Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen

Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
gemäß EU-Richtlinie 2012/27
In vielen Programmen zur Förderung von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) taucht immer wieder
der Begriff „hocheffiziente KWK“ auf. Dieser Begriff soll etwas näher beleuchtet werden.
Im Anhang II der Richtlinie 2012/271 (Energieeffizienz-Richtlinie) wird das Verfahren zur
Bestimmung des Hocheffizienzkriteriums festgelegt. Dabei wird in zwei Bereiche unterteilt:
1) Die KWK-Erzeugung in KWK-Blöcken muss im Vergleich zu Referenzwerten für die
getrennte Strom- und Wärmeerzeugung eine Primärenergieeinsparung von mindestens
10 Prozent ermöglichen. (KWK-Block – ein Block, der im KWK-Betrieb betrieben werden
kann.)
2) Die Erzeugung in KWK-Klein- und Kleinstanlagen muss eine Primärenergieeinsparung
erbringen.
- KWK-Kleinanlage – KWK-Block mit einer installierten Leistung unter 1 MW el
- KWK-Kleinstanlage – KWK-Anlage mit einer Leistung unter 50 kW el
Im Teil 2 von Anhang II der Richtlinie 2012/27 sind alle KWK-Technologien aufgeführt.
- Dampfturbinen
- Mikro- und Gasturbinen
- Verbrennungs-, Stirling- und Dampfmotoren
- Brennstoffzellen und ORC-Anlagen sowie
- Technologien oder Kombinationen von Technologien, wo die gleichzeitige Erzeugung
thermischer Energie und elektrischer oder mechanischer Energie in einem Prozess
erfolgt
Berechnung der Primärenergieeinsparung




1

 *100 %
PEE  1 
KWK Wη KWK Eη 



Ref Wη
Ref Eη 

PEE
Primärenergieeinsparung
KWK W
Wärmewirkungsgrad-Referenzwert2 - jährliche Nutzwärmeerzeugung im
Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWKNutzwärmeleistung und KWK-Stromerzeugung eingesetzt wurde
Ref W
Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung
KWK E
Elektrischer Wirkungsgrad – jährlicher KWK-Strom im Verhältnis zum
Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und
KWK-Stromerzeugung eingesetzt wurde.
Ref E
Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung.
1 RICHTLINIE 2012/27/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 25. Oktober 2012
zur Energieeffizienz, zur Änderung der Richtlinien 2009/125/EG und 2010/30/EU und zur Aufhebung der
Richtlinien 2004/8/EG und 2006/32/EG
2 Hiermit ist der thermische Wirkungsgrad gemeint solange die Wärme genutzt wird. Wenn Kühler installiert sind
muss Nutzwärmeerzeugung berechnet werden.
Für KWK-Kleinstanlagen (bis 50 kW el) kann die Berechnung der Primärenergieeinsparung
auf zertifizierten Daten beruhen.
Anmerkung: Hier können nach unserer Auffassung die technischen Unterlagen des
Herstellers herangezogen werden, welche ggf. durch ein Gutachten bestätigt sind.
In den folgenden Tabellen sind einige Referenzwerte für ausgewählte Brennstoffe für die
Strom- bzw. Wärmeerzeugung aus der EU-Verordnung 2015/24023 Anhang  und  vom
12.10.2015 zur Festlegung harmonisierter Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte
Erzeugung von Strom und Wärme abgebildet.
Stromerzeugung
Brennstoff
Feststoff
Flüssigkeit
Gas
Sonstige
Baujahr
vor 2012
2012-2015
ab 2016
Steinkohle/Koks
44,2 %
44,2 %
44,2 %
Braunkohle/Braunkohlebriketts
41,8 %
41,8 %
41,8 %
Holzbrennstoffe
33,0 %
33,0 %
37,0 %
Öl, LPG
44,2 %
44,2 %
44,2 %
Biobrennstoffe
44,2 %
44,2 %
44,2 %
Erdgas
52,5 %
52,5 %
53,0 %
Biogas
42,0 %
42,0 %
42,0 %
-
-
30,0 %
Abwärme
Wärmeerzeugung
Brennstoff
Baujahr
vor 2016
ab 2016
Heißwasser Dampf4 Abwärme5 6 Heißwasser Dampf4 Abwärme5 6
Feststoff
Flüssigkeit
Gas
Sonstige
3
Steinkohle/Koks
88,0%
83,0%
80,0%
88,0%
83,0%
80,0%
Braunkohle/Braunkohlebriketts
86,0%
81,0%
78,0%
86,0%
81,0%
78,0%
Holzbrennstoffe
86,0%
81,0%
78,0%
86,0%
81,0%
78,0%
Öl, LPG
89,0%
84,0%
81,0%
85,0%
80,0%
77,0%
Biobrennstoffe
89,0%
84,0%
81,0%
89,0%
80,0%
77,0%
Erdgas
90,0%
85,0%
82,0%
92,0%
87,0%
84,0%
Biogas
70,0%
65,0%
62,0%
80,0%
75,0%
72,0%
-
-
-
92,0%
87,0%
-
Abwärme
DELEGIERTE VERORDNUNG (EU) 2015/2402 DER KOMMISSION vom 12. Oktober 2015 zur Überarbeitung
der harmonisierten Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme gemäß der
Richtlinie 2012/27/EU des Europäischen Parlaments und des Rates und zur Aufhebung des Durchführungsbeschlusses 2011/877/EU der Kommission
4 Wird bei Dampfanlagen die Kondensatrückführung bei der Berechnung des KWK-Wärmewirkungsgrades nicht
berücksichtigt, sollten die in der vorstehenden Tabelle angegebenen Dampf-Wirkungsgrade um 5 Prozentpunkte
erhöht werden.
5 Unmittelbare Nutzung von Abgasen
6 Die Werte für die unmittelbare Nutzung von Abgasen sind zu verwenden, wenn die Temperatur 250 °C oder
mehr beträgt.
Zusätzlich müssen noch die Korrekturfaktoren auf der Grundlage der klimatischen
Bedingungen und für die vermiedenen Netzverluste berücksichtigt werden.
Der erzeugte Strom kann vor Ort genutzt oder in das Netz des Energieversorgers eingespeist
werden. Dieses wird in den Korrekturfaktoren für die vermiedenen Netzverluste berücksichtigt.
Netzspannung
Korrekturfaktor eingespeister
Strom
Korrekturfaktor vor Ort
verbrauchter Strom
≤ 345 kV
1
0,976
≤ 200 - < 345 kV
0,972
0,963
≤ 100 - < 200 kV
0,963
0,951
≤ 50 - < 100 kV
0,952
0,936
≤ 12 - < 50 kV
0,935
0,914
≤ 0,45 - < 50 kV
0,918
0,891
< 0,45 kV
0,888
0,851
Beispiel: Ein im Jahr 2016 in Betrieb genommenes erdgasbetriebenes Blockheizkraftwerk
(BHKW) erzeugt Wärme in Form von Heißwasser und Strom mit einer Spannung von 400V.
Der Strom wird zu 75 % vor Ort verbraucht und 25 % werden ins Netz eingespeist.
Ref E = 53 % * (0,851 * 75 % + 0,888 * 25 %) = 45,6 %
In der Berechnung ist zu erkennen, dass ein hoher Anteil der Stromnutzung vor Ort den
Wirkungsgrad-Referenzwert für Strom herabsetzt, wodurch das Hocheffizienzkriterium
ebenfalls abgeschwächt wird.
Der Korrekturfaktor für die klimatischen Bedingungen stützt sich auf die Differenz zwischen
der jährlichen Durchschnittstemperatur7 und den ISO-Standardbedingungen (15°C). Dabei
werden folgende Korrekturen vorgenommen:
Herabsetzung des Wirkungsgrades um 0,1 % für jedes Grad Celsius über 15°C
Heraufsetzung des Wirkungsgrades um 0,1 % für jedes Grad Celsius unter 15°C
Daraus ergibt sich folgende Formel für die Berechnung der Primärenergieeinsparung:


1
PEE  1 

KWK Wη
KWK Eη


Ref Eη  0,1% 15C  KorrTempmitt * KorrNetzV
Ref Wη



 * 100 %



KorrNetzV = KorrStromeinsp x StromanteilEinsp + KorrEigennutz x StromanteilEigennutz
In NRW liegen die durchschnittlichen Jahrestemperaturen zwischen 8 und 9°C, so dass in der
weiteren Betrachtung mit einer mittleren Temperatur von 8,5°C gerechnet wird.
7
Die Jahresmitteltemperaturen vieler deutscher Städte können beim Deutschen Wetterdienst unter www.dwd.de
=> Klima+Umwelt abgefragt werden.


1
PEE  1 
KWK Wη
KWK Eη



Ref Eη  0,0065 * KorrNetzV
Ref Wη



 * 100 %



Gemäß der Richtlinie gilt beim Vergleich von KWK-Blöcken und KWK-Anlagen mit Anlagen
zur getrennten Stromerzeugung der Grundsatz, dass die gleichen Kategorien von
Primärenergieträgern verglichen werden.
Für oben genanntes Beispiel würde sich für ein erdgasbetriebenes BHKW mit einem
elektrischen Wirkungsgrad von 30 % und einem thermischen Wirkungsgrad von 55 % folgende
Primärenergieeinsparung (PEE) ergeben:




1

 * 100 % => PEE = 19,8 %
PEE  1 
0,55
0,3




0,92 0,53  0,0065 * 0,86 
