Wärmepumpentarif ohne diskriminierende Sonderlasten

Report
V_AKE2011F
Wärmepumpentarif
ohne
diskriminierende Sonderlasten
Dr. Gerhard Luther
Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26
D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
Tel.: (49) 0681/ 302-2737; 0681-56310 (p)
e-mail: [email protected]
[email protected]
Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze
GuD = Gas- und Dampfkraftwerk
WP = Wärmepumpe
KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
.1 Die Rolle des Erdgases
Heizöl
ca. 50% Erdgas
Quelle:http://www.bdew.de/bdew.nsf/id/DE_Beheizungsstruktur_des_gesamten_Wohnungsbestandes/$file/10%2007%2016%20Beheizungsstruktur%2
0im%20Bestand%201975-2009p.pdf
Schlüsselfrage:
Wie kann man das Erdgas
am günstigsten
zur Strom-und Wärmeversorgung
einsetzen
Wärmepumpentarif ohne diskriminierende
Sonderlasten
1. Einleitung: Rolle des Erdgases für {Wärme und Strom} und Thermodynamisch optimiertes Heizen
2. Wie vergleicht man KWK und getrennte Erzeugung
2.0 Vorgaben der EU und einer wissenschaftlichen Vorgehensweise
2.1 Ein einfaches Vergleichsschema
2.11 Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung, 2.12 Wärmeversorger mit KWK –Anlage, 2.13 Dezentrale WP und zentrales GuD
3. Der KWK Mythos
( nur Erinnerung)
4. Ergebnisse bei Erdgas für Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung:
4.0 Modernisierungs Szenario
4.1 Strom und gesamte Endenergie
4.2 Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?
Fazit:
5. Wärmepumpentarif zur Überwindung diskriminierender Steuern und Abgaben
5.0 jetzige Preisstruktur für Wärmepumpen-Strom (Alt-Tarif)
5.1 Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf die eingesetzte kWh Erdgas
5.3 Wärmepumpentarif ohne Diskriminierung
5.31 Grundanforderungen Wärmepumpentarif
5.32 Ausgestaltung des diskriminierungsfreien WP- Tarifes
2.
2. Wie vergleicht man
KWK
und getrennte Erzeugung
2.0 Vorgaben der EU und eines wissenschaftlichen Vorgehens
2.1 Ein einfaches Vergleichsschema
2.11 Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung,
2.12 Wärmeversorger mit KWK –Anlage,
2.13 Dezentrale WP und zentrales GuD
2.0
Es ist vernünftig und
die EU schreibt auch vor,
dass bei Förderung der KWK in den Mitgliedsländern,
zum Vergleich mit der getrennter Erzeugung von Strom und Wärme
betrachtet wird:
1. Eine detaillierte Gleicheit der Wärme- und Stromproduktion
also gleiche Strom- und gleiche Wärmeproduktion auch in getrennter Erzeugung
(ergibt sich aus der Formel für PEE in Anhang III, b der EU 2004/8/EG).
2. Gleiche Primärenergieträger
also z.B. Erdgaseinsatz nicht nur bei KWK sondern auch bei getrennter Erzeugung
(Anhang III , f , Ziffer 1 der EU 2004/8/EG) .
3. Moderne Anlagen der getrennten Erzeugung
also z.B.: GUD und Brennwertkessel
(Anhang III , f , Ziffer 2 der EU 2004/8/EG)
heute müsste man aber in Deutschland an GuD und Wärmepumpe denken
eigentlich trivial
Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG
Anhang III „Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozesses
f) Wirkungsgrad-Referenzwerte für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme
……
Die Wirkungsgrad-Referenzwerte
werden nach folgenden Grundsätzen berechnet:
1. Beim Vergleich von KWK-Blöcken gemäß Artikel 3 mit Anlagen zur getrennten
Stromerzeugung gilt der Grundsatz, dass
die gleichen Kategorien von Primärenergieträgern
verglichen werden.
2. Jeder KWK-Block wird mit der besten, im Jahr des Baus dieses KWKBlocks auf dem Markt erhältlichen und
wirtschaftlich vertretbaren Technologie
für die getrennte Erzeugung von Wärme und Strom verglichen.
3. …
4. …
Quelle: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF
4. Eine weitere naheliegende Anforderung an einen Systemvergleich:
Vollständige Alternativen“ betrachten
„
• Die Wärmeversorgung der Verbraucher/Kunden muss in
jeder Alternative vollständig abgedeckt werden.
(„Spitzenkessel“)
• „Spitzenstrom“ , also eine ungekoppelte Stromerzeugung,
der KWK-Anlage darf nicht ausgeklammert werden.
Dies wird auch in „Einleitenden Bemerkungen Ziffer 11 der EU-2008/4/EG indirekt angesprochen:
Zitat aus EU Richtlinie
Einleitende Bemerkungen
tatsächlich:
2004/8/EG
0 bis
-5%
ca.
in Erwägung nachstehender Gründe:
…..
(11) Hocheffiziente KWK wird in dieser Richtlinie als der Umfang der
Energieinsparungen durch die kombinierte anstatt
der getrennten Produktion von Wärme und Strom definiert.
Energieeinsparungen von mehr als 10
% gelten als „hocheffizient“.
Zur Maximierung der Energieeinsparungen und um zu vermeiden, dass
Energieeinsparungen zunichte gemacht werden, muss
den Betriebsbedingungen
von KWK-Blöcken
die größte Aufmerksamkeit gelten.
…...
Quelle: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF
Definition der sogenannten „Hocheffizienz“ von KWK-Anlagen
Zitat aus EU Richtlinie 2004/8/EG
Anhang III, “ Verfahren zur Bestimmung der Effizienz des KWK-Prozesses“, Buchstabe a :
a) Hocheffiziente KWK
Im Rahmen dieser Richtlinie muss „hocheffiziente KWK“ folgende Kriterien
erfüllen:
— die KWK-Erzeugung in KWK-Blöcken ermöglicht gemäß Buchstabe b) berechnete
Primärenergieeinsparungen von
mindestens 10 % im Vergleich
zu den Referenzwerten für die getrennte Strom- und Wärmeerzeugung;
— die Erzeugung in KWK-Klein- und Kleinstanlagen, die
Primärenergieeinsparungen erbringen,
kann als hocheffiziente KWK gelten.
Bemerkumg (gemäß Artikel 3 „Begriffsbestimmungen, Buchstabe m und n gilt ) :
„KWK-Kleinstanlage“ heißt max. 500 kWe;
„KWK-Kleinanlagen“ heißt : <
1 MWe;
Zitate für EU –KWK-Richtlinie:
RICHTLINIE 2004/8/EG DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES
vom 11. Februar 2004 über die Förderung
einer am Nutzwärmebedarf orientierten Kraft-Wärme-Kopplung im Energiebinnenmarkt
und zur Änderung der Richtlinie 92/42/EWG
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:052:0050:0060:DE:PDF
Richtlinie 2007/74/EG =
Entscheidung der Kommission vom 21.12.2006, zur
Festlegung harmonisierter Wirkungsgrad-Referenzwerte
für die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme in Anwendung der RL 2004/8/EG..)
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2007:032:0183:0188:DE:PDF
2.1
Ein einfaches und korrektes Vergleichsschema
2.11
Dezentraler Kessel und zentrale Stromerzeugung
Erdgas
Q0
Wärme:
th = xK * BK
Wärme
System:
xK
th
Brennwertkessel:
BK
xK + xGuD =1
Strom:
el = xGuD * GuD
xGuD
GuD-Anlage:
GuD
el
Strom
2.12
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Erdgas
Q0V
Wärme
Versorger:
Spitzenkessel:
xSK
Paradefall:
Die KWK –
Scheibe
KWK-Anlage :
xKWK
xSE
im KWK-Betrieb
K
W
K
im SpitzenstromBetrieb
Strom
Wärmeversorger mit KWK –Anlage
Erdgas
Q0V
Wärmespitze:
thV
Versorger:
Spitzenkessel
xSK
KWK-Anlage:
KWK
xKWK
Zusatzstrom:
Wärme
xSE
im KWK-Betrieb
K
W
K
im SpitzenstromBetrieb
elV
Strom
Ein korrekter Vergleich muss
die gesamte Produktion des Versorgers,
die mit seiner KWK Anlage und
der Verpflichtung zur Fernwärmelieferung zusammenhängt,
beachten.
E rd g a s
W ä rm e
Q 0V
V e rs o rg e r :
Vergleiche also Erdgaseinsatz (PE) für:
KWK:
Q0V = PE des Versorgers
und
getrennte
Erzeugung: Q0 = PE für GuD + Kessel, ergibt
sich aus detaillierter Gleichheit:
Wärme = Q0 * ηK
Strom = Q0 * ηGuD
S p itze n k e s s e l:
xSK
K W K -A n la g e :
im K W K -B e trie b
xKWK
xSE
K
W
K
im S p itz e n s tro m B e trie b
S tro m
2.13
Dezentrale Wärmepumpe und zentrale GuD-Anlage
Erdgas
Q0
Wärme
System:
th
Wärmepumpe:
K_WP
Strom für WP:
Strom:
xK
xGuD
GuD-Anlage:
GuD
el
Strom
Vergleich KWK mit: { GUD + Wärmepumpe }
Betrachte die WP als einen „Superkessel“ mit einem
- auf den GasEinsatz im GUD-Kraftwerk bezogenen -
thermischen Wirkungsgrad:
K_WP
JAZ**GUD
K_WP== JAZ
GUD
Mit : JAZ = Jahresarbeitszahl = gelieferte Wärme / eingesetzter Strom
GUD = eingesetzter Strom / eingesetzte Wärme im Kraftwerk
Zahlenwerte:
Zum Vergleich:
Brennwertkessel: eta_K =
1,1
Speicher: KWK_Vergleich_mit_WP.xls!“eta_K_WP“
3.
3. Der KWK Mythos
3.0
KWK als Hoffnungsträger zur Energieeinsparung
• Gesetzlicher Auftrag zur Verdoppelung der Stromerzeugung
aus KWK auf eine Anteil von 25% bis 2020 AD (KWKG)
• Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom
• Jährliche Subventionen in etwa Milliardenhöhe durch
Einspeisevergütung gemäß :
KWKG = Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2009 und
EEG = Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009
(Finanziert durch Abwälzung auf Strompreis)
• und weitere Vergünstigungen
( z.B. Anrechnung als RE in EEWärmeG, Interessenverband ist „gemeinnützig“, etc. )
3.1 „Abwärme“
Ein beliebter Spruch:
„ KWK nutzt Abwärme, die sonst verloren wäre.“
Verschwiegen wird meist:
Fernwärme wird bei thermodynamisch noch Arbeits - fähigem
Temperaturniveau betrieben,
daher:
bei Dampfkraftwerken ergibt sich eine deutliche Stromeinbuße,
und
bei Motoren und Gasturbinen ist
wg. der hohen Abwärme-Temperatur
der elektrische Wirkungsgrad von vorneherein niedrig.
3.2
Man erhält
märchenhafte CO2- und PE Einsparungen
wenn man z.B.:
1. nur die „Brennstoffausnutzung“ vergleicht
also bei der KWK Strom und Wärme addiert,
und dann mit dem Strom aus einem reinen Kraftwerk vergleicht.
{2. +3.}: moderne Erdgas –KWK vergleicht mit:
• altem Ölkessel + altem KoKW
•
+
StromMix (50% Kohleanteil)
Ergebnis: „KWK – Mythos“ mit
märchenhaften 30 - 60% Einsparung an CO2 und PE
3.3
Warum die KWK meist besser erscheint als sie tatsächlich ist.
Es werden oft zugunsten der KWK:
U1: die offenkundigen Fehler des „KWK-Mythos“ gemacht:
(nur „Brennstoffausnutzung“ bewertet;
Vergleich „alter KoKW“ mit „neuen Erdgas-KWK“ ,
„reine Abwärmenutzung“ ohne Wirkungsgradeinbuße )
U2 : Beitrag des Spitzenkessels ausgeklammert,
U3 : nur die Stromerzeugung im „KWK- Betrieb“ betrachtet („Paradefall“),
U4: Unrealistische (manipulierte) Vergleichswerte der getrennten Erzeugung
benutzt (sogar gesetzlich vorgeschrieben wg. EU 2007/74/EG )
U5: Bei WP Strombezug aus dem deutschen Strommix unterstellt,
statt im Systemvergleich aus modernem Gas- Kraftwerk (GuD).
Andererseits werden manchmal (im Prinzip ok aber verkomplizierend):
U6: Umfangreiche Nebeneffekte berücksichtigt
(Verluste im Stromnetz, Bonus für Verbraucher nahe Stromerzeugung
Pumpstrom und Wärmeverluste in Fernwärmeleitung,
Unterschiede im Aufwand für
Gastransport zum zentralen oder dezentralen Verbraucher, etc.)
(U5) : Ein wichtiges Argument in voller Länge
Bei Wärmepumpen wird mit dem Strombezug aus dem deutschen Strommix gerechnet.
Im Systemvergleich mit moderner Erdgas – KWK muss man aber den
Strombezug aus einem Erdgas GuD - Kraftwerk zugrunde legen.
Begründung:
1. Bei einer neuen Erdgas-KWK-Anlage wird sowohl der Strom als auch die Wärme aus
einer neu errichteten Anlage und aus Erdgas erzeugt.
Zu einem korrekten Systemvergleich mit einer getrennten Erzeugung muss daher
ebenfalls von modernen Erdgasanlagen ausgegangen werden.
2. Diese bereits in der EU-Richtlinie 2004/8/EG für den Fall von Kraftwerk und dezentralem Kessel festgelegte Vorgehensweise muss sinngemäß auch auf die
Stromversorgung von dezentralen Wärmepumpen angewendet werden.
3. Würde man die WP im Systemvergleich mit dem Strom-Mix speisen, so würde man
für die Energieversorgung der Wärmepumpe ja letztendlich nicht Erdgas
sondern den BrennstoffMix der deutschen Stromerzeugung einsetzen.
4 Im Übrigen werden bei der beabsichtigten Verlagerung von Erdgas aus der dezentralen Wärmeerzeugung in die Stromerzeugung
ja auch tatsächlich neue GuD-Anlagen gebaut werden,
falls KWK-Anlagen in geringerem Umfang zum Zuge kommen.
4.
Vergleich KWK - Getrennte Erzeugung
Ergebnisse bei Erdgas:
Mehraufwand bei getrennter Erzeugung mit
GuD + Brennwertkessel
GuD + Wärmepumpe
Schwerpunkt: Erdgas - KWK für Gebäudewärme
4.0
Modernisierungs Szenario
Aufgabe:
Moderne Erdgas- Anlagen sollen
einige bestehende alte Stromkraftwerke und
eine sehr große Zahl von alten Heizungsanlagen
verdrängen.
ein Hintergrund: Der deutsche Gasabsatz von insgesamt 925 TWh wurde 2007
zu 11,5 % zur Verstromung in Kraftwerken und
zu
27 % meist zu Heizzwecken in den Haushalten eingesetzt.
Veranschaulichung:
250 TWh Heizwärme entspricht
{Faktor 0.6) ca. 150 TWh Strom
Gesamte Stromerzeugung in DE: ca.
600 TWh
4.1
Strom und gesamte Endenergie
Strom: GuD bzw. Versorger
0,60
εel
Erzeugung von Strom und Wärme
Gaseinsatz: Q = 1
0,50
E_GuD
f = 1.1
0,40
0,30
EGuD+
EGuD-
f = 0.9
ergäbe sich bei Gaseinsatz Q= 1.1
0,20
0,10
GuD + BrennwertKessel
0,00
εεgesgesamt
_
0,40
0,60
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Es ist praktisch, statt εth
als Abszisse
εgesamt = εth + εel
2,20
zu wählen.
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Strom und gesamte Endenergie
Strom: GuD bzw. Versorger
0,60
Erzeugung von Strom und Wärme
εel
f =0.9
f =1.1
Gaseinsatz: Q = 1
0,50
0,40
0,30
0,20
E_GuD
EGuD+
B2
B4
B2
B4
B5
B5
B6
B7
B6
B7
B8
EGuD-
B8
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger
mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
0,10
GuD + BrennwertKessel
0,00
0,40
0,60
εε ges
gesamt
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
_
2,20
Paradefall: kleine Symbole
Gesamter KWK-Versorger: Große Symbole
Es ist praktisch, statt εth
als Abszisse
εgesamt = εth + εel
zu wählen.
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
Strom und gesamte Endenergie
neu: Zentrales GuD speist auch Wärmepumpe mit JAZ=4
Erzeugung von Strom und Wärme
Strom: GuD bzw. Versorger
εel
0,60
Gaseinsatz: Q = 1
f = 90%
0,50
0,40
f = 90%
0,30
0,20
f = 110%
E_GuD1
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD1EGuD+
E_GuD
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD-
GuD versorgt auch WP
0,10
GuD + BrennwertKessel
0,00
0,40
0,60
εges
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
2,20
Paradefall: kleine Symbole
Gesamter KWK-Versorger: Große Symbole
hier: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1; XSE= 0.1
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
4.2
Kann optimale KWK die Effizienz eines
GuD-WP- Systems je erreichen?
0,60
εel
Kann eine optimale KWK die Effizienz der WP erreichen?
0,50
Strom: GuD bzw. Versorger
GuD versorgt auch WP
Gaseinsatz: Q = 1
f=0.9
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,40
GuD + BrennwertKessel
zentral
E_GuD1
B2
B4
B5
B6
B7
B8
EGuD1-
Paradefall: kleine Symbole
0,50
E_GuD
B2
B4
B5
B6
B7
B8
0,60
dezentral
0,70
0,80
0,90
1,00
εgesamt
gesamte Endenergie: Wärme und Strom
Große Symbole: Beispiel für KWK-Versorger mit 10% Spitzenanteile: XSK= 0.1, und XSE= 0,1
Speicher: KWK-Vergleich_eta_GUD_BK_WP.xls; Blatt „allg_ges“
1,10
Kann optimale KWK die Effizienz eines GuD-WP- Systems je erreichen?
1. Bei kleiner dezentraler KWK ist theoretisch eine hohe „Brennstoffausnutzung“ - wie bei einem Brennwertkessel- möglich.
(Betrachte: gesamt <= 1.05 )
Aber bei Motoren sind keine hohen elektrischen Wirkungsgrade möglich. (Betrachte: el < 0.40 , meist jedoch < 0,35)
2. Bei großer zentraler KWK ist wg. des Fernwärmenetzbetriebes keine
so hohe „Brennstoffausnutzung“ möglich: Betrachte: gesamt <= 0,91
Ein relativ hoher elektrischer Wirkungsgrad erreichbar, aber er ist (auch bei GuD)
begrenzt durch die Exergieverluste für die Bereitstellung der relativ
hohen Vorlauftemperatur der Fernwärme.
(Betrachte: el <= 0.46 )
Folgerung:
Selbst im Paradefall der KWK kann die Energie-Effizienz
des GuD-WP-System wohl nicht erreicht werden.
Ein nur didaktisches Beispiel:
Modernes, kleines GuD mit KWK und großes
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
GuD ohne KWK
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon
13%Punkte für WP-Betrieb verwenden
elKWK = 47% also 13% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 43% =(100 -10 -47%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 43/13 = 3,3
beachte aber : Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C
mit voller KWK:
COP einer dezentralen WP: COP = 4
beachte: Wärme 4* 13%Punkte = 52% bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C
Die KWK erzeugt einen exergetischen Luxus, der dezentral
in thermisch sanierten Gebäuden nicht mehr gebraucht wird.
Ein nur didaktisches Beispiel:
Modernes, großes
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
GuD mit und ohne KWK
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon
10%Punkte für WP-Betrieb verwenden
elKWK = 50% also 10% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 40% =(100 -10 -50%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 40/10 = 4
beachte : sogar Wärme bei hoher Temperatur, z.B. 130 °C
mit voller KWK:
COP einer dezentralen WP: COP = 4 , also ebenfalls
beachte: Wärme bei niedriger Temperatur, z.B. 30°C
40 %Punkte Wärme
Ein großes GuD bringt auch im KWK-Betrieb
hervorragende Leistung.
Günstig für industriellem Wärmebedarf hoher Temperatur.
Betrachte nun
ein Super-KWK :
GuD mit hohem el und hoher COP = 6
für Wärmeauskopplung aus Stromeinbuße
Abgasverluste = 10 %
ohne KWK: el =
60%
(umfasst auch sonstige Betriebsverluste)
, davon Wärmepumpenbetrieb mit JAZ = 4
elKWK = 54% also nur 6% Stromeinbuße
Fernwärme thKWK = 36% =(100 -10 -54%)
„COP“ der Stromeinbuße: COPKWK = 36/6 = 6
mit voller KWK:
Frage: Mehrverbrauch bei gleichem output an Strom und Wärme
Bei PE-Faktor f = 1.05 ergeben sich:
f * el = 63%Punkte Strom , davon 9%Punkte für WP-Betrieb verwenden:
ergibt:
f * el - 9 = 63 - 9 =
und
9 * JAZ = 9 * 4
Fazit:
{GuD + WP}
54%Punkte Strom
= 36%Punkte Wärme
bräuchte nur
5% mehr Erdgas als Super KWK
Fazit:
• Die Versorgung unter Einsatz von KWK-Anlagen ist der
getrennten Versorgung mit Brennwertkessel und GuD
meist knapp aber keineswegs grundsätzlich überlegen.
• Es kommt nicht nur auf die Anlage sondern ganz erheblich
auch auf die Betriebsweise an.
• Die KWK unterliegt deutlich im technischen Wettbewerb
mit GuD-Kraftwerk und Wärmepumpe.
• Eine herausragende Subventionierung der KWK
führt zu einem suboptimalen Ergebnis bei der Energie-Effizienz..
• die Wärmeauskopplung aus einem großen optimierten GuD wäre optimal,
aber doch nur geringfügig effizienter als { dieses GuD +WP}
Eine schlichte Überlegung:
• mit Erdgas wird in Deutschland überwiegend geheizt
ca. 50% Anteil im Gebäudebestand
• {GuD und WP} erzeugen am effizientesten Heizwärme
Faktor
>= 2
Faktor bis zu 2
•
daraus folgt: ??
besser als Brennwertkessel
besser als KWK
Warum setzt sich die el. Wärmepumpe
nur so langsam durch ?
it‘s the economy, stupid !
?
es sind tatsächlich:
diskriminierende Steuern und
Abgaben
5.
Wärmepumpentarif
zur Überwindung
diskriminierender Steuern und Abgaben
UrQuelle: AKE-Archiv http://www.uni-saarland.de/fak7/fze/AKE_Archiv/DPG2011AKE_Dresden/Links_DPG2011.htm#AKE 10.3
DPG2011_AKE10.3
Anforderungen an einen
Wärmepumpentarif
zur Überwindung diskriminierender Steuern
und Abgaben
beim thermodynamisch optimierten Heizen
Dr. Gerhard Luther
Universität des Saarlandes, FSt. Zukunftsenergie
c/o Technische Physik – Bau E26
D-66041 Saarbrücken
EU - Germany
Tel.: (49) 0681/ 302-2737; Fax /302-4676
e-mail: [email protected]
[email protected]
Homepage: http://www.uni-saarland.de/fak7/fze
WP = Wärmepumpe
KWK = Strom („Kraft“) – Wärmekopplung
5.0
jetzige Preisstruktur
Wärmepumpen-Strom
-3. Struktur des Sondervertrag-Tarifes (ohne MWSt.)
Stromtarif für WP (aus GuD)
Stromeinkauf EVU (geschätzt):
darin: für 0.5 EUA CO2
Konzessionsabgabe
gewälztes Netzentgelt:
14,43
[ct/kWh]
5,71
0.75
0,75
EEG, KWK und Strom-Steuer
0,11
1,50
5.61
5,61
Verwaltung und Deckungsbeiträge
1,50
Tarif Wärmepumpen gültig ab 1.1.2011, energis GmbH (RWE-Tochter), Saarbrücken
Quelle: energis : Preisblatt „Strom“, Stand 2011.0101, und eigene Schätzung nach privater Mitteilung
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls
5.1
Rückwälzung der Steuern und Abgaben auf
die
eingesetzte kWh Erdgas
Wirkungsgrad des GuD :
ηGuD = 0.6
Struktur des Erdgaspreises für GuD
ohne MWSt.
Rückwälzung: Die StromAbgaben werden auf den Erdgaseinsatz in einem GuD zurückgewälzt.
eta_GuD= 0,60
Rückwälzen:
0.75
5.61
Rückgewälzter Erdgaspreis
5,82
Kosten Erdgasbezug:
Erdgassteuer:
eta_GuD* { 0.5 EUA CO2}
eta_GuD*(EEG, KWK und Strom-Steuer)
2
0
0,45
3,37
gesamte Steuern und Abgaben:
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas
3.82
3,82
[ct/kWhth]
[ct/kWhth]
Vergleich der Einsatzpreise für Erdgas in
verschiedenen Anlagen der Wärmeerzeugung
HeizGuD/
KWK
gas
WP
Eingesetztes Erdgas
Kosten Erdgasbezug:
Dezentralitäts -Aufwand
5,85
5,30
5,82
2,0
3,30
2,0
3,30
2,0
0,00
davon:
0,03
1,80
1,47
Konzessionsabgabe
Netzgebühr:
Verwaltung und Deckungsbeiträge
Erdgas vor Steuern
Erdgassteuer:
rückgewälzte Steuern
Summe Steuern
5,3
0,03
1,80
1,47
5,3
0,55
0,00
0,55
[ct/kWhth]
0,00
0,00
2,0
[ct/kWhth]
0,00
3,82
0,00 3.82
3,82
[ct/kWhth]
Eine unglaubliche Diskriminierung des
Erdgaseinsatzes im GuD zur Versorgung der Wärmepumpen.
Kommentar:
Speicher: StaatlicheBelastung-Elektrizitaet.xls !Erdgas
Am Rande vermerkt zur dezentralen KWK:
• 0.0 [ct/kWh] keine Verteuerung, da Erdgassteuer erstattet wird
dies sind 0 % Aufschlag auf Heizgaspreis.
• Faktor ca.
2.6
durch die
dezentrale Bereitstellung
des Erdgases als Brennstoff für KWK in Haushalten
Stolperfrage:
Kann es eigentlich vernünftig sein,
Elektrizität für das StromNetz im großen
zu erzeugen, wenn dadurch
Stil dezentral
der Erdgaseinsatz rund
zweieinhalb fach teurer wird ?
1. Subvention: keine Erdgassteuer; aber ok , da GuD ebenfalls befreit.
Kommentar zur WP-Besteuerung:
Es ist administrativer Dilettantismus ,
die mit Abstand effizienteste Wärmeerzeugung
durch Steuern und Abgaben bei der Endenergie um fast einen
Faktor 2 zu verteuern.
Der Sachverhalt als Auslöser für den erbosten Kommentar:
Erdgas für GuD [ct/kWhth]: 2.0 [ohne Abg.], aber 5.8 mit zurückgewälzten Abgaben
Strom für WP [ct/kWhel]: 8.0 [ohne Abg.], aber 14.4 mit Abgaben (ohne MWSt)
5.3
Wärmepumpentarif
ohne
Diskriminierung
Bei der KWK
–Förderung
sollten die Ziele der Energiepolitik:
•
•
Einsparung von Primärenergie
CO2 -Reduktion
erreicht werden durch die Mittel:
•
•
•
Modernisierung: Ersatz alter Anlagen zur Wärmeerzeugung
Wechsel zum PE-Träger Erdgas , auch bei der Stromerzeugung
Einsatz der Technik: KWK
Werkzeuge:
(ohne die Subventionen)
1. Überhaupt keine
Abgaben auf Energieträger
2. Förderung für dezentrales Erdgas
3. Abnahmeverpflichtung von KWK-Strom
Beispiele für2.: Rückerstattung ErdgasSteuer, besondere Förderung von Mini-BHKW
5.31
Grundanforderungen Wärmepumpentarif
Zur Emanzipation der WP im Verhältnis zur KWK muss ein
Wärmepumpen-Tarif in gleicher Weise in Anspruch nehmen:
1.
Keine rückgewälzten Abgaben
2. Nur CO2 arme Primärenergie ( Erdgas und CO2 freie PE)
3. Abnahmeverpflichtung von WP-Strom in‘s Netz
Dann lassen sich die energiepolitischen Ziele
wesentlich effektiver und wesentlich preiswerter erreichen.
Volkswirtschaftliche Begründung zur
Abgabengleichheit
marktgesteuerte Auslese
günstigsten und sparsamsten Energieeinsatzes erfordern:
Ein
fairer Wettbewerb
und eine
des
Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung
des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes
für jede Technik oder Prozesskette
gleich sein.
Diese Forderung ist nichts anderes als
eine Anwendung des "Gesetzes
des einen Preises",
welches
auch als das "Fundamentalgesetz der Ökonomie schlechthin“ bezeichnet
wird /Sinn 2008/. Es ist daher rational wohl nicht abweisbar.
Quelle: Hans Werner Sinn: "Das grüne Paradoxon", ISBN 978-3-430-20062-2,
Ullstein , Berlin 2008, dort das Kapitel: " Das Gesetz des einen Preises", Seite 159ff
Preisstruktur
Wärmepumpen-Tarif
ohne
Diskriminierung
im Vergleich zum
Alt-Tarif
Struktur des vorgeschlagenen
Wärmepumpentarifes
zum Vergleich: der diskriminierende
Alt-Tarif
Neuer WP-Tarif (aus GuD)
Stromeinkauf EVU (geschätzt):
darin: für 0.5 EUA CO2
Konzessionsabgabe
gewälztes Netzentgelt:
EEG, KWK und Strom-Steuer
Verwaltung und Deckungsbeiträge
also
7,96
4,96
0,00
0,11
1,50
0,00
1,50
[ct/kWh]
8.0 statt 14.4
14,43
5,71
0.75
0,75
0,11
1,50
5.61
5,61
1,50
[ct/kWel]
Auswirkung des WP-Tarifes auf Investitionsrechnung
Betrachte: Haus mit Heizbedarf Qh= 25 [MWh] und WP mit JahresArbeitsZahl JAZ=4
1. Ausgangslage: Erdgasheizung
Heizkosten = Qh * P(kWhth) = 25000 * 5,85 [ct/kWh] = 1462,5 €
2. Ersparnis durch WP:
ΔK =
( = 1740 € mit MWSt)
Qh * [ P(kWhth) - P(kWhel) /JAZ ]
P = TarifPreis
AltTarif: ΔKalt = Qh* [ 5,85 - 14,43/ 4] = Qh *[ 5,85- 3,61]= 25000* 2.24 = 561 €
also Ersparnis gegenüber Erdgasheizung:
561/1462 == 38%
Die Zusatzkosten für die WP dürfen betragen: x* 38%
WP-Tarif:
ΔK1 + ΔKalt = Qh * [ 5,85 -
7,96/ 4] = Qh *[ 5,85- 1,99] = 25000* 3.86 = 965 €
also Ersparnis gegenüber Erdgasheizung:
965/1462 == 66%
Die Zusatzkosten für die WP dürfen betragen: x* 66%
3. Ersparnis durch Tarif-Reform= 66% -38% =
28%
mit WP-Tarif darf ich bei gleicher Wirtschaftlichkeit an Zusatzkosten für WP
28/38 = 74%
mehr investieren als bei dem AltTarif .
Übersichtliche aber Grobe Investionskostenrechnung
Die Annuität der Investition betrage:
A
[a]
ErsatzInvestition Brennwertkessel koste : I_BK
(=„SowiesoKosten)“
Investition für WP koste : I_WP
ZusatzInvest zum SowiesoFall also : ΔI_WP = I_WP - I_BK
Die jährliche BrennstoffKostenersparnis durch WP betrage: ΔK
dies erlaubt eine äquivalente ZusatzInvestition von: ΔK * A
[€/a]
[€]
also Wirtschaftlichkeitsbedingung:
ΔI_WP = ΔK * A
mit ΔK =
Qh * [ P(kWhth) - P(kWhel) /JAZ ]
Tarifreform ergibt Strompreisunterschied: ΔPel = Palt(kWhel) - Pneu(kWhel)
und eine Stromkostenersparnis : ΔK1 =
Qh * ΔPel /JAZ
Sei
ΔKalt die Brennstoffkostenersparnis durch WP nach altem Tarif,
[ΔK1 + ΔKalt ] die Brennstoffkostenersparnis durch WP nach neuem Tarif
dann ist
Wirtschaftlichkeitsbedingung ΔI_WPalt = ΔKalt * A
ΔI_WPneu = ( ΔK1 + ΔKalt ) *A
Verbesserung
durch Tarif-Reform:
ΔI_WPneu / ΔI_WPalt = 1+ ΔK1 / ΔKalt
5.32
Ausgestaltung des
diskriminierungsfreien
WP- Tarifes
1. Enger Anwendungsbereich des WP-Tarifes
• WP-Strom nur für hocheffiziente WP, z.B. mit COP > 4.5
kalkulierte Jahresarbeitszahl: JAZ > 4
• keine Aufweichung für bestimmte Technologien, also z.B. für Luft –WP
• Gesonderter Stromkreis ausschließlich für WP , Heizstab muss an
Haushaltsstrom angeschlossen sein.
• Spätere Anhebung der Anforderungen für Neuanlagen
nach dem Stand der fortschrittlichen Technik.
Zielsetzung:
• Bei bestehenden Anlagen sollen nur die wirklich guten Anlagen unter den
WP-Tarif fallen. Dann gibt es wenig Mitnahmeeffekte und daher
beim Start wenig
Steuereinbußen.
• Anreiz für Verbesserung der Anlagen.
Gute Anlagen rechnen sich auch bei höherer Investition.
Warum der WP-Tarif den Staat überhaupt nichts kostet
1. geringe Mitnahmeeffekte beim Start, denn
es gibt bisher nicht viele WP –Anlagen in DE, und vor allem nicht viele ,
die den Anforderungen des WP-Tarifes genügen.
2. Neukunden haben vorher mit Brennstoff geheizt.
Sie haben also vorher keine Stromsteuern bezahlt, und zahlen nach
der Umstellung auf WP-Tarif auch keine.
3. Ggfalls Anpassung der Brenstoffsteuern.
Möglichkeit 1 : Man könnte alle Ausnahmen von der Erdgassteuer aufzuheben.
( suboptimal)
Dann würde dies aber sowohl die KWK als auch die WP betreffen.
Möglichkeit 2: Man könnte die Vorteile für GuD und KWK belassen, und diese
Steuereinbußen durch eine
Anhebung der Brennstoffsteuern wieder ausgleichen.
Also: WP-Tarif
ermöglicht
Massenanwendung von WP ohne Steuereinbußen.
Allerdings gibt es auch keine Beiträge zur bestehende Abgabenlast der Stromkunden.
2. Erdgaseinsatz fördern
* Was sollte dezentraler KWK Ausbau eigentlich bewirken:
1. Mehr Erdgas für die Stromerzeugung
2. Energieeinsparung wg. KWK-Prinzip
+ wg. Erdgas
daher:
(doppelte) CO2 -Einsparung
* Folgerung:
Primärenergieträger (PE) für WP -Strom einschränken auf:
nur CO2 arme Primärenergie:
Erdgas und CO2 freie PE
Einschränkung der PE ist nicht ungewöhnlich: siehe „Öko-Stromtarife“
Wie fördert man die KWK, um den Erdgasstrom ins Netz zu bringen:
1. Großes Einspeiseprivileg
(KWK ist sogar mit RE gleich gestellt )
2. Garantierter Abnahmepreis oder Sockelpreis
Wie könnte man analog die Niedrig-CO2 Kraftwerke für WP fördern:
1. kleines Einspeiseprivileg
(WP-Strom vor Hoch- CO2-Strom, aber nachrangig zu RE-Strom )
2. Fester Mindestpreis durch lokale EVU möglich,
denn die lokalen EVU‘s müssen WP-Strom liefern, damit die Voraussetzung
für Befreiung von Stromsteuern erhalten bleibt.
Anmerkung:
1. Durch das große Einspeiseprivileg kann auch für Strom aus Kohle-KWK der
Zugang zum Netz erzwungen werden.
2. In Zukunft wird selbst ein – z.B. im Sommer- vollständig mit Grünstrom
gefülltes Netz den KWK-Strom noch aufnehmen müssen und zu evtl.
negativen Strompreisen verschleudern müssen.
(ein ökologischer und ökonomischer, administrativer Unsinn)
3. Ein vergleichbarer Unsinn ist beim WP-Tarif nicht möglich, da bei
ausreichend Grünstrom im Netz
kein WP-Strom aus fossilen Quellen kommen muss.
Zusammenfassung WP-Tarif
Feststellung:
1. Die elektrische Wärmepumpe (WP), gespeist aus hocheffizienten Kraftwerken,
kann Wärme mit Abstand am effizientesten erzeugen.
2. Bei Rückwälzung der Energiesteuern und –Abgaben auf das eingesetzte Erdgas
zeigt sich, dass die el. WP mit hohen und diskriminierende Steuern und
Abgaben belastet wird. Bei GuD-Kraftwerk: 3,82 [ct/kWhth ]
zum Vergleich:
KWK: 0,00
Heizkessel: 0,55
Dies ist administrativer Unsinn.
Abhilfe:
3. WP- Tarif ohne die diskriminierenden Steuern und Abgaben.
Im Beispiel: 8.0 statt 14.4 [ct/kWhel]
4. Der WP-Tarif kann so ausgestaltet werden, dass gleichzeitig Anreize für
fortlaufende Verbesserungen der WP und für
Erdgaseinsatz
gesetzt werden.
5. Der WP-Tarif ist aufkommensneutral.
Allerdings ergeben sich auch keine Beiträge zu einer Entlastung der sonstigen Stromabnehmer.
Quintessenz
Für Gebäudewärme muss die staatliche Belastung
des direkten oder indirekten Erdgaseinsatzes
für jede Technik oder Prozesskette
gleich sein.
Diese Forderung gilt für alle Stromanwendungen in technischer Konkurrenz mit einem
direkten Brennstoffeinsatz , die nicht aus sonstigen Gründen verhindert werden sollen.
Sie ist auch eine direkte Anwendung
des volkswirtschaftlichen "Gesetzes des einen Preises"
Anhang 1:
Zur Wettbewerbsfähigkeit
neuer
GuD -Kraftwerke
Stromerzeugungskosten
Quelle: IER- Stuttgart ( Prof. Voß):
/Wissel 2010/: S. Wissel, U. Fahl, M. Blesl, A. Voß (2010):
Erzeugungskosten zur Bereitstellung elektrischer Energie von
Kraftwerksoptionen in 2015
http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_08.pdf
(Dank an S. Wissel für die zusätzliche Berücksichtigung der Erdgassteuer –
Befreiung bei hocheffizienten GuD)
/Wissel 2008/: S. Wissel, S. Rath-Nagel, M. Blesl, U. Fahl, A. Voß (2008)
Stromerzeugungskosten im Vergleich
http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/Arbeitsbericht_04.pdf
StromErzeugungskosten neuer Kraftwerke in 2015 AD
[€2007 /MWh]
350
317,7
Back-Up Kosten
CO2-Zertifikate (20EUR/t)
Kapitalkosten
300
277,0
Betriebskosten
Brennstoffkosten
250
200
146,5
150
114,0
118,5
100
62,5
71,6
71,6
54,3
51,6
50
0
BraunkohleDampf-KW
SteinkohleDampf-KW
Erdgas GuD
LWR
Biomasse
Wind onshore
Wind offshore
PV Freifläche
PV Dach
Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; Betrieb: 7500 [h/a],
(Brennstoffkosten incl. Transport und ggf. Steuern)
Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.3.1, p.17, + private Mitteilung wg. Befreiung von hocheffizientem GuD von Erdgassteuer
StromErzeugungskosten und Auslastung (2015 AD)
[€2007 /MWh]
130
Wind offshore
120
Erdgas GuD
Steinkohle-Dampf-KW
110
Braunkohle-Dampf-KW
LWR (nuklear)
100
90
80
GuD
BK
(hocheffizient)
70
SK
60
50
[h/a]
40
3700
4100
4500
4900
5300
5700
6100
6500
6900
7300
7700
8100
8500
Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; CO2-Zertifikat: 20 €/t
Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.3.4, p.21, mit privater Mitteilung wg. Befreiung des GuD von der Erdgassteuer
GuD nur für Mittel- und Spitzenlast ökonomisch konkurrenzfähig zu Kohlekraftwerken. Sonst fehlen dem GuD aber
nur bis zu 1 [ct/kWhel]
Daher : falls man mehr Strom aus Erdgas haben will muss man fördern.
Aber eine bescheidene
Förderung reicht aus.
Zielvorgabe: WP-Strom nicht aus Kohle
Mittel: GuD hat für WP-Strom
Vorrang vor KoKW wg. CO2-Armut, aber
keinen Vorrang vor (fast) CO2-freien Kraftwerke
Sensitivitätsanalyse für GuD (2015 AD)
[€2007/MWhel]
95_
95,0
Erdgas-GuD
85_
85,0
Zum Vergleich:
Steinkohle
140 %
00 h/a
4500 h/a
00 h/a
75_
75,0
65_
65,0
55 %
00 h/a
20 Jahre
00 h/a
1000 €/kW
71,6 €/MWh
00 h/a
40 Jahre
00 h/a
7890 h/a
00 h/a
65 %
00 h/a
550 €/kW
55_
55,0
60 %
00 h/a
45_
45,0
50%
Verfügbarkeit (7500 h/a)
Brennstoffkosten (51,17 €/MWh)
Investition (700 EUR/kW)
Wirkungsgrad (60 %)
Nutzungsdauer (30 Jahre)
60%
70%
80%
90%
100%
110%
120%
einfaktorielle Parameteränderung
130%
140%
150%
Inbetriebnahmejahr ab 2015; Diskontrate 7,5 %; Energieträgerpreisentwicklung: Basis; CO2-Zertifikat: 20 €/t
Referenzpunkt für Auslastung 7500 [h/a] , Befreiung von Erdgassteuer (eigentlich nur für eta_el>57,5% )
Quelle: IER –Stuttgart: /Wissel 2010/ , Abb.4.1, p.26 und Abb.4.2 p.27 mit privater Mitteilung wg. Befreiung der „hocheffizienten GuD von der Erdgassteuer
Anhang 2:
Kalte Nahwärme
aus zentralem Sondenfeld
und Wärmepumpen in Kopfstationen
Ein interessanter Vorschlag aus
einem Vortrag von
Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI,
für die SW-Düsseldorf
Eine wichtige Bemerkung zu dem interessanten Vortrag von
Dipl. Ing. Dietmar Schüwer, WupI, für die SW-Düsseldorf:
Schüwer's Ergebnis:
Holz)
2 empfehlenswerte Optionen.
(ohne
Zu den "Nachteilen" gibt es Abhilfe durch einen Vorschlag zum WP-Tarif
Reste
A1
•
Diskussionspunkte:
KWK – eine ökologische Sackgasse ?
Nach Installation einer dezentralen KWK gibt es kaum noch Anreize zur
- weiteren thermischen Sanierung
- Nutzung von Thermischer Solarenergie
•
WP als Senke für fluktuierenden Wind- und PV- Strom
- Eine künftige Gretchenfrage: Warum soll man bei Stromüberfluss (Wind + PV)
noch und sogar vorrangig
Erdgas in KWK- Anlagen verbrennen ?
- Der Ausbau der Stromversorgung mit Wind und Sonne erfordert
vor allem
•
Stromsenken
(und keine neuen „vorrangigen“ Stromerzeuger)
Ungleiche steuerliche Belastung der Nutzwärme
- 1 kWh Gas im dezentralen Kessel
-
“ “
beim KWK – Fernwärmeversorger
:
0.55 ct
:
0
(Erdgassteuer, ohne.MWSt.)
- 1 kWh Gas für 0.6 Kwh GuD-Strom
für 2.4 kWh Wärme mittels WP
Alles ohne Konzessionsabgabe und ohne. dazugehöriger MWSt.
:
ca. 3.6 ct
( EEG [2011]+KWKG+ Ökosteuer
+ CO2- Zertifikat )

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