Moin Bluwi,
Sorry, aber da stellst Du doch Zusammenhänge her, wo keine sind.
1. Eine BSZ hat nichts mit Carnot zu tun, genau so wenig, wie eine Lithiumbleibatterie. Dass da „relativ viel“ Wärme bleibt, ist einfach dem chemischen Prozess geschuldet.
es geht nicht darum, ob die Brennstoffzelle einen Rankine-Prozess oder einen elektrochemischen Prozess benutzt. Es geht darum, dass am Ende (Stichwort Bewertung des Systemzustands, nicht Bewertung der Prozesses) zwei Energieformen vorliegen: Wärme und elektrische Energie - völlig unabhängig mit welchem technischen Gerät diese erzeugt wurden. Und wie man Wärme in elektrische (bzw. mechanische) Energie überführen kann, das beschreiben die Gesetze der Thermodynamik. Noch mal vereinfacht: es spielt keine Rolle wie man zum Ergebnis kommt, es ist relevant wie man das Ergebnis bewertet.
Eine Brennstoffzelle produziert ja auch keine elektrische Energie aus der Wärme, sondern es ist eine Redoxreaktion aus der chemischen Bindung heraus (Atomkraft ungleich Kernkraft). Es gab vor Jahren mal von der EnBW die Idee für ein SOFC-Demokraftwerk, das die HT-Abwärme auch per Mikrogasturbine weiter nutzen wollte. Damit kann man für jene, die sich ein technisches Analogon vorstellen müssen, auch ein Bild bauen, welchen Wert die Wärme hätte, wenn diese Maschine mit Carnot-Wirkungsgrad laufen würde
Auch wo Carnot im Spiel ist, macht es für mich keinen Sinn, den Wert der Wärme danach zu berechnen. In meinen Augen ist die Wärme ganz genau so viel wert, wie ich Einsparung habe, weil ich sie nicht anders produzieren muss. Das ist die Auswirkung auf meinen Geldbeutel und daher kommt der finanzielle Wert. Wenn meine Wärme ansonsten aus Gas produziert wird, dann entspricht der Wert dem eingesparten Gaspreis. Wenn ich die Wärme ansonsten aus Kohle produzieren müsste, dann entspricht der Wert der eingesparten Kohle. Und wenn ich sie nicht nutzen kann, weil es sowieso zu warm ist, dann ist sie wertlos. (imho)
Was Du da beschreibst, ist die sogenannte Restwertmethode. Man hat Produkt A, dem erstmal der volle Input zugewiesen wird, und zieht den Wert (Primärenergie, CO2-Emissionen, Geldeinheiten) vom Produkt B ab. Das ist für Ökonomen voll in Ordnung, weil sie für die Lösung eines zweidimensionalen Gleichungssystems eine zweite Gleichung benötigen. Bei energetischen Kuppelprodukten haben wir diese zweite Gleichung in Form der Überführbarkeit von Strom und Wärme gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik (Entropie bleibt gleich oder nimmt zu, d.h. Exergie nimmt ab oder bleibt im besten Fall gleich) .
Neben der Tatsache, dass die Restwertmethode gegen diesen zweiten Hauptsatz verstößt (das bedeutet, sie reizt ein Verhalten an, dass ein Perpetuum Mobile bauen will), hat sich auch noch mathematische Schwächen. Seite 6 zeigt die verschiedenen Allokationsmethoden im Vergleich. Bei Restwertmethode (hier substitution method genannt) kommt es zu einem Nulldurchgang des PEF für die Wärme, sobald die KWK-Anlage den elektrischen Wirkungsgrad des Referenzkraftwerks überschreitet. Somit wird mit einem PEF kleiner Null suggeriert, dass man Primärenergie spart, indem man die Wärme zum Fenster raus heizt. Das ist natürlich Quatsch, weil sowohl Wärme als auch elektrische Energie einen Anteil des Inputs tragens
Wo liegt der Sinn, hier akademische Werte zuordnen zu wollen, die sich so nicht in meinem Geldbeutel niederschlagen?
Ganz praktische Antwort: Die Mikro-KWK-Branche gräbt sich ihr Grab, wenn sie länger an der Restwertmethode in der Berechnung der effektiven Wirkungsgrade verharrt als unbedingt notwendig und nicht zügig umstellt auf die Carnot-Methode. Die Restwertmethode braucht einen externen Referenzwirkungsgrad und der ist momentan bei den EnEV-Berechnungen 35% (2,8 PEF der Elektrizität). Wenn man ins Kleingedruckte schaut, ist das aber eine Ausnahme für die KWK und in Deutschland liegt der PEF für elektrische Energie aktuell normativ festgesetzt bei 1,8 (man kann darüber streiten, ob der Durchschnitt das angemessene Maß ist und nicht besser durch das durchschnittliche Grenzkraftwerk ersetzt werden sollte). Nichtsdestoweniger geht der Referenzwert runter, je mehr der EE-Zubau erfreulicherweise Erfolg hat. Weil der Referenzwert runter geht, wird der PEF für die Wärme rauf gehen. Wer wird denn am Ende in eine Mini-KWK-Anlage investieren, wenn die Wärme auf dem Papier nach Restwertmethode genausogut mit einem Kessel geliefert werden kann? Die Carnot-Methode ist referenzsystemfrei und liefert damit stabile Ergebnisse, unabhängig in welchem (zeitlich variablen) Referenzsystem sie eingesetzt wird.
Mit der Carnot-Methode hat ein Betreiber auch eine realistische Einschätzung der variablen Gestehungskosten. Mit den Bluwin-Beispieleffizienzen wären es bei 6 ct/kWh (Großabnehmer zahlen nur 2 ct/kWh) Gaskosten für die elektrische Energie rund 10 ct/kWh (60% effektiver Wirkungsgrad) und Grenzkosten für die Wärme 1,5 ct/kWh (400% effektiver Wirkungsgrad). Der Unterschied zwischen 1,5 ct/kWh und 6,6 ct/kWh (Gaskessel mit 90% thermischen Wirkungsgrad) gibt eine saubere ökonomische Grundlage für die Speicherdimensionierung. Je billiger die KWK-Wärme ist, desto größer kann der Wärmespeicher für KWK-Wärme ausfallen.
Gruß,
Gunnar