Primärenergetische Bewertung von Fernwärme aus KWK


Die Kraft Wärme Kopplung (KWK) gilt als eines der effizientesten Heizkonzepte und produziert neben Wärme auch Strom. Dadurch wird eine sehr gute Ausnutzung des Brennstoffes erreicht. Im Vergleich mit der konventionellen Erzeugung von Strom und Wärme sind deutlich geringere Verluste Gesamtverluste zu verzeichnen.
Durch die Energieeinsparverordnung (EnEV) werden die Primärenergiefaktoren immer wichtiger um den Jahresprimärenergiebedarf eines Gebäudes zu berechnen. Dieser kann entweder durch Dämmmaßnahmen oder durch eine effiziente und/oder erneuerbare Heiztechnik gesenkt werden. Wichtig ist des Jahresprimärenergiebedarfs bei Fördermaßnahmen der KfW – Bank(z.b. Effizienzhaus 70).
Die Primärenergiefaktoren fp der Energieträger sind durch die EnEV in ihrer jeweilig aktuellen Fassung festgelegt. Dabei hat sich vor allem der fp-Wert für Strom stark verändert. Durch den erhöhten Anteil erneuerbarer Energieträger im deutschen Strommix sank dieser von 3 (EnEV 2002) auf 2 (EnEV 2014) und beträgt am 2016 nur noch 1,8. Für die Kraft-Wärme-Kopplung zu Heizzwecken wird ein fp-Wert von 0,7 verzeichnet. Zum Vergleich beträgt der fp-Wert von Heizwerken 1,3.
Bei der Nutzung durch Fernwärme kann dieser Wert jedoch nicht benutzt werden, da In der Regel bei der Fernwärmeversorgung jedoch ein Mischfall unterschiedlicher Wärmeerzeuger vorliegt, wobei zusätzlich auch noch unterschiedliche Energieträger – fossile wie auch erneuerbare– zum Einsatz kommen. Damit muss der Primärenergiefaktor errechnet werden

Der Primärenergiefaktor ist das Verhältnis der genutzten Primärenergie zur hergestellten Endenergie und wird in folgender Formel dargestellt.
PE-Faktor = Primärenergie/Endenergie

 

Dabei bestimmt der Primärenergiefaktor den Jahresprimärenergiebedarf durch die Energieaufwandszahl. Je geringer der PE-Faktor, desto geringer ist die Energieaufwandszahl ep, die zur Berechnung des Jahresprimärenergiebedarfs benötigt wird.

 

Folgende Formal wird zur Berechnung des Jahresprimärenergiebedarfs benutzt:

Jahresprimärenergiebedarf = Energieaufwandszahl * (Wärmebedarf des Objekts + Strombedarf der Heizanlage)

 

Da bei der KWK gleichzeitig Strom und Wärme produziert wird, sind der Brennstoffeinsatz, Emissionen sowie Kosten nicht eindeutig auf die entstehenden Produkte aufteilbar. Eine genaue Aufteilung wird in der EnEV durch eine energetische Allokation durchgeführt. Bei diesem Verfahren hat die primärenergetische Bewertung von Strom gleichzeitig großen Einfluss auf den zu errechneten PE-Faktor von KWK Wärme.
Hier ein Beispiel nach EnEV 2002 und 2007
Nutzungsgrad KWK-Anlage: 80 %
Stromkennziffer BHKW: 0,6
 fp1
(Aus Primärenergetische Bewertung von Fernwärme aus KWK; Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.)


Dabei ist zu erkennen, dass bei sinkendem fp Wert für Strom ein erhöhter fp Wert für Wärme anzulegen ist. Somit ist der fp Wert für Wärme aus einer KWK Anlage ab 2016 bei 0,92 und liegt deutlich über den angegebenen 0,7. Der Grund hierfür ist, wie schon erwähnt, der erhöhte Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien, der nach dieser Berechnungsart durch den KWK Strom verdrängt wird. Nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) und dem erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) ist Strom aus erneuerbaren Anlagen als auch Strom aus KWK Anlagen bevorzugt abzunehmen. Somit wird durch KWK Strom kein Strom aus erneuerbaren Energien verdrängt, sondern beide Stromarten verdrängen fossile Kraftwerke mit den höchsten Grenzkosten. Dieser Effekt wird auch Merit Order Effekt genannt und kann in folgender Abbildung nachvollzogen werden.
 fp2
Somit verdrängt KWK Strom mit dem Strom aus erneuerbaren Energien Kraftwerke der Mittel- und Spitzenlast. Diese Kraftwerke werden zumeist mit Steinkohle betrieben. Daraus ergibt sich ein erhöhter PE-Faktor für den verdrängten Strommix. Nach  Berechnung der Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. lag dieser im Jahr 2005 bei 2,92.
Seit der EnEV 2012 ist der Verdrängungsmix für die Berechnung zulässig und wird durch die AGFW FW 309-1 auf 2,8 festgelegt. Somit kann ein geringer Primärjahresenergiebedarf durch Fernwärmenätze mit KWK erreicht und eine erhöhte Förderung generiert werden.  Der fp-Wertz für Wärme liegt dann im oben genannten Beispiel bei 0,52 und somit unter den 0,7, die für KWK-Anlagen angenommen werden. Auch die KfW verweist zur Anerkennung der Berechnung von KfW-Effizienzhäusern und der damit verbundenen Förderung auf das AGFW-Arbeitsblatt 309-1.
Das Erreichen eines Energieeffizienzhaus Standards, dass durch ein Fernwärmenetz mit einem Blockheizkraftwerk mit Wärme versorgt wird ist durch das FW 309-1 auch nach der neuen EnEV 2014 möglich. Informationen zur neuen EnEV 2014 finden sie hier.

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