Hallo Sailor,
Richtig, KWK kann das grundsätzlich leisten. Aber die Idee, nahezu die gesamte Residuallast in KWK zu erzeugen (und ein Ziel von 60 GW KWK-Leistung bedeutet nichts anderes), halte ich für schwer realisierbar.
Ich sehe das anders. Momentan haben wir 80 GW Maximallast, und bei den ganzen Elektrifizierungstrends im Rahmen der Sektorenkopplung glaube ich schon, dass die Leistungsspitze eher wachsen wird. Zudem ist die gesicherte installierte Leistung stets größer als die Maximallast, um auch mit ungeplanten Schwierigkeiten umgehen zu können. Die Leistungszunahme wird wohl trotz dem Smart Charging, was bei den E-Autos versprochen wird und netzdienlichen Wärmepumpen, die man einige Stunden mit einer Sperre versehen kann, passieren.
Zudem ist ein Ziel etwas, das man heute anpeilt, um schonmal in die richtige Richtung zu laufen. Wenn sich im Laufe der kommenden Jahre das Ziel verschiebt, dann kann man mit einer neuen Zielvorgabe nachjustieren, vgl. mit dem Konzept des Regelkreises.
Eine grobe Abschätzung der erwarteten Laufzeiten für unterschiedliche Leistungen kann man anhand einer Jahresdauerlinie machen. In einer Studie fand ich das angehängte Diagramm zur erwarteten JDL für die Residuallast (RL) im Jahr 2050 für verschiedene Szenarien.
"In den illustrativen Szenarien variiert die jährliche Stromnachfrage zwischen 450 und 750 Terawattstunden. Zum Vergleich: Heute werden in Deutschland rund 600 Terawattstunden erzeugt." (S. 13) Aha. Welches Szenario deckt die Notwendigkeit ab, die heute 13,5 Exajoule = 3750 TWh Primärenergiebedarf durch effizientere Energieketten auf unter 2000 zu drücken, und dann mit WEA und PV auch eine Jahresernte von ca. 2000 TWh einzufahren?
Wir haben alleine einen Jahreswärmebedarf von 800 TWh zum Heizen + WW und 400 TWh für Prozesswärme. Ja, dämmen hilft, aber bei einer Sanierungsrate unter 1% haben wir in 50 Jahren die Hälfte des Bestandes durch, wenn man optimistisch denkt. Der Neubau kommt auf 150-300 kWE - hier sollte man gleich Passivhausqualität anstreben, so dass man sich nur noch ums Warmwasser kümmern muss. Selbst wenn man also den Wärmebedarf im Sektor HH+GHD auf die Hälfte drückt, und davon die Hälfte mit Wärmepumpen (JAZ=4) erzeugt, sollte man den Rest mit KWK (blaue Wärme, d.h. niedriger PEF) und nicht mit Kesselwärme decken.
Angenommen dass KWK-Anlagen mindestens 3000 Vollbetriebsstunden brauchen um wirtschaftlich betrieben werden zu können,
Wie kommst Du auf diese Annahme? Zum einen sind 3000 Vollbenutzungsstunden pro Jahr und darüber nicht unüblich (vgl. mit der Anlage Matthes 2015, S. 5) und warum sollte es einen Betreiber stören, selbst nur 1500 Vbh pro Jahr zu laufen, wenn er nach 30.000 Stunden die Investitionsausgabe per KWKG wieder drin hat? Man muss natürlich dafür sorgen, dass das KWKG nicht sang- und klanglost verschwindet, sondern mit vernünpftigen Konditionen verlängert wird. Dafür dient z.B. diese Diskussion hier, um vorausschauend Argumente auszutauschen und die unzweifelhaften Pros herauszuarbeiten.
Die restliche RL sollte besser in billigen Gasturbinen erzeugt werden, bei denen es nichts ausmacht, wenn sie nur ein paar hundert Stunden im Jahr laufen. Dass dabei mindestens 50% der eingesetzten Primärenergie über Dach gehen, macht m.E. kaum was aus, weil es sich hier nur um die letzten 10-20% der Residuallast-Arbeit handelt. Je nach Szenario würden die genannten 30-50 GW KWK-Leistung ausreichen, um 80-90% der Residuallast-Arbeit abzudecken.
Offene Gasturbinen haben maximal 40% Wirkungsgrad, so z.B. die Siemens SGT5 8000H oder die Kawasaki GPB300D, d.h. es gehen 60% verloren. Die Kernfrage ist die, ab wann die effizientere KWK (mit höherem CAPEX) eingesetzt werden kann, und ab wann man es sich leisten kann, die teuer geernteten CO2-freien Brennstoffe (Biomasse oder auch regenerative synthetische Gase) nur ineffektiv zu verwerten. Man darf auch nicht vergessen: immer dann wenn eine KWK-Anlage nicht läuft, muss die Wärme irgendwie anders erzeugt werden. Im Spitzenlastkessel? Der hat eine ganz schlechte exergetische Effizienz. Ich halte es angesichts des eines sektorgekoppelten, CO2-freien Szenarios es nicht zu hoch gegriffen, heute (ca 2020) ein KWK-Leistungsziel für 2050 auf 60 GW anzustreben.
Wohlgemerkt, diese Rechenweise setzt voraus, dass zukünftig sämtliche KWK-Anlagen ausschließlich entsprechend dem (Residual-)Strombedarf im Netz gesteuert werden. Bei modernen KWK-Großanlagen z.B. von Stadtwerken ist das technisch kein Problem, die werden teilweise heute schon so gefahren. [..] Und bei den KWK-Anlagen in der Industrie (aber auch z.B. bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen!) ist eine solche Flexibilität m.E. überhaupt nicht gegeben, so dass die Schwankungen der Residuallast allein von den restlichen KWK-Anlagen aufgefangen werden müssten. Dass eine solche Flexibilität nur erreichbar ist, wenn die wirtschaftlichen Nachteile durch entsprechende Förderung oder flexible Tarifgestaltung (oder besser beides) aufgefangen werden, versteht sich von selbst.
Die Flexibilität in der Industrie ist vor allem eine betriebswirtschaftliche Frage. Wenn man die Abgaben, Umlagen etc. anders gestaltet, dann werden die Anlagen auch ganz anders ökonomisch optimiert. Das ist kein prinzipielles Hindernis, welches uns die Physik in den Weg legt. Und wegen der Laständerungsgeschwindigkeit von HT-Brennstoffzellen ist mein Vorschlag erstmal abzuwarten, wie sich dieses Segment der Mikro-KWK entwickelt und wenn genügend Gelder damit verdient werden, dass F+E davon bezahlt werden kann, wird vielleicht auch der Lastgradient verbessert.
Fazit: Natürlich waren das jetzt alles nur Daumenschätzungen. Eine Vorgabe für die KWK-Leistung in Deutschland sollte aus meiner Sicht Top-Down ermittelt werden, d.h man sollte
1) ein Zielszenario für den Stromverbrauch (einschl. Sektorkopplung, PtX und E-Mobilität!) und die EE-Stromerzeugung im Jahr 2050 festlegen
2) auf Basis dieses Zielszenarios eine Jahresdauerlinie für die Residuallast ermitteln
3) aus der RL-JDL sowie realistischen Annahmen für die wirtschaftliche Mindestbetriebsdauer von KWK-Anlagen die mögliche KWK-Leistung zur Abdeckung eines Teils der RL ermitteln
4) und - nur zur Sicherheit - diese in den verschiedenen Einsatzgebieten mit dem voraussichtlichen Wärmebedarf abgleichen.
4) Die so ermittelte KWK-Leistung wäre noch zu korrigieren um den Anteil nicht-flexibler Anlagen v.a. in der Industrie. (Brennstoffzellen abschaltbar zu machen ohne sie dadurch zu ruinieren werden wir ja bis 2050 hoffentlich schaffen...)
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Da sind wir doch gar nicht so weit auseinander. Ich gehe nur von einer anderen Restlastkurve aus, da ich vom Jetztzustand mit 3750 TWh Primärenergiebedarf durch Verringerung von Exergieverlusten auf ein anderes Basisszenario komme als die von Dir zitierte Studie, die fragt: "4.2 Wie könnte eine Stromversorgung mit 100 Prozent Erneuerbaren aussehen?" Ich denke nunmal nicht nur an den Elektrizitätssektor, sondern an die gesamte Energieversorgung, und da ist mein akademisches Bauchgefühl, dass wir in 30 Jahren nicht mit 450-750 TWh Elektroenergie auskommen, selbst wenn im Transportsektor auf verlustreiche Verbrennungskraftmaschinen verzichtet wird und der Wärmesektor sehr viel effizienter wird.
Gruß,
Gunnar
