Kraft-Wärme-Kopplung (KWK): Effizienz aus Prinzip

Mit KWKKalkulator Kraft-W채rme-Kopplung (KWK)

Effizienz aus Prinzip www.bdew.de

2

|

Inhalt

Kraft-Wärme-Kopplung: Effizienz aus Prinzip

Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit .................................................. 5

KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff .................................... 7

Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK ....................... 9 Bilder:

KWK: Effizienz statt Emissionen ................................................................................. 11

Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen Potenziale für den Ausbau von KWK .......................................................................... 13

Abkürzungen und Glossar ........................................................................................... 14

Oben: KWK-Anlage der Energie- und Medienversorgung im Industriepark Ludwigshafen, MVV Energie AG Unten links: Das Heizkraftwerk der N-ERGIE mit moderner Gas- und DampfTechnologie (GuD) sorgt dafür, dass in Nürnberg jährlich bis zu 140.000 Tonnen Kohlendioxid eingespart werden Unten rechts: Gasturbine GTX100 für das Heizkraftwerk der N-ERGIE in Nürnberg

|

3

4

|

Greifbare Argumente für eine vielseitig einsetzbare und intelligente Zukunftstechnologie.

KWK hat viele Vorteile: • Ressourcenschonung: extrem hohe Brennstoffausnutzung und damit niedriger Primärenergieverbrauch • Umweltverträglichkeit: deutlich geringere CO2-Emissionen als bei getrennter Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme • Versorgungssicherheit: Unabhängigkeit durch breite Palette von einsetzbaren Energieträgern – von Biogas bis Kohle • Wirtschaftlichkeit: besonders konkurrenzfähig bei entsprechend hoher Wärmenachfrage

|

5

Kraft-Wärme-Kopplung zwischen Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit 59% Verlust Industrieprozesse

20% Verlust

% 100 toffe ns ren

B

Eine nachhaltige, zukunftsfähige Energiepolitik muss drei Aspekte gleichermaßen berücksichtigen: Umweltverträglichkeit, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Die deutschen Energieunternehmen bekennen sich mit Nachdruck zu diesen Vorgaben des energiewirtschaftlichen Zieldreiecks. Die Kraft-Wärme-Kopplung kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass diese Ziele gleichzeitig und gleichgewichtig erreicht werden.

Der Vorteil von Kraftwerken mit KWK-Technologie liegt in der besonders effizienten Betriebsweise, wenn ein gleichzeitiger Bedarf für Strom und Wärme gegeben ist. Während konventionelle Kraftwerke die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme konstruktionsbedingt zum Teil ungenutzt an die Umgebung abgeben, wird sie bei KWK-Anlagen insbesondere in Industrieprozessen und zur Wärmebereitstellung in Haushalten genutzt. Kein anderer Prozess der Energieerzeugung nutzt den Brennstoff so gut aus wie die Kraft-Wärme-Kopplung: Der Energiegehalt des Brennstoffs wird zu mehr als 80 % in nutzbaren Strom und nutzbare Wärme umgewandelt. In Sachen Effizienz bedeutet das: 1

Kühlung

Wohnraumbeheizung

% 50 me r Wä

41% Strom % 100 toffe nns e r B

Konventionelles Steinkohlekraftwerk

Warmwasserbereitung

Landwirtschaft

30% Strom

Mit Steinkohle befeuerte KWK-Anlage Gegenüber der konventionellen Erzeugung von Strom und Wärme spart KWK bis zu 48 % Primärenergie ein!1 Entsprechend geringer sind auch die CO2-Emissionen.

Der relativ geringe spezifische Energieträgereinsatz mindert darüber hinaus die Abhängigkeit von Importen. Zur Versorgungssicherheit trägt auch die breite Palette einsetzbarer Brennstoffe bzw. Primärenergieträger bei. KWK-Anlagen können mit klassischen und erneuerbaren Energiequellen betrieben werden – von Biogas bis Kohle. Dies ermöglicht den Betreibern große Flexibilität.

Mit ihrer optimalen Ausnutzung der eingesetzten Energie tragen KWK-Anlagen wesentlich zur Minderung von CO2-Emissionen bei und weiteres Potenzial ist vorhanden: Die Bundesregierung misst dem Ausbau von KWK daher in ihrem Integrierten Energie- und Klimaschutzprogramm eine erhebliche Bedeutung bei. In einem zukunftsfähigen Konzept für eine nachhaltige und sichere Energieversorgung muss die KWK eine wesentliche Rolle übernehmen.

Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes

6

|

KWK: Eine Entscheidung für die Zukunft.

• • •

Flexibilität: breite Palette von Brennstoffen einsetzbar Nachhaltigkeit: KWK ist zentrales Element im Klimaschutzprogramm der Bundesregierung Klimaschutz: EU-weit rund 100 Millionen Tonnen CO2-Einsparung pro Jahr durch KWK2 2

Quelle: Europäische Kommission, 2008

|

KWK: wirkungsvoll und nachhaltig – mit jedem Brennstoff!

Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Nutzwärme ist höchst effizient, da die im Brennstoff gespeicherte Energie nahezu optimal ausgeschöpft wird. Für eine zukunftsfähige, klimaschonende Energieversorgung in Deutschland kann die Kraft-Wärme-Kopplung eine wichtige Rolle übernehmen – nicht zuletzt in Kombination mit dem Einsatz erneuerbarer Energien.

Biogas

Abfall

Biomasse

Kohle

Erdgas

Öl

KWK-Anlagen können mit allen verfügbaren – klassischen wie erneuerbaren – Energiequellen und Brennstoffen betrieben werden. Dazu gehören Kohle, flüssige Kraftstoffe, Erdgas oder Bio-Erdgas ebenso wie feste und flüssige Biomasse, Erdwärme sowie Abfälle beziehungsweise Reststoffe.

So kann beispielsweise Biogas in landwirtschaftlichen Betrieben direkt zur Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken genutzt werden. Büro- und Mehrfamilienhäuser könnten ihren Strom und ihre Wärme aus Mini-KWK-Anlagen beziehen, die mit Bio-Erdgas betrieben werden. Moderne KWK-Anlagen, die ganze Stadtteile mit Wärme beliefern, nutzen sowohl Kohle und Erdgas als auch Müll und Biomasse.

Durch die Kombination aus dem Einsatz von erneuerbaren Brennstoffen und der besonders effizienten Funktionsweise von KWK-Anlagen werden heute schon in der Europäischen Union jährlich mehr als 100 Millionen Tonnen CO2 eingespart.

Strom Wärme

Dampfturbine / Generator

Motor / Generator

KWK-Aggregat z.B. Gasturbine / Generator

Brennstoffzelle

7

8

|

Jede Situation ist anders, das Prinzip bleibt gleich.

KWK ist vielseitig: • für Anlagen verschiedenster Größen • für Wärmenetze unterschiedlicher Ausdehnung • für Industrie, Gewerbe, Stadtgebiete, öffentliche Einrichtungen und private Haushalte

|

9

Von ganz klein bis ganz groß – Optionen für den Einsatz von KWK Links: Mini-BHKW im Contracting der GASAG-Gruppe Mitte: erdgasbetriebenes Blockheizkraftwerk im „Sunpark Nordseeküste”, EWE AG Rechts: Heizkraftwerk Nord der Stadtwerke München GmbH

KWK-Anlagen erfüllen bei der Deckung des Wärme- und Kältebedarfs die unterschiedlichsten Anforderungen der Kunden. Sie liefern Wärme und Kälte für städtische Versorgungssysteme, für einzelne Gebäudekomplexe wie Wohnhäuser, Büroanlagen, Einkaufszentren, Sporthallen oder Schwimmbäder genauso wie die Prozesswärme für Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft. Je nach Bedarf können unterschiedliche Anlagentypen und -größen eingesetzt werden.

Heizkraftwerke sind gas-, bio-erdgas-, biomasse- oder kohlebefeuerte Großanlagen mit bis zu mehreren 100 Megawatt elektrischer Leistung. Sie versorgen ganze Stadtteile oder Industrieanlagen mit Fern- und Prozesswärme. Die erzeugte Wärme wird über Fernwärmenetze transportiert. Hochmoderne Rauchgasreinigungsanlagen sorgen dafür, dass Umweltbelastungen wie der Ausstoß von Feinstaub oder Schadstoffen (Schwefeldioxid und Stickoxide) sowie Geruchsbelästigungen auf ein Minimum begrenzt bleiben.

Blockheizkraftwerke (BHKW) sind mittelgroße KWKAnlagen mit einer elektrischen Leistung zwischen 50 Kilowatt und 20 Megawatt. Sie versorgen Wohnblocks

und Siedlungen, Krankenhäuser und Industriebetriebe sowie Geschäfts- und Gewerbegebäude. Der heute am häufigsten verwendete Energieträger ist Erdgas, zunehmend wird auch Bio-Erdgas eingesetzt. BHKW schalten sich bei Bedarf ein, versorgen die Gebäude mit Wärme und speisen den erzeugten Strom ins Hausnetz bzw. in das örtliche Stromnetz ein.

Mini- und Mikro-KWK sind kleine Blockheizkraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 5 bis 50 Kilowatt. Noch kleinere Anlagen, sogenannte Mikro-KWKs, werden derzeit in Feldversuchen getestet. Diese meist mit Gas betriebenen Anlagen, auch „Strom erzeugende Heizung“ genannt, können in Zukunft einzelne Gebäude wie Ein- oder Mehrfamilienhäuser mit einer elektrischen Leistung von bis zu 5 Kilowatt versorgen. Die Größe einer Mikro-KWK-Anlage ist mit der einer Gastherme oder Waschmaschine vergleichbar. Sie kann beispielsweise im Keller installiert und an jede Hausheizung angeschlossen werden. Der erzeugte Strom kann selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden.

10

|

Mit Schwung in die Zukunft, aus Prinzip flexibel.

• • • •

zukunftsweisende Lösung für unternehmerisch sinnvolles und umweltbewusstes Handeln Beitrag zur Belebung der Wirtschaft geringe Energieübertragungs- und -verteilungsverluste bis zu 48 % weniger CO2-Emissionen gegenüber getrennter Erzeugung

|

11

KWK: Effizienz statt Emissionen

Die Kraft-Wärme-Kopplung leistet einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz und zur weiteren umweltpolitischen und wirtschaftlichen Entwicklung. Sie führte bereits in den letzten Jahren zu einer höheren Energieeffizienz und zu signifikanten Energieeinsparungen in Deutschland.

Durch die gleichzeitige Wärmenutzung ergibt sich jedoch langfristig ein Vorteil bei den Betriebskosten.

Die hocheffiziente KWK-Technologie schont Ressourcen und macht uns damit unabhängiger in der Energieversorgung. Deutschland verfügt im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung über fundiertes Technologie-Knowhow, das Exportperspektiven eröffnet, die deutsche Wettbewerbsfähigkeit stärkt und wirtschaftliche Entwicklungschancen bietet. Dies gilt besonders für die regionale und lokale Ebene und hilft damit auch den Handwerkern vor Ort.

gekoppelte Erzeugung (Strom & Wärme im KWK)

ungekoppelte Erzeugung

Die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme in einer erdgasbefeuerten modernen KWK-Anlage kann die CO2-Emissionen um bis zu 48 % reduzieren (im Vergleich mit der konventionellen Stromerzeugung aus konventionellen Kraftwerken in Verbindung mit der Wärmeerzeugung aus einem Öl-/Erdgaskessel). Selbst gegenüber der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme in technisch ausgereiften GuD-Kraftwerken und Brennwertkesseln ist der CO2-Ausstoß von KWK-Anlagen immer noch um 10 % niedriger.3

Energieeffizienz

Eingesetzte Technologie

Für eine KWK-Anlage sind größenbedingt zunächst höhere Investitionen als für konventionelle Technik erforderlich.

KWK-Anlagen speisen in der Regel den erzeugten Strom nicht in das Höchstspannungsnetz ein, sondern je nach Größe in Verteilnetze auf einer niedrigeren Spannungsebene und geringerer Ausdehnung. Kurze Entfernungen minimieren den Transportverlust, steigern zusätzlich die Effizienz und verbessern die Umweltbilanz.

(nur Strom bzw.

Wärme)

CO2-Neutralität KLIMA(SCHUTZ)WIRKUNG 3

fossil

regenerativ Eingesetzte Brennstoffenergie

Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes

12

|

Aus Prinzip gewinnen – mit Engagement und Entschlossenheit.

• • •

Globalität: Ausschöpfung des KWK-Potenzials auf nationaler und internationaler Ebene Weitblick: Ziel der Bundesregierung (KWK-Anteil bei 25 % bis 2020) kann erreicht werden und weiteres Potenzial ist vorhanden Unterstützung: BDEW und seine Mitgliedsunternehmen machen sich für KWK-Ausbauziel stark

|

13

Die Entscheidungen von heute sind die Vorteile für morgen und übermorgen – Potenziale für den Ausbau von KWK Die Entscheidung für Kraft-Wärme-Kopplung ist eine fortschrittliche und zukunftsorientierte Entscheidung. Das KWK-Prinzip erfüllt die gesellschaftlichen Erwartungen an erfolgreichen Klimaschutz und den klugen Umgang mit wertvollen fossilen und erneuerbaren Ressourcen. Der gegenwärtige KWK-Anteil von rund 16 % an der gesamten Stromversorgung in Deutschland kann wesentlich gesteigert werden.

Mit den Meseberger Beschlüssen von 2007 hat die Bundesregierung das Ziel gesetzt, den KWK-Anteil an der gesamten Stromerzeugung bis 2020 auf 25 % zu erhöhen. Dieses Ziel wird erreicht, wenn der Ausbau der KWK-Technologie deutlich beschleunigt wird. Die Potenziale zu einer Erhöhung der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sind vorhanden. So können bestehende Heizkesselanlagen problemlos um KWK-Aggregate erweitert oder Gebäude an die Fernwärmeversorgungen auf KWK-Basis angeschlossen werden. Gerade für Verbraucher mit einem großen Wärmebedarf, z.B. Gewerbe und Industrie, ist die Installation von KWK-Technologien eine sinnvolle Lösung. Das Umweltbundesamt gibt beispielsweise in seiner Studie zu einer nachhaltigen Energieversorgung das KWK-Potenzial bis 2030 – unter den optimalen Rahmenbedingungen eines Szenarios „Umwandlungseffizienz“ – mit rund 33 % in 2030 an.4

Menschen in diesem Land. In den nächsten zehn Jahren wird die Branche rund 40 Milliarden Euro in die Modernisierung und den Ausbau des deutschen Kraftwerksparks investieren. Der BDEW setzt sich dafür ein, bundesweit politische Rahmenbedingungen zu schaffen, um den zügigen Ausbau und die Verbreitung von KWK auch aus unternehmerischer Sicht bundesweit attraktiver zu gestalten.

Ländervergleich: Anteil der KWK an der Gesamtstromerzeugung in 2008 und Ziel der Bundesregierung 2020 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15

In einigen europäischen Staaten hat man die Chancen bereits erkannt und den Ausbau von KWK-Anlagen gezielt gefördert. In Finnland liegt der Anteil der Stromerzeugung aus KWK-Anlagen bei rund 35, in Dänemark sogar bei fast 50 %.

Der BDEW und seine Mitgliedsunternehmen arbeiten täglich für eine sichere, nachhaltige und wirtschaftliche Energieversorgung für die

4

10 5 0 %

DK

FIN

KWK-Anteil

NL

PL

D*

EU-Durchschnitt

A

EU

ES

KWK-Anteil in D (Daten aus 2009)

UK

F

Ziel der Bundesregierung

Quelle: „Ermittlung der Potenziale für die Anwendung der KWK und der erzielbaren Minderung der CO2-Emissionen einschließlich der Bewertung der Kosten“ im Auftrag des Umweltbundesamtes.

14

|

Abkürzungen und Glossar

Biogas / Bio-Erdgas: Biogas ist ein brennbares Gas, das durch die Vergärung von Biomasse (z.B. Abfall- und Reststoffe aus der Landwirtschaft, Energiepflanzen etc.) gewonnen wird. Bio-Erdgas ist in Aufbereitungsanlagen veredeltes Biogas. Dadurch erreicht es die gleiche Qualität wie Erdgas, kann ins Gasleitungsnetz eingespeist und wie Erdgas eingesetzt werden.

GuD-Anlage: Ein Gas-und-Dampf-Kraftwerk ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert werden. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die Dampfturbine wirkt. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht als mit Gasturbinen allein oder konventionell befeuerten Dampfkraftwerken.

Kilowattstunde (kWh): Eine Wattstunde (Wh) entspricht der Energie, die eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

Der Energieverbrauch wird meist in Kilowattstunden (kWh) angegeben (eine kWh = 1.000 Wh). Ein durchschnittlicher Zweipersonenhaushalt verbraucht jährlich etwa 3.500 kWh Strom und 20.000 kWh Wärme.

Kohlenstoffdioxid (CO2): Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. CO2 entsteht u.a. bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern. Das Gas reichert sich in der Erdatmosphäre an. Eine erhöhte Konzentration führt zu einer globalen Klimaerwärmung.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK): KWK ist die gekoppelte Erzeugung von elektrischem Strom und nutzbarer Wärme. Die Wärme wird in der Regel für Heizzwecke oder in Industrieprozessen genutzt, die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung wird also weitgehend vermieden.

Nutzungsgrad: Der Nutzungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen zugeführter und nutzbar gemachter Energie einer Anlage in einem bestimmten Zeitintervall. Je höher der Nutzungsgrad einer Anlage ist, umso effizienter die Energieverwertung.

Primärenergie und Endenergie: Unter Primärenergie versteht man die Energie natürlicher Ressourcen, die noch keine Umwandlung durchlaufen hat. Man unterscheidet: - fossile Energieträger, z.B. Braunkohle, Steinkohle, Erdgas, Rohöl - regenerative Energien, z.B. Wasserkraft, Sonnenenergie, Windenergie, Erdwärme, Biomasse, Abfälle/Reststoffe Primärenergie wird durch Prozesse wie Verbrennung oder Raffinerie in Sekundärenergie umgewandelt. Bei der Umwandlung und beim Transport kommt es zu Verlusten. Die beim Verbraucher ankommende Energie bezeichnet man als Endenergie.

Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzen und Aufwand, bei der Stromerzeugung also das Verhältnis von Energieeinsatz und erhaltener elektrischer Energie.

Herausgeber BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. ReinhardtstraĂ&#x;e 32 10117 Berlin Telefon +49 30 / 300 199-0 Telefax +49 30 / 300 199-3900 E-Mail info@bdew.de www.bdew.de Redaktion Meltem Walter, BDEW Konzeption und Realisation zielgruppe kreativ Gesellschaft fĂźr Marketing und Kommunikation mbH www.zielgruppe-kreativ.com Juni 2011

Weitere Informationen

www.bmu.de

www.bmwi.de

%JF $0 &NJTTJPOFO EJFTFT 1SPEVLUT XVSEFO EVSDI $0 &NJTTJPOT[FSUJGJLBUF BVTHFHMJDIFO ;FSUJGJLBUTOVNNFS XXX DMJNBUFQBSUOFS DPN

www.bafa.de