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Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit ) KWK = Strom (Kraft) - Wärmekopplung Kraftwärmekopplung.

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Präsentation zum Thema: "Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit ) KWK = Strom (Kraft) - Wärmekopplung Kraftwärmekopplung."—  Präsentation transkript:

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

2 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 KWK mit neuem Schwung Heute investieren - morgen gewinnen Quelle: u.a. auch Vorträge mit großer Perspektive:

3 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 ; 5.2 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 1. Strom und Heizwärme- Erzeuger (gekoppelt und getrennt)

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

6 Einfacher Dampfkraftwerksprozess H.D. Baehr, S. Kabelac: Thermodynamik, Grundlagen und techn. Anwendungen, Springer, 2006 Idealisierter Vergleichsprozess (Clausius- Rankine) Schraffierter Bereich: gewinnbare Nutzarbeit Also: Wärmeauskopplung bei T > Tu vermindert die Nutzarbeit 1.2 Dampfkraftwerk

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

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

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

10 Wie gut sind moderne Feuerungsanlagen ? 1.5 Erdgas- Brennwertkessel

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

12 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: % (H u ).

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 t 0 : 1. Messung des anfallenden Kondensatwassers W in [ Liter] 2. Ablesung des Gasverbrauches V G in [m n 3 ] 3. Berechnung von WD 0 = maximaler theoretischer Kondensatanfall WD 0 = V G *x V0 mit x V0 = 1,6 [ Liter H 2 O /m n 3 ] bei Erdgas 4. Integraler Kondensatanfall w = W / W D0 w = W / (VG *x V0 ) = ( W / V G ) / 1,6 Es gilt: Wärmeverluste q A in [ %] von Feuerungsanlagen mit Kondensatanfall: Faustformel: q A = (1 – w) * 13,5% w = (W / V G ) / 1,6 Quelle: G. Luther: DE B3; Messverfahren zur Bestimmung des Abgasverlustes von Feuerungsanlagen mit Abgaskondensation DE B3

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

16 KWK - Promotion 2

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

18 Quelle: ASUE: Grafiken Blockheizkraftwerke: : Kraft-Wärmekopplung ; 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%] Werbebild der Gaswirtschaft: Ergebnis durch das BHKW: 37% PE-Einsparung 59% CO2 Einsparung

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

20 Quelle: BMU 2008: Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; Abb. p.7 Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdfhttp://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/leitfaden_mini_kwk.pdf Offizielles Werbebild des BMU: Ergebnis durch das BHKW ( vermutlich bzgl. BRD- StromMix ) : 38% PE-Einsparung 34% CO2 Einsparung

21 Quelle: BMU 2008: Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; p.8 Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdfhttp://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/leitfaden_mini_kwk.pdf 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

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

23 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 ) Man sollte aber nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, denn: Auch naheliegende technische Alternativen in Vergleich einbeziehen: Brennwert- Mini - BHKW (dezentral) Wärmepumpe mit Niedertemperatur - Heizflächen

24 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. … eigentlich trivial Quelle:

25 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: 10% doch eher etwas mickrig ? hier steht noch was ganz Wichtiges

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; Quelle: 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

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

28 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 GUDs 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 BHKWs 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 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: tatsächlich: ca. 0 bis -5%

30 RICHTLINIE 2004/8/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 11. Februar 2004 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 ( entsprechen auch den Grundsätzen (!) der EU –Richtlinie) 4

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

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

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

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

36 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 5

37 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 6 Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung Für die Gesamt- Nutzenergie einer KWK – Anlage gilt: gesamt KWK * Q 0 KWK = ( el KWK + th KWK ) *Q 0 KWK (1) mit Q 0 KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten Erzeugung: für GUD- Strom: GUD Q GUD = el KWK * Q 0 KWK (2a) für Kessel -Nutzwärme : K Q K = th KWK * Q 0 KWK (2b) Q 0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung: Q 0 = Q GUD + Q K (3) Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung: f = Q 0 / Q 0 KWK = ( el KWK / GUD + th KWK / K ) (4)

39 Bezeichnungen: th KWK = 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) el KWK = 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) gesamt KWK = th KWK + el KWK = Gesamt-Nutzungsgrad der KWK Q 0 KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage Q GUD und Q K = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel Q 0 = Q GUD + Q K = gesamter PE der getrennten Erzeugung f = Q 0 / Q 0 KWK = 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: denn: PEE = PE–Einsparung durch KWK = (Q 0 - Q 0 KWK ) / Q 0 = ( 1 – 1/ f ). 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

41 Gl.(4) wird anschaulicher, wenn wir die KWK beschreiben mit: gesamt KWK = Gesamtnutzungsfaktor der KWK, und el KWK = elektrischer Wirkungsgrad der KWK Aus Gl.(1) : th KWK = [ gesamt KWK - el KWK ] (1a) Gl.(4): f = ( el KWK / GUD + [ th KWK ] / K ) Mit (1a) : f = ( el KWK / GUD + [ gesamt KWK - el KWK ] / K ) Ordnen : f = gesamt KWK / K + el KWK * { 1/ GUD – 1 / K ) also: Der PE- Faktor f = Q 0 / Q 0 KWK für den PE- Aufwand: f = gesamt KWK / K + el KWK * { 1 / GUD - 1/ K } (4a) ist eine lineare Funktion von el KWK.

42 Der PE- Faktor f = Q 0 / Q 0 KWK für den PE- Aufwand: f = gesamt KWK / K + el KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4a) [ meist = 0 } Referenz: GUD = 60% für GUD –Kraftwerk K = 105% (Hu) für Brennwertkessel 1.05 = gesamt KWK 0.90 = 0.85 = gesamt KWK el KWK

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 7 Vollständiger Brennstoffvergleich Für die Gesamt- Nutzenergie eines Versorgers ( freie KWK, Spitzenkessel) gilt: gesamt V * Q 0 V = ( el V + th V ) *Q 0 V (1) mit: Q 0 V = Gesamter PE des Versorgers (KWK, SpitzenKessel +SpitzenStrom) Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten Erzeugung: für GUD- Strom: GUD Q GUD = el V *Q 0 V (2a) für Kessel -Nutzwärme : K Q K = th V * Q 0 V (2b) Q 0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung: Q 0 = Q GUD + Q K (3) Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung: f = Q 0 / Q 0 V = ( el V / GUD + th V / K ) (4)

45 Bezeichnungen: th V = 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) el V = 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) gesamt V = th V + el V = Gesamt-Nutzungsgrad des Versorgers Q 0 V = Primärenergieeinsatz (PE) des Versorgers Q GUD und Q K = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel Q 0 = Q GUD + Q K = gesamter PE der getrennten Erzeugung f = Q 0 / Q 0 V = 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: gesamt V = Gesamtnutzungsfaktor des Versorgers, und el V = elektrischer Wirkungsgrad des Versorgers Der PE- Faktor f = Q 0 / Q 0 V für den PE- Aufwand: f = gesamt V / K + el V * { 1 / GUD - 1/ K } (4a) ist eine lineare Funktion von el V.

47 Gesamte Nutzenergie: Q nutz V = gesamt V * Q 0 V Anteile an der Primärenergie: x _KWK = wärmegeführte KWK x _SE = Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen) x _SK = Spitzenwärme (im Spitzenkessel) Q 0 V = { x _KWK + x _SE + x _SK } * Q 0 V = Q 0 KWK + Q 0 SE + Q 0 SK Anlagenwirkungsgrade von Spitzenstrom und ~Kessel: el SE für Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen) th SK für Spitzenwärme (im Spitzenkessel) Dann gilt: el V = x _KWK * el KWK + x _SE * el SE (5a) th V = x _KWK * th KWK + x _SK * th SK (5b) KWK –Strom und Wärme, SpitzenStrom und SpitzenWärme

48 Bei Wärme geführten Betrieb: x _SE = 0 und gesamt KWK = th SK gilt: Verschlechterung des PE-Faktors durch Spitzenkessel f = gesamt V / K + el KWK * x _KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4c) mit: gesamt V = ( x _KWK + x _SK )* gesamt KWK = 1.0 * gesamt KWK (mit Gl.(8a)) = Speicher: Blatt SK Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu) gesamt KWK =1,05 bzw. 0,85 el KWK

49 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 gesamt KWK =1,05 bzw. 0,85 Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu)

50 Bei freiem Betrieb mit: el KWK = el SE und ohne Spitzenkessel: x _SK =0 gilt: Verschlechterung des PE-Faktors durch SpitzenStrom also: f = x _KWK * gesamt KWK / K + el KWK * { 1/ GUD + x _SE / K - 1/ K } Speicher: Blatt SE f = gesamt V / K + el KWK * { 1/ GUD - 1/ K } aus (4b) mit: gesamt V = x _KWK * gesamt KWK + x _SE * el SE (aus Gl.(7a)) Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu) gesamt KWK =1,05 bzw. 0,85 el KWK

51 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 Referenz: GUD = 60% K = 105% (Hu)

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

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

54 UBA: CC07nr10 : Speicher:UBA-CC2007nr10_Potenziale-KWK_undCO2-Emissionen.undKosten_318p.pdfhttp://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3291.pdf 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 8.1

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

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

57 Urquelle der Tabelle: /Traube2000, p.27/ 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. HW: zentrales Heizwerk; HK: dezentrale Heizkessel Heizkraftwerke: K/E: Kondensations-Entnahme-Turbine; GgDr: Gegendruckturbine 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 Brennwert ausstattung ( jeweils gekoppelt und ungekoppelt) Hier wird ein Gas - KWK mit einem Kohle-Kraftwerk (KoKW) verglichen. Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz

58 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 Schlussfolgerungen: :

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

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

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


Herunterladen ppt "Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit ) KWK = Strom (Kraft) - Wärmekopplung Kraftwärmekopplung."

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