Kraft-Wärme-Kopplung€¦ · Vorstandsmitglied im Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung (b.kwk) und...

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 hocheffiziente 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


geregelter Heizkreis

Warmwasserbereitung über separat beheizten Speicher für Hnr. 8

Gasverbrauch: 81.773 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


geregelter Heizkreis


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)


geregelt über Lufttemperatur der Kirche


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


Hausanschlusses


Objekt/im Freien


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


Hausanschlusses


Objekt/im Freien


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


D


Hausanschlusses


Objekt


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.

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 €



Aufwendungen:

Stromverkauf an Mieter: 25.000 kWh x 0,21 €/kWh = 5.250 €/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


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


1 ungeregelter Heizkreis

Gasverbrauch: 7.140 m³ 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


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


1 geregelter Heizkreis über Rücklauftemperatur

Gasverbrauch: 6.566 m³ 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 €



Aufwendungen:

Stromeigenverbrauch: 13.991 kWh x 0,24 €/kWh = 3.358 €/a




Vollwartung/Garantie: 4.625 Bh x 0,19 €/Bh = 879 €/a



Kosten: 61.333 €


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


Wegfall der Stromrechnung zur

Kirchenbeheizung: 30.000 kWh x 0,18 €/kWh = 5.400 €/a

Seniorenzentrum Bethel Bad Oeynhausen

260 Bewohner 150 Mitarbeiter


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







Kosten: 120.000 €


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


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

[email protected] • www.klimaschutzhaus.de

kwk consult

Ingenieurbüro für Energiekonzepte

Im Winkel 3 • D-38690 Vienenburg

Tel.: 0 53 24 / 78 09 - 745 • Fax: - 746

[email protected]

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