PowerPoint-Präsentation - Universität des Saarlandes

V_Duesseldorf-2011.04
Thermodynamisch optimierten Heizen mit
KWK
und/oder GuD
& WP
Dr. Gerhard Luther
Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26
D-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
GuD = Gas- und Dampfkraftwerk
WP = Wärmepumpe
KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
0. Einleitung: Rolle des Erdgases für {Wärme und Strom}
1. Thermodynamisch optimiertes Heizen
1.1 Der Exergiebegriff:
1.2 Die drei Ansätze zum thermodynamischen 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
3.0 KWK als Hoffnungsträger zur Energieeinsparung
3.1 „Abwärme“
3.2 Man erhält märchenhafte CO2- und PE Einsparungen, wenn man ...
3.3 Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.
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:
A1 Diskussionspunkte:
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
0.
Wie man aus
Erdgas Wärme und Strom
machen kann
0.1 Die Rolle des Erdgases bei der Wärmeerzeugung
0.2 Effizienzvergleich verschiedener Techniken zur Wärmeerzeugung
Quelle und ausführlichere Darstellung von Absatz 0.2 in DPG Elektrizitätstudie:
www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/broschueren/studien/energie_2010.pdf
und
in meiner Themenseite "Thermodynamisch optimiertes Heizen":
http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/ThOptHeizen.htm
0.1 Die Rolle des Erdgases
Heizöl
ca. 50% Erdgas
Quelle:http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%2
0im%20Bestand%201975-2009p.pdf
Schlüsselfrage:
Wie kann ich das Erdgas
am günstigsten
zur Strom-und Wärmeversorgung
einsetzen
1.
1. Thermodynamisch optimiertes Heizen
Minimaler Exergie- Einsatz zur Abdeckung des noch
übrig bleibenden Heizwärmebedarfes,
• nach thermischer Sanierung, Wärmerückgewinnung, Einsatz von RE
und im
• Gesamtrahmen der Strom- und Wärme- Erzeugung
Oberflächlich erläutert:
• reine Exergie ist z.B. mechanische Arbeit , elektrischer Strom
• Exergie einer Wärmemenge bei der Temperatur T ist
die daraus „verfügbare Arbeit“ bzgl. Umgebungstemperatur
1.1
Der Exergiebegriff:
1. Elektrizität ΔE ist
ΔE
ΔQ
ΔS
T
Ideale
Wärme –
Kraftmaschine
Entropie frei.
ΔS
ΔQU
TU
2. Entropie ΔS verkleinert sich nicht:
im optimalen, reversiblen Fall gilt
dann (2.Hauptsatz):
ΔS
ΔS = ΔQ/ T
3. Energiebilanz (1.Hauptsatz):
daher:
also:
und
ΔS = ΔQU/ TU
ΔE = ΔQ - ΔQU
ΔE = (T- TU) /T * ΔQ heißt
Exergie
Exergie = Carnotfaktor * entnommene Wärmemenge
= „ maximal verfügbare Arbeit“
1.2
1.2 Die drei Ansätze zum thermodynamischen Heizen
1. Strom Wärme Kopplung beim Brennstoff-Einsatz: KWK
Die Entropie ΔS wird oberhalb der Umgebungstemperatur TU an ein Kühlmittel abgegeben.
Das kostet Exergie für die Stromerzeugung, aber man kann bei geeigneter Festlegung der
Abgabetemperatur mit dieser Wärme noch etwas anfangen, z.B. Heizen
(oder auch Kühlen mit Absorber WP : KWKK)
2. Strom Wärme Kopplung beim Stromeinsatz: Wärmepumpe
Anergie ΔQU aus der Umgebung entnehmen,
reine Exergie in Form mechanischer oder elektrische Energie ΔE hinzugeben,
und dann die Wärmemenge ΔQ auf einem höheren Temperaturniveau T zu
(e.g.) Heizzwecken nutzen
3. Das Auskommen mit kleinen Temperaturdifferenzen
bei der KWK, im Wärmepumpenprozess, und vor allem
bei der Wärmeübertragung: Flächenheizung,
Aufheizen statt „isothermer Wärmeabgabe“
Kopplung von Strom und Wärme
1. KWK: Strom Wärme Kopplung beim Brennstoff-Einsatz
ΔQ
ΔS
T
Ideale
Kraft WärmeKopplung
ΔEKWK
ΔS
ΔQH`
TH`
VorlaufTemperatur
der
Fernwärme/
Heizung
2. Wärmepumpe (WP): Strom Wärme Kopplung beim Stromeinsatz
ΔQH
dezentral
ΔS
ΔEWP
Ideale
Wärme Pumpe
ΔS
ΔQU
UmgebungsTemperatur:
Luft, Wasser, Erdwärme
E = Elektrizität
Q = Wärme
S = Entropie
T = Temperatur
TH
TU
Indexe
H ..= „Heiz-“
U..= „Umgebungs-“
2.
2. Wie vergleicht man
KWK
und getrennte Erzeugung
2.0
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:
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).
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) .
3. Moderne Anlagen der getrennten Erzeugung
also z.B.: GUD und Brennwertkessel
(Anhang III , f , Ziffer 2 der EU 2004/8/EG)
eigentlich trivial
Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG
Anhang III „Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozesses
f) 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 KWKBlocks auf dem Markt erhältlichen und
wirtschaftlich vertretbaren Technologie
für die getrennte Erzeugung von Wärme und Strom verglichen.
3. …
4. …
Quelle: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF
Eine weitere naheliegende Anforderung an einen Systemvergleich:
„
Vollständige Alternativen“ betrachten
• 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.
2.11
Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung
Erdgas
Q0
Wärme:
th = xK * BK
Wärme
System:
xK
th
Brennwertkessel:
BK
xK + xGuD =1
Strom:
el = xGuD * GuD
xGuD
GuD-Anlage:
GuD
el
Strom
2.12
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Erdgas
Q0V
Wärme
Versorger:
Spitzenkessel:
xSK
Paradefall:
Die KWK –
Scheibe
KWK-Anlage :
xKWK
xSE
im KWK-Betrieb
K
W
K
im SpitzenstromBetrieb
Strom
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Erdgas
Q0V
Wärmespitze:
thV
Versorger:
Spitzenkessel
xSK
KWK-Anlage:
KWK
xKWK
Zusatzstrom:
Wärme
xSE
im KWK-Betrieb
K
W
K
im SpitzenstromBetrieb
elV
Strom
Ein korrekter Vergleich muss
die gesamte Produktion des Versorgers,
die mit seiner KWK Anlage und
der Verpflichtung zur Fernwärmelieferung zusammenhängt,
beachten.
Erdgas
Q0V
Vergleiche also Erdgaseinsatz (PE) für:
KWK:
Q0V = PE des Versorgers
und
getrennte
Erzeugung: Q0 = PE für GuD + Kessel, ergibt
sich aus detaillierter Gleichheit:
Wärme = Q0 * ηK
Strom = Q0 * ηGuD
Wärme
Versorger:
Spitzenkessel:
xSK
KWK-Anlage :
xKWK
xSE
im KWK-Betrieb
K
W
K
im SpitzenstromBetrieb
Strom
2.13
Dezentrale Wärmepumpe und zentrale GuD-Anlage
Erdgas
Q0
Wärme
System:
th
Wärmepumpe:
K_WP
Strom für WP:
Strom:
xK
xGuD
GuD-Anlage:
GuD
el
Strom
Vergleich KWK mit: { GUD + Wärmepumpe }
Betrachte die WP als einen „Superkessel“ mit einem
- auf den GasEinsatz im GUD-Kraftwerk bezogenen -
thermischen Wirkungsgrad:
K_WP
JAZ**GUD
K_WP== JAZ
GUD
Mit : JAZ = Jahresarbeitszahl = gelieferte Wärme / eingesetzter Strom
GUD = eingesetzter Strom / eingesetzte Wärme im Kraftwerk
Zahlenwerte:
Zum Vergleich:
Brennwertkessel: eta_K =
1,1
Speicher: KWK_Vergleich_mit_WP.xls!“eta_K_WP“
3.
3. Der KWK Mythos
3.0
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. )
3.1 „Abwärme“
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.
3.2
Man erhält
märchenhafte CO2- und PE Einsparungen
wenn man z.B.:
1. nur die „Brennstoffausnutzung“ vergleicht
also bei der KWK Strom und Wärme addiert,
und dann mit dem Strom aus einem reinen Kraftwerk vergleicht.
{2. +3.}: moderne Erdgas –KWK vergleicht mit:
• altem Ölkessel + altem KoKW
•
+
StromMix (50% Kohleanteil)
Ergebnis: „KWK – Mythos“ mit
märchenhaften 30 - 60% Einsparung an CO2 und PE
3.3
Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.
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.)
(U5) : Ein wichtiges Argument in voller Länge
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 dezentralem 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.
4.
Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung
Ergebnisse bei Erdgas:
Mehraufwand bei getrennter Erzeugung mit
GuD + Brennwertkessel
GuD + Wärmepumpe
Schwerpunkt: Erdgas - KWK für Gebäudewärme
4.0
Modernisierungs Szenario
Aufgabe:
Moderne Erdgas- Anlagen sollen
einige bestehende alte Stromkraftwerke und
eine sehr große Zahl von alten Heizungsanlagen
verdrängen.
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
4.1
Strom und gesamte Endenergie
Strom: GuD bzw. Versorger
0,60
Erzeugung von Strom und Wärme
εel
f =0.9
f =1.1
Gaseinsatz: Q = 1
0,50
0,40
0,30
0,20
E_GuD
EGuD+
B2
B4
B2
B4
B5
B5
B6
B7
B6
B7
B8
EGuD-
B8
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger
mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
0,10
GuD + BrennwertKessel
0,00
0,40
0,60
εε ges
gesamt
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
_
2,20
Paradefall: kleine Symbole
Gesamter KWK-Versorger: Große Symbole
Es ist praktisch, statt εth
als Abszisse
εgesamt = εth + εel
zu wählen.
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Strom und gesamte Endenergie
neu: Zentrales GuD speist auch Wärmepumpe mit JAZ=4
Erzeugung von Strom und Wärme
Strom: GuD bzw. Versorger
εel
0,60
Gaseinsatz: Q = 1
f = 90%
0,50
0,40
f = 90%
0,30
0,20
f = 110%
E_GuD1
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD1EGuD+
E_GuD
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD-
GuD versorgt auch WP
0,10
GuD + BrennwertKessel
0,00
0,40
0,60
εges
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
2,20
Paradefall: kleine Symbole
Gesamter KWK-Versorger: Große Symbole
hier: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1; XSE= 0.1
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
4.2
Kann optimale KWK die Effizienz eines
GuD-WP- Systems je erreichen?
0,60
εel
Kann eine optimale KWK die Effizienz der WP erreichen?
0,50
Strom: GuD bzw. Versorger
GuD versorgt auch WP
Gaseinsatz: Q = 1
f=0.9
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,40
GuD + BrennwertKessel
zentral
E_GuD1
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD1-
Paradefall: kleine Symbole
0,50
E_GuD
B2
B4
B5
B6
B7
B8
0,60
dezentral
0,70
0,80
0,90
1,00
εgesamt
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
1,10
Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?
1. Bei kleiner dezentraler KWK ist theoretisch eine hohe „Brennstoffausnutzung“ - wie bei einem Brennwertkessel- möglich.
(Betrachte: gesamt <= 1.05 )
Aber bei Motoren sind keine hohen elektrischen Wirkungsgrade 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
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
GuD ohne KWK
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon
13%Punkte für WP-Betrieb verwenden
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
mit voller KWK:
COP einer dezentralen WP: COP = 4
beachte: Wärme 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
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
GuD mit und ohne KWK
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon
10%Punkte für WP-Betrieb verwenden
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
mit voller KWK:
COP einer dezentralen WP: COP = 4 , also ebenfalls
beachte: Wärme bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C
40 %Punkte Wärme
Ein großes GuD bringt auch im KWK-Betrieb
hervorragende Leistung.
Günstig für industriellem Wärmebedarf hoher Temperatur.
Betrachte nun
ein Super-KWK :
GuD mit hohem el und hoher COP = 6
für Wärmeauskopplung aus Stromeinbuße
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon Wärmepumpenbetrieb mit JAZ = 4
elKWK = 54% also nur 6% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 36% =(100 -10 -54%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 36/6 = 6
mit voller KWK:
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 =
und
9 * JAZ = 9 * 4
Fazit:
{GuD + WP}
54%Punkte Strom
= 36%Punkte Wärme
bräuchte nur
5% mehr Erdgas als Super KWK
Fazit:
• 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..
• die Wärmeauskopplung aus einem großen optimierten GuD wäre optimal,
aber doch nur geringfügig effizienter als { dieses GuD +WP}
A1
•
Diskussionspunkte:
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
-
“ “
beim KWK – Fernwärmeversorger
:
0.55 ct
:
0
(Erdgassteuer, ohne.MWSt.)
- 1 kWh Gas für 0.6 Kwh GuD-Strom
für 2.4 kWh Wärme mittels WP
Alles ohne Konzessionsabgabe und ohne. dazugehöriger MWSt.
:
ca. 3.6 ct
( EEG [2011]+KWKG+ Ökosteuer
+ CO2- Zertifikat )
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
5.
Wärmepumpentarif
zur Überwindung
diskriminierender Steuern und Abgaben
UrQuelle: AKE-Archiv http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011AKE_Dresden/Links_DPG2011.htm#AKE 10.3
DPG2011_AKE10.3
Anforderungen an einen
Wärmepumpentarif
zur Überwindung diskriminierender Steuern
und Abgaben
beim thermodynamisch optimierten Heizen
Dr. Gerhard Luther
Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26
D-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
WP = Wärmepumpe
KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
5.0
jetzige Preisstruktur
Wärmepumpen-Strom
-3. Struktur des Sondervertrag-Tarifes (ohne MWSt.)
Stromtarif für WP (aus GuD)
Stromeinkauf EVU (geschätzt):
darin: für 0.5 EUA CO2
Konzessionsabgabe
gewälztes Netzentgelt:
14,43
[ct/kWh]
5,71
0.75
0,75
EEG, KWK und Strom-Steuer
0,11
1,50
5.61
5,61
Verwaltung und Deckungsbeiträge
1,50
Tarif Wärmepumpen gültig ab 1.1.2011, energis GmbH (RWE-Tochter), Saarbrücken
Quelle: energis : Preisblatt „Strom“, Stand 2011.0101, und eigene Schätzung nach privater Mitteilung
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls
5.1
Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf
die
eingesetzte kWh Erdgas
Wirkungsgrad des GuD :
ηGuD = 0.6
Vergleich der Einsatzpreise für Erdgas in
verschiedenen Anlagen der Wärmeerzeugung
HeizGuD/
KWK
gas
WP
Eingesetztes Erdgas
Kosten Erdgasbezug:
Dezentralitäts -Aufwand
5,85
5,30
5,82
2,0
3,30
2,0
3,30
2,0
0,00
davon:
0,03
1,80
1,47
Konzessionsabgabe
Netzgebühr:
Verwaltung und Deckungsbeiträge
Erdgas vor Steuern
Erdgassteuer:
rückgewälzte Steuern
Summe Steuern
5,3
0,03
1,80
1,47
5,3
0,55
0,00
0,55
[ct/kWhth]
0,00
0,00
2,0
[ct/kWhth]
0,00
3,82
0,00 3.82
3,82
[ct/kWhth]
Eine unglaubliche Diskriminierung des
Erdgaseinsatzes im GuD zur Versorgung der Wärmepumpen.
Kommentar:
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas
Am Rande vermerkt zur dezentralen KWK:
• 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
Stolperfrage:
Kann es eigentlich vernünftig sein,
Elektrizität für das StromNetz im großen
zu erzeugen, wenn dadurch
Stil dezentral
der Erdgaseinsatz rund
zweieinhalb fach teurer wird ?
1. Subvention: keine Erdgassteuer; aber ok , da GuD ebenfalls befreit.
5.3
Wärmepumpentarif
ohne
Diskriminierung
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 Erdgas
3. Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom
Beispiele für2.: Rückerstattung ErdgasSteuer, besondere Förderung von Mini-BHKW
5.31
Grundanforderungen Wärmepumpentarif
Zur Emanzipation der WP im Verhältnis zur KWK muss ein
Wärmepumpen-Tarif in gleicher Weise in Anspruch nehmen:
1.
Keine rückgewälzten Abgaben
2. Nur CO2 arme Primärenergie ( Erdgas und CO2 freie PE)
3. Abnahmeverpflichtung von WP-Strom in‘s Netz
Dann lassen sich die energiepolitischen Ziele
wesentlich effektiver und wesentlich preiswerter erreichen.
Volkswirtschaftliche Begründung
Ein
fairer Wettbewerb und eine marktgesteuerte Auslese
des günstigsten und sparsamsten Energieeinsatzes
erfordern:
Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung
des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes
für jede Technik oder Prozesskette
gleich sein.
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.
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-Tarif
ohne
Diskriminierung
im Vergleich zum
Alt-Tarif
Struktur des vorgeschlagenen
Wärmepumpentarifes
zum Vergleich: der diskriminierende
Alt-Tarif
Neuer WP-Tarif (aus GuD)
Stromeinkauf EVU (geschätzt):
darin: für 0.5 EUA CO2
Konzessionsabgabe
gewälztes Netzentgelt:
EEG, KWK und Strom-Steuer
Verwaltung und Deckungsbeiträge
also
7,96
4,96
0,00
0,11
1,50
0,00
1,50
[ct/kWh]
8.0 statt 14.4
14,43
5,71
0.75
0,75
0,11
1,50
5.61
5,61
1,50
[ct/kWel]
5.32
Ausgestaltung des
diskriminierungsfreien
WP- Tarifes
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.
Zusammenfassung WP-Tarif
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.
Abhilfe:
3. WP- Tarif ohne die diskriminierenden Steuern und Abgaben.
Im Beispiel: 8.0 statt 14.4 [ct/kWhel]
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.
Quintessenz
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"
6.
5.
Vorschläge
Erdgas für Strom und Wärme optimal einsetzen
5.2
Skizze zu einem Gesamtkonzept des Einsatzes von Erdgas
1. Direkten Erdgaseinsatz in Gebäuden zurückdrängen durch:
(1.1) Thermische Sanierung der Gebäudehülle
(1.2) Auslegung der Wärmeübertrager auf kleine Temperaturdifferenzen,
(1.3) Wärmepumpen
(1.4) Thermische Sonnenenergie für WW im Sommer
und zur Heizungsunterstützung im Winter.
2. Erdgaseinsatz ausweiten durch GuD- Anlagen , welche:
(2.1) indirekt über Wärmepumpen auch Wärmeversorgung übernehmen
(2.2) auch bedarfsgerecht KWK - Fernwärme bereitstellen
(2.3) alte CO2- ineffiziente Kraftwerke verdrängen.
3. Erdgas zur dezentralen KWK nur einsetzen bei:,
voller Ausnutzung des Brennwerteffektes und
garantierter Beschränkung auf streng wärmegeführten Betrieb.
Dann kann die dezentrale KWK einen auch elektrizitätswirtschaftlich sinnvollen Beitrag zur Abdeckung der
saisonalen Leistungsspitze durch den vermehrten Einsatz von Wärmepumpen leisten.