kraft-wärme-kopplung€¦ · vorstandsmitglied im bundesverband kraft-wärme-kopplung (b.kwk) und...
Post on 16-Aug-2020
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Ralph Zickner Dipl.-Ing. Energie- und Umwelttechnik / Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik
kwk-consult – Ingenieurbüro für Energiekonzepte
seit 13 Jahren Kraft-Wärme-Kopplung
über 250 Projektbeteiligungen
Geschäftsführer des Institut Klimaschutzhaus
Vorstandsmitglied im Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (b.kwk) und
Regionalvertreter des b.kwk für Niedersachsen und Bremen
Kraft-Wärme-Kopplung in der Praxis
Wer 2 Züge weiterdenkt …
Das Prinzip der Stromerzeugung
Kraftmaschine Motor bzw. Turbine
Strom
Generator
ca. 1/3
Wärme
ca. 2/3
Brennstoff
66 % Verlust
Brennstoff
Strom
Wärme
34 % Wirkungs- grad
Bei der
Stromerzeugung
in Kraftwerken
wird 66%
der Energie
in Kühltürmen
vernichtet.
Heiße
Luft 66% Energieverlust
den Sie bezahlen dürfen …
Mit jedem
Hunderter
auf Ihrer
Stromrechnung
zahlen Sie
66 Euro für
heiße Luft
Der Verlust an Primärenergie
bei den Stromversorgern
ist doppelt so hoch
wie der Wärmebedarf
der versorgten Haushalte…
Heiße
Luft
96 % Wirkungs- grad
Brennstoff
Str
om
30 %
Wärme für Heizung und Warmwasser
66 %
BHKW-Technik :
optimiert auf hoch- effiziente Strom- erzeugung für Gewerbebetriebe und Wohn- häuser.
KWK = Grundlastabdeckung
Auslegung nach dem Wärmebedarf
Abdeckung durch “Spitzenlastkessel” (z.B. Gas-Brennwert-Kessel)
~ 7.000 Betriebsstunden p.a.
fast 100 % Strom-Eigenverbrauch
Strom
Strom-Eigenverbrauch
Strom
Einspeisung
Zusatzbezug vom EVU
Strom
Gutschrift vom Versorger
Wärme
Rest-Einspeisung
Flüssiggas
Biogas
Heizöl
Biodiesel / Rapsöl
Erdgas
Entnahme des
Eigenbedarfs
+ KWK-Zuschlag
Verbrauch komplett
im Haus
staatliche Förderungen:
KWK-Anlagen < 50 kW erhalten einen Zuschlag von 5,41 Ct/kWh für den erzeugten Strom für einen Zeitraum von 10 Jahren.
1. KWK-Gesetz
2. Erstattung der Energiesteuer:
Erdgas: 0,55 Ct/kWh, Flüssiggas: 3,15 Ct/l, Heizöl: 6,135 Ct/l
Brennstoff für hocheffiziente KWK-Anlagen ist von der Energiesteuer befreit.
4. günstige Finanzierungsmöglichkeit:
z.B.: 10 Jahre fest: effektiver Zins: 1,0 %
für Wohnimmobilien: KfW-Programme 151/152 für Gewerbeobjekte: KfW-Programme 242/243/244
3. Mini-KWK-”Impulsprogramm”:
1 kW: 1.500,00 €, 5 kW: 2.500,00 €, 20 kW: 3.500,00 €
Sofortzuschuss über das BAFA für Anlagen bis 20 kW el., z.B.:
Ev.-luth. Emmauskirchengemeinde Langenhagen
Jun. 2010 (Planung) – Nov. 2012 (IB)
1. Datenaufnahme:
1 2
3
4
Objekt 1, Gemeindehaus und -saal:
Kessel: athm. Kessel 42 kW, Baujahr 1986
Energieträger: Erdgas
ungeregelte Heizkreise
keine Warmwasser-Bereitung
Gasverbrauch: 48.705 kWh p.a.
Stromverbrauch: 7.000 kWh p.a.
anstehende Kesselsanierung!
1. Datenaufnahme:
1 2
3
4
Objekt 2, Wohnhäuser Ringstr. 4 – 10, Gemeindebüro:
Kessel: athm. Kessel, ca. 71 kW
Energieträger: Erdgas
geregelter Heizkreis
Warmwasserbereitung über separat beheizten Speicher für Hnr. 8
Gasverbrauch: 81.773 kWh p.a.
Stromverbrauch: 18.000 kWh p.a.
Kessel ist technisch noch in Ordnung, in den nächsten 5 -10 Jahren ist
jedoch mit einer anstehenden Kesselsanierung zu rechnen.
Die Warmwasserbereitung sollte erneuert werden.
1. Datenaufnahme:
1 2
3
4
Objekt 3, Kindertagesstätte:
Kessel: wandhängende Gastherme
Energieträger: Erdgas
geregelter Heizkreis
keine Warmwasser-Bereitung
Gasverbrauch, geschätzt, ca. 60.000 kWh p.a.
Stromverbrauch, geschätzt ca. 9.000 kWh p.a.
Kessel ist neuwertig!
1. Datenaufnahme:
1 2
3
4
Objekt 4, Kirchenheizung:
Kessel: integriertes Erdgas-Heizregister (Robatherm-Lüftungsanlage)
Energieträger: Erdgas
geregelt über Lufttemperatur der Kirche
keine Warmwasser-Bereitung
Gasverbrauch: unbekannt, nicht relevant
Stromverbrauch: unbekannt, nicht relevant
Die Kirchenheizung wird nur punktuell zu den Gottesdiensten
benötigt. Eine energetische Verknüpfung mit den anderen Objekten
ist deshalb wirtschaftlich nicht sinnvoll und wird im Weiteren nicht
betrachtet.
1 2
3
Minimalvariante Wärme
Erneuerung der Heizung sofort (Gas-Brenn- wert-Kessel) Erneuerung
der Heizung wenn notwendig, Erneuerung der Warmwasser- Bereitung sofort
keine anstehende Sanierung
1 2
5
Ist-Zustand der Stromversorgung:
3 4
Hausan- schlüsse
6
3
Variante A: Minimalvariante ohne BHKW = Referenzmodell
A
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
• neue WW-Bereitung in
Ringstr. 8
• neuer Brennwertkessel im
Gemeindehaus
• in ca. 5 Jahren neuer
Brennwertkessel in
Ringstr. 8
3
Variante B: kein Wärme-. kein Stromverbund, BHKW im Objekt mit größtem Wärmebedarf
B
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
• BHKW und
Spitzenlastkessel in
Ringstr. 8
• neue WW-Bereitung in
Ringstr. 8
• neuer Brennwertkessel im
Gemeindehaus
3
Variante C: Wärmeverbund: Gemeindehaus – Ringstr. kein Stromverbund
C
ca. 60 m Wärmeleitung
innen
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
3
Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus – Ringstr.
D
• Verstärkung des Strom-
Hausanschlusses
• ca. 60 m E-Kabel im
Objekt
• ca. 60 m Wärmeleitung
innen
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
3
Variante E: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus – Ringstr. – Kita, Wärmeleitung teilw. durch Kirche
E
• Verstärkung des Strom-
Hausanschlusses
• ca. 140 m E-Kabel im
Objekt/im Freien
• ca. 113 m Wärmeleitung
innen
• ca. 42 m Erdwärme-
leitung
• 4 Hausanschlüsse Wärme
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
3
Variante F: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus – Ringstr. – Kita, Wärmeleitung im Boden
F
• Verstärkung des Strom-
Hausanschlusses
• ca. 140 m E-Kabel im
Objekt/im Freien
• ca. 85 m Wärmeleitung
innen
• ca. 52 m Erdwärme-
leitung
• 2 Hausanschlüsse Wärme
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
kein BHKW
Einsparung
pro Jahr
Invest-
kosten
BHKW nur Ringstr. 8
Ringstr. + Gem.-hs.
Ringstr. + Gem.-hs.
Komplett- Verbund
Komplett- Verbund
CO2-
Einsparung
pro Jahr
statische
Amortisation
18.500 €
53.500 €
54.100 €
63.900 €
86.620 €
85.640 €
1.149 €
2.188 €
4.975 €
6.308 €
6.290 € 207.985 €
2.073 € 68.546 €
37.993 €
72.348 €
164.503 €
208.580 €
3.641 kg
13.525 kg
13.525 kg
14.901 kg
14.901 kg
8.482 kg
Variante
A
B
C
D
E
F
Einsparung
20 Jahre *
16,1 Jahre
24,7 Jahre
12,8 Jahre
13,7 Jahre
13,6 Jahre
25,8 Jahre
* mit Energiepreissteigerung von 5 % pro Jahr
Variantenvergleich
3
Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus – Ringstr.
D
• Verstärkung des Strom-
Hausanschlusses
• ca. 60 m E-Kabel im
Objekt
• ca. 60 m Wärmeleitung
innen
Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
Im weiteren Schritt betrachtete Technologien:
3. Biomasse-Kessel mit Hackschnitzel
4. Biomasse-Kessel mit Holzpellets
5. elektrisch betriebene Wärmepumpe
jeweils gegenüber der Variante D bei BHKW,
(Wärme- und Stromverbund Ringstr. + Gemeindehaus)
Einsparung
pro Jahr
Invest-
kosten
Hackschnitzel- anlage
Holzpellet- Kessel
BHKW mit Stromverbund
Wärmepumpe (Sole-wasser)
CO2-
Einsparung
pro Jahr
statische
Amortisation
40.100 €
32.100 €
63.900 €
43.100 €
1.709 €
4.975 €
2.610 €
2.525 € 83.492 €
56.510 €
164.503 €
86.302 €
13.525 kg
15.951 kg
6.850 kg
20.759 kg
Wärmeverbund
Ringstr. und
Gemeindehaus
3
4
D
5
Einsparung
20 Jahre *
18,8 Jahre
12,8 Jahre
16,5 Jahre
15,9 Jahre
* mit Energiepreissteigerung von 5 % pro Jahr
3
BHKW mit Wärmeverbund Gemeindehaus – Ringstr. 4-10 ggf. späterer Anschluss der Kita.
Klärung Hausanschluss
mit den Stadtwerken. Wärme innen
Wärme außen
Strom
2 1
Warmwasser-Speicher
in Ringstr. 8
(ggf. auch Ringstr. 10) Späterer Anschluss
der Kita (Strom und
Wärme) als Option. Standort für
Heizzentrale finden.
Variante D: Wärme- und Stromverbund: Gemeindehaus – Ringstr.
Erzeugte Überschüsse:
EnergieSteuer-Erstattung: 134.520 kWh x 0,0055 €/kWh = 740 €/a
Aufwendungen:
Stromverkauf an Mieter: 25.000 kWh x 0,21 €/kWh = 5.250 €/a
Summe der Überschüsse: 8.362 €/a
KWK-Bonus: 32.450 kWh x 0,0541 €/kWh = 1.755 €/a
Erdgas-Mehrverbrauch: 22.750 kWh x 0,06 €/kWh = 1.365 €/a
Vollwartung/Garantie: 5.900 Bh x 0,19 €/Bh = 1.121 €/a
Summe der Aufwendungen: 3.514 €/a
Erlöse pro Jahr: 4.848 €/a
BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kWel / 14,8 kWth) 5.900 Bh/a, IBN 16.11.2012
Stromerzeugung: 32.450 kWh, 61,95 % Stromeigennutzung / Stromverkauf im Objekt
Stromeinspeisung: 12.347 kWh x 0,05 €/kWh = 617 €/a
Stromzukauf: 4.897 kWh x 0,21 €/kWh = 1.028 €/a
(4.975 €/a)
tatsächliche Investitionskosten
BHKW und Zubehör: 38.433 €
Brennwertkessel, Heizzentrale, Verbindung der Heizkreise,
Erneuerung des Warmwasser-Speichers: 33.404 €
Umbau Elektro: 4.411 €
Gesamt: 76.248 €
gesparte Ersatzinvestition / Förderungen
Kesselsanierung Gemeindehaus: - 6.000 €
Warmwasser-Speicher: - 1.500 €
Förderung BAFA: - 2.550 €
Förderung ProKima: - 4.000 €
(Kosten für QS bereits abgezogen)
Gesamt-(Mehr-)Investition: 62.198 €
hydraulischer Abgleich wurde zusätzlich durchgeführt: 4.581 €
Erzeugte Überschüsse:
EnergieSteuer-Erstattung: 134.520 kWh x 0,0055 €/kWh = 740 €/a
Aufwendungen:
Stromverkauf an Mieter: 25.000 kWh x 0,21 €/kWh = 5.250 €/a
Summe der Überschüsse: 8.362 €/a
KWK-Bonus: 32.450 kWh x 0,0541 €/kWh = 1.755 €/a
Erdgas-Mehrverbrauch: 22.750 kWh x 0,06 €/kWh = 1.365 €/a
Vollwartung/Garantie: 5.900 Bh x 0,19 €/Bh = 1.121 €/a
Summe der Aufwendungen: 3.514 €/a
Erlöse pro Jahr: 4.848 €/a
Kosten der KWK-Anlage inkl. Umbau Elektro: 62.198 €
Amortisation: 12,83 Jahre
BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kWel / 14,8 kWth) 5.900 Bh/a, IBN 16.11.2012
Stromerzeugung: 32.450 kWh, 61,95 % Stromeigennutzung / Stromverkauf im Objekt
Stromeinspeisung: 12.347 kWh x 0,05 €/kWh = 617 €/a
Stromzukauf: 4.897 kWh x 0,21 €/kWh = 1.028 €/a
(4.975 €/a)
(63.900 €)
(12,8 Jahre)
Ev.-luth. St. Pauli-Kirchengemeinde Holzminden
Planung ab Mrz. 2007 – IB Aug. 2009
Datenaufnahme:
1
2
3
4
Objekt 1, Gemeindehaus:
Kessel: 2 Stück Hydrotherm 43-48 kW, Baujahr 1982
Energieträger: Erdgas
1 ungeregelter Heizkreis
Gasverbrauch: 7.140 m³ p.a.
Stromverbrauch: 3.006 kWh p.a.
anstehende Kesselsanierung
Datenaufnahme:
1
2
3
4
Objekt 2, Kirche:
Elektro-Fußbodenheizung
Energieträger: Strom
Regelung über Zeit und Temperatur
Stromverbrauch Heizung,
witterungsbereinigt und mit
„intelligenter“ Regelung, ca.: 30.000 kWh p.a.
Stromverbrauch Sonstige: 4.026 kWh p.a.
Die Elektroheizung ist technisch noch in Ordnung.
Datenaufnahme:
1
2
3
4
Objekt 3, Pfarrhaus:
Kessel: ? Viessmann Atola 34 kW
Energieträger: Erdgas
Gasverbrauch, ca. 3.500 m³ p.a.
Stromverbrauch, ca. 3.500 kWh p.a.
Datenaufnahme:
1
2
3
4
Objekt 4, Kindertagesstätte:
Kessel: Viessmann Atola, 34 kW, Baujahr 1993
Energieträger: Erdgas
1 geregelter Heizkreis über Rücklauftemperatur
Gasverbrauch: 6.566 m³ p.a.
Stromverbrauch: 6.210 kWh p.a.
Warmwasserbereitung über Strom
Der Heizkessel ich technisch noch in Ordnung.
Lebensdauer, ca. 20 Jahre.
Erdgas- Brennwert
Einsparung
pro Jahr
Investition
je Objekt
Erdgas-BW mit Solar
Holzhack- schnitzel
Holz- pellets
KWK mit Erdgas
KWK mit Rapsöl
CO2- Einsparung
pro Jahr
Einsparung
20 Jahre
9.000,00 €
15.000,00 €
25.000,00 €
18.000,00 €
33.000,00 €
40.000,00 €
685,44 €
997,20 €
657,20 €
1.582,88 €
- -
- -
28.099,95 €
40.880,70 €
26.942,24 €
64.890,94 €
2.713 kg
8.806 kg
11.406 kg
18.276 kg
33.755 kg
-
Gemeindehaus
Erdgas- Brennwert
Investition
je Objekt
Erdgas-BW mit Solar
Holzhack- schnitzel
Holz- pellets
KWK mit Erdgas
KWK mit Rapsöl
CO2- Einsparung
pro Jahr
9.000,00 €
15.000,00 €
25.000,00 €
18.000,00 €
33.000,00 €
40.000,00 €
2.713 kg
8.806 kg
11.406 kg
18.276 kg
33.755 kg
-
Investition je
kg gespartes CO2
3,32 €
2,19 €
2,04 €
1,81 €
0,84 €
Gemeindehaus
Erste Suche nach Möglichkeiten der energetischen Verknüpfung:
1
2
3
4
10 m
41 m
27 m
30 m
4 m
13 m
Eine nahe liegende Idee?
1
2
3
4
Installation einer KWK-Anlage
Stromlieferung für Fußbodenheizung der Kirche
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Stromerzeugung Kraft-Wärme- Kopplung
Strombedarf der Kirchen- heizung
kW 40
35
30
25
20
15
10
5
0
Zukauf als teurer Allgemein- strom.
Einspeisung bzw. Verwendung als „Allgemeinstrom“
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Stromerzeugung Kraft-Wärme- Kopplung
Strombedarf der Kirchen- heizung
kW 40
35
30
25
20
15
10
5
0
Zukauf als teurer Allgemein- strom.
Künftige Beheizung der Kirche
Denkbare Varianten:
1. Beibehaltung der Stromheizung mit dem Sonder-Tarif
2. Stromanschluss an eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage
im Gemeindehaus
3. Installation einer Erdgas-Warmwasser-Heizung
4. Wärmeanschluss an eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage
im Gemeindehaus
Wandheizkörper wurden nicht gewünscht
kompletter Neuaufbau des Fußbodens mit Fußbodenheizung notwendig
System Ideal EPS (Jupiter, jetzt Danfoss)
Cerapur Estrichziegel naturrot
tatsächliche Investitionskosten
BHKW und Zubehör: 29.800 €
Brennwertkessel zur Spitzenlastabdeckung, Heizkreisverteiler: 8.030 €
Nahwärmeleitung zur Kirche: 13.176 €
Fußbodenheizung Kirche, inkl. Regelung und Estrichziegel: 26.117 €
Gesamt: 77.123 €
gesparte Ersatzinvestition / Förderungen
Kesselsanierung Gemeindehaus: - 9.000 €
Förderung BAFA: - 6.790 €
Gesamt-(Mehr-)Investition: 61.333 €
Erzeugte Überschüsse:
EnergieSteuer-Erstattung: 105.450 kWh x 0,0055 €/kWh = 580 €/a
Aufwendungen:
Stromeigenverbrauch: 13.991 kWh x 0,24 €/kWh = 3.358 €/a
Summe der Überschüsse: 11.210 €/a
KWK-Bonus: 25.438 kWh x 0,0511 €/kWh = 1.300 €/a
Erdgas-Mehrverbrauch: 72.000 kWh x 0,06 €/kWh = 4.320 €/a
Vollwartung/Garantie: 4.625 Bh x 0,19 €/Bh = 879 €/a
Summe der Aufwendungen: 5.199 €/a
Erlöse pro Jahr: 6.011 €/a
Kosten: 61.333 €
Amortisation: 10,20 Jahre
BHKW: Dachs HKA G 5.5 Brennwert (5,5 kWel / 14,8 kWth) IBN 19.08.2009, 4.625 Bh/a
Stromerzeugung: 25.438 kWh, 55 % Stromeigennutzung
Stromeinspeisung: 11.447 kWh x 0,05 €/kWh = 572 €/a
Wegfall der Stromrechnung zur
Kirchenbeheizung: 30.000 kWh x 0,18 €/kWh = 5.400 €/a
Seniorenzentrum Bethel Bad Oeynhausen
260 Bewohner 150 Mitarbeiter
Erzeugte Überschüsse:
EnergieSteuer-Erstattung: 1.120.000 kWh x 0,0055 €/kWh = 6.160 €/a
Aufwendungen:
Stromeigenverbrauch: 329.280 kWh x 0,148 €/kWh = 48.733 €/a
Summe der Überschüsse: 72.399 €/a
KWK-Bonus: 336.000 kWh x 0,0511 €/kWh = 17.170 €/a
Erdgas-Mehrverbrauch: 369.600 kWh x 0,06 €/kWh = 22.176 €/a
Vollwartung/Garantie: 8.000 Bh x 1,40 €/Bh = 11.200 €/a
Summe der Aufwendungen: 33.376 €/a
Erlöse pro Jahr: 38.794 €/a
Kosten: 120.000 €
Amortisation: 3,09 Jahre
BHKW: 2 Stück Energiewerkstatt ASV 21/46 (42 kWel / 92 kWth) IBN 02.03.2012,
8.000 Bh/a Stromerzeugung: 336.000 kWh, 98 % Stromeigennutzung
Stromeinspeisung: 6.720 kWh x 0,05 €/kWh = 336 €/a
Blockheizkraftwerke seit 1996
Dachs-Profi: Erdgas- und Flüssiggas-Module
Dachs-Profi: Heizöl-Module
Brennwert-Blockheizkraftwerke
mit Volkswagen-Industriemotoren
ASV 14 / 32
ASV 15 / 34
ASV 20 / 43
ASV 21 / 46
neu:
ASV 40
Blockheizkraftwerke seit 1992
ASV 21
ASV 40
Die Alternative:
66% Verlust
Die Energie, die Kraftwerke in
die Luft blasen,
könnte ganz Deutschland mehr
als 2 mal
mit Wärme versorgen.
„Weitermachen“???
Die Alternative:
Kosten: unbekannt
Rechnung an:
Stromverbraucher
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Institut Klimaschutzhaus GmbH & Co. KG
Im Winkel 3 • D-38690 Vienenburg
Tel.: 0 53 24 / 78 09 - 397 • Fax: - 398
info@klimaschutzhaus.de • www.klimaschutzhaus.de
kwk consult
Ingenieurbüro für Energiekonzepte
Im Winkel 3 • D-38690 Vienenburg
Tel.: 0 53 24 / 78 09 - 745 • Fax: - 746
info@kwk-consult.de
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