GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom (Kraft) – Wärmekopplung...

GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung

Wärmepumpentarifohne

diskriminierende Sonderlasten

Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie

c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken

EU - Germany

Tel.: (49) 0681/ 302-2737; 0681-56310 (p)

e-mail: [email protected] [email protected]

Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze

V_AKE2011F

mailto:[email protected]


http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/






ca. 50% Erdgas

Quelle:http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%20im%20Bestand%201975-2009p.pdf

.1 Die Rolle des Erdgases

Heizöl

http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%20im%20Bestand%201975-2009p.pdf

http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%20im%20Bestand%201975-2009p.pdf

Wie kann man das Erdgas am günstigsten

zur Strom-und Wärmeversorgung einsetzen

Schlüsselfrage:

1. Einleitung: Rolle des Erdgases für {Wärme und Strom} und Thermodynamisch optimiertes Heizen

2. Wie vergleicht man KWK und getrennte Erzeugung 2.0 Vorgaben der EU und einer wissenschaftlichen Vorgehensweise 2.1 Ein einfaches Vergleichsschema 2.11 Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung, 2.12 Wärmeversorger mit KWK –Anlage, 2.13 Dezentrale WP und zentrales GuD

3. Der KWK Mythos ( nur Erinnerung)

4. Ergebnisse bei Erdgas für Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung: 4.0 Modernisierungs Szenario 4.1 Strom und gesamte Endenergie 4.2 Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?Fazit:

5. Wärmepumpentarif zur Überwindung diskriminierender Steuern und Abgaben 5.0 jetzige Preisstruktur für Wärmepumpen-Strom (Alt-Tarif) 5.1 Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die eingesetzte kWh Erdgas 5.3 Wärmepumpentarif ohne Diskriminierung 5.31 Grundanforderungen Wärmepumpentarif

5.32 Ausgestaltung des diskriminierungsfreien WP- Tarifes

Wärmepumpentarif ohne diskriminierende Sonderlasten

2. Wie vergleicht man KWK

und getrennte Erzeugung

2.

2.0 Vorgaben der EU und eines wissenschaftlichen Vorgehens

2.1 Ein einfaches Vergleichsschema 2.11 Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung, 2.12 Wärmeversorger mit KWK –Anlage, 2.13 Dezentrale WP und zentrales GuD

Es ist vernünftig und die EU schreibt auch vor,dass bei Förderung der KWK in den Mitgliedsländern,

zum Vergleich mit der getrennter Erzeugung von Strom und Wärme betrachtet wird:

2. Gleiche Primärenergieträger

also z.B. Erdgaseinsatz nicht nur bei KWK sondern auch bei getrennter Erzeugung (Anhang III , f , Ziffer 1 der EU 2004/8/EG) .

1. Eine detaillierte Gleicheit der Wärme- und Stromproduktion

also gleiche Strom- und gleiche Wärmeproduktion auch in getrennter Erzeugung (ergibt sich aus der Formel für PEE in Anhang III, b der EU 2004/8/EG).

3. Moderne Anlagen der getrennten Erzeugung

also z.B.: GUD und Brennwertkessel (Anhang III , f , Ziffer 2 der EU 2004/8/EG) heute müsste man aber in Deutschland an GuD und Wärmepumpe denken

2.0

Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Anhang III „Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozessesf) 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: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF

• Die Wärmeversorgung der Verbraucher/Kunden muss in jeder Alternative vollständig abgedeckt werden. („Spitzenkessel“)

• „Spitzenstrom“ , also eine ungekoppelte Stromerzeugung, der KWK-Anlage darf nicht ausgeklammert werden.

4. Eine weitere naheliegende Anforderung an einen Systemvergleich:

„Vollständige Alternativen“ betrachten

Dies wird auch in „Einleitenden Bemerkungen Ziffer 11 der EU-2008/4/EG indirekt angesprochen:

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

tatsächlich:

ca. 0 bis -5%


a) Hocheffiziente KWKIm Rahmen dieser Richtlinie muss „hocheffiziente KWK“ folgende Kriterien erfüllen:

— die KWK-Erzeugung in KWK-Blöcken ermöglicht gemäß Buchstabe b) berechnete

Primärenergieeinsparungen von mindestens 10 % im Vergleich zu den Referenzwerten für die getrennte Strom- und Wärmeerzeugung;

— die Erzeugung in KWK-Klein- und Kleinstanlagen, die

Primärenergieeinsparungen erbringen, kann als hocheffiziente KWK gelten.

Bemerkumg (gemäß Artikel 3 „Begriffsbestimmungen, Buchstabe m und n gilt ) : „KWK-Kleinstanlage“ heißt max. 500 kWe; „KWK-Kleinanlagen“ heißt : < 1 MWe;

Definition der sogenannten „Hocheffizienz“ von KWK-Anlagen

Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG Anhang III, “ Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozesses“, Buchstabe a :

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/EWGhttp://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF

Richtlinie 2007/74/EG = Entscheidung der Kommission vom 21.12.2006, zur Festlegung harmonisierter Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme in Anwendung der RL 2004/8/EG..)


Zitate für EU –KWK-Richtlinie:



Ein einfaches und korrektes Vergleichsschema

2.1

Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung

System:

Brennwertkessel:

Wärme

Strom

GuD-Anlage:

xK

Q0

Erdgas

Wärme:th = xK * BK

Strom:el = xGuD * GuD

th

el

BK

xGuD

GuD

xK + xGuD =1

2.11

2.12

Wärmeversorger mit KWK –Anlage

Versorger:

Spitzenkessel:

Wärme

Strom

KWK

im Spitzenstrom-

Betrieb

KWK-Anlage :

im KWK-Betrieb

xSK

xKWK

Q0V

Erdgas

xSE

Paradefall:

Die KWK – Scheibe

Wärmeversorger mit KWK –Anlage

Versorger:

Spitzenkessel

Wärme

Strom

KWK

im Spitzenstrom-

Betrieb

KWK-Anlage:

im KWK-Betrieb

xSK

xKWK

Q0V

Erdgas

xSE

Wärmespitze:

Zusatzstrom:

thV

elV

KWK

Versorger:

Spitzenkessel:

Wärme

Strom

KWK

im Spitzenstrom- Betrieb

KWK-Anlage :

im KWK-Betrieb

xSK

xKWK

Q0V

Erdgas

xSE

Ein korrekter Vergleich muss die gesamte Produktion des Versorgers, die mit seiner KWK Anlage und der Verpflichtung zur Fernwärmelieferung zusammenhängt,beachten.

Vergleiche also Erdgaseinsatz (PE) für:KWK: Q0

V = PE des Versorgers

und

getrennte

Erzeugung: Q0 = PE für GuD + Kessel, ergibt

sich aus detaillierter Gleichheit: Wärme = Q0 * ηK

Strom = Q0 * ηGuD

Dezentrale Wärmepumpe und zentrale GuD-Anlage

System:

Wärmepumpe:

Wärme

Strom

GuD-Anlage: xK

Q0

Erdgas

Strom für WP:

Strom:

th

el

K_WP

GuD xGuD

2.13

Betrachte die WP als einen „Superkessel“ mit einem - auf den GasEinsatz im GUD-Kraftwerk bezogenen -

thermischen Wirkungsgrad:

K_WP = JAZ * GUD

Mit : JAZ = Jahresarbeitszahl = gelieferte Wärme / eingesetzter Strom

GUD = eingesetzter Strom / eingesetzte Wärme im Kraftwerk

K_WP = JAZ * GUD

Zahlenwerte:

Speicher: KWK_Vergleich_mit_WP.xls!“eta_K_WP“

Zum Vergleich:

Brennwertkessel: eta_K = 1,1

Vergleich KWK mit: { GUD + Wärmepumpe }

3. Der KWK Mythos

3.

KWK als Hoffnungsträger zur Energieeinsparung

• Gesetzlicher Auftrag zur Verdoppelung der Stromerzeugung aus KWK auf eine Anteil von 25% bis 2020 AD (KWKG)

• Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom

• Jährliche Subventionen in etwa Milliardenhöhe durch Einspeisevergütung gemäß : KWKG = Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2009 und EEG = Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009 (Finanziert durch Abwälzung auf Strompreis)

• und weitere Vergünstigungen ( z.B. Anrechnung als RE in EEWärmeG, Interessenverband ist „gemeinnützig“, etc. )

3.0

Ein beliebter Spruch:

„ KWK nutzt Abwärme, die sonst verloren wäre.“

Verschwiegen wird meist: Fernwärme wird bei thermodynamisch noch Arbeits - fähigem Temperaturniveau betrieben, daher:

bei Dampfkraftwerken ergibt sich eine deutliche Stromeinbuße, und bei Motoren und Gasturbinen ist wg. der hohen Abwärme-Temperatur

der elektrische Wirkungsgrad von vorneherein niedrig.

3.1 „Abwärme“

Man erhält märchenhafte CO2- und PE Einsparungen

wenn man z.B.:

{2. +3.}: moderne Erdgas –KWK vergleicht mit:

• altem Ölkessel + altem KoKW

• + StromMix (50% Kohleanteil)

1. nur die „Brennstoffausnutzung“ vergleicht

also bei der KWK Strom und Wärme addiert, und dann mit dem Strom aus einem reinen Kraftwerk vergleicht.

Ergebnis: „KWK – Mythos“ mit

märchenhaften 30 - 60% Einsparung an CO2 und PE

3.2

Es werden oft zugunsten der KWK:

U1: die offenkundigen Fehler des „KWK-Mythos“ gemacht: (nur „Brennstoffausnutzung“ bewertet; Vergleich „alter KoKW“ mit „neuen Erdgas-KWK“ , „reine Abwärmenutzung“ ohne Wirkungsgradeinbuße )

U2 : Beitrag des Spitzenkessels ausgeklammert,

U3 : nur die Stromerzeugung im „KWK- Betrieb“ betrachtet („Paradefall“),

U4: Unrealistische (manipulierte) Vergleichswerte der getrennten Erzeugung benutzt (sogar gesetzlich vorgeschrieben wg. EU 2007/74/EG )

U5: Bei WP Strombezug aus dem deutschen Strommix unterstellt, statt im Systemvergleich aus modernem Gas- Kraftwerk (GuD).

Andererseits werden manchmal (im Prinzip ok aber verkomplizierend):

U6: Umfangreiche Nebeneffekte berücksichtigt (Verluste im Stromnetz, Bonus für Verbraucher nahe Stromerzeugung Pumpstrom und Wärmeverluste in Fernwärmeleitung, Unterschiede im Aufwand für Gastransport zum zentralen oder dezentralen Verbraucher, etc.)

Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.

3.3

Bei Wärmepumpen wird mit dem Strombezug aus dem deutschen Strommix gerechnet. Im Systemvergleich mit moderner Erdgas – KWK muss man aber den

Strombezug aus einem Erdgas GuD - Kraftwerk zugrunde legen.

Begründung: 1. Bei einer neuen Erdgas-KWK-Anlage wird sowohl der Strom als auch die Wärme aus einer neu errichteten Anlage und aus Erdgas erzeugt. Zu einem korrekten Systemvergleich mit einer getrennten Erzeugung muss daher ebenfalls von modernen Erdgasanlagen ausgegangen werden.

2. Diese bereits in der EU-Richtlinie 2004/8/EG für den Fall von Kraftwerk und dezen- tralem Kessel festgelegte Vorgehensweise muss sinngemäß auch auf die Stromversorgung von dezentralen Wärmepumpen angewendet werden.

3. Würde man die WP im Systemvergleich mit dem Strom-Mix speisen, so würde man für die Energieversorgung der Wärmepumpe ja letztendlich nicht Erdgas sondern den BrennstoffMix der deutschen Stromerzeugung einsetzen.

4 Im Übrigen werden bei der beabsichtigten Verlagerung von Erdgas aus der dezentralen Wärmeerzeugung in die Stromerzeugung ja auch tatsächlich neue GuD-Anlagen gebaut werden, falls KWK-Anlagen in geringerem Umfang zum Zuge kommen.

(U5) : Ein wichtiges Argument in voller Länge

Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung

4.

Ergebnisse bei Erdgas:

Mehraufwand bei getrennter Erzeugung mit GuD + Brennwertkessel GuD + Wärmepumpe

Schwerpunkt: Erdgas - KWK für Gebäudewärme

Aufgabe:

Moderne Erdgas- Anlagen sollen

einige bestehende alte Stromkraftwerke und

eine sehr große Zahl von alten Heizungsanlagen verdrängen.

Modernisierungs Szenario4.0

ein Hintergrund: Der deutsche Gasabsatz von insgesamt 925 TWh wurde 2007 zu 11,5 % zur Verstromung in Kraftwerken und

zu 27 % meist zu Heizzwecken in den Haushalten eingesetzt.

Veranschaulichung:

250 TWh Heizwärme entspricht {Faktor 0.6) ca. 150 TWh Strom

Gesamte Stromerzeugung in DE: ca. 600 TWh

Strom und gesamte Endenergie

Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“

Es ist praktisch, statt εth als Abszisse εgesamt = εth + εel zu wählen.

ε_gesamt

4.1

Erzeugung von Strom und Wärme

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20gesamte Endenergie: Wärme und Strom

Str

om

: G

uD

bzw

. V

ers

org

er

E_GuD EGuD+

EGuD-

GuD + BrennwertKessel

Gaseinsatz: Q = 1

εel

εges

f = 1.1

f = 0.9

ergäbe sich bei Gaseinsatz Q= 1.1



Es ist praktisch, statt εth als Abszisse εgesamt = εth + εel zu wählen.


0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60


Str

om

: G

uD

bzw

. V

ers

org

er

E_GuD EGuD+

B2 B2

B4 B4

B5 B5

B6 B6

B7 B7

B8 B8

EGuD-


Paradefall: kleine SymboleGesamter KWK-Versorger: Große Symbole

Gaseinsatz: Q = 1

εel

εgesε_gesamt

Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1

f =1.1 f =0.9

hier: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1; XSE= 0.1


neu: Zentrales GuD speist auch Wärmepumpe mit JAZ=4



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60


Str

om

: G

uD

bzw

. V

ers

org

er E_GuD1 E_GuD

B2 B2B4 B4

B5 B5B6 B6B7 B7B8 B8

EGuD1- EGuD-EGuD+


GuD versorgt auch WP

Paradefall: kleine SymboleGesamter KWK-Versorger: Große Symbole

Gaseinsatz: Q = 1

εel

εges

f = 90%

f = 90%

f = 110%

Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?

4.2


Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1

Kann eine optimale KWK die Effizienz der WP erreichen?

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10

gesamte Endenergie: Wärme und Strom

Str

om

: G

uD

bzw. V

erso

rger

E_GuD1 E_GuDB2 B2B4 B4B5 B5B6 B6B7 B7B8 B8EGuD1-


GuD versorgt auch WP

Paradefall: kleine Symbole

Gaseinsatz: Q = 1

zentral

dezentral

f=0.9

εel

εgesamt

Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?

1. Bei kleiner dezentraler KWK ist theoretisch eine hohe „Brennstoff- ausnutzung“ - wie bei einem Brennwertkessel- möglich. (Betrachte: gesamt <= 1.05 )

Aber bei Motoren sind keine hohen elektrischen Wirkungs-

grade möglich. (Betrachte: el < 0.40 , meist jedoch < 0,35)

2. Bei großer zentraler KWK ist wg. des Fernwärmenetzbetriebes keine

so hohe „Brennstoffausnutzung“ möglich: Betrachte: gesamt <= 0,91

Ein relativ hoher elektrischer Wirkungsgrad erreichbar, aber er ist (auch bei GuD)

begrenzt durch die Exergieverluste für die Bereitstellung der relativ hohen Vorlauftemperatur der Fernwärme.

(Betrachte: el <= 0.46 )

Folgerung: Selbst im Paradefall der KWK kann die Energie-Effizienz des GuD-WP-System wohl nicht erreicht werden.

Ein nur didaktisches Beispiel: Modernes, kleines GuD mit KWK und großes GuD ohne KWK

Abgasverluste = 10 % (umfasst auch sonstige Betriebsverluste)

ohne KWK: el = 60% , davon 13%Punkte für WP-Betrieb verwenden

mit voller KWK: elKWK = 47% also 13% Stromeinbuße

Fernwärme thKWK = 43% =(100 -10 -47%)

„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 43/13 = 3,3 beachte aber : Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C

COP einer dezentralen WP: COP = 4 beachte: Wärme 4* 13%Punkte = 52% bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C

Die KWK erzeugt einen exergetischen Luxus, der dezentral in thermisch sanierten Gebäuden nicht mehr gebraucht wird.

Ein nur didaktisches Beispiel:

Modernes, großes GuD mit und ohne KWK


ohne KWK: el = 60% , davon 10%Punkte für WP-Betrieb verwenden

mit voller KWK: elKWK = 50% also 10% Stromeinbuße

Fernwärme thKWK = 40% =(100 -10 -50%)

„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 40/10 = 4 beachte : sogar Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C

COP einer dezentralen WP: COP = 4 , also ebenfalls 40 %Punkte Wärme

beachte: Wärme bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C

Ein großes GuD bringt auch im KWK-Betrieb hervorragende Leistung.Günstig für industriellem Wärmebedarf hoher Temperatur.

GuD mit hohem el und hoher COP = 6für Wärmeauskopplung aus Stromeinbuße


ohne KWK: el = 60% , davon Wärmepumpenbetrieb mit JAZ = 4

Frage: Mehrverbrauch bei gleichem output an Strom und Wärme

Bei PE-Faktor f = 1.05 ergeben sich:

f * el = 63%Punkte Strom , davon 9%Punkte für WP-Betrieb verwenden:

ergibt:

f * el - 9 = 63 - 9 = 54%Punkte Strom

und 9 * JAZ = 9 * 4 = 36%Punkte Wärme

Betrachte nun ein Super-KWK :

mit voller KWK: elKWK = 54% also nur 6% Stromeinbuße

Fernwärme thKWK = 36% =(100 -10 -54%)

„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 36/6 = 6

Fazit: {GuD + WP} bräuchte nur 5% mehr Erdgas als Super KWK

• Die Versorgung unter Einsatz von KWK-Anlagen ist der getrennten Versorgung mit Brennwertkessel und GuD meist knapp aber keineswegs grundsätzlich überlegen. • Es kommt nicht nur auf die Anlage sondern ganz erheblich auch auf die Betriebsweise an.

• Die KWK unterliegt deutlich im technischen Wettbewerb mit GuD-Kraftwerk und Wärmepumpe.

• Eine herausragende Subventionierung der KWK führt zu einem suboptimalen Ergebnis bei der Energie-Effizienz..

Fazit:

• die Wärmeauskopplung aus einem großen optimierten GuD wäre optimal, aber doch nur geringfügig effizienter als { dieses GuD +WP}

Eine schlichte Überlegung:

• mit Erdgas wird in Deutschland überwiegend geheizt ca. 50% Anteil im Gebäudebestand

• {GuD und WP} erzeugen am effizientesten Heizwärme

Faktor >= 2 besser als Brennwertkessel Faktor bis zu 2 besser als KWK

• daraus folgt: ??

Warum setzt sich die el. Wärmepumpe nur so langsam durch ?

it‘s the economy, stupid ! ?

es sind tatsächlich:

diskriminierende Steuern und Abgaben

Wärmepumpentarif zur Überwindung

diskriminierender Steuern und Abgaben

5.

WP = Wärmepumpe KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung

Anforderungen an einen

Wärmepumpentarif zur Überwindung diskriminierender Steuern

und Abgaben

beim thermodynamisch optimierten Heizen

Dr. Gerhard LutherUniversität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie

c/o Technische Physik – Bau E26D-66041 Saarbrücken

EU - Germany

Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676 e-mail: [email protected] [email protected]

Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze

DPG2011_AKE10.3

UrQuelle: AKE-Archiv http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011-AKE_Dresden/Links_DPG2011.htm#AKE 10.3




http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011-AKE_Dresden/Links_DPG2011.htm#AKE%2010.3













http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011_Dresden/Links_DPG2011.htm

http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/DPG2011_Dresden/Links_DPG2011.htm

jetzige Preisstruktur

Wärmepumpen-Strom

5.0

-3. Struktur des Sondervertrag-Tarifes (ohne MWSt.)

Quelle: energis : Preisblatt „Strom“, Stand 2011.0101, und eigene Schätzung nach privater Mitteilung Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls

Tarif Wärmepumpen gültig ab 1.1.2011, energis GmbH (RWE-Tochter), Saarbrücken

Stromtarif für WP (aus GuD) 14,43 [ct/kWh]

Stromeinkauf EVU (geschätzt): 5,71

darin: für 0.5 EUA CO2 0,75Konzessionsabgabe 0,11

gewälztes Netzentgelt: 1,50EEG, KWK und Strom-Steuer 5,61

Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,50

5.61

0.75

Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die

eingesetzte kWh Erdgas

5.1

Wirkungsgrad des GuD : ηGuD = 0.6

Rückwälzen:

Struktur des Erdgaspreises für GuD ohne MWSt.

Rückwälzung: Die StromAbgaben werden auf den Erdgas- einsatz in einem GuD zurückgewälzt.

Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas

eta_GuD= 0,60

Rückgewälzter Erdgaspreis 5,82 [ct/kWhth]

Kosten Erdgasbezug: 2Erdgassteuer: 0

eta_GuD* { 0.5 EUA CO2} 0,45eta_GuD*(EEG, KWK und Strom-Steuer) 3,37

gesamte Steuern und Abgaben: 3,82 [ct/kWhth] 3.82

5.61

0.75

Vergleich der Einsatzpreise für Erdgas in verschiedenen Anlagen der Wärmeerzeugung

Kommentar: Eine unglaubliche Diskriminierung des Erdgaseinsatzes im GuD zur Versorgung der Wärmepumpen.

Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas

Heiz-gas

KWK GuD/WP

Eingesetztes Erdgas 5,85 5,30 5,82 [ct/kWhth]

Kosten Erdgasbezug: 2,0 2,0 2,0

Dezentralitäts -Aufwand 3,30 3,30 0,00davon: Konzessionsabgabe 0,03 0,03

Netzgebühr: 1,80 1,80Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,47 1,47

Erdgas vor Steuern 5,3 5,3 2,0 [ct/kWhth]

Erdgassteuer: 0,55 0,00 0,00rückgewälzte Steuern 0,00 0,00 3,82

Summe Steuern 0,55 0,00 3,82 [ct/kWhth] 3.82

• 0.0 [ct/kWh] keine Verteuerung, da Erdgassteuer erstattet wird dies sind 0 % Aufschlag auf Heizgaspreis.

• Faktor ca. 2.6 durch die dezentrale Bereitstellung des Erdgases als Brennstoff für KWK in Haushalten

1. Subvention: keine Erdgassteuer; aber ok , da GuD ebenfalls befreit.

Stolperfrage:

Kann es eigentlich vernünftig sein,

Elektrizität für das StromNetz im großen Stil dezentral zu erzeugen, wenn dadurch der Erdgaseinsatz rund

zweieinhalb fach teurer wird ?

Am Rande vermerkt zur dezentralen KWK:

Es ist administrativer Dilettantismus ,

die mit Abstand effizienteste Wärmeerzeugungdurch Steuern und Abgaben bei der Endenergie um fast einen Faktor 2 zu verteuern.

Kommentar zur WP-Besteuerung:

Der Sachverhalt als Auslöser für den erbosten Kommentar:

Erdgas für GuD [ct/kWhth]: 2.0 [ohne Abg.], aber 5.8 mit zurückgewälzten Abgaben

Strom für WP [ct/kWhel]: 8.0 [ohne Abg.], aber 14.4 mit Abgaben (ohne MWSt)

Wärmepumpentarif ohne

Diskriminierung

5.3

Bei der KWK –Förderung

sollten die Ziele der Energiepolitik:

• Einsparung von Primärenergie• CO2 -Reduktion

erreicht werden durch die Mittel:

• Modernisierung: Ersatz alter Anlagen zur Wärmeerzeugung• Wechsel zum PE-Träger Erdgas , auch bei der Stromerzeugung• Einsatz der Technik: KWK

Werkzeuge: (ohne die Subventionen)

1. Überhaupt keine Abgaben auf Energieträger

2. Förderung für dezentrales Erdgas3. Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom

Beispiele für2.: Rückerstattung ErdgasSteuer, besondere Förderung von Mini-BHKW

1. Keine rückgewälzten Abgaben

2. Nur CO2 arme Primärenergie ( Erdgas und CO2 freie PE)

3. Abnahmeverpflichtung von WP-Strom in‘s Netz

Zur Emanzipation der WP im Verhältnis zur KWK muss einWärmepumpen-Tarif in gleicher Weise in Anspruch nehmen:

Grundanforderungen Wärmepumpentarif

Dann lassen sich die energiepolitischen Zielewesentlich effektiver und wesentlich preiswerter erreichen.

5.31

Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes

für jede Technik oder Prozesskette gleich sein.

Volkswirtschaftliche Begründung zur Abgabengleichheit

Diese Forderung ist nichts anderes als

eine Anwendung des "Gesetzes des einen Preises", welches

auch als das "Fundamentalgesetz der Ökonomie schlechthin“ bezeichnet wird /Sinn 2008/. Es ist daher rational wohl nicht abweisbar.

Ein fairer Wettbewerb und eine marktgesteuerte Auslese des günstigsten und sparsamsten Energieeinsatzes erfordern:

Quelle: Hans Werner Sinn: "Das grüne Paradoxon", ISBN 978-3-430-20062-2, Ullstein , Berlin 2008, dort das Kapitel: " Das Gesetz des einen Preises", Seite 159ff

Preisstruktur

Wärmepumpen-Tarifohne

Diskriminierung im Vergleich zum

Alt-Tarif

Struktur des vorgeschlagenen Wärmepumpentarifes

Neuer WP-Tarif (aus GuD) 7,96 [ct/kWh]

Stromeinkauf EVU (geschätzt): 4,96 darin: für 0.5 EUA CO2 0,00

Konzessionsabgabe 0,11gewälztes Netzentgelt: 1,50

EEG, KWK und Strom-Steuer 0,00 Verwaltung und Deckungsbeiträge 1,50

14,43

5,71

0,75

0,11

1,50

5,61

1,50

zum Vergleich: der diskriminierende Alt-Tarif

also 8.0 statt 14.4 [ct/kWel]

5.61

0.75

Auswirkung des WP-Tarifes auf Investitionsrechnung

Betrachte: Haus mit Heizbedarf Qh= 25 [MWh] und WP mit JahresArbeitsZahl JAZ=4

1. Ausgangslage: ErdgasheizungHeizkosten = Qh * P(kWhth) = 25000 * 5,85 [ct/kWh] = 1462,5 € ( = 1740 € mit MWSt)

2. Ersparnis durch WP: P = TarifPreis

AltTarif: ΔKalt = Qh* [ 5,85 - 14,43/ 4] = Qh *[ 5,85- 3,61]= 25000* 2.24 = 561 €

also Ersparnis gegenüber Erdgasheizung: 561/1462 == 38% Die Zusatzkosten für die WP dürfen betragen: x* 38% WP-Tarif:

ΔK1 + ΔKalt = Qh * [ 5,85 - 7,96/ 4] = Qh *[ 5,85- 1,99] = 25000* 3.86 = 965 €

also Ersparnis gegenüber Erdgasheizung: 965/1462 == 66% Die Zusatzkosten für die WP dürfen betragen: x* 66%

3. Ersparnis durch Tarif-Reform= 66% -38% = 28% mit WP-Tarif darf ich bei gleicher Wirtschaftlichkeit an Zusatzkosten für WP

28/38 = 74% mehr investieren als bei dem AltTarif .

ΔK = Qh * [ P(kWhth) - P(kWhel) /JAZ ]

Die Annuität der Investition betrage: A [a]

ErsatzInvestition Brennwertkessel koste : I_BK (=„SowiesoKosten)“ Investition für WP koste : I_WP ZusatzInvest zum SowiesoFall also : ΔI_WP = I_WP - I_BK

Die jährliche BrennstoffKostenersparnis durch WP betrage: ΔK [€/a]

dies erlaubt eine äquivalente ZusatzInvestition von: ΔK * A [€]

Übersichtliche aber Grobe Investionskostenrechnung

Tarifreform ergibt Strompreisunterschied: ΔPel = Palt(kWhel) - Pneu(kWhel)

und eine Stromkostenersparnis : ΔK1 = Qh * ΔPel /JAZ

Sei ΔKalt die Brennstoffkostenersparnis durch WP nach altem Tarif, dann ist [ΔK1 + ΔKalt ] die Brennstoffkostenersparnis durch WP nach neuem Tarif

Wirtschaftlichkeitsbedingung ΔI_WPalt = ΔKalt * A

ΔI_WPneu = ( ΔK1 + ΔKalt ) *A

Verbesserung durch Tarif-Reform:

also Wirtschaftlichkeitsbedingung:

ΔI_WP = ΔK * A mit ΔK = Qh * [ P(kWhth) - P(kWhel) /JAZ ]

ΔI_WPneu / ΔI_WPalt = 1+ ΔK1 / ΔKalt

Ausgestaltung des diskriminierungsfreien

WP- Tarifes

5.32

1. Enger Anwendungsbereich des WP-Tarifes

• WP-Strom nur für hocheffiziente WP, z.B. mit COP > 4.5 kalkulierte Jahresarbeitszahl: JAZ > 4

• keine Aufweichung für bestimmte Technologien, also z.B. für Luft –WP

• Gesonderter Stromkreis ausschließlich für WP , Heizstab muss an Haushaltsstrom angeschlossen sein.

• Spätere Anhebung der Anforderungen für Neuanlagen nach dem Stand der fortschrittlichen Technik.

Zielsetzung:• Bei bestehenden Anlagen sollen nur die wirklich guten Anlagen unter den WP-Tarif fallen. Dann gibt es wenig Mitnahmeeffekte und daher

beim Start wenig Steuereinbußen.• Anreiz für Verbesserung der Anlagen.

Gute Anlagen rechnen sich auch bei höherer Investition.

Warum der WP-Tarif den Staat überhaupt nichts kostet

1. geringe Mitnahmeeffekte beim Start, denn es gibt bisher nicht viele WP –Anlagen in DE, und vor allem nicht viele , die den Anforderungen des WP-Tarifes genügen.

2. Neukunden haben vorher mit Brennstoff geheizt.

Sie haben also vorher keine Stromsteuern bezahlt, und zahlen nach der Umstellung auf WP-Tarif auch keine.

3. Ggfalls Anpassung der Brenstoffsteuern.

Möglichkeit 1 : Man könnte alle Ausnahmen von der Erdgassteuer aufzuheben. ( suboptimal) Dann würde dies aber sowohl die KWK als auch die WP betreffen.

Möglichkeit 2: Man könnte die Vorteile für GuD und KWK belassen, und diese Steuereinbußen durch eine

Anhebung der Brennstoffsteuern wieder ausgleichen.

Also: WP-Tarif ermöglicht Massenanwendung von WP ohne Steuereinbußen.

Allerdings gibt es auch keine Beiträge zur bestehende Abgabenlast der Stromkunden.

* Was sollte dezentraler KWK Ausbau eigentlich bewirken:1. Mehr Erdgas für die Stromerzeugung

2. Energieeinsparung wg. KWK-Prinzip + wg. Erdgasdaher:

(doppelte) CO2 -Einsparung

nur CO2 arme Primärenergie:

Erdgas und CO2 freie PE

* Folgerung:

2. Erdgaseinsatz fördern

Primärenergieträger (PE) für WP -Strom einschränken auf:

Einschränkung der PE ist nicht ungewöhnlich: siehe „Öko-Stromtarife“

Wie fördert man die KWK, um den Erdgasstrom ins Netz zu bringen:

1. Großes Einspeiseprivileg (KWK ist sogar mit RE gleich gestellt )

2. Garantierter Abnahmepreis oder Sockelpreis

Wie könnte man analog die Niedrig-CO2 Kraftwerke für WP fördern:

1. kleines Einspeiseprivileg (WP-Strom vor Hoch- CO2-Strom, aber nachrangig zu RE-Strom )

2. Fester Mindestpreis durch lokale EVU möglich, denn die lokalen EVU‘s müssen WP-Strom liefern, damit die Voraussetzung

für Befreiung von Stromsteuern erhalten bleibt.

Anmerkung:1. Durch das große Einspeiseprivileg kann auch für Strom aus Kohle-KWK der

Zugang zum Netz erzwungen werden.

2. In Zukunft wird selbst ein – z.B. im Sommer- vollständig mit Grünstrom gefülltes Netz den KWK-Strom noch aufnehmen müssen und zu evtl. negativen Strompreisen verschleudern müssen.

(ein ökologischer und ökonomischer, administrativer Unsinn)

3. Ein vergleichbarer Unsinn ist beim WP-Tarif nicht möglich, da bei ausreichend Grünstrom im Netz kein WP-Strom aus fossilen Quellen kommen muss.

Feststellung: 1. Die elektrische Wärmepumpe (WP), gespeist aus hocheffizienten Kraftwerken, kann Wärme mit Abstand am effizientesten erzeugen.

2. Bei Rückwälzung der Energiesteuern und –Abgaben auf das eingesetzte Erdgas

zeigt sich, dass die el. WP mit hohen und diskriminierende Steuern und

Abgaben belastet wird. Bei GuD-Kraftwerk: 3,82 [ct/kWhth ] zum Vergleich: KWK: 0,00 Heizkessel: 0,55 Dies ist administrativer Unsinn.

4. Der WP-Tarif kann so ausgestaltet werden, dass gleichzeitig Anreize für fortlaufende Verbesserungen der WP und für Erdgaseinsatz gesetzt werden.

5. Der WP-Tarif ist aufkommensneutral. Allerdings ergeben sich auch keine Beiträge zu einer Entlastung der sonstigen Stromabnehmer.

Zusammenfassung WP-Tarif

Abhilfe: 3. WP- Tarif ohne die diskriminierenden Steuern und Abgaben.

Im Beispiel: 8.0 statt 14.4 [ct/kWhel]

Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes

für jede Technik oder Prozesskette gleich sein.

Diese Forderung gilt für alle Stromanwendungen in technischer Konkurrenz mit einem direkten Brennstoffeinsatz , die nicht aus sonstigen Gründen verhindert werden sollen.

Sie ist auch eine direkte Anwendung des volkswirtschaftlichen "Gesetzes des einen Preises"

Quintessenz

Anhang 1:

Zur Wettbewerbsfähigkeit neuer

GuD -Kraftwerke

Stromerzeugungskosten

Quelle: IER- Stuttgart ( Prof. Voß):

/Wissel 2010/: S. Wissel, U. Fahl, M. Blesl, A. Voß (2010):Erzeugungskosten zur Bereitstellung elektrischer Energie von Kraftwerksoptionen in 2015http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_08.pdf

(Dank an S. Wissel für die zusätzliche Berücksichtigung der Erdgassteuer –Befreiung bei hocheffizienten GuD)

/Wissel 2008/: S. Wissel, S. Rath-Nagel, M. Blesl, U. Fahl, A. Voß (2008)

Stromerzeugungskosten im Vergleich http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_04.pdf

http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_08.pdf

http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_04.pdf

Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; Betrieb: 7500 [h/a], (Brennstoffkosten incl. Transport und ggf. Steuern)

StromErzeugungskosten neuer Kraftwerke in 2015 AD

Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.3.1, p.17, + private Mitteilung wg. Befreiung von hocheffizientem GuD von Erdgassteuer

62,551,6

114,0 118,5

146,5

54,3

277,0

317,7

71,6

0

50

100

150

200

250

300

350

Braunkohle-Dampf-KW

Steinkohle-Dampf-KW

Erdgas GuD LWR Biomasse Wind onshore Wind offshore PV Freifläche PV Dach

[€2007/MWh]

Back-Up Kosten

CO2-Zertifikate (20EUR/t)

Kapitalkosten

Betriebskosten

Brennstoffkosten

71,6

Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; CO2-Zertifikat: 20 €/t

StromErzeugungskosten und Auslastung (2015 AD)

Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.3.4, p.21, mit privater Mitteilung wg. Befreiung des GuD von der Erdgassteuer

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

3700 4100 4500 4900 5300 5700 6100 6500 6900 7300 7700 8100 8500

[h/a]

[€2007/MWh]

Wind offshore

Erdgas GuD

Steinkohle-Dampf-KW

Braunkohle-Dampf-KW

LWR (nuklear)

BK GuD (hocheffizient)

SK

GuD nur für Mittel- und Spitzenlast ökonomisch konkurrenz-fähig zu Kohlekraftwerken. Sonst fehlen dem GuD aber

nur bis zu 1 [ct/kWhel]

Daher : falls man mehr Strom aus Erdgas haben will muss man fördern.

Aber eine bescheidene Förderung reicht aus.

Zielvorgabe: WP-Strom nicht aus Kohle

Mittel: GuD hat für WP-Strom Vorrang vor KoKW wg. CO2-Armut, aber keinen Vorrang vor (fast) CO2-freien Kraftwerke

Sensitivitätsanalyse für GuD (2015 AD)

Zum Vergleich:

Steinkohle

Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; CO2-Zertifikat: 20 €/t Referenzpunkt für Auslastung 7500 [h/a] , Befreiung von Erdgassteuer (eigentlich nur für eta_el>57,5% ) Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.4.1, p.26 und Abb.4.2 p.27 mit privater Mitteilung wg. Befreiung der „hocheffizienten GuD von der Erdgassteuer

45,0

55,0

65,0

75,0

85,0

95,0

50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 130% 140% 150%einfaktorielle Parameteränderung

[€2007/MWhel]

Verfügbarkeit (7500 h/a) Brennstoffkosten (51,17 €/MWh)

Investition (700 EUR/kW) Wirkungsgrad (60 %)

Nutzungsdauer (30 Jahre)

4500 h/a00 h/a

7890 h/a00 h/a550 €/kW

1000 €/kW55 %00 h/a

65 %00 h/a

71,6 €/MWh00 h/a

140 %00 h/a

60 %00 h/a

20 Jahre00 h/a

40 Jahre00 h/a

Erdgas-GuD

95_

85_

75_

65_

55_

45_

Kalte Nahwärme aus zentralem Sondenfeld

und Wärmepumpen in Kopfstationen

Ein interessanter Vorschlag aus einem Vortrag von

Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI, für die SW-Düsseldorf

Anhang 2:

Eine wichtige Bemerkung zu dem interessanten Vortrag von Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI, für die SW-Düsseldorf:

Schüwer's Ergebnis: 2 empfehlenswerte Optionen. (ohne Holz)

Zu den "Nachteilen" gibt es Abhilfe durch einen Vorschlag zum WP-Tarif

• KWK – eine ökologische Sackgasse ? Nach Installation einer dezentralen KWK gibt es kaum noch Anreize zur - weiteren thermischen Sanierung - Nutzung von Thermischer Solarenergie

• WP als Senke für fluktuierenden Wind- und PV- Strom

- Eine künftige Gretchenfrage: Warum soll man bei Stromüberfluss (Wind + PV) noch und sogar vorrangig Erdgas in KWK- Anlagen verbrennen ?

- Der Ausbau der Stromversorgung mit Wind und Sonne erfordert

vor allem Stromsenken (und keine neuen „vorrangigen“ Stromerzeuger)

• Ungleiche steuerliche Belastung der Nutzwärme

- 1 kWh Gas im dezentralen Kessel : 0.55 ct (Erdgassteuer, ohne.MWSt.) - “ “ beim KWK – Fernwärmeversorger : 0 - 1 kWh Gas für 0.6 Kwh GuD-Strom

für 2.4 kWh Wärme mittels WP : ca. 3.6 ct ( EEG [2011]+KWKG+ Ökosteuer + CO2- Zertifikat ) Alles ohne Konzessionsabgabe und ohne. dazugehöriger MWSt.

A1 Diskussionspunkte:

GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom (Kraft) – Wärmekopplung...

Documents

Transcript of GuD = Gas- und Dampfkraftwerk WP = Wärmepumpe KWK = Strom (Kraft) – Wärmekopplung...