4. Fachtagung Energie – Effizienz – Strategie 22. November 2013
„KWK Anlagen im praktischen Einsatz“ Autoren: Jörg Liebscher, Steffen Liebmann & ENSO Betreiberteam Referent: Dr. Ing. habil. Rutger Kretschmer
ENSO Energie Sachsen Ost AG
www.enso.de
KWK Anlagen im praktischen Einsatz
Gliederung 1. Vorstellung ENSO Energie Sachsen Ost AG 2. Heutige Stellung der KWK im Energiemarkt 3. Beitrag von KWK Anlagen zur Energieeffizienz 4. Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen
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1. Vorstellung ENSO AG ENSO Energie Sachsen Ost AG ein Unternehmen der ENSO Gruppe und Teil der EnergieVerbund Dresden (EVD) mehr als 500.000 Kunden in der Region Ostsachsen Sparten Strom, Erdgas, Energieerzeugung / Wärme, Wasser, Abwasser sowie Energiedienstleistungen (EDL)
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Vorstellung ENSO AG, Erzeugungssparte BHKW Radeberg
Anlagentyp Anzahl Leistung [kWth] Leistung [kWel] Windkraft 2 4.600 Photovoltaik 8 1.255 Wasserkraft 6 4.840 BHKW 5 5.298 2.007 HKW 1 79.800 2.000 HW 3 15.120 BHKW Kirschau
BHKW Altenberg Dr. Rutger Kretschmer
BHKW Neustadt KWK Anlagen im praktischen Einsatz
BHKW Bad Schandau 22. November 2013
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2. Heutige Stellung der KWK im Energiemarkt Ziele Bundesregierung Die Bundesregierung verfolgt das Ziel, den Anteil von KWK an der Gesamt nettostromerzeugung bis 2020 auf 25 % zu erhöhen. Gleichzeitig sollen bis 2020 mindestens 35 % des Bruttostromverbrauchs aus erneuerbaren Energieträgern gedeckt werden. Ohne eine gravierende Änderung der energiemarktwirtschaftlichen Rahmenbedingungen werden die von der Bundesregierung geforderten Ausbauziele bis 2020 voraussichtlich nicht erreicht. 2013 werden ca. 17 % der Gesamtnettostromerzeugung in KWK Anlagen erzeugt
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Heutige Stellung der KWK im Energiemarkt Einbettung der KWK in gesetzliche Rahmenbedingungen §
§ §
§ § § § § §
Kraftwärme Kopplungs Gesetz (KWKG 2012) – KWK Zuschlag um 0,3 ct/kWh für KWK 0 – 2 MW erhöht – Einführung einer neuen Vergütung für KWK 50 – 250 kW – Förderung von Wärme und Kältespeicher/ Kältenetze – Flexiblere Laufzeitmodelle, Enbürokratisierung (Mikro) Erneuerbaren Energien Wärmegesetz (EEWärmeG) – Alternativ: Wärmeversorgung aus KWK möglich Energieeinsparverordnung (EnEV) – Günstige Anlagen Aufwandszahl – Verpflichtung der Überprüfung, ob KWK sinnvoll ist Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) – Vergütung bei Einsatz von Bio Erdgas (23,67 Cent/kWh) KFW Programm (KFW) „Energieeffizient Sanieren“ – Programme 151/152/431/218 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Stromsteuergesetz (StrStG)] – Befreiung der ersten 2 MW Scheibe von der Stromsteuer (Rahmenbedingungen beachten!) Energiesteuergesetz (EnStG)] – Energiesteuerrückerstattung nach § 53 EnStG Richtlinien zur Förderung von KWK Anlagen bis 20 kWel – Einmaliger Investitionszuschuss
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Heutige Stellung der KWK im Energiemarkt Wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Durch die vorrangige Einspeisung und Vermarktung von Erneuerbaren Energien an der Börse kommt es zu einem Absenken der Börsenstrompreise (Merit Order Effekt). Der „Clean Spark Spread” (Differenz zwischen Brennstoffpreis (Gas) inkl. CO2 Preis und Strompreis) für KWK Anlagen wird durch den seitwärts tendierenden Gaspreis und fallenden Börsenstrompreis niedrig bis negativ.
Quellen: Benjamin Hufnagel, Rödl & Partner Nürnberg; KWK Chancen im Ländervergleich 09/2013 EEX Gaspool: http://www.brennstoffbarometer.info 11/2012
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3. Beitrag von KWK Anlagen zur Energieeffizienz Bekanntes Problem:
Erfolg beginnt bei der Planung! Lösungsansätze:
Bestandteile der Stromkosten für die mittelständische Industrie
1. Energie Konzept für Gesamt Unternehmen – incl. Nutzung von Abwärme und Planung eigener (KWK )Erzeugung 2. Auslegung der KWK Anlage auf Basis Jahresdauerlinie des Wärmeverbrauchs und beabsichtigter Stromnutzung (z. B. Netzeinspeisung mit / ohne Marktprämie versus Eigenstromprivileg) 3. Auswahl der geeigneten KWK Technik 4. Anlagenplanung, incl. Wirtschaftlichkeitsbewertung aller Kosten und Erlöse
Quelle Diagramm: Jörg Ottersbach, Falk Otto, Knut Schrader,BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH; Marktbedingungen für KWK Anlagen; EuroHeat&Power 42. , Heft 7 8, S. 64 68, 2013
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Beitrag von KWK Anlagen zur Energieeffizienz Fall 1: Einspeisung des erzeugten Stroms in das Netz des Regionalen Netzbetreibers Rechenbeispiel Quartal IV 2013 (KWK Anlage: 232 kWel): EEX Baseloadpreis (Quartal III 2013)
3,876
ct/kWh
+ KWK Zuschlag
4,304
ct/kWh
+ Vermiedene Netzkosten MS
0,28
ct/kWh
= Wert des erzeugten Stroms
8,46
ct/kWh
Unter bestimmten Voraussetzungen (install. el. Leistung < 2 MW, Verbrauch im räumlichen Zusammenhang) kann als zusätzlicher Nutzen die Stromsteuerrückerstattung i. H. von 2,05 Ct/kWh angesetzt werden
Allgemeines wirtschaftliches Problem: Ende des KWKG Bonus nach 30.000 Vbh. Mögliche Abhilfe: Umstellung auf EEG Anlage (Bio Methan) Einbindung in Regelenergie Pool Dr. Rutger Kretschmer
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Beitrag von KWK Anlagen zur Energieeffizienz Fall 2: Eigennutzung des erzeugten KWK Stroms Wesentliche Vorteile: Substitution von teurem Strombezug Vermeidung von EEG Umlage, Netzkosten, Stromsteuer für eigen genutzten Strom (Entsolidarisierung!) KWK G Bonus wird auch für eigengenutzten Strom gezahlt „Subventionierung“ der eigenen Wärmekosten Netzeinspeisungs Stromanteil kann für Optimierung (Regelenergie) genutzt werden Zu beachten: Wenn die KWK Anlage einem Contractor gehört, ist für den „eigengenutzten“ Strom die EEG Umlage und die Stromsteuer zu entrichten, da ein Lieferverhältnis entsteht. Quelle Diagramm: Jörg Ottersbach, Falk Otto, Knut Schrader,BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH; Marktbedingungen für KWK Anlagen; EuroHeat&Power 42. , Heft 7 8, S. 64 68, 2013
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Beitrag von KWK Anlagen zur Energieeffizienz
mit Gasverdichter
Optionen KWK Technik: Vergleich zwischen BHKW und Mikro GT der Leistungsklasse 200 kWel
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4. Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Faktor Zeit eines BHKW Projektes (Leistungsklasse 650 kWel) Grundlagenermittlung / Vorplanung inkl. Kostenschätzung 4 – 6 Wochen Entwurfsplanung inkl. Kostenberechnung 4 – 6 Wochen Entscheidungsprozess im Unternehmen bis zur Projekt Freigabe 1 – 4 Wochen Ausschreibung / Vergabe des Planungsauftrags; Erstellung aller LV´s 8 bis 12 Wochen Ausschreibung / Vergabe aller Lose (Bau, Anlagenbau, BHKW etc.) 8 bis 10 Wochen Bauantrag 3 Monate ab Einreichung aller Unterlagen Genehmigungsplanung BImSchG 6 Monate ab Einreichung aller Unterlagen Iterative Werkplanung, Bau 4 5 Monate Kalte u. warme Inbetriebnahmen 4 bis 6 Wochen Probebetrieb 1 2 Wochen Abnahme idealerweise 1 Tag
Fazit: Unter Berücksichtigung parallel durchgeführter Abläufe sind ab Freigabe Entscheidung 12 bis 14 Monate realistisch. Dr. Rutger Kretschmer
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Faktor Investitionskosten In gängigen Veröffentlichungen sind z. B. folgende Invest Kennziffern anzutreffen:
In der Regel sind jedoch die Gesamtkosten einschl. Planungsleistungen sowie aller Bauleistungen und medientechnischen Einbindungen des BHKW zu beachten! z. B. Aufstellungsgebäude entspr. Schalldämpfungsvorgaben Abgasanlage mit Schalldämpfern und Schornstein Zu und Abluftanlagen mit Schalldämpfern Motoröl Anlage Trafo und Übergabestation NS / MS Kabel Erdasversorgung / ggf. GDRMA Wärmeseitige Einbindung / ggf. Wärmespeicher Leittechnik / Einbindung in Leitsystem Messungen / geeichte Zähler für alle Medien Abregeleinrichtung für Netzbetreiber gem. § 6 EEG
Unsere Erfahrungswerte: Leistung kWel. 5 spezif. Inv.k. T€/kW 7
230 2
650 1,4
Datenquelle: Stadtwerke Schwäbisch Hall Dr. Rutger Kretschmer
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Faktor Betriebsaufwendungen / Wartungskosten Neben den Brennstoffkosten stellen die Wartungskosten eines BHKW den wesentlichen Kostenfaktor dar. Nicht zu vernachlässigen sind außerdem Aufwendungen für Motorenöl und andere Betriebsmittel, Kosten für Prüfungen (Abgas, Schall, ggf. TÜV), Mess Zähl und Abrechnungskosten sowie die eigenen Personalkosten für tägliche / wöchentliche Inspektionen Von den BHKW Lieferanten werden verschiedenste Wartungs /Servicevertragsmodelle angeboten: Unsere Erfahrungswerte bei Wartungskosten Regelwartungsvertrag (Vollwartung, incl. Öl, Ersatzteilen und Teilwartungsvertrag Grundinstandsetzung): Inspektionsvertrag Instandhaltungsvertrag Vollwartungsvertrag Bereitschaftsvertrag m. Störungsbeseitigung Servicevertrag zur erweiterten Erreichbarkeit Servicevertrag für BHKW
Leistung kWel. spezif. Wart.k. ct/kWh
100 3,0
230 1,5
650 1,2
Es ist zwingend erforderlich, sich im Vorfeld eines Vertragsabschlusses mit den jeweiligen Inhalten dieser Verträge vertraut zu machen! Dr. Rutger Kretschmer
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Umfang der Wartungsleistungen Tägliche Kontrollen (durch Betreiber, ggf. tw. fernwirktechnisch) (Elektrische Leistung, Schmierölstand, druck, Kühlwassertemperatur, druck, Sondenspannung, Abgastemperatur, Heizwassertemperaturen, Sichtkontrollen, Laufruhe, …)
Wöchentliche Kontrollen (durch Betreiber) (Batteriespannung, Schmierölverbrauch, stand, Kontrolle Betriebsstunden, Startzahlen und Drehzahlregelung, Sichtkontrollen)
Wartungsarbeiten nach Betriebsstunden z. B. (durch BHKW Hersteller) nach 1.250 Betriebstunden: (Ölstand, Schmierölkreislauf, Luftfilter, Ventilspiel, Gestänge, Batterie, Startablauf, Betriebsdaten)
nach 2.500 Betriebstunden: (Kühlwasser, Zündung, Kompressionsdruck, Temperaturwächter, Kondensatablauf, Abgasklappe, Öldruckwächter, Drehzahlüberwachung, Filtermatten, …)
nach 5.000 Betriebstunden: (Ölabscheiderventil, Abgaswerte, Gasfilter, Gasstrecke)
nach 7.500 Betriebstunden: (Kühlwasser, Ventilschaftdichtung, Lambdasonde, Kühlwasserdruckwächter, Gasmischer)
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Instandsetzungsarbeiten (prüfen/erneuern) nach Betriebsstunden z. B. nach 10.000 Betriebstunden (Katalysator erneuern)
nach 20.000 Betriebstunden (Kolben, Zylinder, Laufbuchsen, Pleullager, Hauptlager, Wärmetauscher reinigen, Zündspulen)
nach 25.000 Betriebstunden (Zylinderköpfe, Generator, Generatorlager)
nach 30.000 Betriebstunden (Kupplung erneuern)
Grundinstandsetzung nach 40.000 (60.000) Betriebsstunden (Austauschmotor, Komplettüberarbeitung)
Störungsbeseitigung
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Praktische Risiken beim Betrieb BHKW Motoren sind – in aller Regel robuste, ausgereifte Maschinen, welche bei entsprechender Wartung auch mehr als 8.000 h/a laufen. Bei Abschluss eines all inclusive Vollwartungsvertrags sind praktisch alle Risiken abgedeckt. In Abhängigkeit vom Bestand eigener Service Fachkräfte können Teilleistungen (z. B. Zündkerzenkontrolle, Öl Handling und/oder erster Anlagencheck bei Störungen) in Eigenregie übernommen werden. Kritisch: Lieferfristen für Ersatzteile Hinweise zum Öl Handling: Ölproben nach Vorgaben des Modulherstellers sowie des Öl Labors ziehen (Vorgabe der Betriebsstunden) zeitnahe Umsetzung der Vorgaben aus dem Ölprotokoll nur vom Modulhersteller freigegebene Öle einsetzen Achtung: BHKW Hersteller neigen rasch dazu, Störungen des BHKW einem nicht fachgerechten Öl Handling anzulasten (wenn es der Kunde macht)! Dr. Rutger Kretschmer
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Praxiserfahrungen bei Planung, Bau und Betrieb von BHKW Anlagen Mögliche Stolperstellen: Vorzeitiger Verschleiß Auf Laufzeit Angaben von Verschleißteilen in der Dokumentation ist nur bedingt Verlass. Zylinderköpfe / Ventilsitze haben z. B. Standzeiten bis zu 24.000 h. In der Praxis kann das aber auch mal deutlich kürzer sein. – Vollwartungsverträge entspannen dieses Thema Vorgezogene Grundinstand setzung wegen vorzeitigem Verschleiß der Zylinderköpfe Große Ausnahme: Motorschaden (Kolben Platzer) durch defekte Nockenwelle
Kondensat Handling Bei der Anlagenkonzeption ist eine Schornsteinkondensat Neutralisation vorzusehen Frostschutz bedenken, ggf. Begleitheizung Unerwartete Störungen (zu hohe Umgebungstemperatur oder RL Temperaturen …) Einbindung einer BHKW Anlage in die übergeordnete Regelung einer Bestandsanlage um eine geordnete An b.z.w. Abwahl ggf. auch Modulation des Modules zu sichern. Dr. Rutger Kretschmer
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gern sprechen wir mit Ihnen über Planung, Bau und Betrieb Ihrer BHKW Anlage, auch als Contractingleistung.
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