Hallo, in diesem Video geht es um
Kraft-Wärme-Kopplung und zwar um die
Betriebsarten, die Gerätedimensionierung
und die Wirtschaftlichkeit.
Kommen wir zum ersten Betrieb,
zur ersten Betriebsart. Das ist der Normalfall,
nämlich der wärmegeführte
Betrieb eines Kraft-Wärme-
kopplungs-Aggregates.
Wärmegeführt heißt, das KWK-Aggregat
wird nur dann betrieben,
wenn Wärme benötigt wird.
Hier ist das exemplarisch dargestellt.
Im Jahresverlauf hätte man zum Beispiel
in einem Gebäude einen
kontinuierlichen Warmwasserbedarf (gelbe Linie)
und in den Wintermonaten und in der
Übergangszeit zusätzlich Heizwärmebedarf,
im Sommer keinen und dann wieder Heizwärmebedarf.
Und das Blockheizkraftwerk würde man
zum Beispiel von der Leistung her
so dimensionieren,
vielleicht sogar nur auf diese Leistung
dimensionieren oder etwas höher dimensionieren,
etwas größer in der
Leistung auslegen und dann würde
das BHKW in diesen Zeiten,
wo hoher Wärmebedarf ist,
kontinuierlich in Betrieb sein können.
Hier im Sommer würde es takten oder modulierend auf
kleinerer Leistung laufen und dann
hier wo der Wärmebedarf wieder ansteigt,
wieder kontinuierlich in
Betrieb sein können.
Und die restliche Wärme wird
standardmäßig von einem Spitzenlast-Kessel
übernommen.
Dass man das so macht, hängt damit zusammen,
dass Blockheizkraftwerke
vergleichsweise teuer sind,
deutlich teurer als ein Spitzenlast-Kessel,
der ein ganz normaler Gas- oder
Öl-Kessel oder auch Holzpellet-Kessel ist.
Blockheizkraftwerke sind also relativ teuer
und deshalb legt man sie so aus,
dass sie auf
viele Betriebsstunden kommen.
Als Daumenwert gilt, dass ein Blockheizkraftwerk
wirtschaftlich wird,
wenn die Betriebsstundenzahl
(die Vollbetriebsstunden)
über 4.500 Stunden im Jahr sind,
dann erwartet man gute Wirtschaftlichkeit und
daraus kann man ungefähr ableiten,
dass die passende BHKW-Leistung in Wohngebäuden,
(das hier könnte ein Beispiel sein)
so zwischen
10% und 30 % der Maximallast beträgt,
wenn 100 % hier die
benötigte Maximallast in diesem Gebäude ist.
Bei Nah- und Fernwärmenetzen in
Hallenbädern, in Krankenhäusern
und gegebenenfalls Industriebetrieben kann
dieser Anteil des Blockheizkraftwerks
an der Spitzenlast etwas höher sein,
weil z.B bei Wärmenetzen
ja auch kontinuierlich ein
Wärmeverlust im Netz anfällt,
der gedeckt werden muss - neben dem
kontinuierlichen Trinkwarmwasserbedarf.
In Hallenbädern hat ist eine vergleichsweise kontinuierliche
Bereitstellung von Wärme nötig,
weil der Bedarf relativ gleichmäßig ist
über das ganze Jahr hinweg.
Und in Krankenhäusern ist das ähnlich,
gegebenfalls auch in Industriebetrieben.
Ja, man sieht hier auch schon,
dieser Anteil kann umso höher sein,
je höher der ganzjährige Wärmebedarf ist
und auch ein Stück weit
der zeitgleiche Strombedarf.
Denn das Blockheizkraftwerk produziert ja auch Strom
(oder Kraft-Wärme-Kopplung
allgemeiner gesagt, produziert ja auch
gleichzeitig Strom)
und wenn das KWK-Aggregat läuft,
wenn Wärme benötigt wird
und gleichzeitig Strom produziert wird,
dann können Sie den Strom entweder selbst nutzen
im Gebäude oder im Quartier
oder Sie können den Strom einspeisen.
Kleiner Nachteil ist, dass normalerweise
der Verkaufspreis nicht so hoch
ist wie der Strom-Einkaufspreis.
Das heißt, wenn Sie den Strom selbst nutzen können,
dann ist das für Sie monetär vorteilhaft,
weil Sie dann
mehr Geld einsparen
als wenn Sie den Strom verkaufen.
Ja, und dieser Aspekt hier zeigt auch
wenn hier diese Grundlast,
- egal woher die kommt, ob jetzt aus
Trinkwarmwasser oder aus irgendeinem
gewerblichen Prozess oder weil es ein Hallenbad ist -
wenn also diese Grundlast höher liegt
im Vergleich zu der Heizungslast
dann können Sie das Blockheizkraftwerk größer auslegen.
Oder umgekehrt, wenn dieser Heizwärmebedarf
niedriger liegt,
z. B. bei sehr gut wärmegedämmten Gebäuden,
ist das der Fall,
Wenn also der Heizwärmebedarf niedriger liegt,
bei gleichbleibendem Warmwasserbedarf,
auch dann ist das Blockheizkraftwerk
nicht absolut aber relativ zur Spitzenleistung
größer
auszulegen.
In einem wärmegeführten Betrieb
nutzt man zur Auslegung der KWK-Anlage auch häufig
das Jahresdauerlinien-Diagramm.
Deshalb habe ich Ihnen das hier als Skizze mitgebracht,
die Jahresdauerlinie zunächst mal.
Das sind die
8.760 stundenmittleren Heizlasten,
die während eines
Jahres auftreten.
Und die sind einfach nach Größe sortiert,
von groß nach klein absteigend.
Die größte benötigte Leistung ist hier links
aufgetragen und dann immer weiter absteigend
nach rechts sortiert
So entsteht die Jahresdauerlinie.
Wenn Sie dann das BHKW auslegen,
zum Beispiel auf 20 % der
benötigten Spitzenlast,
dann würde das BHKW hier
(diese Stunden im Jahr)
bis etwa 3.000 Stunden im Jahr
kontinuierlich durchlaufen können,
und danach würde es seine Leistung reduzieren,
entweder weil es modulierend arbeiten kann,
also ein Hubkolbenmotor kann
zum Beispiel seine Drehzahl reduzieren
oder das BHKW würde einfach takten, also an- und ausgehen.
Wenn es taktet, dann wird es hier
bei diesem Betriebspunkt, bei dieser Last,
vielleicht 90 % laufen und
10 % stillstehen und
hier hinten noch 20 % laufen und
80 % der Zeit stillstehen.
Das wären die sogenannten Betriebsstunden.
Das BHKW ist also dann,
wenn es modulierend liefe,
- sprich seine Leistung regeln kann -
8.760 Stunden in Betrieb.
Die sogenannten Vollbenutzungsstunden
sind bei einem modulierenden Gerät
ein fiktiver Wert, ein rechnerischer Wert und
bei einem taktenden Gerät wäre das
tatsächlich die Betriebszeit,
gleich den Betriebsstunden,
das kann man hier in dem Diagramm grafisch schön einzeichnen:
Wenn man hier
ein Rechteck zeichnet, also grafisch davon ausgeht,
dass das BHKW
immer mit seiner Nennleistung läuft,
dann produziert es hier ja einen Überschuss.
Und diese Fläche, dieser Zwickel,
entspricht einer Energiemenge,
die muss dann gleich groß sein zu der Energiemenge.
Und wenn das Rechteck
so eingezeichnet ist, dass dieser Zwickel
gleich dem ist, dann kann man hier unten
die Vollbetriebsstunden ablesen.
In diesem Beispiel wären das vielleicht
6.800 Stunden im Jahr.
Ja, der Rest kommt wieder aus einem
Spitzenlast-Kessel. Das hatte ich schon gesagt.
Man könnte natürlich auch überlegen,
hier noch ein zweites
BHKW-Modul einzubauen.
Das hätte dann wieder die gleiche Maßgabe, dieser Zwickel hier
muss gleich diesem Zwickel sein.
Dann kann man hier die Vollbetriebsstunden ablesen,
etwa 1.400 Stunden
in diesem Beispiel
oder 1.200 Stunden habe ich hier aufgeschrieben.
Das ist ein sehr geringer Stunden-Wert,
damit wäre das Blockheizkraftwerk
wahrscheinlich nicht wirtschaftlich.
Das heißt, man würde hier den
Spitzenlast-Kessel vielleicht dann größer auslegen,
auf 80 % und diese gesamte Energiemenge
vom Spitzenlast-Kessel
bereitstellen lassen.
Man könnte aber auch argumentieren,
dass ein redundantes BHKW erforderlich ist,
wenn das erste BHKW hier mal ausfällt,
das dann dessen Job übernehmen kann,
das könnte ein Grund sein,
doch ein zweites BHKW zu bauen
und das dann auch zeitweilig in Betrieb zu nehmen,
mit diesen
geringen Vollbetriebsstunden,
halt auch als Ersatzaggregat für dieses BHKW 1.
Das war der wärmegeführte Betrieb.
Der wärmegeführte Betrieb ist
der Standardbetrieb für ein solches Blockheizkraftwerk.
Es gibt noch zwei weitere Betriebsarten.
Als nächstes
möchte ich Ihnen den stromgeführten
Betrieb vorstellen.
Der stromgeführte Betrieb ist auf
der nächsten Folie dargestellt.
"Wärmegeführt" bedeutet,
dass das KWK-Aggregat immer in Betrieb ist,
wenn Wärme benötigt wird.
Und so ähnlich bedeutet "stromgeführter Betrieb",
dass das KWK-Aggregat immer in Betrieb ist,
wenn Strombedarf vorliegt oder man hohe Stromerlöse erzielen kann,
weil man den Strom verkauft.
Zunächst mal der Blick auf
diesen Aspekt, die eigene
eigene Stromproduktion zu unterstützen.
Das hat häufig den Hintergrund, dass man
teure Stromspitzenlasten vermeiden will.
Großverbraucher zahlen
nicht einen Grundpreis wie private Verbraucher,
sondern bei Großverbrauchern
wird die Leistung viertelstündlich gemessen,
und dieser Leistungspreis,
der dann bezahlt werden muss,
der ist abhängig von der größten Leistung,
die in einer Viertelstunde des
Jahres erreicht wird.
Wenn Sie nur einmal ganz kurz einen hohen Wert erreichen,
müssen Sie das ganze Jahr über
einen hohen Leistungspreis bezahlen.
Das will man natürlich nicht.
Da kommt schnell der Gedanke auf,
entweder die Leistung im Betrieb irgendwie zu regeln,
so dass Stromspitzen
vermieden werden und
der Stromverbrauch glatter
und gleichmäßiger ist,
oder der Gedanke, man produziert zu diesen Zeiten
seinen Strom selbst.
Das ist hier dargestellt.
Hier ist der Stromverbrauch in einem Objekt dargestellt
über einen Tagesverlauf.
Und wenn Sie dann ein BHKW zur Verfügung haben,
das diese Mindestleistung hier unten,
und diese maximale Leistung hier oben hat,
also ein modulierendes Gerät
aber in dieser Bandbreite,
dann könnte das hier einschalten,
in dem Moment,
wenn der Bedarf
die Mindestleistung erreicht,
dann läuft das BHKW bis hier,
deckt den Gesamtbedarf,
läuft dann weiter, kann aber nicht mehr den Gesamtbedarf decken
und so weiter.
Das hier wäre also die Strom-Eigenproduktion
und Sie müssen nur noch diesen Strom
hinzukaufen. Und Sie sehen statt dieser
Stromspitze haben
Sie nur noch diese Stromspitze.
Ja, und damit zahlen Sie einen
geringeren Leistungspreis.
Mittlerweile ist es aber auch so,
dass Strom zu manchen Zeiten
sehr teuer verkauft werden kann.
Auch das kann ein Grund sein,
ein BHKW stromgeführt zu betreiben.
Oder Sie können auch
am Regelleistungsmarkt teilnehmen,
als Großeinspeiser
mit viel Leistung und sich
das vergüten lassen,
diese Regelleistung
wird zur Stromnetzstabilisierung verwendet
von den Energieversorgern,
sodass man auch viele kleine BHKWs
zu einem sogenannten Schwarm-Kraftwerk zusammenschalten kann.
Der Nachteil dieser
stromgeführten Betriebsweise ist,
vielleicht müssen Sie die Wärme wegwerfen,
weil Sie keinen
gleichzeitigen Wärmebedarf haben.
Bei der wärmegeführten Betriebsart ist das unkritisch,
die Wärme nutzen Sie dabei in jedem Fall,
weil das BHKW ja nur läuft,
wenn die Wärme benötigt wird,
und Strom können Sie immer einspeisen.
Bei der Wärme (im stromgeführten Betrieb) ist das kritischer.
Sie können Wärme vielleicht
speichern über einen bestimmten Zeitraum,
aber häufig wird dann
tatsächlich die Wärme auch weggeworfen,
wenn es keine weitere Verwendung dafür gibt.
Weggeworfen heißt,
sie wird an die Außenluft abgeführt.
Die dritte Betriebsart, die ich Ihnen
vorstellen will,
ist der brennstoffgeführte Betrieb.
Wie der Name sagt, betrieben wird die KWK-Anlage,
wenn Brennstoff vorhanden ist.
Und damit hängt auch
die Auslegung direkt zusammen,
je nach Menge an Brennstoff,
die typischerweise zur Verfügung steht,
so groß ist dann die Leistung,
auf die man die KWK-Anlage auslegt.
Typisches Beispiel, wo das häufig zum Einsatz kommt,
ist die Biogastechnik.
Biogasanlagen
wie man sie hier im Bild sieht.
Hier die Fermenter einer Biogasanlage.
Da nutzt man die KWK-Technik,
um aus dem Biogas Strom zu erzeugen.
Also das Biogas wird dann in der KWK-Anlage
verfeuert und das Blockheizkraftwerk
produziert Strom.
Die dabei produzierte Wärme
wird zur Beheizung dieser
Fermenter herangezogen.
Dafür braucht man etwa 30 % der produzierten Wärmemenge.
Man kann den Bauernhof auch
noch mitbeheizen.
Wenn es dann aber ringsrum keine weitere Bebauung gibt,
d.h. keinen weiteren Wärmeabnehmer gibt,
dann hat man den Nachteil,
dass man diese Wärme nicht weiter nutzen kann,
d.h. die restliche Wärme wird dann
an die Außenluft abgeführt.
Das waren die drei Betriebsarten,
der wärmegeführte Betrieb,
der stromgeführte Betrieb
und der brennstoffgeführte Betrieb.
Aus der Betriebsart ergibt sich schon gleichzeitig
die Dimensionierung der Aggregate,
weil es keinen Sinn macht,
das wärmegeführte BHKW auf Spitzenleistung auszulegen
oder das Aggregat im stromgeführten Betrieb
über den vorhandenen Strombedarf
hinaus auszulegen.
Also damit legt man schon einen Großteil der
Dimensionierung und der Wirtschaftlichkeit fest.
In der nächsten Folie möchte ich Ihnen
noch weitere Aspekte zur
Wirtschaftlichkeit vorstellen,
weil es wichtig ist:
wie viel Geld bekommen Sie denn jetzt
für den eingespeisten Strom zum Beispiel?
Für die Wirtschaftlichkeit
muss man zunächst
das KWK-Gesetz nennen.
Da ist vieles geregelt.
Der einfachste Fall für
den Erlös des produzierten Stroms ist,
dass Sie ihn selbst verbrauchen.
Großkunden und Industriekunden haben
vielleicht eher einen Strompreis
von 15 Cent die Kilowattstunde, aber
Haushaltskunden eher von 30 Cent.
Also das ist Ihr Gewinn:
wenn Sie Strom produzieren,
den Sie selbst verbrauchen,
sparen Sie den Stromeinkaufspreis, den Sie haben.
Es gibt einen kleinen Nachteil
bei KWK-Anlagen mittlerer
und großer Leistung,
bei deren Betrieb
müssen Sie anteilig
eine EEG-Umlage
auf den
selbst verbrauchten Strom zahlen.
Das war die Stromeigennutzung.
Bei der Stromeinspeisung
können Sie zunächst mal vermiedene
Netzkosten anrechnen lassen,
etwa einen Cent pro Kilowattstunde
in der Größenordnung.
Dann können Sie den Strom verkaufen
und dafür den mittleren
Börsenpreis für Grundlaststrom im
Vorquartal bekommen.
Das ist gesetzlich so geregelt,
also der Börsenpreis für Grundlaststrom
und dann schaut man immer das Vorquartal an,
also 3 Monate vorher, wie hoch waren
denn da die Strompreise an der Börse.
Und die habe ich Ihnen hier mal dargestellt.
Die sind sehr volatil.
Man sieht hier ab 2007
Preise zwischen 3 Cent bis 7 oder 8 Cent,
dann ist der Preis tendenziell zurückgegangen.
Hier gab es mal wieder eine
leichte Erhöhung, dann sehr
niedrige Preise von
unter 2 Cent die Kilowattstunde.
Das ist für manche Blockheizkraftwerke
dann nicht mehr auskömmlich.
Und dann seit Ende 2021
hat sowohl der Gaspreis
als auch der Strompreis Kapriolen geschlagen.
Die Preise sind
enorm angestiegen.
Aus verschiedenen Gründen
sind die Preise gestiegen.
Sie sehen hier,
wir hatten im letzten Quartal 2021
Preise von 18 Cent pro Kilowattstunde
im Mittel als Einkaufspreis für
Grundlaststrom an der Börse,
wo ein Jahr vorher noch 2 Cent bezahlt wurden.
Das ist verrückt.
Vor allem für kleine und mittelgroße
Kraftwerke und Blockheizkraftwerke ist
die Förderung aus dem KWK-G sehr wichtig.
Da gibt es bis zu 8 Cent pro Kilowattstunde
Förderung für 30.000
beziehungsweise 60.000 Vollbenutzungsstunden.
Wenn Sie diese
Cents pro Kilowattstunde addieren,
also hier vielleicht 5 Cent
im Mittel annehmen
plus 8 Cent aus der Förderung, dann sind es 13 Cent.
Sie sehen daran, die Eigennutzung ist in der Regel
wirtschaftlich attraktiver
oder umgekehrt die Stromeinspeisung ist in der Regel unattraktiver,
wenn man nicht gerade
solche Preise sieht wie hier.
Zwei weitere Aspekte für die
Wirtschaftlichkeit sind erstens, dass
Sie sich die Erdgassteuer zurückerstatten lassen können:
das sind 0,55 Cent pro Kilowattstunde
eingesetztes Erdgas
Ho beziehungsweise Hs, also auf den
Brennwert bezogen.
Und zweitens gibt es für kleine Blockheizkraftwerke
auch BAFA-Zuschüsse, aber solche Zuschüsse aus Förderprogrammen,
die können sich oft ändern.
Da lohnt es sich also immer,
in die aktuellen Förderprogramme
reinzusehen.
Unterm Strich kann man sagen, dass
Blockheizkraftwerke häufig wirtschaftlich sind,
vor allem,
wenn sie nicht zu groß ausgelegt sind,
also auf die Grundlast ausgelegt wurden und so
hohe Vollbenutzungsstunden erzielen,
und auch einen Teil Eigenverbrauch haben.
Fazit: häufig sind
Blockheizkraftwerke wirtschaftlich und
sie sind auch unterm Strich eine
wichtige Technologie für die
Energiewende.
Das war es zum Thema KWK,
Betriebsarten und Wirtschaftlichkeit.