschreiben mit:
gesamtV = Gesamtnutzungsfaktor des Versorgers, und elV = elektrischer Wirkungsgrad des Versorgers Der PE- Faktor f = Q0/ Q0V für den PE- Aufwand: f = gesamtV /K + elV * { 1/ GUD - 1/ K } (4a) ist eine lineare Funktion von elV .

47 KWK –Strom und Wärme, SpitzenStrom und SpitzenWärme
Gesamte Nutzenergie: QnutzV = gesamtV * Q0V Anteile an der Primärenergie: x_KWK = wärmegeführte KWK x_SE = Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen) x_SK = Spitzenwärme (im Spitzenkessel) Q0V = { x_KWK + x_SE + x_SK } * Q0V = Q0KWK + Q0SE + Q0SK Anlagenwirkungsgrade von Spitzenstrom und ~Kessel: elSE für Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen) thSK für Spitzenwärme (im Spitzenkessel) Dann gilt: elV = x_KWK * elKWK x_SE * elSE (5a) thV = x_KWK * thKWK x_SK * thSK (5b)

48 Verschlechterung des PE-Faktors durch Spitzenkessel
Bei Wärme geführten Betrieb: x_SE = 0 und gesamtKWK = thSK gilt: f = gesamtV /K elKWK * x_KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4c) mit: gesamtV = ( x_KWK + x_SK )* gesamtKWK = * gesamtKWK (mit Gl.(8a)) = Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu) gesamtKWK =1,05 bzw. 0,85 elKWK Speicher: Blatt „SK“

49 gesamtKWK =1,05 bzw. 0,85 Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu) Folgerungen: 1. Bei der KWK mit Spitzenkessel sind nur noch dezentrale Brennwertanlagen wirklich interessant. 2. Zentrale KWK mit Spitzenkessel ergibt erst bei hohen elektrischen Wirkungsgraden eine positive Einsparbilanz. Meist gilt hier: Das massiv subventionierte „Einsparwerkzeug“ KWK verbraucht oft mehr Primärenergie als die getrennte Erzeugung mit GUD und Brennwertkessel

50 Verschlechterung des PE-Faktors durch SpitzenStrom
Bei freiem Betrieb mit: elKWK = elSE und ohne Spitzenkessel: x_SK =0 gilt: f = gesamtV /K + elKWK * { 1/ GUD - 1/ K } aus (4b) mit: gesamtV = x_KWK* gesamtKWK + x_SE*elSE (aus Gl.(7a)) also: f = x_KWK* gesamtKWK /K + elKWK * { 1/ GUD + x_SE / K - 1/ K } elKWK gesamtKWK =1,05 bzw. 0,85 Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu) Speicher: Blatt „SE“

51 Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu)
Folgerungen: 1. Bei der KWK mit Spitzenstrom sind nur noch dezentrale Brennwertanlagen mit gutem Strom-Wirkungsgrad interessant.. 2. Zentrale KWK mit Spitzenstrom ergibt erst bei sehr hohen elektrischen Wirkungsgraden eine positive Einsparbilanz. Meist gilt: Das massiv subventionierte „Einsparwerkzeug“ KWK verbraucht meist mehr Primärenergie als die getrennte Erzeugung mit GUD und Brennwertkessel

52 Die BHKW – Subventionierung ist oft grob unsinnig.
Folgerung für Erdgas - BHKWs 1. Zur Abdeckung des HeizWärmebedarfs ist Spitzenkessel unvermeidlich. 2. Versuchung mit Spitzenstrom Geld zu verdienen ist unwiderstehlich. daher: Das massiv subventionierte „Einsparwerkzeug“ KWK verbraucht oft mehr Primärenergie als die getrennte Erzeugung mit GUD und Brennwertkessel Die BHKW – Subventionierung ist oft grob unsinnig.

53 in wichtigen KWK – Studien behandelt
8 Wie wurde bisher die Brennwerttechnik in wichtigen KWK – Studien behandelt

54 Manfred Horn, Hans-Joachim Ziesing, DIW, Berlin
8.1 von Manfred Horn, Hans-Joachim Ziesing, DIW, Berlin Felix Christian Matthes, Ralph Harthan, Öko-Institut, Berlin Gerald Menzler, Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (VIK), Essen Im Auftrag des Umweltbundesamtes UBA: CC07nr10 : Speicher:UBA-CC2007nr10_Potenziale-KWK_undCO2-Emissionen.undKosten_318p.pdf

55 Eine nicht zu rechtfertigende Blindheit :
Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz Mein Kommentar: Unfassbar !! Es wird kein normales BHKW mit einem handelsüblichen {GUD + Brennwertkessel} verglichen. Nur Brennwertgeräte sind aber moderne (2007 AD) Gaskessel !!!! Bem.: In der gesamten Studie tritt das Wort „Brennwert“ nur in dem obigen Zitat (Tabelle 5-6) auf. Quelle der Tabelle: UBA: CC2007 nr.10 (siehe Vorseite) p.171, Tabelle 5.6 ; Speicher:UBA-CC2007nr10_Potenziale-KWK_undCO2-Emissionen.undKosten_318p.pdf

56 ansonsten eine ganz ordentliche Studie:
8.2 Traube Studie 2000 ansonsten eine ganz ordentliche Studie: Zitiert als /Traube 2000/ Speicher::Traube_KWK_EigKWKstud.pdf

57 Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz
Tabelle 5: Vergleich des Primärenergieeinsatzes und der CO2-Emissionen der gekoppelten und ungekoppelten Erzeugung. gekoppelte Erzeugung inklusive Spitzenkessel. Werte in Prozent der gekoppelten Erzeugung ohne Brennwertausstattung mB/oB: mit/ohne Brennwertausstattung (jeweils gekoppelt und ungekoppelt) Hier wird ein Gas - KWK mit einem Kohle-Kraftwerk (KoKW) verglichen. Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz HW: zentrales Heizwerk; HK: dezentrale Heizkessel Heizkraftwerke: K/E: Kondensations-Entnahme-Turbine; GgDr: Gegendruckturbine Mein Kommentar: das „ jeweils “ ist der Kardinalfehler. Es gibt keinen Grund, normale (idR ohne Brennwertnutzung) KWK Anlagen nicht mit moderner normaler { GUD + Brennwertkessel} getrennter Erzeugung zu vergleichen . Urquelle der Tabelle: /Traube2000 , p.27/

58 und rechtfertigt keine extreme Förderung.
Schlussfolgerungen:: 0. Es gibt im industriellen Bereich durchaus sehr vernünftige KWK -Anwendungen (die hier nicht behandelt wurden). 1. Der Vorteil einer zentralen KWK zur Siedlungsversorgung ist selbst unter idealer Betriebsweise bestenfalls bescheiden und rechtfertigt keine extreme Förderung. 2. Die Förderung der KWK –Anlagen ist extrem anspruchslos: sie werden selbst dann noch gefördert, wenn sie mehr Energie verbrauchen als ihre Alternative {GUD + Brennwertkessel}. 3. Der beliebte alleinige Hinweis auf den Gesamtwirkungsgrad (Strom + Wärme) beim BHKW und auf den elektrischen Wirkungsgrad (nur Strom) beim Kraftwerk ist eine reine Volks-Verdummung. 4. Dezentrale Brennwert Mini-BHKW, mit Wärmenutzung vor Ort, sind sehr interessant, sofern sie nur (!!!) wärmegeführt betrieben werden. Optimale Erdgaseinsatz aber immer noch: 5. Zentrales mittelgroßes (300 MW) GUD –Kraftwerk und Wärmepumpe mit NT-Flächenheizung 58

59 Anhang 1: Low Ex Wärme Anhang 2: außenliegende Wand- und Luftheizung

60 Physikalische Forderung: Keine Exergieverschwendung !
Anhang 1: Low Ex Wärme Physikalische Forderung: Keine Exergieverschwendung ! Daher ist ein gemeinsamer Bestandteil aller wirklich hocheffizienten Heizsysteme: Niedertemperatur Heizung :

61 Niedertemperaturheizungen mit
Folgerung für die Heizung: Wir brauchen LowEx ( = „low exergy“) Anlagen, also Niedertemperaturheizungen mit niedriger Vorlauftemperatur für die Wärmepumpen –Anwendung niedriger Rücklauftemperatur für die Brennwertnutzung, wobei ein kleiner zweiter effektiver NT-Heizkreis ausreicht! Schwierigkeit: Nachträgliche Installation in Altbauten

62 die außenliegende Wandheizung (aWH)
Anhang 2: aWH und aLH Ein Ansatz zur LowEx Heizung: die außenliegende Wandheizung (aWH) die außenliegende Luftheizung (aLH) Quelle: G.Luther: DE A1 „Integrierte außenliegende Wandheizung – .. zur Nutzung der massiven Außenwand als ein …integrierter thermischer Speicher und als Murokausten- WÜT " 62