Thermischer Wirkungsgrad
Der thermische Wirkungsgrad
th ist definiert als das Verhältnis zwischen der abge-gebenen Nutzwärme QNutz und der zugeführten Brennstoffmenge QBr je Zeiteinheit.(13)
Br Nutz
th Q
Q
Gesamtwirkungsgrad
Zur Ermittlung des Gesamtwirkungsgrades der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage wird die Summe aus abgegebener elektrischer und thermischer Leistung der zugeführten Brennstoffleistung gegenübergestellt.
(14) el th
Br Nutz el
ges Q
Q
P
Diese Kennzahlen vorangestellt, bedarf die wirtschaftliche Bewertung von KWK-Anlagen noch weiterer eingehender Erläuterungen. Hierbei wird nachstehend im Hinblick auf die Nutzung in einer Wohnanlage argumentiert. Für einen Industrie-kunden stellen sich die Rahmenbedingungen mitunter anders dar (vgl. Abschnitt 6.6).
Grundsatz der Auslegung einer KWK-Anlage ist, dass bei einer im Verhältnis zur thermischen Gesamtleistung kleinen Dimensionierung des BHKW hohe Betriebs-stunden des kapitalintensiven Moduls erreicht werden. Der Leistungsanteil des BHKW sollte in der Regel 25 Prozent nicht überschreiten, denn je kleiner das BHKW im Verhältnis zur benötigten Spitzenleistung ist, umso höher ist die erreichbare Auslastung, ausgedrückt in Vollbenutzungsstunden (vgl. Senergie 2010).
Im Rahmen der Beispielrechnung erfolgt anhand der geordneten Jahresdauerlinie des Wärmebedarfes zunächst die Auslegung des BHKW. Im Beispiel wird ein Modul mit 47 Kilowatt thermischer Leistung und 20 Kilowatt elektrischer Leistung gewählt.
Demzufolge ergeben sich mit etwa 14 Prozent des thermischen Leistungsbedarfes Vollbenutzungsstunden von etwa 6.600 pro Jahr. Mit der Abwärme des BHKW lässt sich immerhin die Hälfte des Nutzwärmebedarfes decken.
0 kW 50 kW 100 kW 150 kW 200 kW 250 kW 300 kW 350 kW
744 1.416 2.160 2.904 3.624 4.368 5.088 5.832 6.552 7.296 8.016 8.760
Stunden Wärmearbeit Spitzenkessel
Wärmearbeit Grundlast (BHKW)
Abbildung 28: Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs und BHKW
Da monoenergetische Systeme, wie z. B. Kessel und Wärmepumpen, dem Kosten-aufwand stets nur eine Energieform, nämlich Wärme, gegenüberstellen, kann der Wärmegestehungspreis eindeutig ermittelt werden. Ein BHKW stellt dagegen mit Wärme und Strom zwei unterschiedliche Energieformen bereit, weshalb die Frage nach den Wärme- bzw. Stromgestehungskosten zunächst nicht ohne Weiteres zu beantworten ist, da einem Gesamtkostenblock zwei Nutzgrößen gegenüberstehen. Um eine Ermittlung vornehmen zu können, muss zunächst ein Bewertungsmaß für eine der beiden unbekannten Größen gefunden werden (vgl. Krug u. Schädlich 2005).
Sofern Strom vollständig oder teilweise in das Netz eingespeist wird, kann für diese Mengen die erzielbare Einspeisevergütung angesetzt werden. Im Objekt selbst verbrauchte Elektroenergie dagegen ist mit dem bisherigen Strombezugspreis zu bewerten. Die Wärme wird regelmäßig mit dem Preis der Wärmegestehung im Referenzsystem taxiert, alternativ gelangt ein erzielbarer Wärmepreis in Ansatz,
1999). In der Regel wird die eindeutig und einfacher durchzuführende Wärme-bewertung herangezogen, nach der die Wärme aus dem BHKW so viel wert ist, wie die ansonsten zur Wärmeerzeugung gewählte Technologie an Kosten verursacht hätte, also im Normalfall die ersparten Brennstoffkosten im Vergleichskessel (vgl.
Krug u. Schädlich 2005).
Im betrachteten Beispiel wird die Wärme aus dem BHKW mit den wärmeäquivalenten Erdgaskosten, d. h. den Kosten für die Wärmegestehung im Referenzsystem, bewertet. Für den Strom wird die erzielbare Einspeisevergütung zum Maßstab gemacht – sollte ein Verkauf an den Kunden erfolgen, wären höhere Erlöse und damit Erträge denkbar. Die Vergütung bei Stromeinspeisung setzt sich aus dem „üblichen Preis“, also dem Durchschnittspreis für Grundlaststrom an der EEX, den vermiedenen Netzkosten und dem KWK-Zuschlag, vgl. Tabelle 10 im Abschnitt 5.3, zusammen. Für den EEX-Baseload-Preis wurde der Durchschnitt der zwölf Quartalswerte der Jahre 2008 bis 2010 in Ansatz gebracht, siehe Abbildung 29 (Quelle: KWK-Infozentrum).
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Q4 2010
Q3 2010
Q2 2010
Q1 2010
Q4 2009
Q3 2009
Q2 2009
Q1 2009
Q4 2008
Q3 2008
Q2 2008
Q1 2008
Q4 2007
Q3 2007
Q2 2007
Q1 2007
Q4 2006
Q3 2006
Q2 2006
Q1 2006
Euro/MWh
Abbildung 29: Quartalspreise für Strom gemäß KWKG
Das vorliegende Beispiel untersucht den Einsatz eines BHKW für einen Mehrgeschossbau mit 48 Wohnungen, einem thermischen Leistungsbedarf von 335 Kilowatt und einem Jahreswärmebedarf von 620 Megawattstunden.
Die Eingangsgrößen aus Sicht des Contractinggebers sind in Tabelle 25 (im Anhang), die Berechnung in Tabelle 26 (ebenfalls im Anhang) und die Ergebnisse in Tabelle 14 dargestellt. Die Entwicklung des Kapitalwertes zeigt Abbildung 25.
Tabelle 14: Blockheizkraftwerk: Ergebnisse aus Contractorensicht
Kapitalwert 19.226 Euro
Interner Zinsfuß 12,7 %
Amortisation 9 Jahre
-40.000 -30.000 -20.000 -10.000 0 10.000 20.000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Jahr
Euro
Abbildung 30: Kapitalwertentwicklung für das Blockheizkraftwerk
Da es sich, wie bereits unter 6.4, um ein Bestandsprojekt handelt, erübrigt sich der Vergleich zwischen Eigenbesorgung und Contracting aus Sicht des Contracting-nehmers. Letzterer erhält künftig einen Teil seiner Wärme aus einem BHKW, und zwar gemäß des Bewertungsmaßstabes für Wärme des Contractors zum gleichen Preis wie bisher auf der Basis von Erdgas.
Würde es sich um ein neues Projekt handeln, ist davon auszugehen, dass der Contractor dem Contractingnehmer ein Angebot unterbreiten würde, wonach die Versorgung im Contracting zumindest nicht schlechter wäre als die Eigenbesorgung.
Da dem Contractor in Analogie zu Abschnitt 6.3 verbesserte Beschaffungskonditionen im Anlagenbau sowie im Brennstoffeinkauf zugute kämen, könnte er hieraus überdies seine Margenerwartungen befriedigen.
Die unter 7.3 dargestellten Energiesteuervergünstigungen brächten für diese Fall-konstellation keinen Vorteil, da der Gesetzgeber die Kraft-Wärme-Kopplung unab-hängig vom Betreiber durch die Befreiung von der Energiesteuer fördert. Die zur Stromerzeugung verwendeten Energieträger wären hier also auch bei Eigen-besorgung von der Steuer befreit (vgl. Abschnitt 5.3).
Grundsätzlich ist festzuhalten, dass sich eine KWK-Anlage nur solange als wirt-schaftlich erweist, wie die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme einer Nutzung zugeführt wird, d. h. wenn elektrische und thermische Energie möglichst gleichzeitig benötigt werden. Eine reine Stromversorgung rentiert sich – zumindest im wohnungswirtschaftlichen Umfeld - regelmäßig nicht. Da der zeitliche Verlauf der für den KWK-Prozess notwendigen Wärmesenke maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit einer entsprechenden Anlage ist, werden KWK-Anlagen meist wärmeorientiert gefahren (vgl. Fleischer 1999).
Daneben macht der Betrieb einer KWK-Anlage in der Regel nur Sinn, wenn diese elektrische Arbeit verdrängen, nicht jedoch elektrische Leistung ersetzen soll. Die Vorhaltung der notwendigen elektrischen Spitzenleistung erfolgt somit durch das allgemeine Elektrizitätsversorgungsnetz. Betreiber einer KWK-Anlage werden sich daher regelmäßig den vorhandenen Netzanschluss zunutze machen und die Eigenerzeugung netzparallel betreiben (vgl. VIK). Dies gilt auch für den Beispielfall.
Da die Nutzung der Wärme die Rentabilität einer KWK-Anlage überproportional beeinflusst, wird das Potential eines rentablen Einsatzes durch die energetische Gebäudesanierung von Bestandsobjekten, die steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz bei Neubauten und generell durch die jahreszeitliche Schwankung des Wärmebedarfs beschränkt (vgl. Böhnisch et al. 2006).
Zugleich beeinflussen die Preise für Brennstoff und Strom sowie deren Verhältnis zueinander den wirtschaftlichen Betrieb von KWK-Anlagen zur dezentralen Energie-versorgung nachhaltig.
Die Berechnungen dieses Abschnittes zeigen, dass unbeschadet all der relevanten Einflussgrößen, die an die Kalkulation einer KWK-Anlage hohe Anforderungen stellen, derartige Energieversorgungslösungen bei richtiger technischer Konzeption und guter kaufmännischer Gestaltung der Verträge mit ausreichendem ökonomischen Erfolg betrieben werden können.