Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit )

1. AKE2008H_08 Exzerpt mit Kommentar Kraftwärmekopplung Hoffnungsträger oder Subventionsloch Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK ( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit ) Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie c/o Technische Physik – Bau E26 D-66041 SaarbrückenEU - Germany Quelle: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/AKE2008H/AKE2008H_Vortraege/AKE2008H_08Luther_%20KWK-Subventionsloch_kurz.ppt Tel.: (49)  0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: Luther.Gerhard@vdi.deluther.gerhard@mx.uni-saarland.de Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze KWK = Strom („Kraft“) - Wärmekopplung

2. Folie 19 Werbebild des B.KWK: B.KWK = Bundesverband Kraft Wärme Kopplung el = 38 % gesamt = 88 % el = 34,5% (= 38 / 110) th = 89 %(= 50 /56) Ergebnis durch das BHKW (bzgl. einer uralten getrennten Erzeugung): 40 % PE-Einsparung Bildquelle: http://www.bkwk.de/aktuelles/Poster_und_Grafiken/Vergleich_KWK_Getrennt.pdf

3. Kommentar 3.1.2011 el = 38 % gesamt = 88 % el = 34,5% (= 38 / 110) th = 89 %(= 50 /56) 1. In dem BHKW steht ein effizienter (η_el= 38% ) Motor-Generator . Die Wärmeausnutzung für Fernwärme be-trägt η_th = 50% , also „Brennstoffausnutzung η_ges = 88%. Ein modernes „hocheffizientes“ BHKW mit Erdgasmotor im Bestpunkt und im „Paradebetrieb“ (ohne Spitzenkessel und streng wärmegeführt). Ok. 2.Allerdings hinkt der Vergleich mit der getrennten Erzeugung. 2.1 Fast lächerlich: der elektrische Wirkungsgrad des Vergleichskraftwerks wird mit 34.5% sogar niedriger angesetzt als der Motor-Generator des BHKW (38%) . Da würde es sich ja sogar rentieren, das BHKW im Spitzenstrombetrieb für die getrennte Erzeugung des Stromes heranzuziehen. Tatsächlich muss man aber ein modernes Erdgaskraftwerk nach dem Stand der Technik, und das ist ein Gas-und Dampfkraftwerk (GuD), heranziehen, das gegenwärtig (siehe neues Kraftwerk „Irsching“) einen η_GuD = 60% erreicht. Rechnen wir mit η_GuD = 58,5% für eine etwas ältere Anlage –wie in unserer Studie. 2.2 Der Vergleichskessel wird mit 89% angegeben, was schon der Schornsteinfeger monieren würde. Stand der Technik ist heute ein Brennwertkessel, der auch das im Abgas vorhandene Verbrennungswasser zu einem großen Teil im Kessel und Kamin auskondensiert. Betrachtet man nur den verbleibenden NettoAbgasverlust, da sonstige Verluste (z.B. Abstrahlungs- und Verteilungsverluste) auch beim Wärmetauscher der Fernwärme auftreten, so kann man bei einem gut eingestellten Brennwertkessel von η_BK = 105% ausgehen (entspricht auch dem Test der Stiftung Warentest). Der zunächst befremdliche Wert knapp über 100% kommt dadurch zu-stande, dass als Bezugsgröße die Brennstoffwärme ohne die Kondensation des Verbrennungswassers gilt. Hinzu kommt noch die Kaminwärme, die ja meist dem Haus zugute kommt

4. 3. Nun die Gegenrechnung der getrennten Erzeugung mit Brennwertkessel und GuD 3.1 Mit 65 %-Punkten Brennstoff (als Primärenergie (PE)) und einem GuD mit η_GuD = 58,5% erzeugt man65*0.585 = 38%-Punkte Strom, - wie gewünscht. Mit 48 %-Punkten Brennstoff und einem Brennwertkessel mit mit η_BK = 105% erzeugt man 48*1.05 = 50 %-Punkte Wärme, - wie gewünscht. Also mit 65 + 48 = 113 % Punkten Brennstoff produziert die getrennte Erzeugung von Strom in einem GuD und von Wärme in einem Brennwertkessel das gleiche Endprodukt von Strom und Wärme wie das BHKW bei einem Brennstoffeinsatz von 100%-Punkten. Die PE- Einsparung durch die KWK beträgt also tatsächlich nur (113-100)/113=13/113= 11.5% 3.2. Hinzu kommt: Die 11.5% Einsparung durch die KWK verringert sich noch erheblich je nach Betriebsweise:Spitzenwärme durch Spitzenkessel und Spitzenstrom ohne Wärmeauskopplung können dann dazu führen, dass die KWK sogar mehr Brennstoff verbraucht als die getrennte Erzeugung. 3.3 Im vom B.KWK-Verband angegebenem Beispiel ersetzt man hingegen 166 % Brennstoff durch 100%-Punkte Brennstoff im KWK. Dies entspricht einer PE-Einsparung von (166-100)/ 166 = 66 /166= 40% durch die KWK. 4. Finale: Ersetzt man den Brennwertkessel durch eine elektrische Wärmepumpe (WP) , die ihren Strom aus dem GuD erhält, dann wirkt die WP wie ein „Superkessel“ mit einem äquivalenten thermischen Nutzungsgrad η_WP = η_GuD * JAZ, wobei JAZ die Jahresarbeitszahl der WP ist. Es gilt etwa: JAZ=4. Daher η_WP = 0.585 * 4 = 2.34 Mit 21.4 %-Punkten Brennstoff für ein GuD, das damit Strom für die Wärmepumpe erzeugt, ergibt sich dann dezentral beim Einsatz der WP:21.4*2.34 = 50 %-Punkte Wärme, - wie gewünscht. Also mit 22 + 48 = 70 % Punkten Brennstoff produziert die getrennte Erzeugung von Strom in einemGuD und Wärme in einer hiermit gespeisten el. Wärmepumpe das gleiche Endprodukt wie das KWK. Einsparung durch die KWK: (70 -100)/70 = -30/70 = -43% , also ein Mehrverbrauch von 43% durch die KWK.

5. Anhang, weil es so wichtig ist, noch 2 weitere Folien aus dem o.a. Vortrag

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

7. Folie 24 eigentlich trivial Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EGAnhang 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: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF

8. Folie 25 hier steht noch was ganz Wichtiges 10% doch eher etwas mickrig? 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: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF