AKE2008H_08Luther_KWK-Subventionsloch_kurz.ppt

Die übertriebene Story von der einzigartigen KWK
( und manchmal enthalten Märchen ja auch ein Stück Wahrheit )
KWK = Strom („Kraft“) - Wärmekopplung
Kraftwärmekopplung
Hoffnungsträger oder Subventionsloch
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: Luther.Gerhard@vdi.de
luther.gerhard@mx.uni-saarland.de
Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze
AKE2008H_08

• Kann die Fernwärme in Deutschland zum Standardheizsystem werden?
Stephan Schwarz , Präsident der AGFW, Stadtwerke München GmbH
• Kann der KWK-Ausbau zusammen mit anderen Energieeffizienzmaßnahmen
und dem Ausbau der Regenerativenergien den
Bau herkömmlicher Kraftwerke in Deutschland vermeiden?
Dr. Felix Christian Matthes, Öko-Institut e.V., Berlin
• Wahlweise Strom oder Wärme - BHKW mit integrierter Elektro-Wärmepumpe
Karsten Rasche, Geschäftsführer, Ingenieurbüro Rasche Wärmetrans, Leipzig
KWK mit neuem Schwung
Heute investieren - morgen gewinnen
Quelle: http://www.bkwk.de/aktuelles/veranstaltungen/Jahreskongress_2008_Programm.pdf
u.a. auch Vorträge mit großer Perspektive:

Kraftwärmekopplung
Hoffnungsträger oder Subventionsloch
1. Strom und Heizwärme- Erzeuger (gekoppelt und getrennt)
1.1 BHKW ; 1.2 Dampfkraftwerk ; 1.3 Gasturbine; 1.4 GUD-Kraftwerk; 1.5 Brennwertkessel
2. KWK-Promotion
3. Korrekte Vergleiche ??
4. Ergebnisse wissenschaftlich korrekter Vergleiche
5. KWK mit Brennwertnutzung
5.1 bei dezentraler Mikro.KWK ; 5.2 Bei zentraler KWK
6. Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung
7. Vollständiger Brennstoffvergleich für Versorger
( KWK + Spitzenwärme + Spitzenstrom )
8. Wie wurde bisher die Brennwerttechnik in wichtigen KWK – Studien
abgehandelt
Anhang 1: Low Ex –Wärme
Anhang 2 : außenliegende Wand- und Luftheizung

1. Strom und Heizwärme- Erzeuger
(gekoppelt und getrennt)

UrBildQuelle: http://www.bhkw-infozentrum.de/erlaeuter/kwkprinzip.html
Prinzip: Block-Heizkraftwerk (BHKW)
Wärmeabgabe an Kühlwasser und Abgas erfolgt auf hohem Temperaturniveau. Das ist
schlecht für den Wirkungsgrad. Aber man kann die Abwärme noch direkt weiter verwerten
el = 34 %
gesamt = 90 %
1.1

Einfacher Dampfkraftwerksprozess
H.D. Baehr, S. Kabelac: Thermodynamik, Grundlagen und techn. Anwendungen, Springer, 2006
Idealisierter Vergleichsprozess (Clausius- Rankine)
Schraffierter Bereich: gewinnbare Nutzarbeit
Also:
Wärmeauskopplung bei T > Tu vermindert die Nutzarbeit
1.2 Dampfkraftwerk

Quelle:John R. Tyldsley: “An Introduction to Applied Thermodynamics and Energy Conversion“, Longman,London1977, ISBN=0-582-44066-1,
Gasturbinen- Prozess
ca. 650 °C
1.3

GUD –Kraftwerk:: Gas- Dampf- Kraftprozeß
BildQuelle: E. Hahne: „Technische Thermodynamik“, 3.A.,Oldenbourg Verlag München 2000, ISBN=3-486-25397-2, Bild 8.10, p.386
ca. 650 °C
1.4

Quelle: http://www.kraftwerk-irsching.com/pages/ekw_de/Neubau/Bauvorhaben/index.htm
Beispiel: GUD - Irsching
Moderne GUD werden el = 60% erreichen

Wie gut sind moderne Feuerungsanlagen ?
1.5
Erdgas- Brennwertkessel

Quelle: Stadtwerke Karlsruhe: Kundenbroschüre „Erdgas Brennwert Heizkessel“ , ergänzt SpQ:SW_Karlsruhe_BrennwertKessel.pdf
NT Bw
Ich rechne meist
nur mit
105 %
aktueller Stand der Technik
Brennwerttechnik
bereits veraltet
uralter Verschwender

Für Vergleich Heizkessel vs. Fernwärme ist maßgebend: der
Nettoabgasverlust (der gesamten Feuerungsanlage)
(1.) Der BruttoAbgasverlust des Kessels unterschlägt die
Wärmerückgewinnung aus dem Abgas über den Kamin in das Haus.
(2.) Die Abstrahlverluste des Kessels können mit den Wärmeverlusten des
Wärmeübertragers bei der Fernwärme gegen gerechnet werden.
Setzt man { (1) + (2) } mit 3 - 5 % an, so kommt man selbst bei einem
BruttoAbgasverlust von 90%(Ho) für den Vergleich mit der Fern-
wärme auf einen analogen „Kesselwirkungsgrad“ von 94% (Ho)
also etwa: 105- % (Hu).

Es gibt auch Brennwertanlagen, die hervorragend funktionieren
z.B.: meine eigene Feuerungsanlage
Kessel: Viessmann Vitodens 200
mittlere Leistung in 2005/06: 14 [kW]
Kaminhöhe ca. 16 m
Durchmesser: 150 mm, Abgasrohr: 80 mm

Direkte Messung der Abgasverluste über einen Zeitraum t0:
1. Messung des anfallenden Kondensatwassers W in [ Liter]
2. Ablesung des Gasverbrauches VG in [mn
3]
3. Berechnung von
WD0 = maximaler theoretischer Kondensatanfall
WD0 = VG *xV0 mit xV0 = 1,6 [ Liter H2O /mn
3 ] bei Erdgas
4. Integraler Kondensatanfall w = W / WD0
w = W / (VG *xV0 ) = (W / VG ) / 1,6
Es gilt:
Wärmeverluste qA in [ %] von Feuerungsanlagen mit Kondensatanfall:
Faustformel: qA = (1 – w) * 13,5%
w = (W / VG ) / 1,6
Quelle: G. Luther: DE 10 2004 058 520 B3; „Messverfahren zur Bestimmung des Abgasverlustes von Feuerungsanlagen mit Abgaskondensation“

Abgasverlust: bezogen auf vollständige Kondensation, im Maß von Hu
Gemessen Abgasverluste meiner eigenen Brenwertanlage
im Winter 2005/06
also thermischer Wirkungsgrad für den Vergleich mit KWK Anlage: 109 % (Hu)
Messverfahren: G. Luther: DE 10 2004 058 520 B3; „Messverfahren zur Bestimmung des Abgasverlustes von Feuerungsanlagen mit Abgaskondensa

BQuelle: http://www.dbresearch.de/PROD/DBR_INTERNET_DE-PROD/PROD0000000000221415.PDF
Speicher:DB-Research2008_KWK-Eckpfeiler-des-IEKP_16p.pdf
Strom- Wärmekopplung
in der EU
Sollte man
den KWK –Anteil in BRD
nicht erhöhen ?
In DK sind es ja mehr als 50% !
BRD: 12%
DK: 52%

Quelle: ASUE: Grafiken Blockheizkraftwerke: 10.11.2005: Kraft-Wärmekopplung ; http://www.asue.de/images/images_neu/grafik_309_f.jpg
Was hat man verglichen:
• Ein modernes Erdgas - BHKW
in idealer
wärmegeführter Betriebsweise
mit einem
• uralten Kohlekraftwerk (KoKW)
(eta=34% [im Bildtext ]
und
einem alten Heizölkessel
[34%]
Werbebild der Gaswirtschaft:
Ergebnis durch das BHKW:
37% PE-Einsparung
59% CO2 Einsparung

Werbebild des B.KWK:
Ergebnis durch das BHKW (bzgl. einer uralten getrennten Erzeugung) :
40 % PE-Einsparung
Bildquelle: http://www.bkwk.de/aktuelles/Poster_und_Grafiken/Vergleich_KWK_Getrennt.pdf
a
el = 34,5% (= 38 / 110)
th = 89 % (= 50 /56)
el = 38 %
gesamt = 88 %
B.KWK = Bundesverband Kraft Wärme Kopplung

Quelle: BMU 2008: „Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; Abb. p.7
http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/leitfaden_mini_kwk.pdf Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdf
Offizielles Werbebild des BMU:
Ergebnis durch das BHKW (vermutlich bzgl. BRD- StromMix ) :
38% PE-Einsparung
34% CO2 Einsparung

Quelle: BMU 2008: „Energie dreifach nutzen: Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für.... Mini-KWK ; p.8
http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/leitfaden_mini_kwk.pdf Lokal: BMU2008-IZES_miniKWK-Leitfaden_44p.pdf
Schlussfolgerung in der BMU – Broschüre:
KWK ist eine der wirksamsten Maßnahmen
zur Einsparung von Primärenergie und
zur Vermeidung von klimaschädlichem Kohlendioxid!
Deshalb hat die Bundesregierung beschlossen,
den KWK-Anteil an der Stromerzeugung
bis zum Jahre 2020 auf 25 % zu verdoppeln.
und fördert Investition und Betrieb der KWK
mit jährlichen Milliardenbeträgen

Korrekte Vergleiche ??
Gleicher Primärenergieträger
Modern Technik auf beiden Seiten
GUD + Brennwerttechnik
Alternative: Wärmepumpe
3

Ein korrekter Vergleich setzt für beide Seiten voraus:
• gleicher Primärenergieträger, z.B. Erdgas
• moderne Technik, zumindest aktueller Stand der Technik
( z.B.: GUD – Kraftwerk , Brennwertkessel )
(vgl. hierzu auch Richtlinie EU 2004/8/EG; Anhang III )
Man sollte aber nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, denn:
Auch naheliegende technische Alternativen in Vergleich einbeziehen:
• Brennwert- Mini - BHKW (dezentral)
• Wärmepumpe mit Niedertemperatur - Heizflächen

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 KWK-
Blocks auf dem Markt erhältlichen und
wirtschaftlich vertretbaren Technologie
für die getrennte Erzeugung von Wärme und Strom verglichen.
3. …
4. …
eigentlich trivial
Quelle: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF

Einleitende Bemerkungen
in Erwägung nachstehender Gründe:
…..
(11) Hocheffiziente KWK wird in dieser Richtlinie als der Umfang der
Energieinsparungen durch die kombinierte anstatt
der getrennten Produktion von Wärme und Strom definiert.
Energieeinsparungen von mehr als 10 % gelten als „hocheffizient“.
Zur Maximierung der Energieeinsparungen und um zu vermeiden, dass
Energieeinsparungen zunichte gemacht werden, muss
den Betriebsbedingungen von KWK-Blöcken
die größte Aufmerksamkeit gelten.
…...
10% doch eher
etwas
mickrig ?
hier steht noch was ganz Wichtiges

Zitate aus EU Richtlinie 2004/8/EG
Artikel 3 : Begriffsbestimmungen :
Im Sinne dieser Richtlinie bezeichnet der Ausdruck
i) „hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung“ die KWK, die den
in Anhang III festgelegten Kriterien entspricht;
Artikel 4: Kriterien für den Wirkungsgrad der KWK
(1) Zur Bestimmung der Effizienz der KWK nach Anhang III legt die Kommission
nach dem in Artikel 14 Absatz 2 genannten Verfahren spätestens am 21. Februar
2006 harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte
Erzeugung von Strom und Wärme fest.
Diese harmonisierten Wirkungsgrad-Referenzwerte bestehen aus einer Matrix von
Werten, aufgeschlüsselt nach relevanten Faktoren wie Baujahr und Brennstoff-
typen, und müssen sich auf eine ausführlich dokumentierte Analyse stützen, bei
der unter anderem die Betriebsdaten bei realen Betriebsbedingungen, der
grenzüberschreitende Stromhandel, der Energieträgermix, die klimatischen
Bedingungen und die angewandten KWK-Technologien gemäß den Grundsätzen
in Anhang III berücksichtigt werden.
(2) Die Kommission prüft die in Absatz 1 genannten harmonisierten Wirkungs-
grad- Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme zum
ersten Mal am 21. Februar 2011 und danach alle vier Jahre ……
…..………..
RL 2007/74/EG

Auslese aus der
Richtlinie 2007/74/EG für Erdgas
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2007:032:0183:0188:DE:PDF
getrennte Erzeugung von Wärme
Harmonisierte Wirkungsgrad-Referenzwerte für die
getrennte Erzeugung von Strom
Tatsächliche
Marktwerte
„reale Betriebsdaten “
GUD
Brennwert-
Kessel
60 %
105%
Auslegung

Ein Problem:
Die EU Richtlinie 2004/8/EG legt in Artikel 4 Absatz 1 (Zitat siehe 2 Folien vorher) u.a. fest,
dass die Referenzwerte für die getrennte Erzeugung als
Betriebsdaten bei realen Betriebsbedingungen
ermittelt werden. Die festgelegten Wirkungsgrad Zahlenwerte für 2006 bis 2011 liegen
für Gaskraftwerke ca. 15% (!!) niedriger als die Auslegungswerte moderner GUD.
1. Bei diesem niedrigen Wirkungsgrad kommt der Verdacht auf, dass sich
hierin auch der Beitrag betehender GUD‘s zur Regelenergie widerspiegelt.
Dies wäre jedoch nicht korrekt,
da die wärmegeführte (!!) KWK keinen vergleichbaren Beitrag liefert.
2. Hinzu kommt, dass in der Praxis für die BHKW‘s offensichtlich von Auslegungsdaten
ausgegangen wird.
Daher habe ich mich entschlossen
sowohl bei der KWK als auch bei der getrennten Erzeugung
von den Auslegungswerten auszugehen.
Kommentare, Bedenken und Bestärkungen bitte mir gleich mailen: luther.gerhard@vdi.de

Einleitende Bemerkungen
in Erwägung nachstehender Gründe:
…..
(11) Hocheffiziente KWK wird in dieser Richtlinie als der Umfang der
Energieinsparungen durch die kombinierte anstatt
der getrennten Produktion von Wärme und Strom definiert.
Energieeinsparungen von mehr als 10 % gelten als „hocheffizient“.
Zur Maximierung der Energieeinsparungen und um zu vermeiden, dass
Energieeinsparungen zunichte gemacht werden, muss
den Betriebsbedingungen von KWK-Blöcken
die größte Aufmerksamkeit gelten.
…...
tatsächlich:
ca. 0 bis
-5%

RICHTLINIE 2004/8/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES
vom 11. Februar 2004 über die Förderung
einer am Nutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarkt
und zur Änderung der Richtlinie 92/42/EWG
Richtlinie 2007/74/EG = Entscheidung der Kommission vom 21.12.2006, zur
Festlegung harmonisierter Wirkungsgrad-Referenzwerte
für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme in Anwendung der RL 2004/8/EG..)

Ergebnisse wissenschaftlich korrekter Vergleiche
( entsprechen auch den Grundsätzen (!) der EU –Richtlinie)
4

Korrekt, aber noch nicht optimal:
Primärenergie
Erdgas
100 %
(1.000 kWh)
Abwärme 10 %
(100 kWh)
Strom 32 %
(320 kWh)
200 kg CO2
BHKW
Wärme 58 %
(580 kWh)
Strom 58 %
(320 kWh)
Wärme 90 %
(580 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(552 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(644 kWh)
GuD-Kraftwerk
Abwärme 10 %
(64 kWh)
Erdgas-
heizwerk
Abwärme
42 % (232 kWh)
110 kg CO2
129 kg CO2
Kraft-Wärme-Kopplung getrennte Erzeugung
Ergebnis durch das Erdgas -BHKW (bzgl. Erdgas– GUD + HeizWerk) :
16% PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ (552 + 644)) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE}
16% CO2 Einsparung [ = (1 - 200/(110 +129) ]
Bezug auf modernes Erdgas –GUD + Heizwerk
Quelle: V. Quaschning : “Erneuerbare Energien und Klimaschutz“, Abb. 4.4. Hanser Verlag (2008) ,ISBN=978-3-446-41444-0

Korrekt, optimal und sogar wirklichkeitsnah:
Primärenergie
Erdgas
100 %
(1.000 kWh)
Abwärme 10 %
(100 kWh)
Strom 32 %
(320 kWh)
200 kg CO2
BHKW
Wärme 58 %
(580 kWh)
Strom 58 %
(320 kWh)
Wärme 90 %
(580 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(552 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(644 kWh)
GuD-Kraftwerk
Abwärme 10 %
(64 kWh)
Erdgas-
heizwerk
Abwärme
42 % (232 kWh)
110 kg CO2
129 kg CO2
Ergebnis durch das Erdgas -BHKW (bzgl. Erdgas– GUD + BrennwertKessel :
9 % PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ (552 + 551)) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE}
9 % CO2 Einsparung [ = (1 - 200/(110 +110) ]
Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel
Brenn
wert -
Kessel incl. Abgas-
kondensation
th =105% Hu
Erdgas ohne
Kondensation
95%
( 551 kWh)
110
Urbild-Quelle: V. Quaschning : “Erneuerbare Energien und Klimaschutz“, Hanser Verlag (2008) ,ISBN=978-3-446-41444-0
ich habe im Urbild das GasHeizwerk durch einen handelsüblichen Brennwertkessel ersetzt.:

Demnächst: Dezentrales Brennwert Mini - BHKW, allseits optimal:
Quelle: ich habe im Urbild der vorherigen Folie überall die Werte der Brennwertnutzung eingesetzt.
Primärenergie
Erdgas
100 %
(1.000 kWh)
Abwärme 10 %
(100 kWh)
Strom 32 %
(320 kWh)
200 kg CO2
BHKW
Wärme 58 %
(580 kWh)
Strom 58 %
(320 kWh)
Wärme 90 %
(580 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(552 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(644 kWh)
GuD-Kraftwerk
Abwärme 10 %
(64 kWh)
Erdgas-
heizwerk
Abwärme
42 % (232 kWh)
110 kg CO2
129 kg CO2
Ergebnis durch das Brennwert-BHKW (bzgl. GUD + BrennwertKessel :
20 % PE-Einsparung [ = (1 – 1000/ (552 + 694)) ] {vergleiche BMU: 38 % weniger PE}
20 % CO2 Einsparung [ = (1 - 200/(110 +139) ]
Bezug auf Erdgas GUD + Brenwertkessel
Brenn
wert -
Kessel
incl. Abgas-
kondensation
( dezentral )
gesamt = 105% HU
139
Wärme
730 kWh
incl. Abgas-
kondensation
th =105% Hu
Wärme
730 kWh
Erdgas ohne
Kondensation
95%
( 694 kWh)

Primärenergie
Erdgas
100 %
(1.000 kWh)
Abwärme 10 %
(100 kWh)
Strom 32 %
(320 kWh)
200 kg CO2
BHKW
Wärme 58 %
(580 kWh)
Strom 58 %
(320 kWh)
Wärme 90 %
(580 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(552 kWh)
Primärenergie
Erdgas 100 %
(644 kWh)
GuD-Kraftwerk
Abwärme 10 %
(64 kWh)
Erdgas-
heizwerk
Abwärme
42 % (232 kWh)
110 kg CO2
129 kg CO2
Demnächst: Dezentrales Brennwert Mini - BHKW, allseits optimal:
Ergebnis durch das Brennwert-BHKW (bzgl. GUD + Wärmepumpe
- 15.5 % , PE- Mehrverbrauch ! [ = (1 – 1000/ (552 + 315)) ]
- 15.5 % , CO2 Mehremission ! [ = (1 - 200/(110 +63 ) ]
Bezug auf Erdgas GUD + Wärmepumpe
incl. Abgas-
kondensation
( dezentral )
gesamt = 105% HU
Wärme
730 kWh
Wärme
730 kWh
Wärmepumpe = 4
183
132
315
63

KWK mit Brennwertnutzung
1. Bei dezentraler Mikro –KWK, gibt es
kein grundsätzliches Problem, sofern
• die Wärme lokal , im gleichen Gebäude,
genutzt wird.
• die Verbrennung im Motor bei
nicht zu hohem Luftüberschuss erfolgt .
Also z.B. problemlos bei einem Otto-Motor mit Katalysator und  =1 Regelung.
2. Aber sehr problematisch bei Wärmenetzen
5

2. Hindernisse für effektive Brennwertnutzung bei
zentraler KWK mit Wärmenetz.
• Temperaturspreizung T am Wärmeübertrager erforderlich
• Hohe Vorlauftemperatur für jederzeitiges WarmWasser
• Geleitzugbetrieb: Nutzer mit höchstem T– Anspruch magebend
( Industriedampf ! )
• Temperaturabfall bis zum letzten Verbraucher muss einkalkuliert werden
• Luftüberschuss bei Gasturbinen und Dieselmotoren erforderlich
Also: Zentrale und effektive Brennwertnutzung bleibt vermutlich ein Traum

6
Brenstoffmehrverbrauch bei getrennter Erzeugung
Für die Gesamt- Nutzenergie einer KWK – Anlage gilt:
gesamt
KWK * Q0
KWK = ( el
KWK + th
KWK ) *Q0
KWK (1)
mit Q0
KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage
Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten
Erzeugung:
für GUD- Strom: GUD QGUD = el
KWK * Q0
KWK (2a)
für Kessel -Nutzwärme : K QK = th
KWK * Q0
KWK (2b)
Q0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung:
Q0 = QGUD + QK (3)
Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung:
f = Q0/ Q0
KWK = ( el
KWK / GUD + th
KWK / K ) (4)

Bezeichnungen:
th
KWK = Wärmewirkungsgrad der KWK-Erzeugung, definiert als jährliche
Nutzwärmeerzeugung im Verhältnis zum Brennstoff, der für die
Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und
KWK- Stromerzeugung eingesetzt wurde.
K = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung.
(z.B. im Brennwertkessel, Bezug auf Hu= unterer Heizwert)
el
KWK = elektrischer Wirkungsgrad der KWK, definiert als jährlicher KWK-
Strom im Verhältnis zum Brennstoff, der für die
Erzeugung der Summe von KWK- Nutzwärmeleistung und
KWK- Stromerzeugung eingesetzt wurde.
GUD = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung
( z.B. in einem zentralen GUD –Kraftwerk)
gesamt
KWK = th
KWK + el
KWK = Gesamt-Nutzungsgrad der KWK
Q0
KWK = Primärenergieeinsatz (PE) in der KWK-Anlage
QGUD und QK = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel
Q0 = QGUD + QK = gesamter PE der getrennten Erzeugung
f = Q0/ Q0
KWK = Faktor für den Primärenergie - Mehrverbrauch durch
getrennte Erzeugung von Strom und Wärme.

Bemerkung:
Die Gl.(4) für f entspricht der Formel im Anhang III der
EU - Richtlinie 2004/74/EG:
denn: PEE = PE–Einsparung durch KWK = (Q0 - Q0
KWK ) / Q0 = ( 1 – 1/ f )
.
PEE Primärenergieeinsparung
KWK Wη Wärmewirkungsgrad-Referenzwert der KWK-Erzeugung, definiert als jährliche Nutzwärmeerzeugung
im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und
KWK-Stromerzeugung eingesetzt wurde.
Ref Wη Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung.
KWK Eη elektrischer Wirkungsgrad der KWK, definiert als jährlicher KWK-Strom im Verhältnis zum Brennstoff,
der für die Erzeugung der Summe von KWK-Nutzwärmeleistung und KWK-Stromerzeugung eingesetzt
wurde. Wenn ein KWK-Block mechanische Energie erzeugt, ………
Ref Eη Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung

Gl.(4) wird anschaulicher, wenn wir die KWK beschreiben mit:
gesamt
KWK = Gesamtnutzungsfaktor der KWK, und
el
KWK = elektrischer Wirkungsgrad der KWK
Aus Gl.(1) : th
KWK = [ gesamt
KWK - el
KWK ] (1a)
Gl.(4): f = ( el
KWK / GUD + [ th
KWK ] / K )
Mit (1a) : f = ( el
KWK / GUD + [ gesamt
KWK - el
KWK ] / K )
Ordnen : f = gesamt
KWK / K + el
KWK * { 1/ GUD – 1 / K )
also:
Der PE- Faktor f = Q0/ Q0
KWK für den PE- Aufwand:
f = gesamt
KWK /K + el
KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4a)
ist eine lineare Funktion von el
KWK .

KWK für den PE- Aufwand:
f = gesamt
KWK /K + el
KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4a)
[ meist =< 1 ] { > 0 }
PE - Mehraufwand bei getrennter Erzeugung
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
f bei KWK_eta_th=1,05)
Referenz: GUD = 60% für GUD –Kraftwerk
K = 105% (Hu) für Brennwertkessel
1.05 = gesamt
KWK
0.90 =
0.85 = gesamt
KWK
el
KWK

PE - Mehraufwand bei getrennter Erzeugung
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
Referenz: eta_GUD = 60%
eta_K = 105% (Hu)
Folgerungen:
1. Bei der KWK sind allenfalls dezentrale Brennwertanlagen wirklich interessant
2. Bei der angemessenen und zeitgemäßen Referenz, GUD und Brennwertkessel,
kann die KWK ohne Brennwertnutzung kaum noch mithalten.
3. Falls der KWK zeitweise ohne Wärmenutzung („stromgeführt“) betrieben wird,
wird ihre Einsparbilanz sehr bald negativ:
das massiv subventionierte Einsparwerkzeug KWK
verbraucht dann mehr Primärenergie
als der marktgängige konventionelle Stand der Technik

7
Vollständiger Brennstoffvergleich
Für die Gesamt- Nutzenergie eines Versorgers ( freie KWK, Spitzenkessel) gilt:
gesamt
V * Q0
V = ( el
V + th
V ) *Q0
V (1)
mit: Q0
V = Gesamter PE des Versorgers (KWK, SpitzenKessel +SpitzenStrom)
Betrachte eine detaillierte Gleichheit der Nutzenergien bei der getrennten
Erzeugung:
für GUD- Strom: GUD QGUD = el
V *Q0
V (2a)
für Kessel -Nutzwärme : K QK = th
V * Q0
V (2b)
Q0 = gesamte Primärenergie (PE) der getrennten Erzeugung:
Q0 = QGUD + QK (3)
Faktor für den PE- Aufwand bei der getrennten Erzeugung:
f = Q0/ Q0
V = (el
V / GUD + th
V / K ) (4)

Bezeichnungen:
th
V = Wärmewirkungsgrad der Strom- und Wärme-Erzeugung des Versorgers,
´ definiert als gesamte jährliche Nutzwärmeerzeugung im Verhältnis zum
Brennstoff, der für die Erzeugung von Wärme und von Strom insgesamt
(also: für KWK, für SE und für SK) beim Versorger eingesetzt wurde.
K = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Wärmeerzeugung.
(z.B. im Brennwertkessel, Bezug auf Hu= unterer Heizwert)
el
V = elektrischer Wirkungsgrad der Strom- und Wärme-Erzeugung des Versor-
gers, definiert als gesamte jährliche Stromerzeugung im Verhältnis zum
Brennstoff, der für die Erzeugung von Wärme und Strom insgesamt
beim Versorger eingesetzt wurde.
GUD = Wirkungsgrad-Referenzwert für die getrennte Stromerzeugung
( z.B. in einem zentralen GUD –Kraftwerk)
gesamt
V = th
V + el
V = Gesamt-Nutzungsgrad des Versorgers
Q0
V = Primärenergieeinsatz (PE) des Versorgers
QGUD und QK = PE im GUD – Kraftwerk und im HeizKessel
Q0 = QGUD + QK = gesamter PE der getrennten Erzeugung
f = Q0/ Q0
V = Faktor für den Primärenergie - Mehrverbrauch durch
getrennte Erzeugung von Strom und Wärme.
Der Versorger setzt KWK, Spitzenstrom (SE) und SpitzenKessel (SK) ein.

Gl.(4) wird anschaulicher,
wenn wir den Versorger beschreiben mit:
gesamt
V = Gesamtnutzungsfaktor des Versorgers, und
el
V = elektrischer Wirkungsgrad des Versorgers
V für den PE- Aufwand:
f = gesamt
V /K + el
V * { 1/ GUD - 1/ K } (4a)
ist eine lineare Funktion von el
V .

Gesamte Nutzenergie: Qnutz
V = gesamt
V * Q0
V
Anteile an der Primärenergie:
x_KWK = wärmegeführte KWK
x_SE = Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen)
x_SK = Spitzenwärme (im Spitzenkessel)
Q0
V = { x_KWK + x_SE + x_SK } * Q0
V = Q0
KWK + Q0
SE + Q0
SK
Anlagenwirkungsgrade von Spitzenstrom und ~Kessel:
el
SE für Spitzenstrom (ohne Wärmenutzen)
th
SK für Spitzenwärme (im Spitzenkessel)
Dann gilt:
el
V = x_KWK * el
KWK + x_SE * el
SE (5a)
th
V = x_KWK * th
KWK + x_SK * th
SK (5b)
KWK –Strom und Wärme, SpitzenStrom und SpitzenWärme

Bei Wärme geführten Betrieb: x_SE = 0 und gesamt
KWK = th
SK gilt:
Verschlechterung des PE-Faktors durch Spitzenkessel
f = gesamt
V /K + el
KWK * x_KWK * { 1/ GUD - 1/ K } (4c)
mit: gesamt
V = ( x_KWK + x_SK )* gesamt
KWK = 1.0 * gesamt
KWK (mit Gl.(8a))
=
Speicher: Blatt „SK“
KWK mit SpitzenKessel (SK): PE - Aufwand bei getrennter Erzeugung,
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
f (1,05)
f (0,85)
x_KWK = 1; 0.8; 0.6
x_SK = 0; 0.2; 0.4
Referenz: GUD = 60%
K = 105% (Hu)
gesamt
KWK =1,05 bzw. 0,85
el
KWK

Folgerungen:
1. Bei der KWK mit Spitzenkessel sind nur noch dezentrale Brennwertanlagen wirklich
interessant.
2. Zentrale KWK mit Spitzenkessel ergibt erst bei hohen elektrischen Wirkungsgraden eine
positive Einsparbilanz. Meist gilt hier:
Das massiv subventionierte „Einsparwerkzeug“ KWK
verbraucht oft mehr Primärenergie
als die getrennte Erzeugung mit GUD und Brennwertkessel
KWK mit SpitzenKessel (SK): PE - Aufwand bei getrennter Erzeugung,
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
f (1,05)
f (0,85)
x_KWK = 1; 0.8; 0.6
x_SK = 0; 0.2; 0.4
gesamt
KWK =1,05 bzw. 0,85
K = 105% (Hu)

Bei freiem Betrieb mit: el
KWK = el
SE und ohne Spitzenkessel: x_SK =0 gilt:
Verschlechterung des PE-Faktors durch SpitzenStrom
also: f = x_KWK* gesamt
KWK /K + el
KWK * { 1/ GUD + x_SE / K - 1/ K }
Speicher: Blatt „SE“
f = gesamt
V /K + el
KWK * { 1/ GUD - 1/ K } aus (4b)
mit: gesamt
V = x_KWK* gesamt
KWK + x_SE*el
SE (aus Gl.(7a))
Referenz:
GUD = 60%
K = 105% (Hu)
gesamt
KWK =1,05 bzw. 0,85
KWK mit SpitzenStrom (SE): PE - Aufwand bei getrennter Erzeugung,
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
f (1,05)
f (0,85)
x_KWK = 1; 0.8; 0.6
x_SE = 0; 0.2; 0.4
el
KWK

Folgerungen:
1. Bei der KWK mit Spitzenstrom sind nur noch dezentrale Brennwertanlagen mit gutem
Strom-Wirkungsgrad interessant..
2. Zentrale KWK mit Spitzenstrom ergibt erst bei sehr hohen elektrischen Wirkungsgraden
eine positive Einsparbilanz. Meist gilt:
verbraucht meist mehr Primärenergie
K = 105% (Hu)
KWK mit SpitzenStrom (SE): PE - Aufwand bei getrennter Erzeugung,
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
KWK_eta_el
PE
-
Faktor
f
f (1,05)
f (0,85)
x_KWK = 1; 0.8; 0.6
x_SE = 0; 0.2; 0.4

verbraucht oft mehr Primärenergie
1. Zur Abdeckung des HeizWärmebedarfs ist Spitzenkessel unvermeidlich.
2. Versuchung mit Spitzenstrom Geld zu verdienen ist unwiderstehlich.
daher:
Folgerung für Erdgas - BHKWs
Die BHKW – Subventionierung
ist oft grob unsinnig.

8
Wie wurde bisher die Brennwerttechnik
in wichtigen KWK – Studien
behandelt

UBA: CC07nr10 : http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3291.pdf
Speicher:UBA-CC2007nr10_Potenziale-KWK_undCO2-Emissionen.undKosten_318p.pdf
von
Manfred Horn, Hans-Joachim Ziesing, DIW, Berlin
Felix Christian Matthes, Ralph Harthan, Öko-Institut, Berlin
Gerald Menzler, Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (VIK), Essen
Im Auftrag des Umweltbundesamtes
8.1

Mein Kommentar: Unfassbar !!
Es wird kein normales BHKW mit
einem handelsüblichen {GUD + Brennwertkessel}
verglichen.
Nur Brennwertgeräte sind aber moderne (2007 AD) Gaskessel !!!!
Quelle der Tabelle: UBA: CC2007 nr.10 (siehe Vorseite) p.171, Tabelle 5.6 ; Speicher:UBA-CC2007nr10_Potenziale-KWK_undCO2-Emissionen.undKosten_318p.pdf
Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz
Eine nicht zu rechtfertigende Blindheit :
Bem.: In der gesamten Studie tritt das Wort „Brennwert“ nur in dem obigen Zitat (Tabelle 5-6) auf.

Zitiert als /Traube 2000/. Speicher::Traube_KWK_EigKWKstud.pdf
8.2 Traube Studie 2000
ansonsten eine ganz ordentliche Studie:

Urquelle der Tabelle: /Traube2000 , p.27/
Mein Kommentar: das „ jeweils “ ist der Kardinalfehler.
Es gibt keinen Grund, normale (idR ohne Brennwertnutzung) KWK Anlagen
nicht mit moderner normaler { GUD + Brennwertkessel} getrennter Erzeugung
zu vergleichen .
HW: zentrales Heizwerk;
HK: dezentrale Heizkessel
Heizkraftwerke:
K/E: Kondensations-Entnahme-Turbine;
GgDr: Gegendruckturbine
Tabelle 5: Vergleich des Primärenergieeinsatzes und der CO2-Emissionen
der gekoppelten und ungekoppelten Erzeugung.
gekoppelte Erzeugung inklusive Spitzenkessel. Werte in Prozent der gekoppelten Erzeugung ohne Brennwertausstattung
mB/oB: mit/ohne Brennwertausstattung (jeweils gekoppelt und ungekoppelt)
Hier wird ein Gas - KWK mit
einem Kohle-Kraftwerk (KoKW)
verglichen.
Hier fehlt der Brennwertkessel als Referenz

0. Es gibt im industriellen Bereich durchaus sehr vernünftige
KWK -Anwendungen (die hier nicht behandelt wurden).
1. Der Vorteil einer zentralen KWK zur Siedlungsversorgung ist
selbst unter idealer Betriebsweise bestenfalls bescheiden
und rechtfertigt keine extreme Förderung.
2. Die Förderung der KWK –Anlagen ist extrem anspruchslos:
sie werden selbst dann noch gefördert, wenn sie mehr Energie
verbrauchen als ihre Alternative {GUD + Brennwertkessel}.
3. Der beliebte alleinige Hinweis auf den
Gesamtwirkungsgrad (Strom + Wärme) beim BHKW und auf den
elektrischen Wirkungsgrad (nur Strom) beim Kraftwerk
ist eine reine Volks-Verdummung.
4. Dezentrale Brennwert Mini-BHKW, mit Wärmenutzung vor Ort, sind
sehr interessant,
sofern sie nur (!!!) wärmegeführt betrieben werden.
Optimale Erdgaseinsatz aber immer noch:
5. Zentrales mittelgroßes (300 MW) GUD –Kraftwerk
und Wärmepumpe mit NT-Flächenheizung
Schlussfolgerungen::

Anhang 1: Low Ex Wärme
Anhang 2: außenliegende Wand- und Luftheizung

Physikalische Forderung:
Keine Exergieverschwendung !
Daher ist ein
gemeinsamer Bestandteil aller wirklich hocheffizienten Heizsysteme:
Niedertemperatur Heizung
:
Anhang 1: Low Ex Wärme

Folgerung für die Heizung:
Wir brauchen LowEx ( = „low exergy“) Anlagen, also
Niedertemperaturheizungen mit
• niedriger Vorlauftemperatur für die Wärmepumpen –Anwendung
• niedriger Rücklauftemperatur für die Brennwertnutzung,
wobei ein kleiner zweiter effektiver NT-Heizkreis ausreicht!
Schwierigkeit: Nachträgliche Installation in Altbauten

Ein Ansatz zur LowEx Heizung:
die außenliegende Wandheizung (aWH)
die außenliegende Luftheizung (aLH)
Anhang 2: aWH und aLH
Quelle: G.Luther: DE 10 2008 009 553.2 A1
„Integrierte außenliegende Wandheizung – .. zur Nutzung der massiven Außenwand als ein …integrierter thermischer Speicher und als Murokausten- WÜT "

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