EnEV-Referenz: KWK-Verdrängungsmix

  • http://www.ffe.de/publikatione…-strom-und-waerme-aus-kwk


    Zitat

    Die von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) entwickelte Methodik des Verdrängungsmix wurde nun offiziell in die Norm DIN V 18599 1:2011-12 aufgenommen. Dadurch steht ab sofort ein Primärenergiefaktor zur Verfügung, mit dem eine rechnerische Benachteiligung bei der energetischen Bewertung der Strom- und Wärmeerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) verhindert wird.


    Ich hoffe, der PE-Faktor aus dem Verdrängungsmix führt zu besseren Bewertungsergebnissen nach EnEV.


    Gruß,
    Gunnar


  • Zur genauen Auswirkung des Primärenergiefaktors gemäß DIN 18599-1 kann ich wenig sagen, einfach weil ich die Rechenvorschriften in dieser Norm im Detail nicht gut genug kenne. Aber eine grobe Abschätzung zeigt dramatische Auswirkungen in Bezug auf den Primärenergiebedarf von Sanierungsobjekten. Angenommen, ein Gebäude werde von 150 kWh/m² durch verbesserte Dämmung und Lüftungskonzepte auf 100 kWh/m² saniert. Es stellt sich noch die Wahl des Heizungssystems.


    Als Alternative stehen zwei gasverbrauchende Heizungen (Brennwerttherme, Mini-BHKW + Zusatzkessel bzw. Fernwärme in FW-Versorgungsgebieten) zur Verfügung sowie eine stromverbrauchende Heizung (gute Wärmepumpenistallation mit COP von 3). Die Brennwerttherme habe eine PE-Faktor von 1,1 für die Vorkette beim Erdgas und sonstige Verluste, was einen PE-Bedarf von 110 kWh/m² ergibt.


    Der Primärenergiefaktor für Strom ist der kritische Bewertungsfaktor für KWK-Anlagen, da er als externer Faktor in die Rechnung einspielt wird. Er wird unabhängig von der Qualität der KWK-Anlage von einem Referenzsystem vorgegeben. Daher ist die große Stärke des Dresdner Modells (siehe Anlage) im Gegensatz zur Restwertmethode, dass es ohne ein Referenzsystem anwendbar ist, weil es nur die thermodynamischen Prozessgrößen der KWK-Anlage verwendet. Mittel- bis langfristig sollte darauf hingearbeitet werden, diese physikalisch begründete Aufteilung der (Primär-)Energieströme und CO2-Emissionen auf die beiden Kuppelprodukte nach den Gesetzen der Experimentalphysik vorzunehmen.


    Kurz- bis mittelfristig wäre bei der Anwendung der Restwertmethode das korrekte Referenzsystem zu bestimmen. Dieses ist nach der Ursache-Wirkungs-Prämisse eben nicht der durchschnittliche Strommix, sondern der differentielle Mix der verdrängten marginalen Kraftwerke gemäß Merit-Order, bzw. bei einem Bezug von Heizstrom der zusätzlich generierte differentielle Bedarf. Aufgrund der Ähnlichkeit der witterungsabhängigen Profile für KWK-Strom und Heizstrom ist zu erwarten, dass die PE-Faktoren des jeweilen Diffentialmixes sehr nahe beinahe liegen, in Deutschland etwa in der Größenordnung von 2,8-2,9 gemäß Literaturangaben. Dieser Wert ist auch weitaus zeitstabiler als der des durchschnittlichen Strommixes. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass auch bei einem weiteren Ausbau von erneuerbaren Energien diese nicht durch KWK verdrängt werden, sondern der Rest des konventionellen, steuerbaren Kraftwerksparks durch KWK-Anlagen ersetzt wird.


    Doch nun zurück zur Beispielrechnung:
    Gegeben sei ein PE-Faktor für den Diff-Mix von 2,8.
    Alternativ werde für KWK-Strom 2,3 verwendet und für WP-Strom 1,8.


    Die Wärmepumpe hat für die 100 kWh/m² Wärmebedarf eine PE-Aufwand von 100/3*2,8 = 93,3 kW (Diff-Mix) bzw.
    100/3*1,8 = 60 kW (EnEV-Vorgabe).


    Das BHKW aus der 20 kW-Klasse nutzt mit 30% elektrischem Wirkungsgrad und 60% thermischen Wirkungsgrad Erdgas mit PE-Faktor von 1,1. Man kann alternativ die Möglichkeit des monovalenten Betriebs als Sonderfall betrachten (z.B. Senertec, Lichtblick, etc.) aber ansonsten gehe ich von 60% der Wärmebereitstellung durch das BHKW aus, der Rest kommt aus dem SPL-Kessel.


    Monovalentes BHKW:
    PE-Input 150 kW * 1,1 (Erdgas) - 45 kW (Stromgutschrift) * 2,8
    = 39 kWh (Diff-Mix) bzw.
    150 kW * 1,1 - 45 kW * 2,3 = 61,5 (EnEV-Vorgabe)


    Bivalente KWK-Anlage mit SPL (~40% Wärmearbeit)
    100 kW * 1,1 (Erdgasinput BHKW) + 40 kWh * 1,1 (Erdgas SPL-Kessel)
    - 30 kW (Stromgutschrift) * 2,8 = 70 (Diff-Mix)
    140 kW * 1,1 - 30 kW * 2,3 = 85,0 (EnEV-Vorgabe)


    Man erkennt also eine deutliche Verzerrung durch die Durchschnittsbildung, die wissenschaftlich gesehen auch aus Vereinfachungsgründen nicht zu rechtfertigen ist. Um Streitereien um das richtige Referenzsystem langfristig aus dem Weg zu gehen, ist es also angebracht, die Differenzwertmethode aus Dresden ("Welche Differenz im Stromertrag hätte die ausgekoppelte Wärme erzielen können?") als thermodynamisch begründbaren Ansatz zur Bewertung von Kuppelprodukten zu etablieren. Hierzu sollten nicht nur die Autoren der EnEV auf die bestehende Schwachstelle hingewiesen werden, sondern auch im Normenausschuss Bau wäre die Kuppelproduktion von Strom und Wärme und geeignete Aufteilungsverfahren für PE-Energie, CO2-Emissionen oder Kosten mit ihrem wissenschaftlichen Hintergrund im Detail vorzustellen.


    Die Diskussion um die Notwendigkeit von Kapazitätsmärkte ist in vollem Gange, weil offenbar in den kommenden Wintern die gesicherten Stromerzeugungskapazitäten nicht ausreichen, um dauerhaft den Bedarf zu decken. Daher sollte über die EnEV eher der Impuls erfolgen, zusätzliche disponible Erzeugungsleistung aufzubauen, statt unser Stromsystem ähnlich wie in Frankreich mit Verbrauchern großer Gleichzeitigkeit zu belasten. Über ein korrekt bilanzierendes PE-Verfahren besteht zudem der Anreiz, die KWK-Anlagen ähnlich wie in Dänemark im Vergleich zu bisherigen Auslegungsprinzipien etwas überdimensionieren, so dass die Wärmesenke noch weiter wie bisher zur Stromerzeugung genutzt wird und sich das Verschiebe- und damit Flexibilisierungspotential erhöht.


    Gruß,
    Gunnar